ژنتیک بر بلنداى سده بیست و یکم

چالش ها و چشم انداز ژنتیک در ایران و جهان
ژنتیک بر بلنداى سده بیست و یکم
دکتر محمدرضا نورى دلوئى*
«من فکر مى کردم که ژنتیک یک زیرمجموعه از علم پزشکى است، اما اکنون فکر مى کنم که علم پزشکى یک زیرمجموعه از ژنتیک است.»
پروفسور F.Bieber استاد آسیب شناسى دانشگاه هاروارد.
•••
اهمیت روزافزون دانش شیرین،  پند آموز و هیجان انگیز زیست شناسى به عنوان یک علم زیربنایى و به ویژه برخى از زمینه هاى نظرى،  کاربردى و توسعه اى آن مانند دانش و فن مهندسى ژنتیک و بیوتکنولوژى مولکولى در بهبود اقتصاد ملى، بهداشت، درمان،  سلامتى و رفاه جوامع بشرى بر صاحب نظران پوشیده نیست.زیست شناسى و به ویژه ژنتیک _ به عنوان قلب تپنده علوم زیستى – سرگذشتى شیرین، جذاب و پندآموز دارد و تاریخ علوم زیستى در مسیر تحول خود، از نقاط عطف متعدد عبور کرده است که در اینجا بدون آنکه فرصت پرداختن به جزئیات آن باشد، اشاره اى گذرا خالى از فایده نیست.
تنها تا چند دهه پیش، عمده آگاهى هاى ما از ژنتیک به آزمون هاى آمیزشى و تلاش براى یافتن جهش هاى متفاوت از برخى از صفات ژنتیکى محدود بود. به تدریج ساختار، عملکرد و چگونگى تغییر و جهش در کروموزوم ها و ژن ها تا حد زیادى آشکار شد. و انسان توانست ایده سنتز مصنوعى ژن و کروموزوم را به طور جدى مطرح کند.
ژنتیک موضوع پرسش هاى بسیار کلیدى به ویژه سه پرسش زیر است:
الف) چه چیز موروثى است؟ به بیان دیگر ماهیت فیزیکوشیمیایى ماده وراثتى چیست؟
ب) ماده وراثتى چه مى کند؟ چگونه ماده وراثتى انتقال مى یابد و مکانیسم هاى موجب مداومت نسل ها کدامند؟
ج) ماده  وراثتى چگونه دستخوش تغییر (Change) یا جهش(Mutation) مى شود؟
صرفنظر از اینکه در ژنتیک روى چه موجودى کار مى شود، تلاش عمده آن است که پیرامون سازمان، تشکیلات و همانند سازى، نحوه بیان و تغییر و تکامل زیستى ماده ژنتیکى اطلاعات درست به دست آید. و از آنجا که ژنتیک علمى تجربى است فراگرفتن نظرات و قوانین آن بدون توجه همه جانبه به مشاهدات و کاربرد آنها در طبیعت، ارزش چندانى ندارد.

دانش جارى انسان در مقایسه با دوران گریگور مندل که حاصل تجربیات و مشاهدات ارزشمند خود را در سال ۱۸۶۶ میلادى ارائه کرد، به طرزى حیرت آور تغییر، تحول و افزایش یافته است. هرچند که هنوز هم بسیارى از دستاوردهاى ژنتیک را مرهون یافته هاى برجسته مندل مى دانیم، زیرا در واقع پایه هاى علم وراثت در شکل منسجم و علمى خود با آزمایش هاى دقیق مندل و نیز دستاوردهایى که بعدها از رهگذر مطالعه روى موجوداتى مانند مگس سرکه، موش، خوکچه هندى و خرگوش به دست آمد کاربردهاى قابل توجهى براى انسان دارد.
یافته هاى عالمانه و منطقى مندل که با عنوان «تجاربى در دورگ سازى گیاهى» انتشار یافت، به رغم آنکه در مجموع تا اوایل ۱۹۰۰ ناشناخته ماند اما بدون شک نخستین دوره حیات و تاریخ منسجم و پویاى علوم زیستى و به ویژه ژنتیک به حساب مى آید.
با عنایت به خصلت پویایى و ابطال پذیرى یافته هاى علوم تجربى و معرفت هاى مختلف طبیعت، طبیعتاً، در تحولات حاصل شده در مسیر زمان، یافته هاى علمى جدیدتر توانسته اند پایه هاى بسیارى از تصورات و نظریات علمى گذشته را در سطح وسیعى باطل یا دگرگون کنند یا دست کم مورد تردید قرار دهند.
تولد ژنتیک مولکولى در اوایل دهه۱۹۵۰با ارائه الگوى مارپیچ دورشته اى DNA توسط واتسون و کریک سرآغاز تحولى بسیار اساسى در زیست شناسى و ژنتیک شد(دومین دوره از حیات ژنتیک).
الگوى مارپیچ دو رشته اى DNA، از کارایى و اثرات بسیار قوى و فراگیر علمى برخوردار است. زیرا خصوصیات ناشى از این الگو به روشنى پاسخگوى مسائل فراوان و مهم وراثتى است. به طور مثال، فرآیند همانند سازى که از ویژگى هاى اساسى و ضرورى ماده وراثتى و یکى از عملکرد هاى تعیین کننده در فرآیند انتقال صفات وراثتى به حساب مى آید، الگوى مارپیچ دورشته اى DNA به نحوى مستدل انجام آن را توضیح داده و تبیین مى کند.
ظهور دانش و فن مهندسى ژنتیک در نیمه نخست دهه ،۱۹۷۰ که سومین دوره یا سرفصل از حیات ژنتیک را شامل مى شود، رخدادى است که در علوم تجربى و از جنبه هاى مختلف، مانندى ندارد. انقلاب هاى دوم و سوم در زیست شناسى در دهه هاى ۱۹۵۰ و ،۱۹۷۰ منشاء تغییرات و تحولات بسیار عمیقى در این قلمرو از دانش و عموم شئونات زندگى انسان شد.
تأکید مى نماید که ژنتیک دانشى است که به سرعت در حال گسترش است. دانش پیرامون ساختار، عملکرد و تغییر و جهش در ژن ها به طور شتابان و با رشدى شگفت آور- در تمام سطوح از مولکول ها تا جمعیت ها- به پیش مى رود. ژن هاى جدید در انسان، موش، مگس سرکه، مخمر، گیاهان، کرم ها و باکترى ها تقریباً به طور روزانه کشف مى شود. شمار کثیرى از بیمارى هاى ژنتیکى، هم اینک توسط تجزیه و تحلیل هاى دقیق  شناسایى شده اند. این یافته ها، روش هاى دقیق تشخیصى و پیش آگهى را در سطح وسیعى بهبود بخشیده است. و از جهت انجام مشاوره هاى صحیح و ارائه اطلاعات و راهنمایى هاى ارزشمند به مبتلایان و خانواده هاى آنها، نقش بسیار مهمى دارد. ژنوم، در موجودات متعددى به ویژه انسان، به طور عمیق مطالعه شده و همچنان ادامه دارد. دستاوردهاى گرانسنگ طرح بین المللى (ژنوم) انسان به ویژه مورد تاکید است این دستاوردها آینده اى با آزمایش ها، روش هاى تشخیصى، پیشگیرى و درمان هاى جدید را نوید مى دهد.
همچنین ابداع روش هاى ژن درمانى با کاربردهاى گسترده از اهمیت حیاتى برخوردار است. ژن درمانى انتقال مواد ژنتیکى به درون سلول هاى یک موجود براى مقاصد درمانى است که به روش هاى متفاوت و متنوع صورت مى گیرد. ژن درمانى البته امروزه روشى پرهزینه بوده و به فنون پیشرفته و تخصصى و مهارت هاى علمى و پزشکى بسیارى وابسته است و از این رو، اینک استفاده از آن در سطح بالینى به مراکز پژوهشى و پزشکى معتبر جهانى محدود است اما مجموعه اى از شواهد وسیع بیانگر آن است که به زودى در پزشکى مولکولى و در مورد طیف وسیعى از بیمارى ها (وسرطان ) به طور گسترده به کار خواهد رفت و بدون تردید تحولى اساسى را در پزشکى سده حاضر نوید مى دهد و بر توانایى فوق العاده انسان در پیشگیرى و درمان هزاران بیمارى خطرناک ژنتیکى و سرطان که در برابر درمان هاى رایج مقاومت نشان مى دهند، مهر تائید خواهد گذاشت. براساس گزارش نشریه پزشکى ژن ( سال ۲۰۰۵) در خلال حدود ۱۵ سال که از عمر ژن درمانى مى گذرد، از مجموعه ۱۰۶۵مورد ژن درمانى انجام گرفته در انسان در سطح جهان، ۶۷ درصد آن در آمریکا، ۲۸ درصد در اروپا، ۲ درصد در آسیا، ۶/۱ درصد در استرالیا و حدود ۱/۰ درصد (یک مورد) در آفریقا صورت گرفته است. براساس همین گزارش، بیشترین ژن درمانى روى سرطان ها بوده است (۶۶درصد موارد)، پس از آن بیمارى هاى تک ژنى ۸/۸ درصد و دیگر بیمارى ها در ردیف هاى بعدى قرار داشته اند.
دستاوردهاى خیره کننده در مکانیسم هاى مولکولى پیرى و امکان جدى افزایش عمر آدمى، پرده بردارى از بسیارى از رمز و رازهاى ژنوم میتوکندریایى و مبارزه بنیادى با بیمارى هاى آن؛ درک به مراتب عمیق تر مکانیسم هاى مولکولى تغییر(و یا جهش) در ماده وراثتى؛ و نیز مکانیسم هاى بسیار عمیق، ظریف و پیچیده تنظیم عملکرد ژن ها، تنها نمونه هایى از انبوه دستاوردهاى ژنتیک مولکولى در سه دهه اخیر است. که ژنتیکى را وارد عموم شئونات زندگى انسان- از آزمایشگاه تا بالین، و نیز از آزمایشگاه تا آشپزخانه- کرده است.
پژوهش هاى ژنتیکى همچنین به سهم خود موجب شده است که آدمى به جهان و دنیاى پیرامون خود، بصیرت به مراتب بیشترى پیدا کرده و نگاهى نو بر خویش بیندازد. به ویژه که _ از ویروس هاى DNA دار که بگذریم _ تمام نشان ویژگى هاى فیزیکى ما و تمام موجودات زنده اى که روى زمین زیست مى کنند تحت نفوذ و متأثر از DNA موجود در سلول یا سلول هاى آنها است.
تحقیقاً براى هیچکس _ حتى در دهه ۱۹۶۰- قابل پیش بینى نبود که در اوایل دهه ۱۹۷۰ دانش و فنى به نام مهندسى ژنتیک ظهورى انقلابى یابد و با استفاده از آن بتوان در کمتر از سى سال به بسیارى از سئوال هاى بسیار مهم مربوط به سلول پاسخ داد و نیز بستر مناسب براى طرح صدها پرسش کلیدى و نو را فراهم آورد.
چه شد که زیست شناسى با این سرعت تغییر و تحول پیدا کرد و نسبت به زیست شناسى سه دهه پیش دستخوش تفاوت هاى چشمگیرى شد؟ به نحوى که بسیارى از دانشمندان برجسته و شاخص جهانى در دیگر رشته هاى علوم تجربى مانند مرحوم پروفسور عبدالسلام بر نقش بى بدیل آن در نیاز امروز و فردا تاکید دارند و از جمله Columbias Hendrickson در چند دهه پیش مى نویسد: «همچنانکه سده بیستم سده فیزیک و شیمى بوده است، سده ۲۱ سده زیست شناسى و زیست شناسى مولکولى( ژنتیک) خواهد بود.»
نگارنده در حدود ۳۷ سال پیش که دانشجوى زیست شناسى بود، به یاد دارد که سلول به طور غیر قابل ادراک و نامفهوم، و فوق العاده پیچیده به نظر مى آمد. مهمتر اینکه تصور مى شد که نتوان راهى براى کشف رمزورازها و پیچیدگى آن یافت. اکثریت ده ها هزار مولکول پروتئینى مختلف موجود در سلول هاى موجودات پیشرفته،  از نظر مقدار آنچنان ناچیز بوده اند که تشخیص ساختار آنها براى همیشه غیرممکن مى نمود! نوشتار کلى حاضر به نوبه خود، به روشنى نشان مى دهد که _ درخلال سه دهه اخیر- وضعیت کاملاً تغییر کرده است. و به طور نمونه، با استفاده از روش هاى کلون سازى ژن و قابلیت بالاى دستکارى ژن هاى کلون شده جهت ایجاد فرآورده هاى ژنى، دستیابى به هر پروتئینى در درون سلول و در مقادیر نامحدود، دور از دسترس نیست. به تعبیر پروفسور بروس.ام آلبرتز استاد مرکز پژوهشى سرطان آمریکا (و دانشگاه سانفرانسیسکو در کالیفرنیا) «امروزه چهره زیست شناسى مانند نخستین مهاجرانى است که در سال ۱۸۴۹ براى رسیدن به طلا وارد سرزمین کالیفرنیا شدند و بدین سان امروزه درو کردن خوشه هاى ثروت توسط زیست شناسان کار ساده اى است.» به تحقیق مى توان گفت در میان تمام علوم تجربى، امروزه پژوهش هاى پایه اى، کاربردى و توسعه اى روى مولکول DNA از عمق و وسعتى بى مانند برخوردار است.
ژنتیک که براى سالیان طولانى به عنوان شاخه اى معمولى از درخت تنومند دانش زیست شناسى به حساب مى آمد، بیش از سه دهه است که در صدر اخبار علمى و پژوهشى قرار گرفته است، و انقلاب ژنتیک به تمام شئونات زندگى آدمى راه یافته است و نتایج آن از آزمایشگاه ها به منازل وارد شده است. و به عنوان مثالى شاخص، دانش و فن مهندسى ژنتیک و بیوتکنولوژى مولکولى و توانایى پژوهشگران در دستکارى مولکول به طرزى حیرت آور دستاوردهایى را در میدان هاى پزشکى، صنایع دارویى و غذایى،  کشاورزى و مانند آن ارائه کرده است و همه روزه صدها گزارش از آخرین تجربیات و یافته ها، روانه رسانه هاى جمعى و عمومى، جراید و روزنامه ها نیز مى شود. هزاران پژوهشگر برجسته در این قلمرو از علم و فن هر روز و گاهى در چند نوبت، با طرح این پرسش که هم اینک چه خبر؟ به جست وجوى یافتن پاسخ براى سلول هایى تلاش مى کنند، که از ارزش هاى ملى و جهانى برخوردار است. دور ماندن از بستر چنین شرایطى، وکنار کشیدن یا کنار ماندن از این قافله شتابان علمى موجب مى شود که گردونه کشفیات که با سرعتى شگفت آور اسرار نهفته در طبیعت و دنیاى زیست شناسى را عریان مى کند، فرد را با این مسائل بیگانه کند. کشفیات علمى در این میدان به طور بى سابقه اى در جریان است و فهم انسان را از مکانیسم هاى مولکولى پدیده توارث بسیار قوت بخشیده است. براى مدت ها، تصور ما از ژن یعنى واحدهاى فعال وراثتى، تصورى موهوم و خیالى بود و کسى را یاراى تشخیص ماهیت واقعى آن نبود. اینک بیش از هر زمانى بازار دنیاى DNA به طرز باشکوهى رونق گرفته است و امکان تفکیک و شناسایى ساختار دقیق شیمیایى ژن هاى موجودات و تعیین هویت مولکولى آنها فراهم آمده است. نیز تفاوت هاى ساختار و عملکرد بسیارى از ژن ها معلوم شده است و رمز و راز مکانیسم هاى مولکولى جهش زایى و پیامدهاى آن از همیشه عریان تر شده است. ژن ها، در خلاء کار نمى کنند بلکه (در سطوح بسیارى) با محیط در جهت ایجاد فنوتیپ مربوط فعالیت مى کنند. در هر حال، واقعیت هاى جدید که ذره ذره اما به طور مستمر آشکار مى شود، اغلب دیدگاه ها و بصیرت هاى ژرف ترى را در مورد طبیعت، عملکرد موجود زنده و به ویژه زیست شناسى مولکولى انسان ارائه مى کند.
دانش ژنتیک با نشان دادن این موضوع که اکثریت بسیار بالایى از موجودات روى زمین براساس ذخیره اطلاعاتى مشابه- به مرکزیت مولکول DNA – کار مى کنند، انقلابى را در زیست شناسى ایجاد کرده است. فرآیندهاى ذخیره اطلاعات، همانند سازى، نسخه بردارى و ترجمه به لحاظ پایه اى در تمام موجودات شباهت دارند. این شباهت، ژنتیک مولکولى را به مثابه نیروى قدرتمند و وحدت بخشى در زیست شناسى در آورده است.
براى تأکید بر عظمت تحولات حاصله در دانش زیست شناسى، به طور اعم و ژنتیک مولکولى و کاربرد هاى آن به طور اخص، اشاره به برخى از دیدگاه هاى مهم پروفسور جیمز واتسون (از استادان نگارنده) خالى از فایده نیست. مى دانیم که واتسون همراه با مرحوم فرانسیس کریک الگوى مارپیچ دو رشته اى DNA را در سال ۱۹۵۳ کشف کرد. این کشف عظیم برندگان جایزه نوبل، در واقع انقلابى بزرگ در علوم زیستى بود. واتسون در مقاله اى مى نویسد: «هنگامى که کریک و من الگوى مارپیچ دو رشته اى مولکول DNA را کشف کردیم، مجموع پژوهشگرانى که در سراسر جهان روى این مولکول کار مى کردند از چند صد نفر تجاوز نمى کرد.» در حالى اینک این تعداد، متجاوز از چند صد هزار نفر است. واتسون مى افزاید: «تا ظهور مهندسى ژنتیک در نیمه نخست دهه ،۱۹۷۰ هرگز شواهدى که نشانگر اهمیت کار و توسعه پژوهش روى مولکول زرین (DNA ) باشد،  وجود نداشت. اما تولد این دانش و فن، همه چیز را عوض کرد، امروز پژوهش در قلمروهایى از حیات دنبال مى شود که هیچکس پیش از آن در آن گام ننهاده است.» به کمک این روش ها، و با جدى شدن پزشکى مولکولى نبرد علیه بیمارى هاى خطرناک ژنتیکى، سرطان و ایدز قوت گرفت و احتمال کاربرد دستکارى هاى ژنتیکى براى مقاصد پزشکى، صنعتى و کشاورزى به طور جدى مطرح شد. یورش به سوى طلاى بالقوه _ DNA – آغاز شد و در سال ۱۹۸۱ نخستین ژن سرطان زاى انسانى کلون شد. البته در سال ،۱۹۷۳ اولین ژن و چهارسال بعد نخستین ژن انسانى کلون شده بود. پیشرفت هاى بعدى به طرزى حیرت آور و با رشدى تصاعدى ادامه یافت و اینک نقش طلایى مولکول DNA بیش از همیشه چنان آشکار شده است که چشم اندازى براى آن متصور نیست. با تولد مهندسى ژنتیک براى نخستین بار انسان توانست نوترکیبى هایى را رقم بزند که در پیشینه تاریخ، کمترین سابقه را نداشت و انجام آن حتى در تصور هوشمند ترین دانشمندان نمى گنجید. اینک ژنتیک در حوزه هاى مختلف اجتماعى مانند سیاست، اقتصاد و فرهنگ نیز تأثیر گذار است و استفاده درست از آن، در رونق اقتصادى، اشتغال مولد و خوداتکایى، نقش برجسته اى دارد. واتسون همچنین تاکید مى کند: «در جهان امروز، هیچکدام از ما به عنوان دانشمندانى که روى DNA کار مى کنیم، هرگز نمى توانیم در همه حوزه ها و حتى تعدادى از قلمروهاى آن آگاهى هاى روز را کسب کنیم، حجم مقاله هاى پژوهشى در مجلات بى شمار علمى جهان که به طور فزاینده افزایش مى یابد به هیچ کس چنین امکانى را نمى دهد و اگر مى خواهیم در این میدان زنده بمانیم، حداکثر کارى که مى توانیم بکنیم آن است که با مطالعه و پژوهش مستمر و پویا- در زمینه بسیار باریک تخصصى خود – تلاش کنیم تا از جاده  کشفیات و دستاوردهاى پژوهشى خارج نشویم. کوچکترین غفلت و بى توجهى ما را از ادامه راه محروم مى کند و هرگز نمى توان حتى با تکیه بر یافته هاى چند سال پیش دانشمندان، به  آموزش و پژوهش به روز، و هدفدار پرداخت.» سرعت تحولات و دگرگونى ها بیش از حد تصور است و اگر به طور مستمر تلاش نکنیم، با زبان ژنتیک بیگانه خواهیم شد. چه، کسانى در این مسابقه برنده مى شوند که با نگرشى سیستمى آخرین یافته ها را دریافته و مورد استفاده بهینه قرار دهند. واتسون مى افزاید: «امروزه بیش از هر زمانى، پژوهش به فعالیت هاى جمعى، هماهنگ و منسجم پژوهشگران کاردان و روزآمد محتاج است. و این تلاش هاى هدفدار گروهى است که امکان مى دهد راه را به سلامتى طى کنیم. اگر ما از فرصت و موقعیت کنونى درست استفاده نکنیم و دانشى را که مى توانیم امروز بنیان ننهیم، دیگر ملت ها این خلاء را پر خواهند کرد.» به قول جان دان از عرفاى سده ۱۷«هیچکس جزیره نیست که در خود تمام شده باشد، هر کس پاره اى از قاره اى است که به سرزمین هاى دیگر پیوسته است.» واتسون در پایان مقاله خود تأکید مى کند: «ما به عنوان دانشمندان اگر براى حفظ ملاک هاى خود به درستى و شایستگى مبارزه نکنیم، به احترامى که همه بدان نیاز داریم، دست نخواهیم یافت.»
*استاد گروه ژنتیک پزشکى دانشگاه علوم پزشکى تهران و موسس مرکز ملى تحقیقات مهندسى ژنتیک و تکنولوژیستى