يتساءل العلماء: متى تتلاشى عجائب التكنولوجيا الجديدة، كالهواتف الذكية، أو حتى الغراء الفائق، السيارات الكهربائية، دردشة الفيديو، عندما تعتاد على وجودها بحيث لا نفكر في الأمر بعد الآن؟ عندما يأتي شيء أحدث وأفضل؟ عندما تنسى كيف كانت الأمور قبلاً؟ هل هناك عوامل مشتركة بين الأمراض المعدية والخلايا التائية والبندورة وفشل القلب وفقر الدم المنجلي ومحاصيل الذرة الرفيعة؟
بعد عشر سنوات من تقديم جينيفر دودنا وإيمانويل شاربينتييه لأول مرة اكتشافهما لـتقنية قص الجينات وتعديلها: كريسبر، بقيت هذه التقنية في قلب المشاريع العلمية الطموحة والمناقشات الأخلاقية المعقدة. تستمر في إنشاء طرق جديدة للاستكشاف وتنشيط الدراسات القديمة. يستخدمها علماء الكيمياء الحيوية، وكذلك علماء آخرون: علماء الحشرات والقلب والأورام والحيوان والنبات.
أدت تقنية تحرير الجينات إلى ابتكارات في الطب والتطور والزراعة - وأثارت أسئلة أخلاقية عميقة حول تغيير الحمض النووي البشري. تقنية كريسبر هي تقنية للتعديل الجيني تتيح تعديل الحمض النووي للكائن الحي، بما في ذلك البشر. وتمتاز بأنها رخيصة التكلفة، وسهلة الاستعمال، وتتيح للعلماء تعديل الجينات من خلال "مقص" جيني يضاهي في عمله برنامجاً لمعالجة النصوص، ويمكنه رصد التشوهات الجينية واستبدالها بعناصر أخرى في الحمض النووي.
وتعتمد تقنية "كريسبر" على إنزيم يُسمى (Cas9)، ويستخدم جزيئاً إرشادياً من الحمض النووي الريبي، بغرض استهداف الجزء المطلوب من الحمض النووي، ثم يعدل الحمض النووي، من أجل تفكيك الجينات، أو وضع التسلسلات المطلوبة. وتمكن "كريسبر" العلماء من تنقيح الحمض النووي للخلية بقدر غير مسبوق من الدقة.
البندورة الملكة
إن كلاً من كاثي مارتن عالمة النبات البريطانية، وتشارلز إكزافييه، مؤسس فريق X-Men superhero team يجمعهما حب المتحولين. ولكن في حين أن البروفيسور X لديه ميل للطفرات البشرية الخارقة، فإن الدكتورة مارتن تميل إلى النوع الأحمر والعصير. هذا ما قالته الدكتورة مارتن عن بحثها الذي يركز على جينومات النباتات على أمل إيجاد طرق لجعل الأطعمة - وخاصة البندورة في حالتها - أكثر صحة وقوة وديمومة.
عندما ظهرت تقنية كريسبر، عرض أحد زملاء الدكتورة مارتن أن يقدم لها بندورة متحولة كهدية. كانت متشككة إلى حد ما لكنها قالت له: أود أن أحصل على بندورة لا تنتج حمض الكلوروجينيك، وهي مادة يعتقد أن لها فوائد صحية، البندورة بدونها لم يتم العثور عليها من قبل. أرادت الدكتورة مارتن إزالة ما اعتقدت أنه التسلسل الجيني الرئيسي ومعرفة ما يحدث. سرعان ما كانت هناك بندورة بدون حمض الكلوروجينيك في مختبرها.
بدلاً من البحث عن المتحولين، أصبح من الممكن الآن صناعتهم. قالت الدكتور مارتن: الحصول على تلك الطفرات كان فعالاً للغاية وكان رائعاً للغاية، لأنه أعطانا تأكيداً لكل هذه الفرضيات التي لدينا.
في الآونة الأخيرة استخدم الباحثون في مختبر الدكتورة مارتن تقنية كريسبر لصنع نبات بندورة يمكنه تجميع فيتامين "د" عند تعرضه لأشعة الشمس. يحتوي غرام واحد فقط من الأوراق على 60 ضعف القيمة اليومية الموصى بها للبالغين. أوضحت الدكتورة مارتن أنه يمكن استخدام كريسبر عبر مجموعة واسعة من التعديلات الغذائية. يمكن أن يزيل المواد المسببة للحساسية من المكسرات وإنشاء نباتات تستخدم الماء بشكل أكثر كفاءة.
وأضافت: لا أدعي أن ما فعلناه بفيتامين "د" سيحل كل مشاكل انعدام الأمن الغذائي، لكنه مجرد مثال جيد. يحب الناس أن يكون لديهم شيء يمكنهم التمسك به، وقد أصبح هذا موجوداً. إنه ليس مجرد وعد.
الأمراض المعدية
أمضى كريستيان هابي عالم الأحياء الذي يدير المركز الأفريقي للتميز في علم جينوم الأمراض المعدية في نيجيريا، حياته المهنية في تطوير أساليب لاكتشاف واحتواء انتشار الأمراض المعدية التي تنتقل إلى البشر من الحيوانات. العديد من الطرق الحالية للقيام بذلك مكلفة وغير دقيقة.
يقول الدكتور هابي: مثلاً من أجل إجراء اختبار تفاعل البوليميراز المتسلسل، أو PCR، تحتاج إلى "الذهاب لاستخراج الحمض النووي الريبي والحصول على آلة تكلفتها 60 ألف دولار وتوظيف شخص مدرب بشكل خاص". يعد إجراء هذا النوع من الاختبارات في معظم القرى النائية أمراً مكلفاً وغير معقول من الناحية اللوجستية.
في الآونة الأخيرة استخدم الدكتور هابي ومعاونوه تقنية كريسبر لاكتشاف الأمراض في الجسم عن طريق استهداف التسلسلات الجينية المرتبطة بمسببات الأمراض. كانوا قادرين على الكشف عن فيروس SARS-CoV-2 في غضون أسبوعين من وصول الوباء إلى نيجيريا وتطوير اختبار لا يتطلب معدات في الموقع أو فنيين مدربين - مجرد أنبوب للبصاق.
قال الدكتور هابي: إذا كنت تتحدث عن مستقبل التأهب للوباء، فهذا ما تتحدث عنه. أريد أن تستخدم جدتي هذا في قريتها.
يعمل الاختبار التشخيصي المستند إلى كريسبر بشكل جيد في الحرارة، وهو سهل الاستخدام للغاية ويكلف عُشر اختبار PCR القياسي. ووصف اقتراحه بأنه سيسمح لأفريقيا باحتلال ما يسميه مساحتها الطبيعية.
فقر الدم المنجلي
في البداية وقبل كريسبر، كان هناك أداة تسمى: نوكلياز إصبع الزنك. كانت هذه هي أداة تعديل الجينات التي استخدمها جانج باو مهندس الكيمياء الحيوية في جامعة رايس لأول مرة لمحاولة علاج مرض فقر الدم المنجلي، وهو اضطراب وراثي يتميز بتشوه خلايا الدم الحمراء. استغرق تطوير مختبر الدكتور باو أكثر من عامين، ومن ثم نجح نوكلياز إصبع الزنك في قطع تسلسل الخلايا المنجلية بنسبة 10 % فقط.
استغرقت تقنية أخرى عامين آخرين وكانت أكثر فاعلية بقليل. وفي عام 2013 بعد وقت قصير من استخدام كريسبر لتعديل الجينات بنجاح في الخلايا الحية، قام فريق الدكتور باو بتغيير المسار مرة أخرى.
قال الدكتور باو: للحصول على بعض النتائج الأولية استغرقنا كريسبر لمدة شهر. نجحت الطريقة في قطع التسلسل المستهدف بنسبة تصل إلى 60 %. كان من الأسهل صنعه وأكثر فاعلية. أضاف: لقد كان مذهلاً.
كان التحدي التالي هو تحديد الآثار الجانبية للعملية. بمعنى كيف أثرت تقنية كريسبر على الجينات التي لم يتم استهدافها عن قصد؟ بعد سلسلة من التجارب على الحيوانات كان الدكتور باو مقتنعاً بأن هذه الطريقة ستعمل مع البشر. في عام 2020 وافقت إدارة الغذاء والدواء على تجربة سريرية في جامعة ستانفورد، ولا تزال مستمرة. وهناك أمل أيضاً في أنه مع تنوع استخدامات كريسبر، يمكن استخدامها لعلاج الأمراض الوراثية الأخرى.
لا يزال الدكتور باو ومختبره يحاولان تحديد جميع التأثيرات الثانوية والثالثية لاستخدام تقنية كريسبر. وهو متفائل بأن علاج التعديل الجيني الآمن والفعال للخلايا المنجلية سيكون متاحاً قريباً.
النظر في أسرار القلب
من الصعب تغيير قلب شخص ما. وهذا ليس فقط لأننا غالباً ما نكون عنيدين وعالقين في طرقنا. يولّد القلب خلايا جديدة بمعدل أبطأ بكثير من العديد من الأعضاء الأخرى. تعتبر العلاجات الفعالة في أجزاء أخرى من تشريح الإنسان أكثر صعوبة بالنسبة إلى القلب.
من الصعب أيضاً معرفة ما في قلب شخص ما. حتى عندما تقوم بتسلسل جينوم كامل، غالباً ما يكون هناك عدد من الأجزاء التي تظل غامضة للعلماء والأطباء (تسمى المتغيرات ذات الأهمية غير المؤكدة). قد يعاني الشخص من مرض في القلب، ولكن لا توجد طريقة لربط هذا المرض بجيناته بشكل نهائي.
ولكن على مدار العامين الماضيين استخدم الدكتور جوزيف وو مدير معهد ستانفورد للقلب والأوعية الدموية تقنية كريسبر لمعرفة نوع التأثيرات التي يحدثها وجود وغياب هذه التسلسلات المربكة على خلايا القلب، والتي تمت محاكاتها في مختبره باستخدام الخلايا الجذعية المستحثة متعددة القدرات المتولدة من الدم. من خلال الاستغناء عن جينات معينة ومراقبة التأثيرات، تمكن الدكتور وو ومعاونوه من رسم روابط بين الحمض النووي للمرضى الفرديين وأمراض القلب.
سوف يمر وقت طويل قبل أن يتم علاج هذه الأمراض باستخدام تقنية كريسبر، لكن التشخيص هو الخطوة الأولى. "أعتقد أن هذا سيكون له تأثير كبير فيما يتعلق بالطب الشخصي" قال الدكتور وو الذي ذكر أنه وجد ثلاثة متغيرات على الأقل ذات أهمية غير مؤكدة عندما حصل على تسلسل الجينوم الخاص به. ويبقى السؤال المهم الآن: "ماذا تعني هذه المتغيرات؟".
إعادة اختراع الحبوب
تستخدم الذرة الرفيعة في الخبز والكحول والحبوب في جميع أنحاء العالم. ولكن لم يتم تصميمها تجارياً بنفس الدرجة مثل القمح أو الذرة، وعند معالجتها، غالباً ما لا تكون لذيذة.
وجدت كارين ماسل عالمة التكنولوجيا الحيوية بجامعة كوينزلاند في أستراليا، مجالاً كبيراً للتحسين عندما بدأت دراسة النبات لأول مرة في عام 2015. ولأن ملايين الأشخاص يأكلون الذرة الرفيعة في جميع أنحاء العالم، إذا أجريت تغييراً بسيطاً يمكنك الحصول على تأثير هائل. لقد استخدمت هي وزملاؤها تقنية كريسبر لمحاولة جعل الذرة الرفيعة تتحمل الصقيع والحرارة وإطالة فترة نموها، ولتغيير هيكل جذرها "نستخدم التحرير الجيني في جميع المجالات" على حد قولها. وقالت إن هذا لا يمكن أن يؤدي فقط إلى المزيد من الحبوب اللذيذة والصحية، بل يمكن أن يجعل النباتات أكثر مقاومة لتغير المناخ. ولكن ما زالت مهمة تعديل جينومات المحاصيل بدقة باستخدام تقنية كريسبر ليست مهمة سهلة.
قالت الدكتورة ماسل: نصف الجينات التي أزلناها ليس لدينا أي فكرة عما تفعله. في المرة الثانية التي نحاول فيها الوصول إلى هناك، ندرك أننا بعيدون قليلاً عن عمقنا. ولكن باستخدام تقنية كريسبر جنباً إلى جنب مع تقنيات التربية التقليدية، فإن الدكتورة ماسل متفائلة، وتأمل أن يؤدي المزيد من التقدم إلى تسويق الأطعمة المعدلة جينياً مما يجعلها أكثر سهولة ومقبولة أكثر.
علاج جديد للسرطان
في عام 2012 كانت فتاة تبلغ من العمر 6 سنوات تعاني من سرطان الدم الليمفاوي الحاد. لم ينجح العلاج الكيميائي، وكانت الحالة متأخرة جداً بالنسبة إلى عملية زرع نخاع العظم. لم يكن هناك أي خيارات أخرى، وطلب أطباء الفتاة من والديها العودة إلى المنزل. وبدلاً من ذلك، ذهبوا إلى مستشفى الأطفال في فيلادلفيا، حيث استخدم الأطباء علاجاً تجريبياً يسمى مستقبل المستضد الخيمري (CAR) بالخلايا التائية لتحويل خلايا الدم البيضاء للفتاة ضد السرطان. بعد عشر سنوات، أصبحت الفتاة خالية من السرطان.
منذ ذلك الحين، يعمل الدكتور كارل جون، أستاذ الطب في جامعة بنسلفانيا الذي ساعد في تطوير العلاج بالخلايا التائية CAR T، ومعاونوه على تحسين هذا العلاج. يتضمن ذلك استخدام كريسبر، وهي الأداة الأبسط والأكثر دقة لتحرير الخلايا التائية خارج الجسم. قال الدكتور شتادماور المتخصص في التعامل مع أنواع مختلفة من سرطانات الدم والجهاز الليمفاوي: لقد شهد العقد الماضي أو نحو ذلك ثورة في علاج هذه الأمراض. لقد كانت تجربة مجزية ومثيرة.
على مدار العامين الماضيين، ساعد الدكتور شتادماور في إجراء تجربة سريرية مهمة تم فيها إدخال الخلايا التائية التي خضعت لعملية تعديل كريسبر في المرضى الذين يعانون من سرطانات مقاومة للعلاج. وكانت النتائج واعدة. بعد تسعة أشهر من التجربة، لم يتم رفض الخلايا التائية المعدلة من قبل أجهزة المناعة لدى المرضى ولا تزال موجودة في الدم. الفائدة الحقيقية هي أن العلماء يعرفون الآن أن العلاجات بمساعدة كريسبر ممكنة.
قال الدكتور شتادماور: على الرغم من أن ما نقوم به يبدو مزيجاً من الخيال العلمي والكيمياء الحيوية والعلوم، فإن الحقيقة هي أن هذا المجال قد تطور بشكل هائل. وأضاف: كل يوم أرى ربما مرضى يحتاجونني. إن هذا ما يحفزني.
----