تکنیک ویرایش ژن CRISPR چیست؛ اهمیت و مزایای کریسپر_دانستنی

آینده‌ای را فکر کنید که همه بیماری‌های ژنتیکی و موروثی انسان در آن ریشه‌کن شده‌اند. این را به حیوانات و گیاهان نیز بسط دهید: دام‌هایی که در برابر بیماری‌ها مقاوم می باشند و گیاهان ضد آفت و محصولات کشاورزی با ماندگاری طبیعی زیاد تر. احتمالا حتی بتوانید خصوصیاتی همانند رنگ چشم‌ها و موها و قد فرزندان خودتان را پیش از تولد تعیین کنید. این‌ها همه قولهایی می باشند که تکنولوژی اصلاح ژن «CRISPR» به ما می‌دهد. در این مقاله تصمیم داریم با این تکنولوژی شگفت‌انگیز زیاد تر آشنا شویم.

تکنیک ویرایش ژن CRISPR

فکر کنید که جهش ژنتیکی نادری را به ارث برده‌اید و این جهش در سن ۵۰ سالگی جهت ابتلای شما به سرطانی لاعلاج می بشود. به گمان زیادً در تاثییر ابتلا به این بیماری بدن شما به قدری ضعیف می‌بشود که دیگر توان مقاومت ندارد. اما اگر به شما بگوییم این ژن به ارث رسیده از اجدادتان را می‌توانید کاملاً از ژنوم خود خارج کنید و نسل‌های سپس از شما نیز صفت کدشده (سرطان) توسط این ژن را ابراز ندهند چطور؟

همین چند خط، به طور کاملاً ساده تکنیک ویرایش ژن CRISPR را توضیح می‌دهد. این فناوری پیشرفته نه تنها می‌تواند استخر ژنی جوامع بشری (مجموعه ژنوم همه مردم یک جامعه) را اصلاح و دستخوش تغییرات گسترده کند؛ از بیماری‌های قلبی و سرطان تا بیماری‌های روانی همانند شیزوفرنی، بلکه قادر است سیستم سلامت، غذا و دارو، کشاورزی و همه صنایع مرتبط با علوم زیستی را از پایه و مبنا دگرگون سازد.

CRISPR چیست؟

به گفتن ساده، کریسپر اکتشاف بزرگ تکنولوژی قرن حاضر است. CRISPR (با تلفظ کریسپِر) متشکل است از حروف اول یک عبارت طویل که فارسی آن می‌بشود «تناوب‌های مختصرِ پالیندرومی فاصله‌دارِ منظمِ خوشه‌ای». در واقع، کریسپر یک نوع سیستم ایمنی است که در کد ژنتیکی سلول‌های ما نهفته است.

این ژن ها در توالی های مختصر و فواصل اشکار تناوب می‌یابند و هنگامی این سیستم ایمنی، ژنی خارجی را تشخیص می‌دهد (یا در واقع همان ژن ویروسی را که تلاش دارد DNA خود را داخل DNA سلول میزبان کند)، فضایی بین این تناوب‌ها می سازد تا از ویروس در امان بماند. این سیستم که «CRISPR-Cas» نامیده می‌بشود، می‌تواند کدهای نامناسب واقع در این فواصل را مقصد قرار داده و آن ها را از دل DNA بیرون بکشد؛ آن هم به وسیله آنزیم‌هایی خاص.

«Cas9» اولین آنزیمی می بود که با منفعت گیری از سیستم CRISPR-Cas کشف شد. این آنزیم همانند یک قیچی ژنتیکی عمل می‌کند. این قیچی، به دانشمندان پشتیبانی می کند تا DNA را ویرایش کرده و به جای قسمت‌های حذف‌شده، ژن‌های فرد دیگر را بگنجانند.

اما به هر حال، CRISPR-Cas یک نرم افزار نیست و بدن انسان هم همانند کامپیوتر عمل نمی کند، به همین علت Cas9 نیازمند پشتیبانی است تا به جایگاه درست رفته و تکه درستی را از DNA قیچی کند. Cas9 با منفعت گیری از یک توالی «ریبونوکلئیک اسید» یا RNA از پیش طراحی‌شده به نام «guideRNA» یا «gRNA»، می‌تواند برشی دقیق را در ناحیه درست تشکیل کند.

gRNA درواقع نقشه عملکردی آنزیم Cas9 است و به آن می‌گوید که کجا به DNA متصل شده، کجا برش بزند و کجا ژن تازه را قرار دهد.

قوت و مسئولیت‌پذیری

همانند تعداد بسیاری از کشفیات بزرگ علمی بشر، کریسپر هم سوال‌های اخلاقی تعداد بسیاری را به وجود می‌آورد که جواب دادن به آن ها کار ساده‌ای نیست.

به گفتن مثال، اکنون این فناوری خطرات تعداد بسیاری دارد. علی‌رغم همه قولهایی که به واسطه تکنیک کریسپر داده شده، این فناوری تا این مدت کامل و بی‌نقص نیست و دانشمندان تا این مدت باید روی آن کار کنند تا به قدری بی‌خطر باشد که روی انسان کاربرد داشته باشد.

قوت زیاد، مسئولیت‌پذیری تعداد بسیاری را هم با خودش می آورد. با این حال، دنیا نمی‌تواند عقب بماند. چینی‌ها همین اکنون کار روی انسان را اغاز کرده‌اند و در حال آزمایش فناوری CRISPR-Cas9 روی انسان می باشند.

یقیناً، این جمله بدان معنی نیست که چینی‌ها مسئولیتی در روبه رو اخلاقیات نمی‌پذیرند. آزمایش مذکور روی بیماران سرطانی‌ای انجام پذیرفته که همه راه‌ها را پیموده‌اند و اکنون تنها امیدشان زنده ماندن به پشتیبانی CRISPR-Cas9 است. و آزمایش شبیهی نیز قرار است در آمریکا انجام بشود.

اما از این فناوری تا کجا می‌توان منفعت گیری کرد؟ برخی می‌گویند که فقطً برای درمان بیماری‌ها و تضعیف آن‌ها همانند سرطان. اما تا به حال به این فکر کرده‌اید که می‌توانید رنگ پوست و چشم‌تان را به طور دائمی تحول دهید یا کودکانی نیرومندتر و قد بلندتر داشته باشید؟ آیا دستکاری رمزهای پایه زندگی در سلول تخم و تولد کودکانی کاملاً اصلاح‌شده که نه تنها ناقل بیماری‌های شناخته‌شده نیستند، بلکه حتی زیباتر و نیرومندتر شده‌اند ایرادی دارد؟

آیا CRISPR می‌تواند رنگ چشم، مو و پوست را تحول دهد؟

می‌توانید برای آینده‌ای که در آن به گمان زیادً می توانید همه ویژگی‌های ظاهری فرزندتان را خودتان انتخاب کنید و تقریباً همه بیماری‌های کشنده امروزی ریشه‌کن شده‌اند آماده شوید. حداقل این پاسخی است که طرفداران تکنولوژی CRISPR خواهند داد. اما جواب پیچیده‌تر از این است.

همین اکنون، انواع جراحی‌های پلاستیک و زیبایی ثابت کرده‌اند که انسان‌ها در ازای پرداخت هزینه‌های حتی گزاف حاضر به تحول شکل و ظاهر خود می باشند. به این علت اگر این تحول ظاهر به‌صورت کاملاً طبیعی و به واسطه اصلاح ژن صورت پذیرد، محبوبیت دو چندانی خواهد یافت.

کریسپر جانشین نهایی و قطعی عمل‌های زیبایی خواهد می بود. اما یقیناً این تکنولوژی تا رسیدن به آن سطح نهایی و قطعی راه زیاد بسیاری دارد. برای مثال، پوست، مو و چشم‌های انسان‌ها تنوع زیاد بالایی در رنگ دارند، درحالیکه تا به امروز، دانشمندان تنها قسمت کوچکی از ژن‌های مسئول این تنوع در رنگ اجزاء بدن را می‌شناسند.

در سال ۲۰۲۳، دانشمندان چیزی در نزدیک به ۱۷۰ ژن را کشف کردند که در تعیین رنگدانه‌های بدن انسان نقش دارند. این رنگدانه‌ها «ملانین» نام دارند. ملانین‌ها دو نوع قهوه‌ای-سیاه (یوملانین) و زرد-قرمز (فیوملانین) دارند. این که هرکدام از این ملانین‌ها با چه شدت و با چه توزیعی در ژن گفتن خواهد شد، رنگ پوست را تعیین می‌کند. رنگ موها و چشم‌ها نیز به همین ترتیب تعیین می‌بشود. برای مثال، افرادی که چشمان آبی دارند، در عنبیه خود ملانین ندارند، و افراد با چشم سبز تنها یک لایه ملانین دارند.

تکنولوژی کریسپر وعده می‌دهد که با کنترل این ژن‌ها می‌تواند به والدین این امکان را بدهد که رنگ اجزاء بدن فرزندان خود را پیش از تولد تعیین کنند. یقیناً این چنین چیزی در عمل یک خیالبافی خواهد می بود. تعداد زیاد ژن‌ها به این معنی است که یافتن یک راه‌حل قطعی برای تحول رنگ عضو موردنظر، نیازمند آزمون و اشتباه و تست‌های زیاد است.

مشکل این‌جاست که ملانین تنها یک خصوصیت ظاهری صرف نیست. این ماده نقشی حیاتی در کارکرد اجزاء بدن (همانند پوست‌ها و چشم‌ها) و مکانیسم‌های دفاعی دارد. بعد یک نادرست در آزمایش‌ها می‌تواند به نتایجی فاجعه‌بار ختم بشود. در نهایت، همه این‌ها مشروط به این است که بتوان با یک تحول ثابت، در همه انسان‌ها به نتیجه دلخواه رسید _ فرضی زیاد خوشبینانه.

حقیقت این است که دانشمندان تا سال ۲۰۲۳ مشغول آزمایش این قابلیت کریسپر در حشرات بوده‌اند. در نتیجه، راه زیاد بسیاری باقی مانده تا این آزمایش‌ها به انسان‌ها برسند.

تحول دیگر ویژگی‌های ظاهری

نکاتی که درمورد تحول رنگ اجزاء بدن گفتیم، درمورد دیگر قولهای کریسپر برای تحول قد و ویژگی‌های ظاهری بدن انسان نیز صادق است. برای مثال، تحول ژن‌هایی که قد انسان را تعیین می‌کنند چیزی بیشتر از یک ایده علمی-تخیلی نخواهد می بود چون تعداد بسیاری از این ژن‌ها عملکردهایی معین و حیاتی در بدن دارند که گمان ابراز نتایج ناخواسته و ناگوار را زیاد بالا می‌برد.

حتی اگر همه این مشکلات تکنیکی حل شوند، نوبت به چالش‌های اخلاقی خواهد رسید. اختلاف سلیقه والدین و فرزندان چالشی است که همه انسان‌ها به‌نوعی با آن دچار بوده‌اند. با این که جدیداً راه حلهایی برای اصلاح برگشت‌پذیر کریسپر ابداع شده‌اند؛ هم چنان تغییرات در ژن‌ها همیشگی خواهند می بود.

چالش مهم این است که آیا هنگامی این توانایی در انسان به‌وجود آید که بتواند ظاهر خود را تحول دهد، تصمیم‌گیری برای ظاهر یک فرد را می‌توان به افراد دیگر سپرد؟ یکی از مزیت‌های اخلاقی عمل‌های جراحی نسبت به اصلاح ژنتیکی این است که افراد خودشان برای ظاهر خود تصمیم می‌گیرند.

به‌علاوه، اصلاح ژنتیکی یک شخص، فقطً علتتحول او نخواهد شد. کدهای ژنتیکی به نسل‌های آینده که از آن شخص پدید می‌آیند منتقل خواهند شد. جواب به این سوال را که ترکیب ژن‌ها در آینده چطور خواهد شد و اصلاح‌شدگان ژنتیکی از جامعه ایزوله خواهد شد یا خیر، باید به دست زمان سپرد.

سازمان غذا و داروی آمریکا حرف های که دانشمندان فعال در حوزه تشکیل مواد خوراکی را از انجام فعایت با کریسپر منع نمی کند. علت این است که آن‌ها قرار نیست ترکیبی تازه به وجود آورند یا بخشی تازه به DNA آن ماده خوراکی اضافه کنند، بلکه فقطً یک قسمت از DNA را حذف می کنند. برای مثال، ژنی که جهت قهوه‌ای شدن قارچ‌ها می‌بشود را حذف می‌کنند.

اما در رابطه آزمایش روی انسان، قضیه زیاد جدی و حائز اهمیت است. با دستکاری ژن‌هایمان، می‌توانیم هر کاری بکنیم و اگر اشتباهی صورت پذیرد، عواقب آن امکان پذیر غیر قابل جبران باشد. به هر حال، کریسپر هم درست همانند همه فناوری‌های بزرگ بشر، تازه پدید آمده و نیازمند بهبودهای زیاد دارد.

دولتمردان تا این مدت نمی‌دانند که این فناوری می تواند همه بیماری‌های ژنتیکی را از بین ببرد و حتی در برابر دیگر بیماری‌ها نیز ایمنی تشکیل کند یا خیر.

نبرد بزرگ

کریسپر اولین بار بیشتر از یک دهه پیش مورد منفعت گیری قرار گرفت اما اکنون یک نبرد دائمی بین دو گروه بزرگ دچار این اکتشاف بزرگ و نحوه منفعت گیری از Crispr Cas9 وجود دارد. یک طرف قضیه، «جنیفر دودنا» (Jennifer Doudna) از دانشگاه برکلی و همکارش «امانوئل شارپنتیر» (Emmanuelle Charpentier) از موسسه تحقیقاتی «مکس پلانک» برلین می باشند و در سمت دیگر، «فنگ ژنگ» (Feng Zheng) و همکارانش در دانشگاه «MIT» که بیشترین امتیاز این فناوری را در اختیار دارند.

سه دانشمند نام برده با تاسیس شرکت بیوتکنولوژی خودشان، مبارزه علیه سرطان و دیگر بیماری‌ها با ریشه ژنتیکی را اغاز کرده‌اند. اما این که چه فردی باید صاحب این فناوری میلیارد و احتمالا تریلیارد دلاری باشد، تا این مدت اشکار نیست.

دودنا و شارپنتیر اولین بار مطرح خود را سال ۲۰۱۵ در ژورنال Science انتشار کردند و به‌خاطر پژوهش‌شان به جایزه «Breakthrough Prize» رسیدند. ولی با این حال، امتیاز مهم متعلق به دانشگاه MIT است.

دودنا و شارپنتیر اول از همه این مفهوم را به ثبت رساندند. اما MIT مبلغ بیشتری پرداخت تا پروسه ثبت آن‌ها سریعتر انجام بشود و صاحب یکی از بزرگ‌ترین کشفیات تاریخ بشر بشود که توسط کمپانی‌ها و موسسات فرد دیگر حمایتمی‌شد.

این نبرد حقوقی هم چنان ادامه دارد و تا بحال ده‌ها میلیون دلار بابت حق وکلای طرفین پرداخت شده که به گمان زیاد هم قرار نیست به این زودی‌ها پایانی داشته باشد. یقیناً داستان به همین‌جا ختم نمی‌بشود. در طول سال‌های تازه، تعداد بسیاری از دانشمندان و مؤسسه‌های دیگر نیز داخل میدان شده‌اند.

یقیناً دودنا و شارپنتیر نیز از دستاورد بزرگ خود بی‌نصیب نماندند. آکادمی نوبل در سال ۲۰۲۰، جایزه نوبل شیمی را برای دستاوردهای انقلابی آن‌ها در عرصه اصلاح ژن و تکنولوژی CRISPR به آن‌ها اعطا کرد.

سخن پایانی

در این نوشته با CRISPR و تاریخچه گسترش آن آشنا شدیم. این تکنولوژی می‌تواند یک ابزار قوی برای گسترش راه حلهای درمان و مهم‌تر از همه، راه حلهای قطعی پیشگیری از بیماری باشد. به‌علاوه، دانشمندان از آن برای پژوهش‌های ژنتیکی و زیستی منفعت گیری می‌کنند، چون کریسپر آن‌ها را قادر می‌سازد که در کمترین زمان و به‌سادگی مدل‌های سلولی تشکیل کنند. گسترش راه حلهای تشخیص بیماری‌ها نیز یکی دیگر از کاربردهای این تکنولوژی است.

اما دیدیم که کریسپر می‌تواند چالش‌هایی را نیز داشته باشد. تعداد بسیاری از دانشمندان و متخصصان درمورد به منفعت گیری عجولانه آن روی انسان‌ها هشدار خواهند داد. این چنین طرفداران این تکنولوژی قولهایی اغراق‌آمیز درمورد کاربردهای آن خواهند داد (همانند تحول رنگ پوست و چشم نوزادان) که می‌تواند نظرات منفی را درمورد آن افزایش دهد و مانع از گسترش کاربردهای سودمند آن بشود.

سوال‌های متداول

این نوشته توسط «محسن وفانژاد» نوشته شده و در تاریخ ۱۲ خردادماه ۱۴۰۳ توسط «رضا زارع‌پور» به‌روزرسانی شده است.