کریسپر، مهندس ژنتیک باستانی در پروکاریوت

احتمالا فیلم­ های زیادی را به­ خاطر دارید که قهرمان داستان برای خنثی کردن بمب، در میان کلاف سردرگمی از سیم­ های رنگارنگ، سیم قرمز یا آبی را قطع می­کرد تا جان ده­ ها یا صدها نفر را نجات دهد.

کریسپر اسم موجودی است که با عملکردی شبیه عملکرد «خنثی کنندگان بمب» به تازگی مورد شناسایی دانشمندان دانش پزشکی قرار گرفته است. کریسپر با درک و دستکاری دی­ان­ای ویروس­ های مهاجم، موجبات مرگ یا بی­ خاصیت شدن آن­ ها را فراهم می­ آورد. کریسپر خود، بخشی از توالی های DNA باکتری پروکاریوت است. این موجود نوعی سیستم ایمنی نیمه هوشمند در باکتری‌ مذکور است که مانند یک مهندس ژنتیک، با ایجاد تغییرات ژنتیکی درDNA ویروس، موجبات نابودی مهاجمین را فراهم کرده تا جان ذی­نفعان را نجات دهد.

بخشی از سیستم کریسپر، پروتئینی به نام  Cas9 است، که وظیفه ­ی این پروتئین، جستجو، برش زدن و سرانجام دگرگونی دی‌ان‌ای ویروس با هدف ایجاد اختلال است. کریسپر برای به خاطر سپردن ویژگی ویروس ­های مهاجم، رونوشتی ازDNA ویروس­ های قربانی را که پیش­تر قلع و قمع کرده  با خود نگه می­دارد و جهت شناسایی مهاجمین با DNA ویروس ­های بعدی مقایسه می­ کند.

این نحوه ­ی «مهاجم ­یابی» کریسپر را می­توان با برنامه ­های آنتی­ویروس رایانه مقایسه کرد که بانک اطلاعات ویروس­شناسی آن­ها، مبنای جستجو و مقایسه­ ی فایل­ هایی است که برخی از آن­ ها  از انواع اسپام یا ویروس­ های خطرناک هستند.

در پروسه­ ی اصلاح ژن با روش کریسپر، یک «آر­ان­ای» مولکولی که قابلیت خواندن دی­ان­ای را دارد، به عنوان راهنما عمل می­ کند و آنزیم «Cas9» را به درون مولکول «دی­ان­ای» می­فرستد تا قسمت خاصی از آن را که مد نظر است قیچی کند. «Cas9» پس از برش، رشته­ های «دی­ان­ای» را به هم پیوند می­ زند.

دانشمندان پس از شناسایی کریسپر و توانایی­ های منحصر به فرد آن، متوجه شدند که می ­توانند با  اتخاذ روش­ هایی، کریسپر را تحت اختیار در آورده و با کمک آن هر ژن مضر روشنی را خاموش کرده و یا هر ژن مفید خاموشی را روشن کنند.

آن ­ها دریافتند با ابزار جدید کریسپر می­ توانند، آسان­تر، دقیق ­تر، ارزان ­تر و سریع­ تر، ژن­ ها را درون بدن موجودات زنده، مورد اصلاح و ویرایش قرار دهند و سلول­ ها را از وجود ژن معیوب آسیب زننده رها سازند.

به‌عبارت‌ دیگر همان‌گونه که سیستم ایمنی موجودات پیچیده‌تر مثل انسان با قرارگرفتن در معرض میکروب­‌ها و ویروس‌ها، نحوه ­ی مقابله با آن ­ها را یاد می‌گیرد، باکتری‌های برخوردار از کریسپر به مکانیزم مشابه ی مجهز است. در واقع کریسپر با تخریب ژنوم ویروس، از باکتری در مقابل حملات ویروس حفاظت می‌کند؛ دانشمندان با مطالعه­ ی رفتار کریسپر دریافتند این سیستم به آن­ ها امکان می‌دهد با دقتی بی‌سابقه، هر ژنی را در هرکدام از ٢٣ کروموزوم انسان تغییر دهند، بدون این­که جهش ژنتیکی حیات بیمار را مورد تهدید قرار دهد.

پژوهشگران دانشکده­ ی سان­دیگو در کالیفرنیا، نسخه ­ای از کریسپر- Cas9 را تولید کرده­ اند که قابلیت برش «آر­ان­ای» را نیز دارد و می­ تواند در درمان بیماری­ هایی چون «هانتینگتون» موثر باشد.

کریس نلسون، که تحقیقات درمانی «دیستروفی عضلانی دوشن» را با روش کریسپر در دانشگاه دوک هدایت کرده است گفت: «یکی از موانع عمده در ویرایش ژنتیکی وارد کردن تغییرات است. ما می ­دانیم کدام ژن ­ها هستند که باید برای بیماری ­های مشخص ترمیم شوند، اما دسترسی به این ژن­ ها با ابزار ویرایش ژنتیکی یک چالش عظیم است».

«بهترین شیوه ­ای که ما اکنون برای این کار در اختیار داریم بهره‌برداری از ویروس­ هاست، زیرا آن­ ها بیلیون‌ها سال وقت را صرف تکامل برای یافتن چگونگی وارد کردن ژن­ هایشان به داخل سلول ها کرده ­اند».

در سال ۲۰۰۱ اعلام شد ۹۰ درصد از نقشه برداری ژنوم انسان به پایان رسیده است. به دنبال این  موفقیت بزرگ شناسایی ژن­ ها، شناسایی جهش ­های بیماری­زا، تشخیص بیماری ­های ژنتیکی، تشخیص­ های پیش از بروز علامت‌ها، پیشگیری از بروز بیماری‌های ژنتیکی و پدیده ­هایی که بر میزان و کیفیت سلامت و طول عمر انسان اثر می ­گذارند، بیش از هر زمان دیگری در دسترس دانشمندان و متخصصین قرار گرفت.

پروژه ­ی ژنوم انسان نه تنها چهره­ ی دانش ژنتیک مولکولی انسانی را دگرگون ساخت بلکه بر بیشتر علوم زیستی تاثیر  فراوانی گذاشته ‌است و اینک پدیده ­ی «کریسپر» موج جدیدی از اشتیاق و هیجان را در دنیای پزشکی و زیست­شناسی به حرکت درآورده است.

در هسته­ ی هر سلول، ژنوم قرار دارد. در این میان آن­چه به عنوان DNA شناخته می­شود در واقع دستورالعمل حیات است.

در یکی از موارد استفاده ­ی ویژه ازکریسپر، هدف دانشمندان، اصلاح ژن معیوبی بود که باعث بیماری قلبی توارثی می ­شد.

آن­ ها یک تخمک را با یک اسپرم که دارای ژن معیوب بود بارور کردند. بعد سیستم اصلاح ژن، به اسم کریسپر CRISPR را به آن افزودند.

کریسپر، مانند یک غلط­یاب املایی DNA را مورد بررسی قرار می ­دهد و وقتی به اختلالات بیماری­ زا می رسد، دو شاخه DNA را  بریده و ژن معیوب را جدا  می­ کند سپس ژن سالم دیگری از تخمک را جایگزین آن می­ سازد.

این بیماری قلبی، hypertrophic cardiomyopathy نام دارد که در اثر یک اشتباه در ترکیب‌ ژن­ های دی­ان‌ای بوجود می‌آید. امکان انتقال این بیماری به فرزندان فرد مبتلا، پنجاه درصد است. این اصلاح ژنتیکی در زمان انعقاد نطفه انجام شد. به این صورت که اسپرم‌های حاوی ژن‌های این بیماری به همراه فناوری کریسپر، به تخمک‌های سالم تزریق و منتقل شد. ۷۲ درصد جنین‌های شکل گرفته، کاملا سالم بودند. دانشمندان اجازه دادند این جنین‌ها پنج روز زنده بماند و بعد آزمایش را متوقف کردند.

موفقیت در توقف انتقال نارسایی قلبی ژنتیکی به نسل­ های بعد، توفیقی بالقوه برای پیشگیری از  انتقال ۱۰ هزار اختلالات شناخته شده­ ی ژنتیکی به نسل­ های آینده محسوب می­ شود.

به­ طور مثال متخصصین ژنتیک با این تکنولوژی می­ توانند ویروس ایدز را از بین ببرند و راهی برای بهبود کم خونی داسی و اصلاح سلول ­های سرطانی پیدا کنند. با این تکنیک هم­چنین می­ توان توانایی سلول­ هایی که در معرض شیمی درمانی قرار می­ گیرند را افزایش داد.

در این همکاری فوق پیشرفته، تیم­ هایی از دانشگاه اورگان آمریکا Oregon Health and Science موسسه­ ی سالک Salk Institute و موسسه علوم پایه از کشور کره جنوبیBasic Science in South Korea شرکت داشتند و موفق شدند برای اولین بار در تاریخ پزشکی، یک بیماری ژنتیکی را بدون بروز جهش با روش کریسپر، مداوا  کنند.

پرفسور رابین لاول- بج Robin Lovell-Badge از انستیتو فرانسیس کریک Francis Crick Institute می‌گوید: «بیماری‌های ژنتیکی بسیار بدی مانند بیماری هانتینگتون یا بیماری‌های قلبی وجود دارند که می‌توانند زندگی چند نسل را تباه کنند. بنابراین روشی که بتواند از انتقال ژن معیوب از کودکان به نسل‌های بعدی جلوگیری کند، برای خانواده‌های درگیر بسیار مهم است».

نیکول موبری Nicole Mowbray مبتلا به نارسایی قلبی است. برای جلوگیری از ایست قلبی، در قفسه­ ی سینه او یک دستگاه ضربان­ساز نصب شده است. نیکول با ۵۰ درصد احتمال انتقال این بیماری به فرزند خود روبرو است اما هنوز نمی­ تواند درباره ­ی استفاده از اصلاح ژنتیکی به روش کریسپر تصمیم­گیری کند.

نیکول می­ گوید: «من نمی­ خواهم به فرزندم بیماری بدهم که زندگی او را محدود ساخته یا موجب درد و ناراحتی­اش شود. این چیزی است که هر وقت به بچه‌دار شدن فکر می‌کنم از ذهنم می­ گذرد».

او به انسان اصلاح شده نیز نگاهی قابل تامل دارد و می‌گوید: «نمی­ خواهم سازنده نوزاد اصلاح شده و بی عیب باشم. فکر می‌کنم بیماری من در شکل گرفتن شخصیت من دخیل بوده است».

در همین حال عده‌ای هم نگرانند که ترمیم ژن در آینده منجر به دستکاری ژنتیکی برای ایجاد کودکان بی‌نقص شود.

دکتر Shouhhrat Mitalipov، یکی از دانشمندان فعال در تیم تحقیقاتی، گفت: «پیش از این، هر نسل این بیماری ارثی را با خود حمل می­ کرد، اما دستاورد ما عامل بیماری را از نژاد این خانواده حذف کرده است. با استفاده از این تکنیک، می ­توان بار سنگین برخی بیماری­ های عذاب آور را از دوش خانواده ­ها و در نهایت جمعیت انسانی کاهش داد».

دانشمندان از همه‌گیر شدن‌ این فن‌آوری بدون در نظر گرفتن مسائل اخلاقی پیرامون آن واهمه دارند.

پیامدهای فرهنگی استفاده از چنین فن­ آوری‌هایی هم باعث نگرانی است. برخی از صاحب‌نظران هشدار داده‌اند که مهندسی ژنتیکی بدون کنترل، ممکن است به خلق شکل تازه‌ای از به‌نژادیeugenics  (یوژنیک) بی انجامد که در آن ثروتمندان نه تنها می‌توانند ژن‌های فرزندان خود را اصلاح کنند، بلکه حتی به آن‌ها قابلیت‌های منحصر به فرد و تازه ای اضافه کنند.

دکتر «دیوید کینگ» David King از یک گروه ناظر بر اخلاق پزشکی می‌گوید: «ممکن است به جامعه‌ای برسیم که بعضی‌ها ژن‌های بچه‌های خود را به شکلی دستکاری کنند که این بچه‌ها نسبت به بچه‌های دیگر، برتری‌هایی داشته باشند و مردم نه بر اساس شخصیت­شان که بر اساس ژن‌های خود مورد قضاوت و ارزیابی قرار گیرند، علاوه بر نکات اخلاقی، نگرانی‌هایی هم از نظر بروز جهش­ های ژنتیکی و نقائص ناشناخته وجود دارد. بنابراین پیش از استفاده از این روش برای کمک به بیماران، تحقیقات بیشتری باید انجام گیرد.

ماهنامه آفتاب سلامت با رصد پژوهش ­های رقابتی پرشتاب در کشورهای مختلف هم­چون آمریکا، انگلیس، اسپانیا، ژاپن، کره جنوبی، روسیه و بسیاری دیگر، استفاده از قیچی مولکولی کریسپر برای ویرایش و اصلاح ژن­های معیوب در راستای درمان بیماری­ های مختلف را پدیده­ای قابل اکتساب و در ظرفیت دانشکده­ های پزشکی تمام دانشگاه ­های ایران می­ بیند. به راحتی می­ توان با دعوت از استادان کارآزموده و بین­ المللی، این فن­ آوری مدرن را به دانش­ پژوهان پزشکی کشور آموزش داد.

دانشگاه ­ها می­ توانند طی تماس با اشخاص حقیقی و حقوقی دست اندرکار تدریس روش کریسپر، کلیه­ ی مخارج را محاسبه و روی شهریه ­های دوره های ویژه محاسبه کنند. مسلما یارانه­ هایی نیز برای چنین مواردی پیش­بینی شده که به کمک آمده و موجب کاهش شهریه­ ها خواهد گردید.

برگزاری کلاس ­های فشرده­ ی یادگیری روش کریسپر، دوبله فیلم­ های آموزشی موجود از تدریس استادان، تولید مالتی مدیاهای آموزشی فیلم و انیمیشن در این مسیر، برخی از بی ­شمار اقداماتی است که می­ توان برای  شرکت دادن کشور در رقابت­ های جهانی این توانایی نوین درمانی انجام داد.