در جست و جوي القاي الکترومغناطيسي رهيافت ژنوم (زادان) بشری عصر جديدی را در علم و پزشكی می گشايد.
به قلم بروس گلدفارب
تصور كنيد اگر 50 سال پيش يك دوست دانشمند و مطلع شما راجع به اختراع جديدی بنام رايانه به شما ميگفت؛ ممكن بود شما سری تكان داده فكر كنيد : " چطور ممكن است يك رايانه روی زندگی من تاثير بگذارد؟ " و حالا، سالها پس از آن روز می بينيد كه روزی نمی گذرد كه بنحوی سطح زندگی شما را ارتقا ندهد.همانند ورود رايانه به زندگی انسان، پروژه زادان بشری (اچ. جی. پی.) نيز زندگی ما را بنحوی بسيار عميقتر و گسترده تر دچار تغيير خواهد كرد. پروژه زادان بشری برنامه بين المللی عظيمی است كه ميخواهد نقشه تمامی ژنهای موجود در سلولهای بدن انسان را كشف و تدوين كند، و در اكتبر 2004 اچ. جی. پی. اعلام كرد 99 در صد پروژه به اتمام رسيده.تكميل نقشه زادان انسان نويد دهنده آغاز عصر جديدی در علم و پزشكی است. شما لابد راجع به انگشت نگاری دی. ان. ا. در تشخيص هويت و حل مسايل جنايی، يا كلون كردن (بافت زادي) حيوانات يا شايد حتی انسانها، و يا درمان با ژن چيزهايی شنيده ايد. اينها همه نمونه هايی از پيشرفتهای اخير در علم بيولوژی مولكولی است : يعنی تلاش برای فهميدن اينكه چيزهای زنده چگونه عمل ميكنند.متخصصين ميگويند با اشراف بهتر و بيشتر بر نقشه ژنتيكی بدن انسان، اين قبيل استفاده ها گسترش بيشتر يافته و در آينده گامهای بلندتری در اين زمينه برداشته خواهد شد. در آينده چيزهای بيشتری در مورد پزشكی اختصاصی (هر انسان)، تعويض ژنهای نباتات و حيوانات، و ديگر نو آوری ها در زمينه درمان ... كه همگی شاخه های جديدتری زاده بيولوژی مولكولی است، خواهيم ديد.دكتر فرانسيس كولينز، مدير موسسه تحقيقات ملی زادان انسان، واقع در ايالت مريلند می گويد : " با بدست آوردن رشته ژنها و ترتيب آنها، ما به پايان كارمان نزديك شده ايم. بهترين و بيشترين پيشرفتها در آينده انتظار ما را ميكشند."
نرم افزار بيولوژيكیبجز سلولهای قرمز خون، هر سلول ديگری در بدن انسان حاوی يك رشته كامل دستورالعمل جهت رشد و حفظ يك ارگانيزم انسانی است. اين دستورالعمل ها، يا ژنها، بصورت كدها يا رمزهايی متشكل از چهار حرف الفبا با ترتيب خاصی نوشته شده اند : ا. (آده نين) ، تی. (تای مين) ، سی. (سای توسين) ، و جی. (گوآنين) ، و بصورت رشته درازی در درون يك سلول اسيد دی اكسی ريبو نوكله ايك ( دی. ان. ا.) قرار دارند.
زادان يا ژنوم انسان از يك پيام طولانی متشكل از حدود 3 ميليارد حرف، يا جفت های پايه ای، ساخته شده است. اگر بخواهيم آنرا بصورت نوشته در آوريم به اندازه 200 جلد دفتر راهنمای تلفن 1000 صفحه ای يك شهر بزرگ جا خواهد گرفت. اگر با سرعت 10 زوج پايه در ثانيه آنها را بخوانيم و بدون وقفه 24 در هر شبانه روز به اينكار ادامه دهيم، 9.5 سال طول ميكشد تا زنجيره زادان انسان را به صدای بلند بخوانيم.در بدن انسان، هر دی. ان. ا. به نوبه خود از 23 كروموزوم تشكيل شده است. هر كروموزوم از كلاف بهم بافته محكمی از دی. ان. ا. ساخته شده، كه بين 50 تا 250 ميليون زوج پايه درازا دارد. كروموزوم ها نيز بصورت جفت جفت تنظيم شده اند، كه هر عدد كروموزوم از يك جفت بهم پيچيده از يكی از اوليا گرفته شده است.در درون صفحه زادان يا ژنوم ژنها پراكنده اند --- كوچكترين واحد فعال وراثتی. هر ژن از يك يا بيشتر پروتين ساخته شده. ژن ها هستند كه رنگ چشمها يا موی ما را تعيين ميكنند، يا نوع خون، يا اينكه تعيين ميكنند آيا به بادام زمينی حساسيت خواهيم داشت يا خير، يا اينكه در آينده دچار سرطان يا بيماری قلبی ميشويم يا نه. ژنها از پروتين هموگلوبين (كه اكسيژن را به جريان گردش خون ميرسانند) گرفته تا پروتين ملانين (كه رنگ پوست را تعيين ميكنند) را ميسازند.برخی از نقائص ژنتيكی را ميتوان به كمك يك ميكروسكوپ ديد، مانند زمانيكه كروموزوم ها تكثير شده اند، يا شكسته شده و يا كلا غايب هستند. سندروم داون كه نوعی عقب ماندگی ذهنی را باعث ميشود، در نتيجه داشتن يك كروموزوم شماره 21 اضافی ايجاد ميشود. لكن اغلب مشكلات و بيماری های ژنتيكی به مراتب پيچيده تر و ظريف ترند. ممكن است ژنی از بين رفته يا تغيير كرده باشد، در نتيجه پروتين حاصل از آن درست عمل نميكند. اگر شخصی فاقد ژنی باشد كه پروتين لازم برای انعقاد خون را توليد ميكند، او دچار نوعی نارسايی خونی است كه آنرا هموفيلی مينامند. گاه تغييری مختصر باندازه يك جفت پايه ميتواند تغيير عمده ای در كاركرد ژن را باعث شود. داشتن ژن اضافی نيز ميتواند بيماری زا باشد.تا امروز 6000 گونه نارسايی و بيماری تك – ژنی شناسايی شده اند، مانند بيماری داسی گويچه و فيبروز كيسه ای . بسياری از بيماريها، منجمله مرض قند (ديابت) و سرطان نتيجه عكس العمل و مشكلات ناشی از چند يا چندين ژن است. رابرت اچ. واترستون، مدير مركز بازنويسی و زنجيره بندی ژنوم در دانشگاه ايالتی واشنگتن ، ميگويد : " تقريبا در هر بيماری ميتوان سر نخی از نارسايی ژنتيكی يافت." آهنگ كشف ژنها سرعت زيادی يافته. 15 سال پيش يافتن تنها يك ژن به شش هفته كار آزمايشگاهی نياز داشت، و روندی كند و پر زحمت داشت. با فن آوری بدست آمده در دهه 1990، مانند رديف گرهای با سرعت بسيار بالا و رايانه های قدرتمند، سرعت پيشرفت ريتم بالايی بخود گرفته. امروزه پيدا كردن يك ژن جديد تنها به چند ساعت وقت نياز دارد. برخی دانشمندان معتقدند يافتن كل ژنوم يك ارگانيزم زنده حدود شش ماه وقت ميبرد.در 1990 حدود 200 ژن انسانی كشف شده بود، معذالك امروزه نزديك به 2000 ژن انسانی كشف و طبقه بندی شده است؛ كه مورد مصرف نيمی از آنها هنوز معلوم نشده.واترستون ميگويد:" بتدريج كه دانشمندان تصوير ژنوم بشری را كشف و تكميل می كنند علم پزشكی دچار تغييرات بنيادی ميشود. و اطلاعات وسيع و پيچيده ای در مورد بيماريها بدست می ايد."
بيشتر شباهت تا تفاوت
نقشه برداری از ژنوم انسان بما كمك ميكند روابط خود را با ديگر مظاهر حيات بهتر متوجه شويم، چطور بشر روی زمين تكامل و تطور يافته و مهاجرت بشر روی كره زمين چگونه صورت گرفته است.آنچه بيش از هر چيز در مبحث جديد وجود دارد شگفتی و نتيجه های غير مترقبه است. در حال حاضر علاوه بر رديف گری و طبقه بندی زادان انسان، دانشمندان مشغول كد شكنی و شناخت ژنتيكی انواع گونه های حيات --- مانند موش، سگ، انواع دام، برنج، گندم، كرم، باكتری و انواع ويروس است.برای سالهای مديد دانشمندان می پنداشتند چون انسان پيچيده ترين جانور روی زمين است، می بايد بيشترين تعداد ژن را داشته باشد. ولی اينطور نيست.دانشمندان با تعجب فراوان دريافتند كه انسان دارای تنها 20000 تا 25000 ژن است؛ به مراتب كمتر از 100000 تا 150000 ژنی كه بسياری از آنها حدس ميزدند. در واقع انسانها تقريبا دارای همان تعداد ژن هستند كه موشها و كليه پستانداران ديگر. شگفت انگيزتر اينكه يك گياه برنج دارای ژنهای بيشتری از انسان است.مطلب ديگری كه پروژه ژنوم انسان (اچ. جی. پی.) روشن نموده اينست كه در سطح مولكولی تمامی انسانها تقريبا يكسانند. يعنی انسانها عليرغم تفاوت های ظاهری 99.9 در صد دی. ان. ا. آنها عينا شبيه يكديگر است. آن يك دهم در صد تفاوت همان است كه باعث كليه دگرگونی های ظاهری در انسانهاست مانند : رنگ مو، رنگ چشم، رنگ پوست و كليه تفاوتهای ديگری كه انسانها را از يكديگر متمايز ميكند.واترستون ميگويد : " شباهت ما بسيار بيشتر از تفاوتهای ماست."نكته مهمتر اينست كه ژنوم ما انسانها اشتراكات زيادی با ساير حيوانات دارد. تقريبا 95 تا 98 در صد دی. ان. ا. انسان عينا همانست كه در نخستينيان مانند ميمون های بزرگ وجود دارد؛ و 85 در صد آن همانست كه در موشها وجود دارد. بين 40 تا 50 در صد دی. ان. ا. انسان را نيز ميتوان در مگس ميوه يا انواع كرمها يافت. او ميگويد : " به اين ترتيب می بينيد چگونه ما از نزديك و عميقا با گونه های ديگر حيات قرابت داريم."جانورانی نظير موش و مگس ميوه مدتهای مديدی است موضوع تحقيقات مبسوط بشر است، و اميد ميرود با شناخت كاركرد ژنها در آنان بتوانيم در مورد عملكرد ژنهای انسان روشنگری كنيم.واترستون ادامه ميدهد : " اين قرابت های ژنتيكی به ما كمك خواهد كرد نحوه كاركرد آنها را در سطح مولكولی بفهميم."
پزشكی مولكولیبه تدريج كه زادان انسان كشف و كد زدايی ميشود، ميتوانيم اميدوار باشيم تغييرات بنيادی در علم پزشكی رخ دهد. كولينز ميگويد : " تمامی اين اطلاعات مولكولی جديد ما را به مرحله ای خواهد رساند كه برخورد و رهيافت دقيقتر و منطقی تری نسبت به پيشگيری و درمان بيماريها اتخاذ نماييم."آزمايشات ژنتيكی از طريق اسكن كردن يك قطره خون يا ورقه كوچكی از يك نوع بافت ديگر اين امكان را به ما ميدهد كه مدتها قبل از اينكه علائم بيماری ظاهر شوند، حضور بالقوه آنرا تشخيص دهيم. واترستون توضيح ميدهد: " ما قادر خواهيم بود استعداد و پذيرا شدگی شخص را پيش بينی كنيم. مثلا اگر سيگار ميكشيد، آنچه مهم است ژنهائيست كه در ابتلا به سرطان ريه دخيل هستند. در موارد ديگر ممكن است دارای ژنهايی باشيد كه تمايل ذاتی برای ابتلا به بيماری خاصی را در شما به وديعه نهاده است."با شناخت ژنها و هشداری كه به ما ميدهند ميتوانيم بموقع تغييرات لازم را در نحوه زندگی خود بدهيم و خطر ابتلا را كم كنيم. آيا استعداد ابتلا به ديابت داريد؟ وزن كم كنيد و رژيم غذايی خود را تغيير دهيد؛ آيا در معرض خطر سرطان پروستات هستيد؟ لازم است آزمايشات بيشتر و زود به زود انجام دهيد.دكتر كالينز ميگويد: " ما ميتوانيم آنچه خطرات اختصاصی است كه سلامتی شما را در آينده تهديد ميكند از تست دی. ان. ا. شما بفهميم، و آنوقت شما تلاشهای حفظ سلامتی خود را روی آن بيماری ها متمركز ميكنيد."شناخت زادان انسان ما را به مبحث جديدی در درمان با دارو رهنمون ميشود. با توجه به اينكه سعی خواهد شد داروها دقيقتر و بهتر روند طبيعی در بدن را تقليد كنند، داروهای آينده كارآيی بيشتر داشته و دارای عوارض جانبی كمتری خواهند بود.و نهايتا پزشكان اميدوارند بتوانند بكمك ژن درمانی نارسايی ژنتيكی را اصلاح كنند --- با استفاده از ويروسی كه ژنهای سالم را بجای ژنهای معيوب يا غايب به بدن برساند. تا اين زمان ژن درمانی را تنها در موارد بسيار حاد و بيماری های كشنده مورد استفاده قرار داده اند، مانند "فقدان مصونيت مختلط حاد" (اس. سی. آی. دی.) كه به نام بيماری " پسر در حباب" نيز شناخته ميشود. اشخاص مبتلا به اين بيماری فاقد سيستم مصونيت طبيعی بدن هستند و بدنشان ناتوان از مبارزه طبيعی با عفونتهاست.گرچه نتايج حاصله از ژن درمانی تا كنون خيلی روشن نبوده، اما بسياری پزشكان اميد زيادی در اين بخش از پزشكی ميبينند كه بتواند بيماريهای وراثتی نظير هموفيلی و فيبروز كيسه ای را درمان كند؛ همچنين راه حلی برای درمان سرطان، مرض قند و ساير بيماريهايی كه ميليونها انسان به آن مبتلا هستند ارائه نمايد.
پزشكی اختصاصیكشفيات اخير بشر را بسمت پزشكی اختصاصی سوق ميدهد، يعنی با اطلاعات كامل ژنتيكی سراغ درمان اختصاصی رفته، داروی مناسب و به اندازه به هر بيمار خاص و در زمان خاص و مناسب برای او تجويز ميگردد.امروزه وقتی دارويی برای گروهی از بيماران تجويز ميشود، برای عده زيادی آثار مثبت لازم را دارا بوده و اكثر مردم حالشان بهتر ميشود. لكن برای عده ای از بيماران دارو فاقد كارايی است و نتيجه لازم برای درمان بيماری گرفته نميشود؛ بعلاوه برای گروه ديگری دارو حتی زيان آور نيز ميباشد و دارای عوارض جانبی ناخواسته هم خواهد بود. متاسفانه اطبا تا زمانيكه بيمار دارو را مصرف نكرده باشد هيچ راهی ندارند كه بدانند يك فرد چگونه به دارويی عكس العمل نشان خواهد داد.فن آوری جديدی بنام ژنومی دارويی توضيح ميدهد چطور و چرا داروها واكنش های مختلف در افراد گوناگون ايجاد ميكنند، و متخصصين اميدوارند از اين طريق به درمان دارويی مطمئنتر و سالمتر دست بيابند.برای مثال دارويی بنام آلبوترول معمولا اولين داروئيست كه برای درمان آسم (مشكل تنگی نفس) تجويز ميكنند. معمولا آلبوترول راه های هوايی ششها را آزاد و گشاد ميكند و بيمار راحتتر نفس ميكشد. اما در بعضی اشخاص اين دارو هيچ اثری ندارد؛ اين اشخاص نياز به داروی قوی تر دارند. يك تست جديد ژنتيكی، كه هنوز در مرحله آزمايش و تجربه است، ميتواند افرادی را كه واكنش نشان نميدهند از تلف كردن وقت و استفاده از داروی بی فايده نجات دهد.
همان اما متفاوت!با استفاده از شناختی كه دی. ان. ا. فرد در اختيار قرار ميدهد، بيماری ها را بر اساس اينكه به كدام درمان اختصاصی پاسخ ميدهند طبقه بندی ميكنند. تا كنون بيماری هايی مانند سرطان همه را يك كاسه كرده بودند چون با هم شباهت داشتند.دكتر ماتيو جی. سی. اليس متخصص غدد از دانشگاه واشنگتن ميگويد : "ما چيزهايی را سرطان ريه، سرطان پستان، يا سرطان روده بزرگ ميناميم، برای اينكه ناشی از همان بافت ها هستند، در حاليكه همه از همان نوع غده (تومور) نيستند. اگر از نظر ژنتيكی و در آن سطح مورد مداقه قرار گيرند، اختلاف و تفاوت عظيمی ميان آنها وجود دارد."برای مثال، همه سرطانهای پستان يكجور نيستند. اولين ژن سرطان پستان (بر. كا. 1) در سال 1994 كشف شد. ژن نوع دوم (بر. كا. 2) سال بعد شناخته شد. رويهم رفته اين دو نوع ژن تنها مسئول 20 در صد از سرطان های پستان هستند. به مرور كه كار بر زادان انسان ادامه می يابد، انواع بيشتری از سرطان پستان و ساير بيماريهای مشابه --- و ژن مربوط به هر يك شناسايی ميشود.درمان سرطان پستان امروزه بطور معمول عبارت است از جراحی و پرتو درمانی، و نهايتا درمان با داروست. از اين طريق 85 در صد بيماران شفا مييابند. اما در مورد در صد اندكی از بيماران سرطان مجددا عود ميكند، كه در آن صورت نياز به دارو درمانی با داروهای قويتر پيدا ميكنند.البته پزشكان ميتوانند از همان ابتدا داروهای بسيار قوی را به كليه بيماران تجويز كنند، لكن مسئله اينست كه اكثر آنها به آن نياز ندارند، و داروی قوی ميتواند به آنها صدمه بزند.ايده آل آنست كه پزشك بداند كدام بيمار به داروی قوی نياز دارد و كدام يك ندارند. اليس ميگويد : " پاسخ در دی. ان. ا. بيمار است. در نهايت پاسخ مطلوب برای هر بيمار در سلول توموری خود او نهفته است."يك تست جديد ژنتيكی بنام " اونكو تايپ دی. اكس." بدنبال 16 نوع ژن سرطان پستان ميگردد. اين تست نشان ميدهد كدام سلولهای سرطانی رشد كندی يافته و به درمان دارويی پاسخ مساعد ميدهند، و در مقابل كدام يك رشد سريع داشته و نياز به درمان دارويی قوی دارند. بكمك تست اونكوتايپ دی. اكس. پزشك قادر است با اطمينان زياد بيماران را به سه دسته خطر بالا، خطر متوسط، و خطر كم عود سرطان تفكيك كند.اليس ادامه ميدهد : " از نظر بيمار سرطان پستان مانند شير يا خط است؛ يا سرطان دوباره عود ميكند يا خير. آنها ميخواهند بدانند در كدام گروه قرار دارند، از اين نظر ما بايد بتوانيم به آنها اطمينان لازم را بدهيم كه شير است يا خط."با اينكه تست اونكوتايپ دی. اكس. با قيمت 3500 دلار تست ارزانی نيست، لكن با توجه به صرفه جويی هايی كه درمان دارايی قوی در موارد غير ضروری بهمراه دارد باز هم به صرفه است.
كد و رمز كارفهم كد ژنتيكی اين امكان را به دانشمندان داده كه دست به جا بجايی ژنها بزنند؛ يعنی مواد ژنتيك را از يك ارگانيزم برداشته در محل مناسب ديگری جا دهند. انواعی از اين نوع جا بجايی سالهاست كه در حيوانات و نباتات صورت ميگرفته: از انواع سگها گرفته تا گل اركيده. البته با فن آوری جديد طرق سهلتر و مستقيم تر كار امكان پذير شده است، و فرصتی بدست آمده كه بشر هم بصورت فردی و هم اجتماعی از آن بهره مند شود.به اين ترتيب اينك اين امكان بوجود آمده كه انواع نبات، حيوان، و ميكرب با خواص مفيد را بطور مصنوعی بسازيم. نباتات فرا ژنتيكی را ميتوان نسبت به آفات مقاوم تر ساخت، يا در مقابل تغييرات آب و هوايی ايستا و تحمل پذير تر كرد. بعضی ارگانيزم ها را ميتوان بكمك مهندسی ژنتيك طوری ساخت كه مواد و عناصر ارزشمند توليد نمايند.بسياری از گروه های هوادار محيط زيست مخالف توليد نباتات و حيوانات تغيير ژن داده (جی. ام.) هستند و با اشاعه آن مبارزه ميكنند، زيرا نگرانند مبادا دخالت و تسری گونه های دستكاری شده تعادل و توازن طبيعی گونه های مزبور را بهم بزند؛ معذالك پاره ای منافع واضح نيز از تغييرات ژنتيكی عايد بشر شده است.از نمونه های بارز و مثبت اين تغييرات يكی "گونه برنج طلايی" است كه از كور شدن صدها هزار كودك در سراسر جهان جلوگيری كرد. ميليون ها كودك در جهان آن چنان رژيم غذايی فقير و ناچيزی دارند كه از كمبود ويتامين آ. رنج ميبرند، و سالانه باعث نابينايی حدود 500000 كودك در جهان ميشود. دانشمندان در آلمان و سوئيس ژنی بنام بتا كاروتين (رنگدانه ای كه به هويج رنگ زرد خاص خود را ميدهد) را وارد زنجيره ژنتيكی برنج كردند، و به آن رنگی ميان زرد و نارنجی دادند.بتا كاروتين در بدن تبديل به ويتامين آ. ميشود؛ لذا كودكان با خوردن اين نوع برنج ميزان بيشتری ويتامين آ. وارد بدن خود كردند.استفاده از ژنهای مناسب و بهتر ميتواند بازده محصول (غلات و غيره) را افزايش دهد. باسيل تورينجينسيس (بی تی.) نوعی باسيل است كه بطور معمول در خاك است و پروتينی ميسازد كه برای آفات نباتی سمی است. با پيوند كردن اين ژن، كه پروتين بی تی. ميسازد --- و برای ماهی، انسان و ساير جانوران بی خطر است --- به برخی گياهان، حشراتی را كه برگها را ميخورند و حاوی باسيل بی تی. هستند، خواب آلود و غير فعال ميكند.پنبه عمده ترين محصول كشاورزی بی تی. دار است. نتايج عملی نشان داده اند زارعينی كه پنبه بی تی. كشت ميكنند بين 25 تا 75 در صد بيشتر محصول بر ميدارند و مقدار كمتری علف كش شيميايی مصرف ميكنند. ژن بی تی. را در داخل دانه گندم، سيب زمينی، و ساير گياهان نيز كرده اند تا با آفات مبارزه كند.علاوه بر اين پيشرفتهای ديگری نيز در راه است كه گويی از كتب علمی تخيلی اقتباس شده اند، مانند استفاده از ابريشم توليد عنكبوت، كه قويترين الياف طبيعی است و برای ساخت مواد سبك فوق قوی مانند زره انسانی، مفاصل مصنوعی، و نخ بخيه زنی در جراحی ... استفاده ميشود.مهندسين مدتهاست به تارعنكبوت كه از فولاد محكمتر و از شيشه ضد گلوله كولار قويتر است علاقه مند شده اند. يك رشته طناب بافته شده از تار عنكبوت به كلفتی يك اينچ يا 2.5 سانتيمتر ميتواند يك جامبو جت را از زمين بلند كند. از تار عنكبوت ميتوان استفاده های متنوعی كرد، مشكل اينست كه پرورش مصنوعی و صنعتی عنكبوت كاريست بسيار دشوار.دانشمندان كانادايی توانسته اند با موفقيت ژن تار عنكبوت را در بزها پيوند و پرورش دهند، بطوريكه بزهای ماده در داخل شيرشان پروتين ابريشم عنكبوت توليد ميكنند. اين شير جمع آوری شده و پروتين های ابريشم از آن استخراج ميشود، و سپس تارها را بهم می بافند. در حال حاضر محققين مشغول كار بر افزايش ميزان توليد تار عنكبوت در شير بز هستند.
پاسخ با نقل قول