همه چیز درباره کریسپر! / ویرایش ژن چگونه جهان را متحول خواهد کرد؟

دیدارنیوز ـ اگر اهل خواندن داستان های علمی تخیلی باشید قطعا می دانید که برخی پدیده هایی که امروز به صورت روزمره در حال استفاده از آنها هستید روزی در داستان هایی ازین دست نوشته شده بودند و آن زمان اکثر مردم شاید در حد یک داستان آن را می دیدند اما با پیشرفت علم، این رویاها عملی شد و امروز بشر از این دستاوردهای علمی بهره می برد.

 

در بحث ژنتیک نیز همواره بحث های مختلفی در محافل علمی طرح شده ومباحث گوناگونی پیرامون آن شکل گرفته است. اگر عنوان «ویرایش ژن» را در گوگل جستجو کنید به مطالب زیادی می رسید و یکی از واژه هایی که خواهید دید «کریسپر» است. پدیده‌ای نو ظهور که می‌تواند جهان را دستخوش تغییر کند.

 

دیدارنیوز در گفت و گو با صادق شجاعی رئیس شاخه دانشجویی انجمن ژنتیک ایران که در پژوهشگاه ملی مهندسی ژنتیک مشغول به فعالیت است به ابعاد مختلف این پدیده و تاثیراتی که در زندگی انسان می گذارد پرداخته است. به دلیل اهمیت و جذابیت موضوع، این گفتگو را در دو بخش در اختیار مخاطبان محترم دیدارنیوز خواهیم گذاشت.

 

در ادامه، می توانید بخش نخست این گفتگو را بخوانید.

شجاعی: قبل از این که وارد بحث ویرایش ژنوم یا اصلاح ژنتیکی شویم بهتر است به یک سری از اصطلاحات از جمله ژن، سلول، ژنوم، DNA و حتی خود واژه کریسپر، اشاره‌ای شود. اگر از سلول شروع کنیم ما به کوچک‌ترین واحد حیاتی پیکره یک موجود زنده، سلول می‌گوییم. به عبارتی مبنا و اساس هر چیز زنده‌ای در دنیا سلول است و بدن موجودات زنده مختلف از میلیارد‌ها سلول ساخته شده که در داخل این سلول‌ها در پوششی به نام هسته، ژنومی قرار دارد که دستورالعمل‌هایی را برای ساخت و پیشبرد و نگهداری یک موجود زنده دارا است. این دستورالعمل‌ها تحت عنوان DNA شناخته می‌شوند. دی ان‌ای هم چیز عجیب و غریبی نیست. تشکیل شده از چهار عنصر نیتروژن، هیدروژن، اکسیژن و کربن که ترکیب این عناصر در کنار هم مولکول‌های مختلفی را ایجاد می‌کند که خود این مولکول‌ها در ساختار ماکرو مولکول‌هایی از جمله دی ان‌ای قرار دارند. جالب این است که خود مولکول دی ان‌ای از بلاک‌ها و قطعاتی به نام ژن تشکیل شده است. ژن‌ها حامل اطلاعاتی هستند که تعیین کننده ویژگی‌های یک موجود زنده محسوب می‌شود. این که رنگ چشم و رنگ پوست ما چه باشد و موی ما صاف باشد یا مجعد و قد ما بلند یا کوتاه و سایر خصوصیات و ویژگی‌ها، تحت کنترل ژن‌ها است. ژن در واقع نوعی رمز حیاتی است که خودش از یک سری کد‌های ژنتیکی یا رمز‌های سه حرفی تشکیل شده که دستورالعمل‌هایی را برای ساختن پروتئین دارد. به عنوان مثال پروتئین‌ها بلوک‌های سازنده بدن ما هستند. اینکه بدن ما رشد کند، کار کند و سالم بماند، به کارکرد و عملکرد پروتئین‌ها باز می‌گردد؛ بنابراین هر گونه غلط یا اشتباه املایی در کد‌های ژنتیکی یک ژن، می‌تواند منجر به ایجاد یک پروتئین ناقص شود که خودش می‌تواند مثلاً در انسان منجر به یک بیماری یا یک نقص ژنتیکی شود. کریسپر به عنوان یک غلط‌یاب املایی می‌تواند به کمک ما بیاید و ما با استفاده از آن می‌توانیم در حال حاضر کد‌های ژنتیکی معیوب را پاک، ویرایش یا تعویض کنیم که کاربرد‌های مختلفی هم از این تکنیک وجود دارد.

شجاعی: بله کاربرد‌هایی در حوزه گیاهی و حیوانی و سایر موجودات دارد. حال قبل از این که وارد بحثی شویم که کاربرد‌های آن را بگوییم بهتر است بدانیم که مبنا و اساس کریسپر چیست؟ کریسپر یک سیستم ایمنی ذاتی در باکتری‌ها برای مقابله با عوامل مهاجم مثل ویروس‌ها است که باعث تخریب ژنوم عامل مهاجم یعنی ویروس و نابودی آن می‌شود. اگر بخواهیم به زبان ساده‌تر بگوییم باکتری‌ها دائم توسط ویروس‌ها مورد حمله قرار می‌گیرند. یعنی در ابتدای پیدایش حیات، این باکتری‌ها و ویروس‌ها با هم در نبرد هستند. حال در این نبرد، یا ویروس پیروز می‌شود که سیستم باکتری را به کار می‌گیرد و به نفع خود استفاده می‌کند و یا اینکه باکتری پیروز می‌شود و نمی‌گذارد ویروس بر آن غلبه کند. زمانی که باکتری در مقابل ویروس پیروز می‌شود، بخشی از ژنوم ویروس را بر می‌دارد و به عنوان حافظه در آرشیوی به نام کریسپر در ژنوم خود ذخیره می‌کند تا زمانی که به کارش بیاید. حال کجا به کار می‌آید؟ زمانی که ویروس مجدداً به باکتری حمله می‌کند، باکتری یک نسخه کپی از آرشیو کریسپر تولید می‌کند و ژنوم ویروس را برای یافتن نسخه اصلی مورد اسکن قرار می‌دهد. زمانی که نسخه کپی با نسخه اصلی تطابق پیدا کرد با استفاده از یک سلاح قوی به نام کَس ۹ (cas۹) که یک آنزیم پروتئینی است، دی ان‌ای ویروس را برش می‌دهد و موجب از بین رفتن ویروس می‌شود.

 

اگر بخواهیم با یک مثال ساده‌تر، آن را توضیح دهیم که این سیستم چه نفعی برای باکتری دارد، شما این را می‌توانید به آرشیو اطلاعاتی پلیس تشبیه کنید. زمانی که پلیس وارد یک صحنه جرم می‌شود، اولین کاری که انجام می‌دهد انگشت‌نگاری است تا ببیند که آیا مجرم اثری از خود به جای گذاشته یا خیر؛ که این آرشیو می‌تواند شامل عکس‌های مجرمین باشد. زمانی که این اثر نگشت را برمی‌دارد و به آرشیو رجوع می‌کند، جستجو می‌کند تا ببیند که آیا در مجرمین قبلی، این مجرم وجود دارد یا خیر. اگر باشد سریعاً تشخیص می‌دهد و می‌تواند مجرم را پیدا و او را دستگیر کند. اگر در داخل آرشیوش هیچ اطلاعاتی نباشد، برای پیدا کردن آن مجرم کارش سخت است. باکتری هم همین کار را می‌کند. بخشی از ژنوم ویروس را به عنوان حافظه بر می‌دارد که اگر همان ویروس مجدداً حمله کرد در کوتاه‌ترین زمان با کمترین هزینه و بدون صرف هیچ گونه انرژی اضافی، بتواند آن ویروس را از بین ببرد.

 

اگر بخواهیم به عنوان یک پازل در نظر بگیریم از سال ۱۹۷۸ دانشمندان متعددی آمدند و هر یک از قطعات این پازل را کشف کردند تا این که در اواخر سال ۲۰۱۲ دو دانشمند آمریکایی این قطعات پازل را در کنار هم قرار دادند و متوجه شدند که کریسپر چگونه در باکتری عمل می‌کند و عملکردش چیست و بعد از آن، محققی از مؤسسه ام‌آی تی آمریکا به نام فنگ ژانگ (Feng Zhang)  از این سیستم استفاده کرد و آن را برای ویرایش سلول‌های انسانی و موشی شبیه‌سازی کرد و این سیستم جواب داد. تحول درباره ویرایش ژنتیک و یا کریسپر از سال ۲۰۱۳ شروع شد. از زمان شروع این تحول، صد‌ها مؤسسه تحقیقاتی یا دانشگاهی و مراکز علمی در سراسر دنیا بودجه‌های عظیم و سنگینی را صرف مطالعاتشان بر روی موجودات مختلف با استفاده از سیستم کریسپر کردند. الان هم در حوزه پزشکی و کشاورزی و سایر علوم کاربرد‌های زیادی دارد.

 

 

 

 

شجاعی: ابتدا به سراغ پزشکی برویم و ببینیم که حوزه ویرایش ژن و کریسپر در این حوزه، چه کاربرد‌هایی دارد و چرا در بحث ویرایش ژنتیکی، ما باید از تکنیک کریسپر و سایر تکنیک‌ها استفاده کنیم. خب همانطور که در وهله اول گفتم کد‌های ژنتیکی ما اگر دچار اشتباه شود می‌تواند منجر به بروز یک بیماری نقص ژنتیکی شود. الان شاهد این هستیم، بیماری‌های زیادی داریم از قبیل بیماری‌های خونی و ژنتیکی و عفونی و سایر بیماری‌هایی که در انسان یا سایر موجودات وجود دارد که هر کدام از این‌ها می‌تواند ناشی از یک نقص ژنتیکی یا عملکرد ناصحیح یک ژن و یا در اثر تولید ناقص یک پروتئین باشد. ما با استفاده از این تکنیک‌ها می‌توانیم این‌ها را بهبود ببخشیم. به عنوان مثال در حوزه پزشکی، بهبود و درمان بسیاری از بیماری‌ها از جمله دیستروفی عضلانی دوشن، بیماری هپاتیت، ایدز و سرطان، حتی دیابت و آلزایمر و سایر بیماری‌های عفونی و خونی. اگر وارد بحث شویم می‌بینیم که ما الان در بحث ویرایش ژنی با تکنیک خارق‌العاده‌ای روبه‌رو هستیم که توانسته جایگاه خیلی خوبی را در بحث ویرایش ژنتیک و بیوتکنولوژی و درمان بیماری‌ها پیدا کند.

 

اگر به عقب‌تر باز گردیم بحث ویرایش ژنتیک و یا اصلاح ژنتیکی، یک داستان علمی و تخیلی بود که در دهه ۷۰ یا ۸۰ میلادی فیلیپ کی. دیک (فیلیپ کیندرد دیک Philip Kindred Dick) ـ یکی از نویسندگان بزرگ داستان‌های علمی و تخیلی ـ می‌گفت روزی فرا خواهد رسید که دی ان‌ای و ژنوم انسان را با استفاده از فناوری‌های نوین زیستی، هدف ویرایش قرار می‌دهند. اما خب الان شاهد این هستیم که این اتفاق افتاده است. مثل هر نوآوری دیگری که قبلاً در داستان‌های علمی و تخیلی بود، بحث ویرایش ژنتیک هم به حقیقت پیوست. اما خب کریسپر تکنیکی بود که هیچ کسی فکر نمی‌کرد با چنین سرعتی به جایگاه بالا در حوزه ژنتیک و درمان بیماری‌ها دست پیدا کند. به عنوان مثال، اول در مورد سرطان شروع کنیم. سرطان زمانی شکل می‌گیرد که سلول‌ها از رشد عادی خود خارج می‌شوند و از مردن اجتناب می‌کنند و تکثیرشان غیرعادی می‌شود و رشدشان زیاد می‌شود. جالب است که خود را از سیستم ایمنی پنهان می‌کنند، برای این که تکثیرشان زیاد است تا سیستم ایمنی نتواند آن‌ها را تشخیص دهد و آن‌ها را از بین ببرد. ما با استفاده از کریسپر می‌توانیم سلول‌های ایمنی را خارج کنیم و سلول‌های ایمنی را ویرایش کنیم و به شکارچیان بهتر سلول‌های سرطان تبدیل کنیم و آن‌ها را دوباره بازگردانیم تا بتوانند با دقت و عملکرد بالاتر سلول‌های سرطانی را تشخیص دهند و یا از بین ببرند. یا ما الان با استفاده از کریسپر می‌توانیم مرکز فرماندهی سلول‌های سرطانی را هدف قرار دهیم یا کاری کنیم که کلاً از بین روند و یا رشدشان کمتر شود. به عبارتی بتوانیم از بسیاری از علائم آن جلوگیری کنیم.

 

در مورد ایدز هم همین طور است. خب زمانی که ویروس، ژنوم خود را وارد سلول می‌کند، در داخل سلول‌ها، سلول‌های بیمار خودشان را از سلول‌های ایمنی پنهان می‌کنند تا نتوانند به طور صحیح تشخیصشان دهند که ما با این کریسپر می‌توانیم ژنوم ویروس را از ژنوم خارج کنیم یا همانطور که گفتم سلول‌های ایمنی را تقویت کنیم تا با حالت عملکرد بهتری بتوانند سلول‌های آلوده را تشخیص دهند و از بین ببرند.

شجاعی: با استفاده از کریسپر. همانطور که در باکتری توضیح دادم که عملکرد کریسپر چگونه بود. اما در حوزه‌های ما کریسپر یک فناوری نو ظهور است که تحولات و نو آوری‌های زیادی را به همراه داشته و دارا است. اما چه می‌کند؟ ما با استفاده از این تکنیک می‌توانیم هر ژنی را که داخل ژنوم مد نظرمان است، هدف ویرایش قرار دهیم. آن ژن را خاموش یا روشن کنیم یا بخشی از آن را برداریم و یا بخشی به آن اضافه کنیم. یا اگر یک ژن به صورت معیوب داخل ژنوم وجود دارد، ما می‌توانیم به صورت هدفمند، نسخه معیوب را با نسخه سالم تعویض کنیم.

شجاعی: فعلاً در مورد کشور‌های خارج از ایران صحبت می‌کنیم تا بعد به ایران بپردازیم. در دنیای خارج و در کشور‌های پیشرفته الان روی مدل‌های حیوانی، این کار‌ها انجام شده است. تنظیم شده و مقالات علمی آن بیرون آمده است و شاهد بهبود و درمان بیماری‌ها بودند. روی مدل‌های حیوانی مثلاً حیواناتی مثل موش ـ که به عنوان یک مدل آزمایشگاهی در سراسر آزمایشگاه‌ها دارند روی آن کار می‌کنند ـ توانستند کریسپر را روی آن تنظیم کنند و شاهد درمان بیماری‌ها باشند. در آینده مثلاً ممکن است این را روی بیماران یا روی سایر حیوانات مدل تست کنند. اما نوید امیدبخشی داده شده که در آینده بتوانند روی انسان این کار‌ها را برای درمان بیماری‌ها انجام دهند. در داخل کشور پژوهشگاه‌هایی داریم از جمله پژوهشگاه ملی مهندسی ژنتیک و زیست فناوری که می‌شود گفت به عنوان یک نهاد ملی است که در حوزه پیش ژنتیک و بیوتکنولوژی، پیشگام و پیشرو است و در حال حاضر می‌بینیم که تقریباً چند سال است در حوزه کریسپر کار می‌کنند.

 

یکی از محققان به اسم آقای دکتر شمس آراء تخصصشان کریسپر است و بر روی مدل‌های حیوانی کار می‌کنند که توانستند برای اولین بار موشی به نام موش مدل هموفیلی را ایجاد کنند که این موش چه کاربردی دارد. این موش توسط وزیر محترم علوم و جناب آقای دکتر ستاری معاونت علمی و فناوری ریاست جمهوری در پژوهشگاه ژنتیک رونمایی شد. یک سری کارخانه‌ها وجود دارند و شرکت‌های داروسازی که به عنون مثال برای هموفیلی و سایر بیماری‌ها دارو‌هایی را تولید می‌کنند، آن ها در وهله اول نمی‌توانند این دارو‌ها را روی انسان و روی بیماران تست کنند و نیاز به مدل‌های حیوانی دارند. با استفاده از سیستم کریسپر جناب آقای دکتر شمس آراء مدلی را درست کردند که به موش مدل هموفیلی تبدیل شد. یعنی علائم هموفیلی انسانی را دارا است و به راحتی این موش می‌تواند در اختیار شرکت‌ها و کمپانی‌های داروسازی قرار بگیرد. آن‌ها در وهله اول روی این موش آزمایشات دارویی خود را انجام می دهند که اگر مؤثر و اثربخش بود بتوانند روی بیماران انسانی یا بقیه موارد، آن تست را انجام دهند که ما با کریسپر داریم این کار‌ها را انجام می‌دهیم و سایر کار‌ها هم انجام می‌شود.

 

 

 

 

شجاعی: قبل از پاسخ سؤال شما این را بگویم که قبل از کریسپر، تکنیک‌های ویرایشی ژنوم موجود بوده که محققین استفاده می‌کردند و ژنوم را برای درمان بیماری‌ها ویرایش می‌کردند. یا این که اثربخشی را تست کنند. در واقع شاید یک محقق با صرف چندین هزار دلار و چندین ماه سعی می‌کرد مدل یک ژن را در یک موجود مورد ویرایش قرار دهد. اما در حال حاضر با استفاده از کریسپر محققین می‌توانند به جای چندین ماه و چندین هفته در عرض چند ساعت یا حداکثر یک روز با هزینه بین ۵۰ تا ۶۰ دلار یک ژن را در یک موجود مورد ویرایش قرار دهند. در پاسخ به سؤال شما که می‌فرمایید، در زمینه کار‌های انسانی اقداماتی که انجام می‌شود که شاید حداقل دوازده تا سیزده سال زمان ببرد تا سیر قانونی و مراحل قانونی آن طی شود و سپس روی بیماران انسانی آن آزمایشات انجام شود.

شجاعی: منظور شما موش مدل هموفیلی است؟

شجاعی: قانون هر کشوری با سایر کشور‌ها متفاوت است. شاید در آمریکا این مراحل نزدیک به پنج یا شش سال یا هفت سال و در هند یک مدت زمان و در ایران هم یک زمان ده یا دوازده ساله داشته باشد که اولین دارو یا کاری که ما انجام می دهیم یا موجودی که درست می‌کنیم و ویرایش شده ژنتیکی است به نتیجه برسد؛ البته نه در مورد موش هموفیلی. موش هموفیلی یک مدل است تا دارو روی آن تست شود و بعد دارو‌ها بروند سیر ارزیابی خود را طی کنند. اما در مورد فراورده‌هایی که مستقیم حاصل از ویرایش ژنوم است یا مهندسی ژنتیک است شاید اغلب روی مدل‌های حیوانی مثل موش و خرگوش و سایر مدل‌های حیوانی تست می‌شود. بعد از آن به صورت محدود در مورد چند بیمار که در مراکز مختلف وجود دارد با مجوز وزارت بهداشت و درمان و سایر ارگان‌های مربوطه روی چند بیمار معدود به صورت کاملاً محدود آزمایش و تست می‌شود که این یک پروسه بعد از هفت یا هشت سال است. اگر روی آن چند بیمار جواب بدی نداشت و جواب خوبی داشت، این به عنوان یک دارو یا یک فرایند حاصل از ویرایش ژن و یا مهندسی ژنتیک می‌رود تا بقیه ثبت کارهایش را انجام دهد که به عنوان یک دارو به بازار عرضه شود.

شجاعی: ما در حوزه گیاهی می‌توانیم هم صفات تغذیه‌ای را بهتر کنیم و هم بهبود صفات زراعی. طبق آماری که سازمان‌های جهانی می‌دهند جمعیت جهان در سال ۲۰۵۰ حدود ۹/۵ میلیارد خواهد بود و این سطح از اراضی زیر کشت جوابگوی نیاز غذایی نخواهد بود. یعنی جهان اگر با این سیر طی کند با کمبود شدید مواد غذایی کشاورزی روبه‌رو خواهد بود. حال در شرایط عادی راهکار چیست؟ یا باید سطح زیر کشت را بالا ببریم و یا اینکه عملکرد در واحد هکتار را بالا ببریم. اگر به سراغ استراتژی اول یعنی افزایش سطح زیر کشت برویم، خب همانطور که ما می‌دانیم زمین از منابع محدود در حوزه کشاورزی است و توسعه این منبع محدود تا حد مختصری امکان پذیر است و از طرفی زمین‌هایی هم که ما داریم به علت فعالیت‌های کشاورزی نا آگاهانه و چرای دام‌ها و جنگل‌زدایی در حال انحطاط است. پس با توجه به شرایطی که در حال حاضر وجود دارد، رویکرد مناسبی نخواهد بود. پس ما ناچاریم به زمین‌ها و مناطقی که در شرایط نامساعد آب و هوایی واقع شدند روی بیاوریم یا زمین‌هایی که در مناطقی واقع شدند که شور و با درجه حرارت بالا و یا کم آب است. خب لازمه کشت در این مناطق چیست؟ گیاهانی هست که به شوری و کم آبی و خشکی و بیماری‌ها مقاوم باشند. از طرفی گیاهانی که ما الان داریم، چه ویژگی‌هایی دارند؟ این گیاهان عادت دارند به رشدی که در شرایط معتدل است و آب و هوای نسبتاً خوبی است. آب هست و خاک‌ها نسبتاً زیاد شور نیست. پس اگر ما این گیاهان را به آن مناطق انتقال دهیم چه اتفاقی رخ می‌دهد؟ یا گیاه رشد نمی‌کند و یا عملکردش کم می‌شود یا کلاً شوری و آفت و بیماری، آن را از بین می‌برد. حالا ما با کریسپر چه می‌توانیم بکنیم؟ ما می‌توانیم با استفاده از این تکنیک، ژنوم گیاهان را بدون اینکه هیچ گونه ژن اضافی به یک گیاه وارد کنیم از داخل خود ژنوم با استفاده از این تکنیک، آن را ویرایش کنیم و تولید گیاهانی داشته باشیم که به شوری و کم آبی و درجه حرارت بالا و شرایط نامساعد آب و هوایی و علف کش‌ها و بیماری‌ها مقاوم باشند. این کار با استفاده از تکنیک‌های معمولی مهندسی ژنتیک هم دارد صورت می‌گیرد. اما کریسپر بازه زمانی کوتاه‌تری دارد و از لحاظ هزینه مقرون به صرفه‌تر است.