در گفتگو با مهر مطرح شد-بخش اول؛
پایانی بر مناقشات توسعه محصولات تراریخته با ظهور فناوری نوین
انجمن پارسیان: طی سال های اخیر فناوری جدیدی در عرصه مهندسی ژنتیك ظهور كرده است كه گویا برخی كشورهای مخالف توسعه محصولات تراریخته این فناوری را پذیرفته و بومی سازی كرده اند.
به گزارش انجمن پارسیان به نقل از مهر، با عنایت به اینكه موجودات زنده مختلف، صفات و خصوصیاتی دارند كه به آن ها توانایی ویژه ای می دهد كه بتوانند برخی شرایط نامساعد محیطی را بهتر تحمل و مدیریت كنند و یا در برابر بیماری های خاصی مقاومت داشته باشند، و عطف به اینكه این خصوصیات، از ژن های این موجودات ناشی می شود، دانشمندان با بهره گیری از روش های مهندسی ژنتیك گیاهی، استفاده هدفمند از این قابلیت ها برای بهبود صفات گیاهان زراعی را- به گونه ای كه فاصله زمانی كوتاه تر از آنچه در روند اصلاح سنتی باید طی شود- پیگیری می كنند. گیاهانی كه با انتقال ژن به روش مهندسی ژنتیك تولید می شوند تراریخته نام دارند. از زمان تجاری سازی نخستین محصول تراریخته در سال ۱۹۹۵ تا كنون اتفاق نظری پیرامون كشت و تجاری سازی این محصولات در جهان وجود ندارد. چنانچه كشوری مثل امریكا بیشتر از ۷۰ میلیون هكتار از اراضی خویش را تحت كشت این محصولات برده است ولی برخی كشورها هم به علت مخاطرات احتمالی متصور بر كشت این محصولات از كشت و تجاری سازی این محصولات در كشورهای خود ممانعت كرده اند. بااین وجود بنا به اظهارات برخی متخصصان، طی سال های اخیر فناوری جدیدی در عرصه مهندسی ژنتیك ظهور كرده است كه گویا برخی كشورهای مخالف توسعه محصولات تراریخته این فناوری را پذیرفته و بومی سازی كرده اند و مجوز كشت تجاری محصولات حاصل از این فناوری را صادر كرده اند.در همین رابطه با مهندس مجتبی پویان مهر، دانش آموخته بیوتكنولوژی و كارشناس توسعه اقتصادی و برنامه ریزی گفتگویی انجام داده ایم كه بخش اول آن از نظر گرامی تان می گذرد: ابتدا در مورد انواع روش های اصلاح ژنتیكی محصولات غذایی و سیر تطور این تكنیك ها تا به امروز توضیح مختصری بفرمایید.پیشرفت فناوری های مربوط به بهبود محصولات كشاورزی همیشه جزء دستور كار بشر بوده است و روش های مختلفی در طول هزاران سال برای اصلاح گیاهان توسط انسان به كار برده شده است. به طوركلی انسان برای رسیدن به این مرحله از گزینش در طبیعت، از مراحل: اصلاح سنتی، هیبریداسیون، جهش زایی، اصلاح به كمك ماركرها و تولید تراریخته ها عبور كرده تا به جدیدترین فناوری مهندسی ژنتیك عصر حاضر؛ یعنی ویرایش ژنوم دست یابد. هم اكنون آخرین فناوری مولكولی برای اصلاح نباتات، روش های ویرایش ژنتیكی و برای ویرایش ژنوم هم تكنیك Crispr-Cas۹ است.
شكل ۱. روند پیشرفت فناوریهای اصلاح گیاهان
یعنی فناوری تراریخته جزء نسل های اولیه اصلاح ژنی گیاهان است و الان دنیا از این تكنیك هم فراتر رفته است؟بلی. درواقع گیاهان تراریخته جزء دستاوردهای نسل های ابتدایی فناوری مهندسی ژنتیك محسوب می شوند، اما هم اكنون با ورود نسل سوم فناوری مهندسی ژنتیك یعنی فناوری ویرایش ژنتیكی یا كریسپر به عرصه اصلاح ژنتیكی گیاهان، ادعا می گردد گیاهان حاصل از این فناوری، برخی محدودیت های تكنیك تراریخته را نخواهند داشت. در این شكل اگر ملاحظه بفرمایید سیر تطور روش های اصلاحی گیاهان از مرحله كلاسیك تا مرحله نوتركیبی و نهایتاً ویرایش ژنتیكی به صورت خلاصه ذكرشده است:
شكل ۲.مقایسه انواع روش های اصلاحی، دست كاری ژنتیكی و ویرایش ژنومی
كمی در مورد فناوری كریسپر توضیح می دهید؟كریسپر (CRISPR-Cas۹) اختصار یافته واژهClustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats می باشد، كه معنای لفظی آن «تناوب های كوتاهِ پالیندرومِ فاصله دارِ منظمِ خوشه ای» است. درواقع كمپلكس كریسپر بخشی ازDNA باكتری بوده كه حاوی تناوب های كوتاهِ توالی های بنیادین است و نوعی سیستم ایمنی تطابق پذیر در باكتری هاست كه آن ها را قادر به شناسایی و سپس تجزیه DNA تزریقی با استفاده از ویروس ها (به عنوان یكDNA بیگانه) می كند. بخشی از سیستم كریسپر، پروتئینی به نامCas۹ است كه قابلیت جستجو، برش زدن و سرانجام استحالهDNA ویروس را به روشی خاص دارد.توانایی ویرایش دقیق و هدفمند هر نقطه از ژنوم موجودات برای سالهای طولانی آرزوی دانشمندان بوده است و امروزه دانشمندان بیشتر از گذشته به این هدف نزدیك شدهاند. هم اكنون با كشف سیستم كریسپر دانشمندان به صورت دقیقی قادر به خاموش كردن (Knock-out) و واردكردن (Knock-in) هر ژنی در هر نقطه ای از ژنوم موجودات می باشند. اما واردكردن ژن عمده كاربرد این تكنیك نیست و كریسپر بیشتر به خاطر امكان ویرایش ژنوم موجودات زنده و جایگزینی مناسب برای روشهایی مطرح است كه امروزه به علت وارد كردن قطعات ژنی بیگانه در ژنوم جزء موارد بحث برانگیز شمرده می شوند.كریسپر را اغلب بعنوان «قیچی مولكولی» برای دست كاری قطعات ژنی میدانند. این ابزار امكان بریدن بخشی از DNA را فراهم می آورد. سپس یك یا دو اتفاق رخ می دهد: انتهاهای بریده شده دوباره به هم متصل می شوند و ژن كد كننده صفت نامطلوب یا نقطه ی ضعف حذف می شود، یا یك عملیات تعمیری برای ژن كد كننده صفت نامطلوبی كه به ارث میرسد اجرا می شود و ژن معیوب تبدیل به ژن سالم و دارای خصوصیت مطلوب ما می شود.انواع كاربردهای این فناوری چیست؟در مورد كاربردهای این فناوری هم باید بگویم تكنیك كریسپر در شاخه های مختلف بیولوژی فراگیر شده است. به صورت مثال این فناوری در اصلاح نقص های ژنتیكی وخیم ازجمله جهش هایی كه باعث دیستروفی ماهیچه ای، فیبروز سیستیك (سفتی مخاط) و یك نوع هپاتیت در انسان می شوند، كاربرد دارد. اخیرا هم تلاش می شود با این تكنیك، ویروس ایدز(HIV) موجود در سلول های انسانی را از بین ببرند و خیلی از دانشمندان باور دارند كه این فناوری احتمالاً به درمان ایدز كمك خواهد نمود. بیوتكنولوژیستهای گیاهی نیز، هم اكنون در تلاش هستند ژن هایی را كه جذب كننده آفات می باشند از ژنوم گیاه حذف نمایند و یا گیاهانی با عملكرد بالا و مقاوم به خشكی و شوری تولید كنند.پس به طوركلی با تكنیك كریسپر می توان نقاط ضعف ژنتیكی را دور انداخت یا عوامل قدرت را كه در گونه های زنده وجود دارند به صورت مجتمع در یك گونه توسعه داد (Waltz ۲۰۱۶). به صورت مثال به واسطه این تكنیك می توان با شناسایی تمامی ژن های دخیل در صفت افزایش عملكرد گیاهان، آلل های دارای نقص در ارقام كم محصول را ویرایش ژنی (ترمیم) كرده و ارقامی پر محصول تولید كرد.اقبال دانشمندان حوزه بیولوژی، بعد از كشف سیستم كریسپر به سمت این فناوری چگونه بوده است؟باید عرض كنم هیچ یك از دستاوردهای علمی قرن تا این حد در میان دانشمندان نویدبخش نبوده است و البته درعین حال مباحث اخلاقی دشواری در زمینه انواع كاربردهای آن به دنبال نداشته است. در حوزه غذا خانم «جنیفر دودنا»، (كاشف كریسپر و دانشمند حوزه زیست شناسی مولكولی)، كریسپر را انقلاب سبز دوم و راه جدیدی برای غلبه بر مشكلات غذایی عصر حاضر و آینده معرفی می كند. «گریگوری جافه» (مدیر پروژه بیوتكنولوژی مركز علوم منافع عمومی آمریكا CSPI) هم طی گفتگوی كه با سایتLabmanager در مورد فراگیر شدن این فناوری در آینده داشت، اظهار می كند: «شاید غذایی كه می خوریم دچار دست كاری نشود، اما فناوری كریسپر گیاهان زراعی و حیوانات را دست كاری خواهد نمود. ما فرمول بستنی را دست كاری نمی نماییم بلكه شكر مورداستفاده در بستنی دست كاری خواهد شد!».بنابراین به نظر میرسد فناوری ویرایش ژنتیكی و مخصوصاً كریسپر در میان دانشمندان حوزه بیولوژی و مهندسی ژنتیك بیشترین توجهات را به خود جلب كرده است. همان گونه كه در این نمودار ملاحظه می كنید، بعد از سال ۲۰۱۲ بیشترین تحقیقات ویرایش ژنی در مبحث كریسپر بوده است و در سال ۲۰۱۵ تعداد ۱۲۴۷ گزارش علمی در این مورد انتشار یافته است. البته طی سال های اخیر این سرعت اقبال دانشمندان حوزه زیست شناسی و مهندسی ژنتیك به سمت كریسپر سرعت بیشتری به خود گرفته و طبق آخرین بررسی كه انجام دادم تنها در فاصله زمانی یك ساله، تعداد پژوهش های منتشرشده در سایت NCBI در مبحث كریسپر برابر با ۲۱۷۳ عدد بوده است. یعنی تعداد مقالات منتشرشده در این مورد در سال ۲۰۱۶ نسبت به سال ۲۰۱۵ تقریباً دو برابر شده است (Lluís Montoliu: Evolution of CRISPR publications in PubMed).
نمودار ۱. روند تغییر فراوانی انتشار مقالات در ارتباط با انواع فناوری های ویرایش ژنومی
كریسپر از چه سالی در دنیا فراگیر شده و چه كشورهایی در این زمینه پیشرو هستند؟كریسپر در سال ۲۰۱۴ توسط «كارپنتیر» و «جنیفر دودنا» (دانشگاه بركلی كالیفرنیا) كشف شد و در سال ۲۰۱۶ برای نخستین بار از كریسپر برای ویرایش ژنوم در سطح وسیع استفاده شد. به صورتی كه «فانگ ژنگ» و همكارانش نتیجه این كار را تحت مقاله ای با عنوان High-throughput functional genomics using CRISPR-Cas۹ در سال ۲۰۱۵ به چاپ رساندند.بیشترین فعالیت ها در زمینه ویرایش ژنتیكی گیاهی بر اساس كشورها هم طبق بررسی هایی كه بین سال های ۲۰۱۴ الی۲۰۱۷ انجام و نتایج آن در مجله Emerging Topics in Life Sciences انتشار یافت، به ترتیب متعلق به كشورهای: چین، آمریكا، اروپا (متشكل از بریتانیا، سوئد، فرانسه، مجارستان، آلمان، اتریش و بلژیك) و سپس ژاپن و رژیم صهیونیستی می باشد (نمودار زیر).
نمودار ۲. كشورهایی كه بیشترین مطالعات را پیرامون كریسپر داشته اند
مزیتهای تكنیك كریسپر نسبت به تراریخته چیست؟رهیافت های سنتی مهندسی ژنتیك نظیر تراریخته مبتنی بر افزودن مواد ژنتیكی جدید می باشد كه عموماً منشأ آن ها گونه های دیگری است كه در حالت طبیعی توان تلاقی با گونه موردنظر ما را ندارند. تا همین اواخر، مهندسی ژنتیك وابسته به تكنیكهای تراریخته بود و دانشمندان با این ابزارها ژنوم موجود موردنظر را مهندسی می كردند. البته خود تكنیك تراریخته هم سیر تطوری دارد و به مرور زمان پیشرفت كرده و دارای نسل های مختلفی است. به صورتی كه نخستین نسل محصولات تراریخته روی صفات مقاومت به آفات، مقاومت به ویروس و تحمل به علف كش ها توان مانور داشتند. دومین نسل فناوری تراریخته روی صفاتی نظیر ویتامین ها، كیفیت روغن ها و چربی ها و سایر مواد ریزمغذی و هم تحمل به تنش های غیر زیستی تمركز داشتند و بالاخره نسل سوم تراریخته كه روی تولید داروهای نوتركیب در گیاهان متمركز هست.اما بعد از تولید محصولات تراریخته، فرایندهای قانونی برای تجاری سازی آن ها در دنیا بسیار هزینه بر، زمانبر و گاهاً طاقت فرسا هستند. به طور مثال برای محصولات نسل اول فناوری تراریخته در كشور امریكا ۷ تا ۱۳ سال زمان، همراه با ۵۰ تا ۱۰۰ میلیون دلار صرف هزینه نیاز است تا با اعمال آزمایش ها و طی مراحل مختلف، نهایتاً محصول آماده رهاسازی و بازار رسانی شود. اما تكنیك كریسپر (Crispr-Cas۹) كمی متفاوت می باشد و طبق گزارشات USDA محصولات حاصل از ویرایش ژنتیكی در همین كشور طی نهایتاً دو ماه وارد بازار می شوند!به طور خیلی خلاصه اگر بخواهم مزیت های روش كریسپر را نسبت به روش های پیشین مهندسی ژنتیك بشمارم؛ این مزیت ها عبارت اند از: قابلیت مانور دادن روی صفات كمّی و پلی ژن (مثل مهندسی ژن های دخیل در عملكرد) كه این عمل از عهده تكنیك تراریخته خارج استعدم نیاز به درج مواد ژنتیكی خارجی در سلول موجود زنده و ایمنی بیشترتكنیكی نسبتاً كم هزینه و سریعتر نسبت به روشهای پیشیندارای دقت و درجه كنترل بیشتر بر نتایج حاصله در مقایسه با روش های پیشینعدم نیاز به جفت شدن با آنزیم های برشی دیگر، برخلاف روش های مشابه پیشین (این ابزار می تواند به راحتی با توالی RNA طراحی شده (یا gRNA ) جفت شده و DNA هدف را در سلول پیدا كند).بیشترین مطالعات فناوری كریسپر در گیاهان روی چه صفاتی بوده است؟همان طور كه در این نمودار مشاهده می كنید بیشترین كاربرد كریسپر برای بهبود عملكرد محصولات كشاورزی، سپس بهبود ارزش غذایی و مقاومت گیاهان در برابر تنش های زیستی و غیر زیستی بوده است (Emergtoplifesci.org).
نمودار ۳. صفات موردمطالعه با تكنیك كریسپر در گیاهان (تعداد مقالات/صفات)
Source: emergtoplifesci.orgهمان طور كه پیش تر عرض كردم عمده مزیت این روش نسبت به روش های مشابه پیشین علاوه بر دقت و سرعت بالا، قابلیت عمل روی صفات كمّی و پلی ژنیك است. عمده محدودیت روش های پیشین نظیر تراریخته این بود كه فقط توان مانور روی سینگل ژنها و صفات كیفی را داشتند و با این روش نمی گردد بر روی صفاتی كه توسط چندین لوكوس ژنی كنترل می شوند كار كرد. ولی در فناوری ویرایش ژنومی دانشمندان می توانند به صورت مستقیم ژنهای دخیل در عملكرد سلولها را مورد مهندسی ژنی قرار داده و بدین ترتیب گیاهانی با عملكرد بالاتر را تولید كنند. هم اكنون بیشترین مطالعات در این حوزه مربوط به صفت عملكرد در گیاهان بوده و بیشترین تحقیقات هم در مورد گیاهان برنج و ذرت انجام شده و تحقیقاتی مشابه بر روی گیاه گندم هم در حال شروع شدن است.ادامه دارد در بخش دوم مصاحبه با مهندس پویان مهر كه بزودی منتشر می شود، درباره پیرامون سیاستهای اعمالی كشورهای اروپایی و امریكا در قبال تولید و تجارت محصولات غذایی حاصل از كریسپر و امكان جایگزینی فناوری كریسپر با تراریخته در كشور از وی سوال كرده ایم.منابع ارجاعی: Waltz E (2016) Gene-edited CRISPR mushroom escapes US regulation. Nature 532: 293–293. doi: 10.1038/nature.2016.19754www.emergtoplifesci.org/content/1/2/169labmanager.com/insights/2017/05/putting-crispr-to-work-in-agriculture#.W78bOnyhWsw
این مطلب را می پسندید؟
(1)
(0)
تازه ترین مطالب مرتبط
نظرات بینندگان در مورد این مطلب