ریسامان: خانه ریسندگی

Cover of "Junk DNA: A Journey Through the Dark Matter of the Genome" book
نویسنده: نِسا کَری

فهرست

پیشگفتاری بر ماده تاریک ژنوم

یک نمایش‌نامه، فیلم‌نامه، یا متن یک برنامه تلویزیونی را در نظر بگیرید. کاملا ممکن است که کسی چنین نوشته‌ای را همان طور بخوانند که کتابی را می‌خوانند. اما نمایش‌نامه تاثیرگذاری بسیار بیشتری دارد وقتی که از آن برای تولید چیز دیگری استفاده می‌شود. در این صورت وقتی متن خوانده می‌شود و یا حتا بیشتر وقتی که به نمایش در می‌آید، متن به چیزی بسیار فراتر از رشته‌هایی از واژگان بر روی صفحه تبدیل می‌شود.

دی.اِن.اِی نسبتا ساده است. خارق‌العاده‌ترین نمایش‌نامه است. با به کارگیری یک الفبای بسیار کوچک که تنها از چهار حرف تشکیل شده، کدی را با خود حمل می‌کند که همه جانداران از باکتریا تا فیل، از مخمر آبجوسازی تا نهنگ آبی را می‌سازد. اما دی.اِن.اِی در داخل لوله آزمایش بسیار معمولی و غیرقابل توجه است. دی.اِن.اِی بسیار هیجان‌انگیز می‌شود وقتی که یک سلول یا جاندار از آن برای نقشه تولید خود استفاده می‌کند. دی.اِن.اِی کدی برای تولید پروتئین است و این پروتئین‌ها برای نفس کشیدن، خوردن، خارج کردن ضایعات، بازتولید، و همه فعالیت‌های دیگری که مشخصه جانداران زنده است حیاتی‌اند.

پروتئین‌ها چنان مهم‌اند که در قرن بیستم دانشمندان از آنها برای تعریف آن چه آنها ژن می‌نامیدند استفاده می‌کردند. یک ژن به عنوان توالی از دی.اِن.اِی که پروتئین‌ها را کدگذاری می‌کرد توصیف می‌شد.

بذارید درباره مشهورترین نمایش‌نامه‌نویس تاریخ ویلیام شکسپیر فکر کنیم. مدت زمانی طول می‌کشد که ما بتوانیم هم‌ساز نوشته‌های شکسپیر شویم زیرا که انگلیسی نوشتن طی قرون پس از درگذشتی تغییر کرده است. اما با این حال، ما همیشه مطمئنیم که حماسه‌سرا تنها واژگانی را نوشته که می‌خواسته بازیگرانش به زبان بیاورند.

برای نمونه شکسپیر متن زیر را ننوشت:

vjeqriugfrhbvruewhqoerahcxnqowhvgbutyunyhewqicxhjafvurytnpemxoqp[etjhnuvrwwwebcxewmoipzowqmroseuiednrcvtycuxmqpzjmoimxdcnibyrwvytebanyhcuxqimokzqoxkmdcifwrvjhentbubygdecftywerftxunihzxqwemiuqwjiqpodqeotherpowhdymrxnamehnfeicvbrgytrchguthhhhhhhgcwouldupaizmjdpqsmellmjzufernnvgbyunasechuxhrtgcnionytuiongdjsioniodefnionihyhoniosdreniokikiniourvjcxoiqweopapqsweetwxmocviknoitrbiobeierrrrrrruorytnihgfiwoswakxdcjdrfuhrqplwjkdhvmogmrfbvhncdjiwemxsklowe

در عوض، او کلماتی را نوشته که در زیرشان خط کشیده شده است:

vjeqriugfrhbvruewhqoerahcxnqowhvgbutyunyhewqicxhjafvurytnpemxoqp[etjhnuvrwwwebcxewmoipzowqmroseuiednrcvtycuxmqpzjmoimxdcnibyrwvytebanyhcuxqimokzqoxkmdcifwrvjhentbubygdecftywerftxunihzxqwemiuqwjiqpodqeotherpowhdymrxnamehnfeicvbrgytrchguthhhhhhhgcwouldupaizmjdpqsmellmjzufernnvgbyunasechuxhrtgcnionytuiongdjsioniodefnionihyhoniosdreniokikiniourvjcxoiqweopapqsweetwxmocviknoitrbiobeierrrrrrruorytnihgfiwoswakxdcjdrfuhrqplwjkdhvmogmrfbvhncdjiwemxsklowe

که این باشد: "A rose by any other name would smell as sweet" (گل سرخ با هر نامی خوش‌بو است)

اما اگر ما به نوشته دی.اِن.اِی خودمان نگاه کنیم، مانند جمله شکسپیر قابل فهم و مختصر نیست. در عوض، هر ناحیه کدگذاری پروتئین مانند فقط کلمه‌ای است که در میان دریایی از چرت و پرت سرگردان است.

سالها، دانشمندان توضیحی برای این نداشتند که چرا این همه از دی.اِن.اِی ما هیچ پروتئینی را کدگذاری نمی‌کند. این بخش‌هایی که کدگذاری انجام نمی‌دادند معمولا با عبارت "دی.اِن.اِی دور ریختنی" طرد می‌شد.

شاید بنیادی‌ترین دلیل برای نگرش متفاوت به اهمیت‌شان، حجم گسترده دی.اِن.اِی دور ریختنی است که در سلول‌های بدنمان وجود دارد. وقتی که توالی ژنوم انسانی در سال ۲۰۰۱ به پایان رسید، یکی از بزرگترین شوک‌ها کشف این موضوع بود که ۹۸ درصد دی.اِن.اِی موجود در سلول انسانی به درد نخور است. کدگذاری هیچ پروتئینی خاصی رو انجام نمی‌ده. مثالی که از شکسپیر در بالا زدیم در واقع ساده‌انگارانه است. در خصوص ژنوم، نسبت بین چرت و پرت‌ها به متن چهار برابر بالاتر از آن چه نشان داده شده است. در ازای هر یک حرف قابل فهم، ۵۰ حرف دور ریختنی وجود دارد.

شیوه‌های دیگری برای مجسم کردن این مسئله وجود دارد. فرض کنید به دیدن یک کارخانه ماشین‌سازی، شاید مثلا ماشین گرون‌قیمتی مثل فراری رفته‌ایم. ما متعجب می‌شدیم اگر به ازای هر دو نفری که در حال ساخت یک ماشین ورزشی پر زرق و برق قرمر هستند، ۹۸ نفر کناری نشسته باشند و هیچ نقشی نداشته باشند. اگر چنین چیزی مضحک است، پس چرا باید درباره ژنوم ما معقول باشد؟ این البته حرف درستی است که عیب و نقص‌ها در جانداران معمولا قوی‌ترین شاهد این‌اند که ما اجداد مشترکی با جانداران دیگر داریم - مثلا ما انسان‌ها واقعا نیازی به آپاندیس نداریم - ولی در این مورد خاص، عیب و نقص‌های گونه‌ها دلیلی بیش از اندازه دور از ذهن برای این مسئبه نظر می‌رسد.

سناریوی بسیار محتمل دیگری این است که در کارخانه ماشین‌سازی ما به ازای هر دو نفر که خودرو را مونتاژ می‌کنند، ۹۸ نفر دیگر همه کارهایی را انجام می‌دهند که برای پیش‌بردن کسب و کار ضروری است. تامین مالی، حسابداری، تبلیغ محصول، رسیدگی به امور بازنشستگی، تمیز کردن دستشویی‌ها، فروش ماشین‌ها و چیزهای مشابه. احتمالا این مدل بسیار بهتری برای نقش چیزهای به درد نخور در ژنوم ما است. ما می‌توانیم به پروتئن‌ها به چشم نقاط نهایی مورد نیاز برای حفظ حیات بنگریم، اما آنها هیچ‌گاه بدون دور ریختنی‌ها نمی‌توانستند به درستی تولید شده و فعالیت کنند. دو انسان می‌توانند یک ماشین بسازند، اما هرگز نمی‌توانند کارخانه‌ای که آنها را می‌فروشد اداره کنند، و قطعا نمی‌توانند آن را به یک مارک معتبر و از لحاظ مالی موفق تبدیل کنند. همین طور، فایده‌ای ندارد ۹۸ نفر کف زمین را بشورند، و از اتاق نماش نگهداری کنند اگر چیزی برای فروش نباشد. کل سازمان تنها وقتی فعالیت می‌کنند که تمام اجزای آن سر جایشان باشد. و ژن‌های ما هم همین طور هستند.

شوک دیگری که از توالی‌یابی ژنوم انسانی ایجاد شد، فهمیدن این بود که پیچیدگی خارق‌العاده آناتومی، فیزیولوژی، عقلی و رفتاری نمی‌تواند بدون ارجاع به مدل‌های کلاسیک ژنی قابل توضیح باشد. در خصوص تعداد ژن‌های کدگذاری‌کننده پروتئین، انسان‌ها تقریبا همان تعداد ژنی را دارند که کرم‌های میکروسکوپیک ساده دارند. (حدود ۲۰۰۰۰) قابل ملاحظه‌تر این که، بیشتر ژن‌های موجود در کرم ژن‌های معادلی در انسان‌ها دا

همان طور که پژوهشگران تجزیه و تحلیل خود را از تفاوت انسان‌ها با جانداران دیگر در سطح دی.اِن.اِی عمیق‌تر می‌کردند، مشخص شد که ژن‌ها نمی‌توانند آن را توضیح دهند. در واقع، همان طور که جانداران پیچیدگی بیشتری پیدا می‌کنند، تنها یک فاکتور ژنتیکی نیز متناسب با آن بزرگ‌تر می‌شود. تنها ویژگی ژنومیک که تعداد آن با پیچیده شدن حیوانات افزایش پیدا می‌کند بخش‌های مربوط به دی.اِن.اِی به درد نخور هستند. هر چه که یک جاندار پیچیده‌تر باشد درصد دی.اِن.اِی به درد نخوری که دارد هم بیشتر است. تنها هم اکنون است که دانشمندان واقعا در حال بررسی این ایده بحث‌برانگیز هستند که دی.اِن.اِی به درد نخور ممکن است کلید پیچیدگی فرگشتی (یا تکامل زیستی) است.

پرسشی که با این اطلاعات مطرح می‌شود، به نوعی کاملا بدیهی است. اگر دی.اِن.اِی به درد نخور چنان اهمیت دارد، واقعا چه عملکردی دارد؟ اگر کار کدگذاری پروتئینی را انجام نمی‌دهد، نقش آن در یک سلول چیست؟ دارد معلوم می‌شود که دی.اِن.اِی به درد نخور در واقع عملکردهای بسیار فراوان و گوناگونی دارد، که البته اینبا توجه به شمار بسیار بالای آنها، چنان هم غیر قابل باور نیست.

برخی از آنها ساختارهای مشخصی در کروموزم‌ها را شکل می‌دهند که که مولکول‌های بزرگی هستند که دی.اِن.اِی ما در آنها بسته‌بندی شده است. این بخشهای دور ریختنی از این که دی.اِن.اِی ما از هم باز شده و آسیب ببیند جلوگیری می‌کند. همین طور که سن‌مان بالاتر می‌رود، اندازه این نواحی کاهش می‌یابد و در نهایت به زیر حداقل ضروری می‌ریزد. پس از آن مواد ژنتیکی‌مان بیشتر در معرض بازچینی‌هایی با پتانسیل فاجعه‌آمیز می‌شود که می‌تواند به مرگ یاخته یا سرطان‌ها بیانجامد. وقتی که کروموزوم‌ها بین یاخته‌هایِ دخترِ حاصل از تقسیم سلولی به طور برابر تقسیم می‌شوند، بخشهای ساختاری دیگرِ دی.اِن.اِی دور ریختنی به عنوان نقاط لنگرمانندی عمل می‌کنند. (اصطلاح "دخترِ یاخته" به معنای هر یاخته‌ای است که از طریق تقسیم یاخته والد درست می‌شود. معنای آن این نیست که یاخته مونث است). یاخته‌های دیگری هم هستند که به عنوان نواحی عایق‌بندی عمی‌کنند که گفتمان ژن را به نواحی مشخصی از کروموزوم محدود می‌کند.

اما بخش بزرگی از دی.اِن.اِی دورریختنی فقط ساختاری نیست. کار کدگذاری پروتئین‌ها را انجام نمی‌دهد، اما کدگذاری گونه‌های دیگری از مولکول‌ها به نام آر.اِن.اِی را انجام می‌دهد. دسته بزرگی از این دی.اِن.اِی دور ریختنی در یاخته‌ها کارخانجاتی را بنیان می‌گذارند که به درست کردن پروتئین کمک می‌کند. گونه‌های دیگری از مولکول‌های آر.اِن.اِی مواد خام را برای ساختن پروتئین‌ها به زمین کارخانه‌ها منتقل می‌کنند.

بخشهای دیگری دی.اِن.اِی دور ریختنی، مداخله‌جویان ژنتیکی‌ای هستند که از ژنوم ویروس‌ها و ریزاندامگان دیگری که در کرموزوم انسان ادغام شده‌اند انشعاب گرفته‌اند و مانند مامورِ خفته ژنتیکی عمل می‌کنند. این بازماندگان اندامگانی که خود زمان زیادی است مرده‌اند با خود خطرهای بالقوه‌ای را برای یاخته‌ها، فرد و حتا گاهی مردمان بیشتری حمل می‌کنند. یاخته‌های پستانداران روندهای گوناگونی برای خاموش نگه داشتن این عناصر ویروس‌مانند را دارند، اما ممکن است این سامانه‌ها از کار بیافتند. آثار چنین رخدادی می‌تواند هر چیزی از یک اثر ملایم - برای نمونه تغییر رنگ پوست گونه مشخصی از موش - گرفته تا نتایج مخرب بزرگ‌تری مانند افزایش احتمال ابتلا به سرطان باشد.

تنها در چند سال پیش، نقش اساسی دی.اِن.اِی دور ریختنی به عنوان تنظیم کننده گفتمان ژنی تشخیص داده شد. گاهی این می‌توانید تاثیر شگفت و برجسته‌ای بر فرد بگذارد. بخش مشخصی از دی.اِن.اِی دور ریختنی برای اطمینان از سلامت الگوهای موجود در گفتمان ژنی اهمیت بسیار حیاتی دارد. تاثیر آن در محدوده وسیعی از جاها دیده می‌شود. یک نمونه پیش پا افتاده کنترل الگوهای رنگی گربه‌های پوست لاک‌پشتی1 است. در یک نمونه خیلی بدتر، همچنین سازوکار مشابهی را توضیح می‌دهد که در آن دو قلوی همسان مونث می‌تواند عوارض متفاوتی از بیماری ارثی ژنتیکی‌ای را نشان دهند. در برخی موارد، وضعیت می‌تواند این قدر وخیم باشد که یکی از قلوها به شدت به این اختلال تهدید کننده زندگی مبتلا باشد در حالی که قلوی دیگر کاملا سالم است.

1 tortoiseshell cats

هزاران هزار منطقه دی.اِن.اِی مظنون به این هستند که شبکه‌هایی از گفتمان ژنی را تنظیم می‌کنند. مانندِ راهنمایی‌های کارگردانی برای یک نمایش‌نامه ژنتیکی است، اما راهنمایی‌ها برای چیزی با چنان پیچیدگی‌ای است که ما هیچ وقت نمی‌توانیم در تئاتر تجسم کنیم. دستورالعمل مشهورِ "خارج شوید، خرس دنبال‌تان افتاده است" را فراموش کنید که از دستورالعمل‌های مشهور نمایشنامه‌های شکسپیر است که به مرگ آنتیگونوس در خارج از صحنه می‌انجامد. این دستورالعمل‌های ژنتیکی بیشتر شبیه به این می‌مانند که "اگر نمایش هَملِت را در ونکوورِ کانادا و نمایش طوفان را در پرثِ استرالیا اجرا می‌کنید، در این صورت تشدید روی هَجای چهارم فلان خط مکبت تشدیدبگذارید. مگر این که یک نمایش غیرحرفه‌ای از ریچارد سوم در مومباسای کنیا در حال اجرا است و در کیوتوی اکوادر باران می‌آید."

پژوهشگران همین تازگی‌ها باز کردن گره‌های ریز و کشف ارتباطات وسیع شبکه‌های دی.اِن.اِی دور ریختنی را آغاز کرده‌اند. حوزه مطالعاتی بحث‌برانگیزی است. از یک سوی، ما دانشمندانی را داریم که ادعا می‌کنند که دلایلِ تجربیِ لازم برای اثبات ادعایی که بسیار هم تعمیم یافته‌اند را نداریم. از سوی دیگر آنهایی را داریم که حس می‌کنند یک نسل تمام از دانشمندان (اگر بیشتر نه) در یک مدل منسوخ گرفتار شده‌اند و ناتوان از این هستند که نظم جدید جهانی را ببینند یا بفهمند.

بخشی از مشکل این است که سامانه‌هایی که ما برای کاوش کارکردهای دی.اِن.اِی دور ریختنی داریم نسبتا ابتدایی است. این گاهی می‌تواند کار پژوهشگران را در به کارگیری رویکردهای آزمایشی برای آزمودن فرضیه‌های خود دشوار کند. ما همین روی این موضوع برای مدت زمان بسیار کوتاهی کار کرده‌ایم. اما گاهی باید به یاد بیاوریم که یک گام از میز آزمایشگاه و ماشین‌های که بوق می‌زنند دور شویم. آزمایش‌ها هر روز دور و بر ما را گرفته است، زیرا طبیعت و فرگشت میلیاردها سال زمان داشته‌اند تا همه جور تغییری را تجربه کنند. حتا لحظه نسبتا کوتاهی در زمین‌شناسی که مربوط به پیدایش و گسترش گونه جانوری انسانی است زمان کافی برای ایجاد محدوده بسیارعظیم‌تری از آزمایش‌ها بوده است که آنهایی که روپوش سفید آزمایشگاه می‌پوشند حتا بتوانند آرزوی آزمودنش را هم بکنند.

راههای زیادی برای تاباندن نور به ماده تاریک ژنوم خودمان وجود دارد. پس اجازه دهید با یک واقعیت عجیب و غریب اما غیر قابل انکار آغاز کنیم که جای پای ما را محکم کند. عامل برخی از بیماری‌های ژنتیک، جهش در دی.اِن.اِی دور ریختنی است، و احتمالا نقطه آغازین بهتری از این برای سفرمان به کهکشان ژنومی مخفی وجود ندارد.