کریسپر: تکنولوژی ویرایش ژن

 کریسپر: تکنولوژی ویرایش ژن

انقلاب واکسنی؛ معضل همه گیری برای همیشه حل می شود

ژیلا انوشه

وقتی در فضای مجازی شرح بیماری نادر چشمی[۱] سمیه کارگر یکی از زنان شجاع زندانی سیاسی را خواندم، عزم کردم یادداشتی در مورد جایزه نوبل شیمی ۲۰۲۰ که به دو زن دانشمند تعلق گرفت بنویسم. در ادامه ربط این دو موضوع را خواهید خواند.

در مهرماه ۱۳۹۹ امانوئل شارپونتیه محقق فرانسوی و جنیفر دودنا دانشمند آمریکایی به دلیل توسعه روش ویرایش ژنوم (ژنوم مجموعه ژن های داخل یک یاخته زنده) برنده نوبل شیمی سال ۲۰۲۰ شدند. نام این سیستم مهندسیِ ژنتیک، کریسپر-کَس[۲]۹ است. این اختراع شگفت انگیز، مسیر کاملا تازه و متفاوتی را در حوزه درمان باز کرده است و نوید دهندۀ درمان بیماری های ارثی و سرطان و بسیاری بیماری های دیگر است. جالب است بدانیم همان مفهوم پایه ای که در کریسپر-کس۹ به کار گرفته شده، توسط آزمایشگاه های فایزر-بیوتک و مُدِرنا در تولید واکسن ضد بیماری کوید۱۹ توسط دو دانشمند تُرک ساکن آلمان اُزلَم تورجی و اوغور شاهین هم به کار رفته و برای اولین بار روش کاملا متفاوتی در تهیه واکسن در پیش گرفته شده است که به نوبۀ خود انقلابی در عرصه مقابله با همه گیری است و پایان همیشگی همه گیری های عفونی از هر نوع را نوید می دهد.

هنگام نوشتن این یادداشت، به حرف های جواد ظریف برخوردم که در سخنان نوروزی اش ابلهانه گفته است: «ما در یک سال گذشته باید یک درس از کرونا فرا گرفته باشیم و آن درس این است که دنیا فقط یک قدر قدرت دارد و آن ذات باری تعالی است… در این یک سال دیدیم آنهایی که فریاد قدرت سیاسی، اقتصادی و نظامی شان گوش فلک را کر کرده بود مجبور شدن در برابر این ویروس زانو بزنند». اما دیدیم که این «ذات باری تعالی» ناموجود و وَهمی طبق معمول هیچ کاری نتوانست بکند و دیدیم که باورمندان به وجود چنین ذاتی، از تاریک اندیشان اسلام گرای فاشیستِ جمهوری اسلامی ایران تا امپریالیست های فاشیست آمریکایی، در مقابل این ویروس به خاک افتادند.

اما علم و دانشمندان و کارکنان حوزۀ علم و پژوهش های علمی و فناوری های علمی، نه تنها در مقابل این ویروس زانو نزدند، بلکه با اعتماد به نفسی که بینش و دانش و رویکرد علمی در اختیارشان می گذاشت، دست به کار شناختن این ویروس و مقابله با آن شدند. آنها با سرعتی شگفت انگیز، رمز غلبه بر این ویروس را کشف کردند و تمام توش و توان شناخت علمی را به میدان آوردند تا ابزار مقابله با آن را بسازند. بزرگترین درسی که باید گرفت این است که تن دادن به قدرت های حاکم و نظام طبقاتی سرمایه داری و تمام مصائب اقتصادی و اجتماعی که از آن سرچشمه می گیرد و تن دادن به خرافات ادیان و مذاهبف دیگر بس است!

نکته این جا است که همانطور که علمِ غلبه بر ویروس کرونا موجود است، علم انقلاب برای ریشه کن کردن ویروس جمهوری اسلامی و سرمایه داری امپریالیستی نیز وجود دارد و از دانشمندان خود برخوردار است. کتاب علم و انقلاب؛ درباره اهمیت علم و به کار بستن آن در بررسی جامعه، سنتز نوین کمونیسم و رهبری باب آواکیان[۳] نوشتۀ آردی اسکای بریک بهترین مقدمه برای آشنایی با این علم است.

کریسپر کس۹: ماشین ویرایش ژن

والتر ایساکسون نویسنده کتاب تازه منتشر شدۀ گشاینده رمز[۴] اختراع کریسپر را سومین اختراع تکنولوژیک یا فناورانۀ عصر مدرن می داند. اولی تکنولوژی های متکی بر تئوری های انیشتین در حوزۀ فیزیک که بمب اتم و سفرهای فضایی و نیمه هادی ها از محصولات آن بودند. دومی انقلاب دیجیتالی (ذخیره هر نوع اطلاعات بر حسب رقم های صفر و یک یا بیت) در نیمه دوم قرن بیستم که شامل کامپیوتر و اینترنت و میکروچیپ است. و انقلاب تکنولوژیک سوم، مهندسی ژنتیک که متکی بر گشودن رمز حیات یا کشف نظام بندی ژنوم است که به سال ۲۰۰۰ بر میگردد که دانشمندان توانستند تسلسل یا توالی ژنوم انسان را به دست آورند. و اکنون امانوئل شارپونتیه، و جنیفر دودنا و دیگران به این نتیجه رسیده اند که ما نه تنها می توانیم نظام بندی یا رمز حیات را بخوانیم بلکه می توانیم آن را بازنویسی و ویرایش کنیم[۵].      

حال ببینیم این دستگاه ویرایش ژن یا کریسپر-کس۹ از کجا آمده و چگونه کار می کند. کریسپر[۶] ساختمان سیستم ایمنی و عملکرد دفاعی باکتری ها در مقابل حملات ویروسی است که میلیاردها سال انجام داده اند. هر باکتری دارای سیستم ایمنی است که به آن اجازه رصد و شناسایی دی.ان.ایِ[۷] ویروس و نابودی آن را می دهد. وقتی ویروس یاخته ای را عفونی می کند در واقع دی.ان.ای خود را به آن تزریق می کند. در باکتری سیستم ایمنی کریسپر می تواند تکه ای از دی.ان.ایِ ویروس را کَنده و وارد دی.ان.ای خودش کند. این تکه های دی.ان.ایِ ویروس در حوزه ای به نام کریسپر ادغام می شوند. جنیفر دودنا می گوید کریسپر «توالی دی. ن.ای است که در باکتری تکرار می شود و سیستم ایمنی باکتری است. باکتری از این طریق اطلاعات ژنتیکیِ ویروسی را که به آن حمله می کند را در لحظه گرفته و ذخیره می کند و از این اطلاعات استفاده می کند برای ایمن کردن خود در مقابل عفونت ویروسی. این پدیدۀ زیستی، بیست سال پیش توجه چند آزمایشگاه را به خود جلب کرد و موجب کشف پایۀ مولکولی سیستم ایمنی شد و مهار آن، به عنوان ابزار قدرتمندی برای ویرایش دی.ان.ای در نوع مولکولی را امکان پذیر کرد».[۸] این لایه های تکراری دی.ان.ای مکانیسمی است که به یاخته اجازه می دهد در طول زمان مشخصات ویروس هایی که به آن حمله کرده اند را ثبت کند و آنها را در بایگانی خود داشته باشد و این اطلاعات بایگانی شده را به نسل های بعدی منتقل کند. بنابراین نه تنها یک نسل بلکه نسل های بعدیِ باکتری هم در مقابل ویروس های ثبت شده مقاوم هستند. در واقع کریسپر مانند دفترچۀ واکسیناسیون است. بعد از این که این تکه های دی.ان.ای در یاخته باکتری ادغام شدند، آنگاه باکتری یک کپی از مولکولی به نام آر.ان.ای می سازد که کپی دقیق دی.ان.ای ویروس است. آر.ان.ای دو قلوی شیمیایی دی.ان.ای است و اجازه تداخل با دی.ان.ای هایی را می دهد که دارای توالی مشابه هستند.

جنیفر دودنا و امانوئل شارپونتیه از راه دور به همکاری با هم پرداختند و بر پایۀ دانشی که در مورد سیستم دفاعی باکتری ها کشف شده بود، روش کریسپر-کس۹ را اختراع کردند. این روش از دو بخش تشکیل شده است: نوعی مولکول آر.ان.ایِ پیام رسان یا هادی و پروتئینی به نام کس۹ که می تواند به عنوان قیچی ژنتیکی عمل کند. جنیفر دودنا می گوید: «ما فهمیدیم که می توانیم از عملکرد این پروتئین برای فن آوری مهندی ژنتیک استفاده کنیم. یعنی دانشمندان بتوانند بخشی از دی.ان.ای را حذف یا پاره ای از دی.ان.ای ترمیم شده را از خارج وارد یاخته های موجود کنند. و این کار را با دقت بالایی انجام دهند». در این روش یک قطعه آر.ان.ال که پیام و آدرس محل «معیوب» در توالی دی.ان.ایِ بیمار به آن داده شده است به «قیچی مولکولی» یا آنزیم کس۹ وصل می شود. آر.ان.الِ هادی، کس۹ را به سمت آن بخش خاص هدایت می کند تا کس۹ عملیات قیچی را انجام دهد. این عملیاتی است که با دقت بسیار بالا انجام می شود. پس از آن، دانشمندان می توانند توالی ترمیم یافته ای را که در آزمایشگاه ساخته اند، توسط آر.ان.ال دیگری که این توالی ها به آن داده شده است جایگزین توالی قیچی شده در دی.ان.ای کنند[۹].

مبارزه با کوید۱۹ و انقلاب در ساختن واکسن با روشی کاملا جدید

کوشش دانشمندان برای مقابله با بیماری کوید۱۹ و نجات انسان از آن، بی تردید برای قرن ها الهام بخش خواهد بود. به یاد خواهد ماند که علم پزشکی در مقابله با بیماری های ویروسی، نقطه عطفی بر جای نهاد. رویکردهای گذشته در ساختن واکسن جای خود را به واکسن های ژنتیکی داد. واکسن هایی که یک ژن یا رمز ژنتیکی خاصی را وارد یاخته های انسان می کنند و این رمزها باعث می شوند که یاخته های انسان شروع به ساختن اجزای بی خطری از ویروس را کنند و به این ترتیب سیستم ایمنی خودِ بیمار برای مقابله تحریک شود. یک راه انجام این کار، استفاده از مولکول دی.ان.ای است. به این صورت که جزئی از ساختار ویروس تولید کنندۀ بیماری کوید۱۹ را وارد دی.ان.ایِ یک ویروس بی خطر مانند ویروس بیماری سرماخوردگیِ معمولی می کنند. سپس آن ویروس را وارد یاخته های انسان می کنند تا ژن جدید موجب آن شود که یاخته ها، مقدار زیادی از آن مولفۀ سارس-کوی۲ را بسازند. به این ترتیب سیستم ایمنی انسان در موقعیتی قرار می گیرد که وقتی ویروس کرونا به آن حمله کرد، بتواند از خود دفاع کند. اما این روش کارآیی چندانی نداشته است. زیرا دی.ان.ای یک مولکول فعال و متحرک نیست و بیشتر انباردار ذخیره اطلاعات ژنتیکی انسان است. اما مولکول آر.ان.ای دارای تحرک بالایی است. پیامرسان و حمل کننده و رصد کننده است. واکسن های آزمایشگاه های فایزر-بیوتک و مُدرنا علیه کوید۱۹ از ار.ان.ای پیامرسان اِم.ار.ان.اِی (mRNA) برای تزریق ژن های رمزگذاری شده به یاخته های انسان استفاده کرده اند. این آزمایشگاه ها موفقیت خود را مدیون کار یک دانشمند دیگر به نام کاتالین کاریکو بودند. وی در سال ۲۰۰۵ نشان داد که می توان یک مولکول مصنوعی اِم.ار.ان.اِی را رمزگذاری کرد و به سلامت وارد یاخته های انسان کرد. بر این پایه، شرکت بیوتک آلمانی و فایزر آمریکایی و مدرنا توانستند مولکول آر.ان.ای پیامرسان را مهندسی و رمزگذاری کنند. به این ترتیب که دارای بخشی از ساختار پروتئین سنبلۀ ویروس کرونا بود و با تزریق آن مولکول، در یاخته های انسانی مستقر شده و تولید آنتی ژن می کند. آنتی ژن ها مولکول هایی هستند که سیستم ایمنی بدن انسان را تحریک می کنند و می توانند ما را در مقابل ویروس، باکتری و دیگر عواملی که باعث بیماری های عفونی می شوند محافظت کنند.

توانایی کد گذاری روی آر. ان.ایِ پیام رسان اِم.ار.ان.اِی که بتواند هدف دانشمندان را عملی کند، تاثیرات شگرفی بر نظام درمان بیماری ها خواهد داشت. تا پیش از همه گیری کوید۱۹، شرکت های بیوتک و مدرنا برای درمان سرطان، بر روی پتانسیل های آر.ان.ایِ پیام رسان کار می کردند و این هدف را هنوز دنبال می کنند و می خواهند با رمزگذاری بر  اِم.ار.ان.اِی مولکولهایی تولید کنند که سیستم ایمنی بدن را تحریک کنند تا سیستم ایمنی بتواند یاخته های سرطانی را تشخیص داده و از بین ببرد. این درست مانند استفاده از سیستم کریسپر است که از باکتری ها اتخاذ شده و می توان یک ژن را از بین برد و یا ویرایش کرد. جالب است که جنیفر دودنا و دیگران توانسته اند آنزیم هایی که با آر.ان.ای هدایت می شوند به وجود آورند که مستقیما می توانند ویروس سارس-کوی۲ را شناسایی کرده و به زودی می توان از این تکنولوژی برای شناسایی و نابود کردن آن در یاخته های انسان استفاده شود.

انسان در طول تاریخ قربانی آفت های ویروسی و باکتریایی بسیار بوده است. میلیون ها نفر با شیوع طاعون مرده اند و در قرن ۱۴ در اروپا بین ۳۰ تا ۶۰ درصد جمعیت از طاعون از بین رفتند. کوید۱۹ تا کنون نزدیک به دو میلیون قربانی گرفته است. این آخرین همه گیری نخواهد بود اما یافته های علمی جدید و فناوری حاصل از آن، انقلابی بی نظیر در مقابله با همه گیری های عفونی و مرگبار است. با ظهور ویروس های جدید یا جهش ویروس کرونا، دانشمندان می توانند به سرعت واکسن اِم.ار.ان.اِی را مجددا رمزگذاری کنند و آدرس ویروس جدید را به آن بدهند. بر مبنای تکنولوژی کریسپر، جعبه آزمایش کوید۱۹ می تواند در دسترس همگان قرار گیرد تا هر کس در خانه با سرعت و دقت بالا، آزمایش کرونایی انجام دهد. به همان سادگی آزمایش بارداری که هر زنی می تواند در خانه انجام دهد. به گفتۀ رئیس آزمایشگاه مدرنا «یک تغییر ناگهانی در توازن قوای تکاملی، میان توان فناوری انسان و توان ویروس، به وجود آمده است. شاید هرگز دیگر همه گیری نداشته باشیم».[۱۰]

روی دیگر مساله این است که این پیشروی های حیرت انگیز علمی، بشریت را هرچه بیشتر به «برخوردارها» و «محرومین» تقسیم می کند و ضرورتِ یکی کردن پیکر بشریت از طریق انقلاب کمونیستی عاجل تر از هر لحظۀ دیگر در تاریخ فریاد می زند.  

[۱]  بیماری رتینیت پیگومتزا (ورم رنگیزه‌ای شبکیه) که در آن شبکیه چشم به تدریج تخریب شده و در نهایت منجر به نابینایی فرد می ‎شود.

[۲] CRISPR/Cas9

[۳]  بریک، آردی اسکای (۱۳۹۸) علم و انقلاب. ترجمه ریحانه رهنما با همکاری منیر امیری. انتشارات حزب کمونیست ایران (م ل م)

[۴] Isaacson, Walter (2021) The Code Breaker. New York. Simon & Schuster

[۵] مصاحبه والتر ایساکسون با کریستیان امانپور. ۱۱ مارس ۲۰۲۱

[۶] Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats

[۷] دی.ان.ای و آر.ان.ای و پروتئین سه مولکول درشت اصلی و ضروری در همهٔ گونه‌های زیستی هستند. دی.ان.ای اطلاعات ژنتیک را ذخیره می کند و آر.ان.ای پیام رسان و ناقل داده های ژنتیکی است که به ساخت پروتئین ها می انجامد.

[۸] کفتگوی جنیفر دودنا در زوم با واشنگتن پست. ۱۲ مارس ۲۰۲۱

[۹] ویدئوهای زیادی در یوتوب موجود است که عملیات کریسپر-کس۹ را به شکل تصویری نمایش می دهند.

[۱۰] Isaacson. Walter .mRNA Technology Gave Us the First COVID-19 Vaccine,.۱۱ jan 2021