يک گام تا ارگانيسم مصنوعي

از خواندن رمز ژنتيک تا نوشتن آن
 

DNA
 

اخيراً دانشمندان اعلام کرده اند که ژنوم باکتري «مايکوپلاسما ژنيتاليوم» را سنتز کرده اند، کاري که جهان را يک گام به خلق نخستين ارگانيسم مصنوعي نزديک تر مي کند. حل معماي ژنوم بدين معناست که در 20 سال آينده، زيست شناسان، از خواندن رمز ژنتيک، به نوشتن آن خواهند پرداخت، و نتيجه، پديدار شدن زمينه اي از تحقيقات، با عنوان «بيولوژي سنتزي»- ساختن دقيق سيستم هاي بيولوژيک از يک ژن تک، به يک ژنوم کامل- خواهد بود.
موفقيت اين تکنولوژي نوين، تنوعي گسترده در کاربردها را نويد مي دهد: پاتوژن ها (عوامل بيماري زا) مفيد که در سرتا سر بدن گشت مي زنند، و سلول هاي سرطاني را پيش از آنکه بفهميد آنها را داريد، مي کشند؛ باکتري هاي سفارشي که از خود بيوفوئل (سوختي که از مواد زيستي مشتق مي شود) ساطع مي کنند، بدون اينکه تاثيرات زيست محيطي روش هاي جاري را داشته باشند؛ و توانايي ساخت داروهاي با کاربرد خاص، و همچنين ساخت بيومولکول هاي سفارشي به صورت سريع، ارزان و کارآمد. گام هاي اين پيشروي مي لنگد، اما بيولوژي سنتزي مي تواند خطرناک هم باشد. آيا جهان آمادگي اين تکنولوژي نوين را دارد؟
اين زمينه تحقيقاتي، با اعلام مجله ساينس مبني بر اينکه 17 تيم قوي از دانشمندان، شامل برنده جايزه نوبل، «هميلتون اسميت» و پيشگام ژنو «کرايگ ونتر»، کروموزوم ام- ژنيتاليوم را با استفاده از کاست هاي پيش ساخته DNA به طور کاملاً مصنوعي ساخته بودند، جهشي بزرگ به پيش برداشت. کاست ها، که هر کدام از چهار يا پنج ژن ساخته شده بودند، به هم پيوند داده شدند، و واحدهاي بزرگ و بزرگ تري را تشکيل دادند تا آنجا که تيم دو نيمه کروموزوم را به دست آورد، که در درون يک سلول مخمر، به هم پيوند زده شدند.
اما ژنتيسيت دانشگاه کمبريج- دکتر گس ميکلم، هشدار مي دهد که مهندسان بيولوژي سنتزي تقليد کننده، نبايد به اين زودي به سراغ پيپت هايشان بروند، زيرا تا موفقيت در ايجاد زندگي مصنوعي، راه بسيار درازتري در پيش است تا تنها در ساخت ژنوم. «ممکن است که بتوان DNA را در جهت تکثير در لوله آزمايش به دست آورد، اما هنوز ممکن نيست ماشين آلات مولکولي ساخت تا بتوان مولکول هاي مرده را به آن داده و آنها را به سلولي که توانايي تقسيم و تکثير داشته باشد، تبديل نمود.»
ميکلم ادامه مي دهد: «اگر شما يک کيف حاوي تمام اجزاي صحيح براي زندگي در اختيار داشته باشيد- از جمله منبع انرژي، آنزيمولوژي جهت به حرکت درآوردن متابوليسم پايه، و منبعي از واحدهاي ساختاري و دستگاهي که RNA، DNA و پروتئين بسازد - و سپس شما DNA را به اين مجموعه اضافه کنيد، آيا زندگي را به دست خواهيد آورد؟ من اطمينان ندارم که چنين شود، زيرا بسته بندي DNA جهت کار کردن آن، هم در کروموزوم ها و هم در سلول ها حائز اهميت مي باشد. مسلماً براي ارگانيسم هاي پيچيده، مانند انسان ها تقسيم سلولي و رشد آنها، بدون استارت اوليه اي که توسط نسل قبلي زده مي شود، محتمل نيست.»
او «ونتر» همچنان نظري مثبت دارد: «ما اين مرحله را در فرايند سه مرحله اي خود جهت خلق نخستين ارگانيسم سنتزي (نخستين موجود زنده شده ساخت دست بشر)، در مرحله دوم قلمداد مي نماييم. چه کار ديگري پس از سنتز اين كروموزوم براي ما باقي مي ماند؟ آنچه مي ماند، «بوت» (راه اندازي) آن در يک سلول است.»

علم «غول چراغ جادو» است: قدرتمند اما بالقوه خطرناک
 

و اما در مورد مسائل اخلاقي اين تحقيق چه بايد گفت؟ مسائل اخلاقي يک تکنولوژي جديد، زماني که از آزمايشگاه بيرون مي آيد تا جامعه را مورد تاثير قرار دهد، به طور کلي ابعاد سلامتي و امنيتي و نگراني هاي اقتصادي را در بر مي گيرد. يکي از پيشرفت ها در بيولوژي سنتزي، که در اين مطالعه مورد بررسي قرار گرفت، آن است که نقطه آغاز آن، نوکلئوتيدهاي خام نبودند، بلکه «کاست» هايي بودند که از توليدکنندگان تجاري سفارش گرفته شده بودند. اين، بدين معناست که در حقيقت، هر کس که يک آزمايشگاه به خوبي مجهز و مقداري معلومات در زمينه ژنتيک در اختيار داشته باشد، مي تواند به کارهاي مشابه دست بزند: بيوتروريسم يا يک مسابقه تسليحاتي سلاحهاي بيولوژيک ممکن است دنبال شود، که آثار ويرانگري به همراه دارند. آنچنانکه فيلسوف دانشگاه کمبريج- دکتر «ريچارد جننينگز» تعبير کرده است: «دانش يک «غول» چراغ جادو» است؛ قدرتمند اما بالقوه خطرناک».
در واقع، برخي از نگراني ها از آن جا ناشي مي شوند که اگر تکنولوژي به موفقيت دست پيدا کند، مي تواند تاثيرات منفي در کشورهاي در حال توسعه به همراه داشته باشد، که در آنجا محصولات مورد نياز مردم به صورت طبيعي به دست مي آيد و در صورت رقابت با محصولات سنتزي، ممکن است بازار خود را از دست بدهد. دکتر جننينگز چنين تشريح مي کند: «در نظر بگيريد يک ارگانيسم به طور بيوسنتزي توليد شده، که بتواند کائوچوي طبيعي توليد کند، در نتيجه کشورهايي که بازار خود را از دست بدهند. بنابراين، منافع اقتصادي تکنولوژي هاي جديد، بايد با نسبت بزرگتري بين فقير و غني تقسيم شود. شما مي توانيد به گسترش شکاف فقر که يک نگراني تمام تکنولوژي هاي جديد است، بطور مثال بخش ديجيتال در رشته کامپيوتر، پايان دهيد.»
اما «درک بورکه»، عضو هيات «بيوساينس» براي استراتژي هاي اجتماعي، خاطرنشان مي سازد که اين نگراني ها، نبايد ما را از تحقيق در مورد تکنولوژي هاي جديد، باز دارد. او مي افزايد: «تمام تکنولوژي هاي جديد، جايگزين تکنولوژي هاي قديمي مي شوند: چوب توسط زغال سنگ، زغال سنگ توسط نفت، و نفت توسط انرژي هسته اي جايگزين گرديد. ريسک هايي که به تکنولوژي هاي نوين ضميمه هستند، نبايد موجب شوند که ما آنها را رها کنيم. در عوض، ما آموخته ايم چگونه آنها را مهار کنيم، به طوري که آثار سوء آنها، چه بر انسانها، چه بر محيط زيست و چه بر سيستم هاي اجتماعي، کنترل گردند.»

ماشين حيات بخش بيولوژي مولکولي
 

تقريباً هسته هر سلول در بدن حاوي کروموزوم است که از قطعات به هم پيوسته DNA تشکيل مي شود. DNA مولکولي است که از دو رشته تشکيل شده، يکي تصوير آينه اي شيميايي ديگري است که با همديگر به شکل ساختاري بدين معناست که مولکول DNA به غايت به هم فشرده بوده و مي تواند اطلاعات زيادي را ذخيره کند: يک سلول متوسط انساني در حدود يک دهم ميليمتر طول دارد، اما در حدود دو متر DNA در هسته خود دارد! دو رشته DNA از نوکلئوتيدها تشکيل شده اند: آدنين (A)، تيمين (T)، سيتوزين (C) و گوانين (G). بين رشته ها، آدنين همواره به تيمين مي پيوندد (A:T) و سيتوزين همواره به گوانين (G:C). اين، جفت شدگي بازي تکميلي است که دو رشته را در کنار هم نگه مي دارد.
بسياري از ژن ها به پروتئين هاي رمزگذاري مي شوند که در دو مرحله شکل مي گيرند: نخست يک کپي RNA از ژن در فرايندي که به عنوان ترانسکريپشن (نسخه برداري) شناخته مي شود، شناخته شده، و سپس RNA حاصل به مرحله پروتئيني ترجمه مي شود، که آن را رمز گذاري مي کند. تمام ملکول هاي DNA جهت رمزنگاري پروتئينها به کار نمي روند (براي انسان ها تنها در حدود 3%) اما با گذشت زمان قسمت رمزنگاري (ژن) خود را باز مي کند، و دو رشته از هم جدا شده، که جهت ترانسکريپت (رونويسي) شدن به RNA ي پيام رسان (mRNA) آماده است. سپس mRNA پيام هاي رمز شده را به خارج از هسته سلول، در سيتوپلاسم که در آنجا ترجمه مي گردد، حمل مي کند. مولکول هاي RNA ناقل (tRNA) سنگ بناهاي پروتئين مناسب (آمينواسيدها) را به زنجيره پروتئيني در حال رشد انتقال مي دهند.
ما مي خواهيم مطمئن شويم تکنولوژي هاي جديد، به سود بشر به کار مي روند، و نه فقط به عنوان زيرمجموعه اي از انسان.
مالکيت ايده هاي بيولوژي سنتزي، مي تواند در مورد روش ها، تکنيک ها و تکنولوژي ها، همچون سير تکاملي DNA، به کار رود. موسسه «جي. گرايک ونتر» در ايالات متحده، درخواست طيف وسيعي از پتنت ها در مورد اين ايده ها را در زمينه هرگونه ژنوم مصنوعي، نموده است. آن همچنين در مورد حقوق يک توالي از ژنوم ها که نماينده «حداقل نيازها براي حيات» باشد، در خواست نموده است. به عبارت ديگر، آن توالي خواهد بود که شامل فقط ژن هايي که براي بقاء و بازتوليد مهم هستند، باشد. اگر نخستين بازيگران در عرصه دانش جديد، برخي از تکنيک هاي پايه را به کار ببرند، خصوصاً اگر آن عرصه پيشرفت هاي سريعي را در حال تجربه باشد، ديگر اشخاص نمي توانند آن تکنيک ها را جهت پيشبرد علم استفاده نمايند. ريچار جننينگز در مورد اينکه مساله مي تواند پيشرفت را دچار وقفه نموده و رقابت را محدود کند، بحث مي کند: «ما مي خواهيم مطمئن شويم که تکنولوژي هاي جديد، به سود بشر به کار مي روند، و نه فقط به عنوان زيرمجموعه اي از انسان.»
اما در مورد مسائل اخلاقي ادامه ندادن اين تکنولوژي چه مي توان گفت؟ يکي از کاربردهاي ممکن، بيوفوئل ها هستند. در جنوب شرق آسيا، جنگل هاي روغن نخل، جايگزين جريب ها جنگل باراني حاره اي و زمين هاي کشاورزي (که در کمبود غذاي جهان سهيم هستند) شده اند. ما مي دانيم که تاثيرات گرم شدن کره زمين، ويرانگر خواهد بود، پس آيا ما مي توانيم به سادگي راهي که مي تواند در تخفيف پي آمدهاي آن به ما کمک نمايد، پشت نماييم؟ ما تاکنون قادر بوده ايم پي آمدهاي ايمني برخواسته از راديواکتيويته، نيروگاه هاي برق هسته اي و مهندسي ژنتيک را کنترل نماييم. آگاهي دولت، صنايع و مصرف کنندگان نستب به منابع يابي اخلاقي کالاها در هر زمان بالا است. در راس آن، احساسي در حال رشد در بين دانشمندان مبني بر اينکه عموم بايد در بحث هاي مربوط به کاربردهاي علم، درگير شوند، وجود دارد. شايد بتوان گفت که عليرغم اينکه جهان در نياز به مزاياي حاصل از بيولوژي سنتزي در وضعيت بدي از لحاظ آمادگي قرار دارد، شايد در درگير شدن با ريسک هاي مرتبط با آن، در وضعيت خوبي قرار داشته باشد.
منبع: نشريه اطلاعات علمي -شماره 359