تکنیک ویرایش ژن CRISPR چیست و چرا اهمیت دارد؟

آینده‌ای را تصور کنید که تمام بیماری‌های ژنتیکی و موروثی انسان در آن ریشه‌کن شده‌اند. این را به حیوانات و گیاهان نیز بسط دهید: دام‌هایی که در برابر بیماری‌ها مقاوم هستند و گیاهان ضد آفت و محصولات کشاورزی با ماندگاری طبیعی بیشتر. شاید حتی بتوانید خصوصیاتی مانند رنگ چشم‌ها و موها و قد فرزندان خودتان را پیش از تولد تعیین کنید. این‌ها همه وعده‌هایی هستند که تکنولوژی اصلاح ژن «CRISPR» به ما می‌دهد. در این مقاله قصد داریم با این تکنولوژی شگفت‌انگیز بیشتر آشنا شویم.

تکنیک ویرایش ژن CRISPR

تصور کنید که جهش ژنتیکی نادری را به ارث برده‌اید و این جهش در سن 50 سالگی سبب ابتلای شما به سرطانی لاعلاج می شود. احتمالاً در اثر ابتلا به این بیماری بدن شما به قدری ضعیف می‌شود 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 بعد از شما نیز صفت کدشده (سرطان) توسط این ژن را بروز 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 تمام مردم یک جامعه) را اصلاح و دستخوش تغییرات گسترده کند؛ از بیماری‌های قلبی و سرطان تا بیماری‌های روانی مانند شیزوفرنی، بلکه قادر است سیستم سلامت، غذا و دارو، کشاورزی و تمام صنایع مرتبط با علوم زیستی را از پایه و اساس دگرگون سازد.

CRISPR چیست؟

به بیان ساده، کریسپر اکتشاف بزرگ تکنولوژی قرن حاضر است. CRISPR (با تلفظ کریسپِر) متشکل است از حروف اول یک عبارت طولانی که فارسی آن می‌شود «تناوب‌های کوتاهِ 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 کوتاه و فواصل مشخص تناوب می‌یابند و وقتی این سیستم ایمنی، ژنی خارجی را تشخیص می‌دهد (یا در واقع همان ژن ویروسی را که سعی دارد DNA خود را وارد DNA سلول میزبان کند)، فضایی بین این تناوب‌ها می سازد تا از ویروس در امان بماند. این سیستم که «CRISPR-Cas» نامیده می‌شود، می‌تواند کدهای نامناسب واقع در این فواصل را هدف قرار داده و آن ها را از دل DNA بیرون بکشد؛ آن هم به وسیله آنزیم‌هایی خاص.

«Cas9» اولین آنزیمی بود که با استفاده از سیستم CRISPR-Cas کشف شد. این آنزیم همانند یک قیچی ژنتیکی عمل می‌کند. این قیچی، به دانشمندان کمک می کند تا DNA را ویرایش کرده و به جای بخش‌های حذف‌شده، ژن‌های دیگری را بگنجانند.

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

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

قدرت و مسئولیت‌پذیری

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

به عنوان مثال، در حال حاضر این فناوری خطرات بسیاری دارد. علی‌رغم همه وعده‌هایی که به واسطه تکنیک کریسپر داده شده، این فناوری هنوز کامل و بی‌نقص نیست و دانشمندان هنوز باید روی آن کار کنند تا به قدری بی‌خطر باشد که روی انسان کاربرد داشته باشد.

قدرت زیاد، مسئولیت‌پذیری بسیاری را هم با خودش می آورد. با این حال، دنیا نمی‌تواند عقب بماند. چینی‌ها همین حالا کار روی انسان را آغاز کرده‌اند و در حال آزمایش فناوری CRISPR-Cas9 روی انسان هستند.

البته، این جمله بدان معنا نیست که چینی‌ها مسئولیتی در قبال اخلاقیات نمی‌پذیرند. آزمایش مذکور روی بیماران سرطانی‌ای انجام پذیرفته که همه راه‌ها را پیموده‌اند و حالا تنها امیدشان زنده ماندن به کمک CRISPR-Cas9 است. و آزمایش مشابهی نیز قرار است در آمریکا انجام شود.

اما از این فناوری تا کجا می‌توان استفاده کرد؟ برخی می‌گویند که صرفاً برای درمان بیماری‌ها و تضعیف آن‌ها مثل سرطان. اما تا به حال به این فکر کرده‌اید که می‌توانید رنگ پوست و چشم‌تان را به صورت دائمی تغییر دهید یا کودکانی قوی‌تر 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 قوی‌تر شده‌اند ایرادی دارد؟

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

می‌توانید برای آینده‌ای که در آن احتمالاً می توانید تمام 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 می‌دهند. اما پاسخ پیچیده‌تر از این است.

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

کریسپر جایگزین نهایی و قطعی عمل‌های زیبایی خواهد بود. اما البته این تکنولوژی تا رسیدن به آن سطح نهایی و قطعی راه بسیار زیادی دارد. برای مثال، پوست، مو و چشم‌های انسان‌ها تنوع بسیار بالایی در رنگ دارند، درحالیکه تا به امروز، دانشمندان تنها بخش کوچکی از ژن‌های مسئول این تنوع در رنگ اجزاء بدن را می‌شناسند.

در سال ۲۰۲۳، دانشمندان چیزی در حدود 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 بیان می‌شوند، رنگ پوست را تعیین می‌کند. رنگ موها و چشم‌ها نیز به همین ترتیب تعیین می‌شود. 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. البته چنین چیزی در عمل یک خیالبافی خواهد بود. تعداد فراوان ژن‌ها به این معنی است که یافتن یک راه‌حل قطعی برای تغییر رنگ عضو موردنظر، نیازمند آزمون و خطا و تست‌های فراوان است.

مشکل این‌جاست که ملانین تنها یک خصوصیت ظاهری صرف نیست. این ماده نقشی حیاتی در عملکرد اجزاء بدن (مانند پوست‌ها و چشم‌ها) و مکانیسم‌های دفاعی دارد. پس یک اشتباه در آزمایش‌ها می‌تواند به نتایجی فاجعه‌بار ختم شود. در نهایت، تمام این‌ها مشروط به این است که بتوان با یک تغییر ثابت، در تمام انسان‌ها به نتیجه دلخواه رسید _ فرضی بسیار خوشبینانه.

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

تغییر دیگر ویژگی‌های ظاهری

نکاتی که درباره تغییر رنگ اجزاء بدن گفتیم، درباره دیگر وعده‌های کریسپر برای تغییر قد و ویژگی‌های ظاهری بدن انسان نیز صادق است. برای مثال، تغییر ژن‌هایی که قد انسان را تعیین می‌کنند چیزی بیش از یک ایده علمی-تخیلی نخواهد بود زیرا بسیاری از این ژن‌ها عملکردهایی معین و حیاتی در بدن دارند که احتمال بروز نتایج ناخواسته و ناگوار را بسیار بالا می‌برد.

حتی اگر تمام این مشکلات تکنیکی حل شوند، نوبت به چالش‌های اخلاقی خواهد رسید. اختلاف سلیقه والدین و فرزندان چالشی است که تمام انسان‌ها به‌نوعی با آن درگیر بوده‌اند. با این که جدیداً روش‌هایی برای اصلاح برگشت‌پذیر کریسپر ابداع شده‌اند؛ همچنان تغییرات در ژن‌ها همیشگی خواهند بود.

چالش اصلی این است که آیا وقتی این توانایی در انسان به‌وجود آید که بتواند ظاهر خود را تغییر 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، صرفاً باعث تغییر او نخواهد شد. کدهای ژنتیکی به نسل‌های آینده که از آن شخص پدید می‌آیند منتقل خواهند شد. پاسخ به این پرسش را که ترکیب ژن‌ها در آینده چگونه خواهد شد و اصلاح‌شدگان ژنتیکی از جامعه ایزوله می‌شوند یا خیر، باید به دست زمان سپرد.

سازمان غذا و داروی آمریکا گفته که دانشمندان فعال در حوزه تولید مواد خوراکی را از انجام فعایت با کریسپر منع نمی کند. علت این است که آن‌ها قرار نیست ترکیبی جدید به وجود آورند یا بخشی جدید به DNA آن ماده خوراکی اضافه کنند، بلکه صرفاً یک بخش از DNA را حذف می کنند. برای مثال، ژنی که سبب قهوه‌ای شدن قارچ‌ها می‌شود را حذف می‌کنند.

اما در مورد آزمایش روی انسان، مسئله بسیار جدی و حائز اهمیت است. با دستکاری ژن‌هایمان، می‌توانیم هر کاری بکنیم و اگر اشتباهی صورت پذیرد، عواقب آن ممکن است غیر قابل جبران باشد. به هر حال، کریسپر هم درست مانند همه فناوری‌های بزرگ بشر، تازه پدید آمده و نیازمند بهبودهای فراوان دارد.

دولتمردان هنوز نمی‌دانند که این فناوری می تواند تمام بیماری‌های ژنتیکی را از بین ببرد و حتی در برابر دیگر بیماری‌ها نیز ایمنی ایجاد کند یا خیر.

نبرد بزرگ

کریسپر اولین بار بیش از یک دهه پیش مورد استفاده قرار گرفت اما حالا یک نبرد دائمی میان دو گروه بزرگ درگیر این اکتشاف بزرگ و نحوه استفاده 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 هستند 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 آغاز کرده‌اند. اما اینکه چه کسی باید صاحب این فناوری میلیارد و شاید تریلیارد دلاری باشد، هنوز مشخص نیست.

دودنا و شارپنتیر اولین بار طرح خود را سال 2015 در ژورنال Science منتشر کردند و به‌خاطر پژوهش‌شان به جایزه «Breakthrough Prize» رسیدند. ولی با این حال، امتیاز اصلی 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 زودتر انجام شود و صاحب یکی از بزرگ‌ترین کشفیات تاریخ بشر شود که توسط کمپانی‌ها و موسسات دیگری پشتیبانی می‌شد.

این نبرد حقوقی همچنان ادامه دارد و تاکنون ده‌ها میلیون دلار بابت حق وکلای طرفین پرداخت شده که احتمالا هم قرار نیست به این زودی‌ها پایانی داشته باشد. البته داستان به همین‌جا ختم نمی‌شود. در طول سال‌های اخیر، بسیاری از دانشمندان و مؤسسه‌های دیگر نیز وارد میدان شده‌اند.

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

سخن پایانی

در این مطلب با CRISPR و تاریخچه توسعه آن آشنا شدیم. این تکنولوژی می‌تواند یک ابزار قدرتمند برای توسعه روش‌های درمان و مهم‌تر از همه، روش‌های قطعی پیشگیری از بیماری باشد. به‌علاوه، دانشمندان از آن برای پژوهش‌های ژنتیکی و زیستی استفاده می‌کنند، زیرا کریسپر آن‌ها را قادر می‌سازد که در کمترین زمان و به‌سادگی مدل‌های سلولی تولید کنند. توسعه روش‌های تشخیص بیماری‌ها نیز یکی دیگر از کاربردهای این تکنولوژی است.

اما دیدیم که کریسپر می‌تواند چالش‌هایی را نیز داشته باشد. بسیاری از دانشمندان و متخصصان درباره به استفاده عجولانه آن روی انسان‌ها هشدار می‌دهند. همچنین طرفداران این تکنولوژی وعده‌هایی اغراق‌آمیز درباره کاربردهای آن می‌دهند (مانند تغییر رنگ پوست و چشم نوزادان) که می‌تواند نظرات منفی را درباره آن افزایش دهد و مانع از توسعه کاربردهای مفید آن شود.

پرسش‌های متداول

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