اکنون ویرایش ژن می‌تواند یک گونه را کاملاً تغییر دهد— برای همیشه
متن سخنرانی :
صحبت درباره‌ی محرکهای ژنی است، اما میخوامبا یه داستان خیلی کوتاه شروع کنم. بیست سال پیش،یه زیست شناس به نام آنتونی جیمز این فکر به سرش زد کهپشه‌هایی تولید کنه که مالاریا رو منتقل نکنن.فکر فوق‌العاده ای بود،و البته کاملاً شکست خورد. به یک دلیل، معلوم شدکه واقعاً سخته که یه پشه ی مقاوم به مالاریاتولید کنیم. تنها چند سال پیشبالاخره جیمز موفق به این کار شد، با افزودن چند ژنکه باعث میشه انگل مالاریا نتونه داخل پشه زنده بمونه.
اما این فقط مشکل دیگه‌ای ایجاد کرد. حالا که یه پشه‌ی مقاوم به مالاریا دارین، چطور میتونین اونو به جایپشه‌های ناقل مالاریا بذارین؟ چند تا گزینه هست، اما اساس طرح "آ" اینه که یه گروه پشه ی مهندسی ژنتیکی شدهپرورش بدیم اونها رو در محیط رها کنیم و امیدوار باشیم ژنهاشونو منتقل کنن. مشکل این بود که مجبورین دقیقاً ۱۰ برابر تعداد پشه‌های بومی،پشه آزاد کنین تا اثر کنه. پس در روستایی با ده هزار پشه، صدهزار تا پشه‌ی دیگه آزاد می‌کنین. شاید حدس زده باشین که اهالی روستا نبایداین روش رو زیاد دوست داشته باشن.
(خنده)
پس، ژانویه گذشته،آنتونی جیمز یه ایمیل دریافت کرد از یه زیست شناس به نام اتن بیر. بیر گفت با دانشجوی ارشدش والنتینو گنتز ابزاری درست کردنکه نه تنها تضمین میکنه که یه صفت ژنتیکی خاص به ارث برسه، بلکه با سرعت باورنکردنی منتشر بشه. اگه حرفشون درست بود،اصولاً مشکلی رو حل می‌کرد که او و جیمزبیست سال روش کار کرده بودن.
اونها برای آزمایش، دو تا پشه روبرای حمل ژنهای ضدمالاریا مهندسی کردن و همچنین برای این ابزار جدید،یه محرک ژنی، که الان توضیحش میدم. بالاخره طوری تنظیمش کردنکه هر پشه‌ای ژن ضد مالاریا رو به ارث برده چشمهای معمولاً سفید رو نداره،بلکه به جاش چشمهای قرمز داره. این برای راحتی خیلی خوبه تا فقط با یه نگاه بتونن بگنکدوم کدومه.
پس اونها دو پشه ضدمالاریایچشم قرمز خودشونو گرفتن و اونها رو با سی پشه چشم سفیدداخل یه جعبه گذاشتن، تا تولید مثل کنن. اونها پس از دو نسل ۳,۸۰۰ نواده تولید کردن. این قسمت جالبش نیست. فسمت جالبش اینه: با توجه به این کهفقط با دو پشه چشم قرمز شروع کردین و سی پشه چشم سفید، انتظار دارین بیشتر نواده‌هاچشم سفید باشن. در عوض، وقتی جیمز جعبه رو باز کرد، همه ۳٫۸۰۰ پشه چشمهای قرمز داشتن.
وقتی از اتن بیر درباره این لحظه پرسیدم، اونقدر هیجان زده شده بودکه کاملاً داشت توی تلفن داد می‌زد. علتش اینه کهبه دست آوردن فقط پشه‌های قرمز اصلی رو نقض میکنه کهبنیان مطلق زیست شناسیه، ژنتیک مندلی. این رو سریع ازش میگذرم، اما ژنتیک مندلی میگهوقتی یه نر و یه ماده جفت گیری میکنن، بچه شون نیمی از ماده‌ی ژنتیکیهر یک از والدین رو به ارث می بره. پس اگه پشه های اصلی aaو پشه های جدید aB باشن، که B ژن ضدمالاریاست، بچه‌هاشون باید به شکلچهار پیش جهش باشن: aa, aB, aa, Ba. در عوض، با محرک ژنی جدید، همه ی اونها aB شدن. از نظر زیست شناسی،این نباید حتی ممکن باشه.
پس چه اتفاقی افتاده؟ اولین اتفاقی که افتاد ورود یه ابزار ویرایش ژنبه اسم CRISPR در سال ۲۰۱۲ بود. شاید بسیاری از شمادرباره ی CRISPR شنیده باشین، پس فقط به طور خلاصه میگمکه CRISPR ابزاریه که به محققین اجازه میده ژنها رو خیلی دقیق،به سادگی و سریع ویرایش کنن. این کار رو با استفاده از مکانیسمی انجاممیده که قبلاً در باکتریها وجود داشت. اصولاً پروتئینی هستکه مثل قیچی عمل میکنه و DNA رو میبره، و یه مولکول RNA هستکه قیچی رو هدایت می کنه به هر نقطه از ژنوم که شما بخواین. نتیجه در واقع یه واژه پرداز برای ژنهاست. میتونین یه ژن کامل رو بردارین،یکی بذارین، یا حتی یه حرف داخل یه ژن رو ویرایش کنین. و میتونین این کار روتقریباً تو همه گونه‌ها انجام بدین.
خوب، یادتونه که گفتم در ابتدامحرکهای ژنی دو تا مشکل داشت؟ اولی این بود که مشکل می‌شدپشه‌ای رو مهندسی کرد که مقاوم به مالاریا باشه. حال این مشکل به کمک CRISPRحل شده. اما مشکل بعدی تدارکاتی بود. چطور می‌خواینصفت رو گسترش بدین؟ اینجاست که مشکل پیچیده میشه.
چند سال پیش، زیست شناسیبه نام کوین اسولت در هاروارد میخواست ببینه چی میشه اگه کاری کنین که CRISPRعلاوه بر ژنهای جدیدتون ماشینی رو وارد کنه کهعمل برش و چسبوندن رو هم انجام بده؟ به عبارت دیگه، چی میشه اگهCRISPR خودش کپی پیست کنه؟ حاصلش یه ماشین در حرکت دائمیهبرای ویرایش ژن. و این دقیقاً همون اتفاقیه که افتاد. محرک ژن CRISPR که اسولت ساخت علاوه بر تضمین انتقال یه صفت، اگه در سلول های رده زایا استفاده بشه، به طور خودکارژنهای جدید رو کپی پیست میکنه به داخل هر دو کروموزومتک تک افراد. این مثل یه جستجو و جایگزینی سراسریه، یا به اصطلاح علمی،یه صفت هتروزیگوت رو هموزیگوت میکنه.
خوب، معنی این چیه؟ به بیانی، معنیش اینه کهما ابزاری بسیار قدرتمند اما تا حدودی هشدار دهنده داریم. تا این لحظه این واقعیت کهمحرک ژن خوب کار نمی کنه در واقع خیال همه روراحت کرده. در حالت طبیعی وقتیروی ژنهای جانداری خرابکاری می‌کنیم، باعث میشیم از نظر فرگشتی نزول کنه. یعنی زیست شناسان میتونن هر نوع مگس میوهجهش یافته‌ای که میخوان درست کنن بدون اینکه نگرانش باشن. اگه بعضی از اونا رها بشن،انتخاب طبیعی مراقبشون هست.
چیزی که درباره ی محرکهای ژنیقابل توجه و قدرتمند و نگران کننده است اینه که نکته فوق دیگه درست نباشه. با این فرض که صفت شما دچارنقیصه ی فرگشتی بزرگی نباشه، مثل پشه ای که نتونه پرواز کنه، محرک ژنی مبتنی بر CRISPRبه طور مداوم تغییر رو گسترش میده تا وقتی به تک تک افراد اون جمعیت منتقل بشه. البته ساختن ابزاری کهبه این خوبی کار کنه آسون نیست، اما به نظر جیمز و اسولتما میتونیم.
خبر خوب اینه که این ابزار راه روبرای چیزهای جالبی باز میکنه. اگه یه محرک ژن ضدمالاریا رو فقط به ۱ درصد پشه های آنوفل وارد کنیم، گونه ای که مالاریا رو منتقل میکنه، محققین تخمین میزنن در عرض یک سالاین بین همه ی جمعیت پخش میشه. یعنی در عرض یک سال میتونینمالاریا رو تقریباً ریشه کن کنین. در عمل، هنوز چند سال موندهتا بتونیم این کار رو بکنیم، اما همچنان هر روزهزار کودک از مالاریا میمیره. این تعداد میتونه در عرض یک سالتقریباً صفر بشه. همین در مورد تب دنگی، چیکونگونیا،و تب زرد هم صدق میکنه.
و بهتر میشه. مثلاً میخوایناز شر گونه های مهاجم خلاص بشین. مثلاً ماهی کپور آسیایی رو از آبهایگریت لیکز ریشه کن کنین. تنها کاری که باید بکنینرها کردن یه محرک ژنیه، که باعث بشه ماهی ها فقطبچه های نر تولید کنن. بعد از چند نسل، هیچ ماهی ماده ایو هیچ کپوری باقی نمی‌مونه. مفهوم نظری اش اینه که میتونیمصدها گونه ی بومی رو برگردونیم که در معرض انقراض هستن.
خوب، این خبر خوب بود. خبر بد اینه که محرکهای ژناونقدر قوی هستن که حتی رهاسازی تصادفی ممکنهیه گونه رو به طور کلی، و گاهی به سرعت عوض کنه. آنتونی جیمز خیلی احتیاط کرد. او جفت گیری پشه ها روداخل یه آزمایشگاه ایمن انجام داد و همچنین از گونه ای استفاده کردکه بومی آمریکا نبود تا حتی اگه تعدادی رها بشه، نابود بشه و چیزی نباشهکه باهاش جفت گیری کنه. اما اینم درسته که اگه یه دوجینکپور آسیایی با محرک ژنی نر به طور تصادفی از آب هایگریت لیکز به آسیا برسه، میتونه به طور بالقوهنسل کپور آسیایی رو منقرض کنه. و این خیلی بعید نیست،با توجه به میزان ارتباطات در جهان ما. در واقع، به همین دلیلبا گونه های مهاجم مشکل داریم. و اونم ماهیه. چیزهایی مثل پشه و مگس میوه، عملاً هیچ راهی برای محدود کردنشون نداریم. اونها همیشه از مرزها و اقیانوسها رد میشن.
خوب، قسمت دیگه ی خبر بد اینه که یه محرک ژنیممکنه محدود باقی نمونه به چیزی که ما میگیم گونه های هدف. علتش جریان ژنه، که توضیح ساده‌ش اینه کهگونه های همسایه گاهی با هم جفت گیری میکنن. اگه این اتفاق بیفته، ممکنه یه محرک ژنیبه طور متقاطع منتقل بشه، مثلاً کپور آسیایی میتونهیه نوع کپور دیگه رو آلوده کنه. اگه این محرک محدود به یه صفت،مثل رنگ چشم باشه، خیلی بد نیست. در واقع، شانس خوبی داریم که در آینده نزدیک انواع رنگارنگمگس های میوه رو در طبیعت ببینیم. اما این میتونه یه فاجعه باشه اگه محرک طوری طراحی شده باشهکه یه گونه رو به طور کلی منقرض کنه.
آخرین نگرانی اینه کهفناوری انجام این کار، یعنی مهندسی ژنتیکی یه جاندارو ایجاد یه محرک ژنی، گاهی میتونه در هر آزمایشگاهیدر جهان انجام بشه. یه دانشجوی سال پایین میتونه انجامش بده. یه دانش آموز دبیرستانی باهوشبا کمی وسایل میتونه انجامش بده.
حالا حدس میزنمکه این وحشتناکه.
(خنده)
جالبه که با هر دانشمندی حرف میزنم فکر میکنه محرک ژنی زیاد همخطرناک یا ترسناک نیست. یه دلیلش اینه که فکر میکنن دانشمندان این کار روبسیار محتاطانه و مسئولانه انجام میدن.
(خنده)
این تاکنون درست بوده. اما محرک ژنی همدر عمل محدودیتهایی داره. یکیش اینه که فقط در گونه هاییمؤثره که تولید مثل جنسی دارن. پس خوشبختانه نمیشه از اون برایمهندسی ویروس ها یا باکتری ها استفاده کرد. همچنین، گسترش یه صفتفقط از نسلی به نسل بعد انجام میشه. پس تغییر یه جمعیت یا حذف اون تنها در صورتی عملی است که گونه ی مورد نظرچرخه تولیدمثلی سریعی داشته باشه، مثل حشرات یا شایدمهره داران کوچکی مثل موش یا ماهی. در فیل یا انسان،ممکنه قرن ها طول بکشه تا یه صفت به حدی گسترش پیدا کنهکه اهمیت داشته باشه.
همچنین، حتی با CRISPR،مهندسی یه صفت ویرانگر اونقدر هم ساده نیست. مثلاً اگه بخواین مگس میوه‌ای تولید کنین که به جای میوه فاسداز میوه سالم تغذیه کنه، با هدف انهدام کشاورزی آمریکا. اول باید بفهمین کدوم ژنها چیزی رو کهمگس ها میخورن کنترل میکنن، که خودش یه پروژه ی خیلیطولانی و پیچیده س. بعد باید اون ژنها رو برایتغییر رفتار مگس ها طوری تغییر بدین که دلتون میخواد باشه، که این حتیپروژه ی طولانی‌تر و پیچیده‌تری است. و حتی ممکنه کار هم نکنه، چون ژنهایی که رفتار روکنترل میکنن پیچیده هستن. پس اگه شما یه تروریست باشینو بخواین انتخاب کنین بین شروع یه برنامه‌ی تحقیقاتی خسته کننده که نیاز به سالها کار دقیق آزمایشگاهی دارهو حتی ممکنه موفق نشه، یا این که فقط چیزهایی رو منفجر کنین؟ احتمالاً دومی رو انتخاب می‌کنین.
این به ویژه درستهچون دست کم از دیدگاه نظری، ساختن چیزی که بهش میگن محرک معکوسباید خیلی آسون باشه. این اصولاً نوعی محرک ژنیهکه تغییرات محرک ژنی قبلی رو خنثی می کنه. پس اگه اثرات یه تغییر رو دوست ندارین، میتونین فقط با رها کردن یه محرک دوماون رو باطل کنین، دست کم از دیدگاه نظری.
خوب، پس چه نتیجه ای می‌گیریم؟ در حال حاضر این توانایی رو داریمکه اگه بخوایم همه ی گونه ها رو تغییر بدیم. باید تغییر بدیم؟ آیا اکنون خدا هستیم؟ مطمئن نیستم اینو بخوام بگم. اما ترجیح میدم بگم: اول، برخی افراد خیلی باهوش حتی حالا دارن درباره ی مقررات تنظیممحرکهای ژنی بحث میکنن. به طور همزمان،برخی افراد خیلی باهوش دیگه به سختی دارن کار می کننتا ابزارهای حفاظتی ایجاد کنن، مثل محرکهای ژنی که خود تنظیم هستنیا بعد از چند نسل متوقف میشن. این عالیه. اما این فناوری هنوز نیاز به گفتگو داره. و با توجه به ماهیت محرکهای ژنی، اون گفتگو باید جهانی باشه. چی میشه اگه کنیا بخواد از محرکیاستفاده کنه که تانزانیا نمیخواد؟ کی تصمیم میگیره محرک ژنیساخته بشه که بتونه پرواز کنه؟
من جوابی واسه این سؤال ندارم. فکر میکنم تنها کاری که میتونیم بکنیماینه که در حالیکه جلو میریم، صادقانه درباره‌ی خطرات و فواید حرف بزنیم و مسئولیت انتخابهامون رو بپذیریم. منظورم از انتخاب فقط این نیست کهاز یه محرک ژنی استفاده کنیم، بلکه این هم هست کهاز یه محرک ژنی استفاده نکنیم. بشر تمایل داره به این کهفرض کنه بی‌خطرترین گزینه حفظ وضعیت موجوده. اما این همیشه درست نیست. محرکهای ژنی خطرهایی دارن،و باید درباره‌ش بحث بشه، اما در حال حاضر مالاریا وجود دارهو هر روز یک هزار نفر رو میکشه. ما برای مبارزه با اون، از حشره‌کش‌هاییاستفاده می‌کنیم که به سایر گونه‌ها آسیب می‌زنه، شامل دوزیستان و پرنده‌ها.
پس وقتی طی ماههای آتیدرباره‌ی محرکهای ژنی می شنوید، و به من اعتماد کنید،درباره‌شون خواهید شنید، این نکته یادتون باشه. این اقدام میتونه ترسناک باشه، اما گاهی اقدام نکردن بدتره.
(تشویق)
