ریسامان: خانه ریسندگی

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

فهرست

۳. بر سر این همه ژن چه آمد؟

در ۲۵ ژوئن سال ۲۰۰۰، اعلام شد که نخستین پیش‌نویس تعیین توالی کل ژنوم انسانی به پایان رسیده است. در فوریه ۲۰۰۱، نخستین مقاله‌های دانشگاهی که این پیش‌نویس را توضیح می‌دهد منتشر شد. این نتیجه سال‌ها تلاش و پیشرفت‌های تکنولوژیک و کمی تا قسمتی رقابت و هم‌چشمی بود. موسسه ملی سلامت آمریکا و بنیاد خوش‌آمد در بریتانیا بیشتر بودجه حدودا ۲.۷ میلیارد دلاری مورد نیاز برای این پژوهش را تامین کرده بودند. این پژوهش به دست یک کنسرسیوم بین‌المللی پیش برده شد، و نخستین دسته مقالات دانشگاهی که این یافته‌ها را تشریح کرد به دست ۲۵۰۰ نویسنده از بیش از ۲۰ آزمایشگاه در سراسر جهان نوشته شده بود. قسمت بیشتر توالی‌یابی به دست پنج آزمایشگاه استخراج شده بود که چهار تایشان در آمریکا و یکی در بریتانیا قرار داشت. همزمان، شرکتی خصوصی به نام Celera Genomics در تلاش برای توالی‌یابی و تجاری کردن ژنوم انسانی بود. اما کنسرسیوم که با بودجه عمومی فعالیت می‌کرد، با انتشار روزانه اطلاعات خود توانست تضمین کند که تعیین توالی ژنوم انسانی وارد مالکیت عمومی شود.

اعلام به پایان رسیدن نخستین پیش‌نویس ژنوم انسانی به همراه هیجان و خوشحالی بزرگی همراه شد. شاید پر زرق و برق‌ترین بیانیه از بیل کلینتون، رییس‌جمهور آمریکا منتشر شد که اعلام کرد "امروز ما در حال یادگیری زبانی هستیم که خداوند با آن زندگی را ساخت". معلوم نیست چه چیزی را در مغز برخی از دانشمندانی که نقش اساسی در این پروژه داشتند گذشت وقتی که سیاست‌مداری در زمان این موفقیت تکنولوژیک پای خدا را در میان کشیده بود؟! خوشبختانه، پژوهشگران معمولا خجول هستند. مخصوصا وقتی که با اشخاص نامدار و دوربین‌های تلویزیونی مواجه می‌شوند. به این ترتیب شمار کمی‌شان ناراحتی‌شان را عمومی ابراز کردند.

مایکل دکستر مدیر بنیاد خوش‌آمد بود. بنیادی که مقدار هنگفتی پول را به پروژه ژنوم انسانی واریز کرده بود. او هم آن چنان کم پر از شور و هیجان نبود؛ اگر چه تا حدودی کمتر خدایانه. در هنگام اعلام پایان پیش‌نویس توالی‌یابی را با عنوان "موفقیت چشم‌گیر نه تنها دوران کنونی، بلکه تمام تاریخ بشری" اعلام کرد.

ممکن است فکر کنید که شاید اکتشافات دیگر از لحاظ میزان تاثیرگذاری به راحتی به پای پروژه ژنوم انسانی برسند. برای نمونه آتش، چرخ، عدد صفر، و الفبای نوشتاری به ذهن می‌رسد و احتمالا اکتشافات دیگری را هم در فهرست خودتان داشته باشید. همین‌طور ممکن است ادعا شود که پروژه تعیین توالی ژنوم تا کنون به نتایجی منجر نشده است که ادعا می‌شد با سرعت در درمان بیماری‌ها تاثیر می‌گذارد. برای نمونه، دیوید سِینزبری، وزیر علوم بریتانیا عنوان کرد که "هم اکنون ما امکان دست یافتن به همه چیزهایی را داریم که از دانش پزشکی تمنّا می‌کردیم"

بیشتر دانشمندان البته می‌دانند که باید به این ادعاها نه تنها اندکی بلکه با شک و تردید بسیار نگاه کرد. ما این درس را از تاریخ ژنتیک فرا گرفته‌ایم. برای نمونه چند بیماری ژنتیکی خوب شناخته شده را در نظر بگیرید. "دیستروفی ماهیچه‌ای دوشن" بیماری‌ای بسیار ناراحت‌کننده‌ای است که پسرانی که به آن مبتلا می‌شوند به تدریج بافت ماهیچه‌ای خود را از دست می‌دهند، از لحاظ جسمی ناتوان می‌شوند، توانایی تحرک خود را از دست می‌دهند و معمولا در نوجوانی می‌میرند. "فیبروز سیستیک" بیماری ژنتیکی‌ای است که ریه‌ها نمی‌توانند مخاط را تمیز کنند، و مبتلایان به آن در معرض چند عفونت خطرناک حیاتی هستند. اگر چه برخی از مبتلایان به فیبروز سیستیک تا ۴۰ سالگی به زندگی ادامه می‌دهند، ولی این تنها با فیزیوتِراپی متمرکز روزانه امکان‌پذیر است که در آن هر روز ریه‌های آنها تمیز می‌شود؛ و همین طور با مصرف آنتی‌بیوتیک‌های فوق‌العاده قوی.

ژن جهش‌یافته‌ای که به دیستروفی ماهیچه‌ای دوشن منجر می‌شود در سال ۱۹۸۷ شناسایی شده بود و ژن جهش‌یافته‌ای که به فیبروز سیستیک منجر می‌شود در سال ۱۹۸۹ شناسایی شده بود. علیرغم این واقعیت که تاثیر جهش‌یافتگی این ژن‌ها در ایجاد بیماری حدود یک دهه قبل از پایان پذیرفتن توالی‌یابی ژنتیک انسانی ثابت شده بود، هنوز هیچ درمان موثری برای این بیماری‌ها پس از بیشتر از ۲۰ سال تکاپو وجود ندارد. معلوم است که باید فاصله بسیار طولانی بین دانستن تعیین توالی ژنتیک انسانی و تولید درمان‌هایی باشد که جان مردم را در بیماری‌هایی معمول نجات دهد. این مخصوصا درباره بیماری‌هایی صادق است که معلول بیش از یک ژن هستند یا بیماری‌هایی که در نتیجه فعل و انفعال یک یا چند ژن با محیط رخ می‌دهد. چیزی که دلیل بیشتر بیماری‌ها است.

ما البته نباید خیلی به سیاست‌مدارانی که گفته آنها را نقل کردیم سخت بگیریم. خود دانشمندان هم خیلی در هیجان‌سازی و گزافه‌پردازی نقش داشتند. اگر شما از کسانی که بودجه شما را تامین می‌کنند بخواهید تقریبا بیشتر ۳ میلیارد دلار هزینه را بپردازند، حتما هم می‌بایست محصول نسبتا بلندپروازانه‌ای را به آنها بفروشید. دانستن تعیین توالی ژنوم انسانی به خودی خود هدف نیست، اما با این حال این از اهمیت آن به عنوان یک مجاهدت علمی نمی‌کاهد. این کار در اصل پروژه‌ای زیرساختی بود که دادگانی را فراهم کرد که بدون آن برای شمار بسیار زیادی از پرسش‌های دیگر نمی‌توان پاسخی یافت.

البته فقط یک تعیین توالی ژنوم انسانی وجود ندارد. تعیین توالی بین افراد مختلف متفاوت است. در سال ۲۰۰۱، کم‌تر از ۵۳۰۰ دلار هزینه می‌برد که یک میلیون جفت‌باز DNA را توالی‌یابی کرد. در آوریل ۲۰۱۳، هزینه این کار به شش سنت کاهش پیدا کرده است. این بدین معنا است که اگر می‌خواستید تعیین توالی ژنوم خود را در سال ۲۰۰۱ بیابید، هزینه آن حدود ۹۵ میلیون دلار می‌شد. اما امروز،همان تعیین توالی با کمتر از ۶۰۰۰ دلار امکان‌پذیر است و حداقل یک شرکت ادعا می‌کند که دوران ژنوم ۱۰۰۰ دلاری هم فرا رسیده است. از آن جا که هزینه توالی‌یابی با سرعت غیر قابل باوری کاهش پیدا کرده، هم اکنون برای دانشمندان ساده‌تر است که میزان دگرگونی بین افراد مختلف را بسنجند که به مزایای متعددی منجر شده است. هم‌اکنون پژوهش‌گران می‌توانند جهش‌های کم‌یابی را تشخیص دهند که سبب بیماری‌های وخیمی در شمار اندکی از بیمارانی می‌شود که معمولا در جامعه‌های جدایافته ژنتیکی مانند جوامع آمیشی در آمریکا زندگی می‌کنند. امکان توالی‌یابی سلولهای تومور بیمار وجود دارد تا بتوان جهش‌یابی‌هایی که پیشرفت سرطان را به جلو می‌برد تشخیص داد. در برخی از موارد، این برای بیمار منجر به دریافت درمان‌های دقیق‌تری می‌شود که برای سرطان آنها سفارشی شده است. پژوهش در فرگشت انسانی و مهاجرت جوامع انسانی با آنالیز تعیین توالی DNA پیشرفت بسیاری پیدا کرده است.

عزیزم من ژن‌ها را گم کردم

اما تمام اینها که گفته شد در آینده امکان‌پذیر بود. در سال ۲۰۰۱، علیرغم تمام شور و هیجان موجود، دانشمندان در اطلاعات تعیین توالی ژنوم انسانی غوطه‌ور شده بودند و به پرسش ساده‌ای تعمق می‌کردند: ژن‌ها کجای این سرزمین پهنوار پنهان شده بودند؟ توالی‌هایی که پروتئین‌هایی که فعالیت‌های سلول‌ها و افراد را برنامه‌ریزی می‌کرد کجا قرار دارند؟ هیچ موجود دیگری به پیچیدگی انسان نیست. هیچ گونه دیگر جانوری دست به شهرسازی، تولید هنر، کشت محصولات کشاورزی و پینگ‌پنگ بازی کردن نمی‌پردازد. کسی ممکن است به این پرسش فلسفی بپردازد که آیا این فعالیت‌ها ما را "بهتر" از گونه‌های زیستی دیگر می‌کنند. اما همین موضوع که ما می‌توانیم به گفتگو و پرسش‌گری درباره این موضوع بپردازیم، بی‌شک نشان‌گر پیچیدگی بیشتر ما نسبت به هر گونه زیستی دیگری در زمین است.

چه توضیح مولکولی پشت پیچیدگی و پیشرفتگی ما به عنوان یکی از جانداران وجود دارد؟ اجماع نستبا معقولی وجود داشت که توضیح این مسئله در ژن‌های ما نهفته است. توقع می‌رفت که انسانها نسبت به جانداران دیگری همچون کرم، مگس و یا خرگوش صاحب تعداد بسیار بیشتری از ژن‌های کدگذارنده پروتئین باشند.

زمانی که پیش‌نویس تعیین توالی ژنوم انسانی منتشر شد، دانشمندان توالی‌یابی تعدادی از جانداران دیگر را هم به پایان رسانده بودند. تمرکز آنها روی جاندارانی با ژنوم کوچک‌تر و ساده‌تر از انسان‌ها بود و در سال ۲۰۰۱ آنها صدها ویروس، دهها باکتریا، و دو گونه جانوری کوچک، یک قارچ، و یک گیاه را توالی‌یابی کرده بودند. پژوهشگران اطلاعات این گونه‌ها و اطلاعات حاصل از روش‌های آزمایشی دیگری را بررسی کرده بودند تا تعداد ژن‌های موجود در ژنوم انسان را تخمین بزنند. تخمین‌ها چیزی بین ۳۰۰۰۰ تا ۱۲۰۰۰۰ را نشان می‌داد که بیان‌گر میزان زیادی از تردید و بلاتکلیفی بود. عدد و رقم ۱۰۰۰۰۰ به مراتب در مطبوعات و رسانه‌ها به این سو و آن سو پرتاب می‌شد، اگر چه از اول قرار نبود این تخمین قطعی به شمار آید. بسیاری از دانشمندان عددی در حول و حوش ۴۰۰۰۰ را معقول به شمار می‌آوردند.

اما آن گاه پیش‌نویس تعیین توالی انسانی در فوریه ۲۰۰۱ منتشر شد، پژوهشگران نتوانستند ۴۰۰۰۰ ژن‌های کدگذارنده پروتئین پیدا کنند، چه برسد به ۱۰۰۰۰۰ ژن. دانشمندان Celera Genomics توانستند ۲۶۰۰۰ ژن کدگذارنده پروتئین را شناسایی کنند و ۱۲۰۰۰ ژن دیگر را هم برای پژوهش و بررسی بیشتر انتخاب کرده بودند. دانشمندان کنسرسیوم عمومی ۲۲۰۰۰ ژن را شناسایی کردند و پیش‌بینی کردند که در مجموع ۳۱۰۰۰ ژن وجود خواهد داشت. در سالهای پس از انتشار پیش‌نویسی توالی، تعداد با پیوستگی کاهش پیدا کرده و هم اکنون همگی پذیرفته‌اند که ژنوم انسانی شامل ۲۰۰۰۰ ژن کدگذارنده پروتئین است.

ممکن است عجیب باشد که دانشمندان بی‌درنگ پس از انتشار پیش‌نویسی توالی درباره تعداد ژن‌ها به توافق نرسیدند. دلیلش این است که تشخیص ژن‌ها به آنالیز اطلاعات توالی بستگی دارد و آن چنان که به نظر می‌رسد ساده نیست. این طور نیست که ژن‌ها با رنگ کد‌بندی شده باشند، یا این که از حرف الفبای ژنتیکی متفاوتی از بخش‌های دیگر ژنوم استفاده کنند. برای تشخیص یک ژن کدگذارنده پروتئین، نیاز هست که ویژگی‌های مشخصی را تجزیه و تحلیل کنید. برای نمونه توالی‌هایی که می‌توانند کدگذاری مجموعه‌ای به هم پیوسته از اسیدهای آمینه را انجام دهند.

همان طور که در فصل دوم دیدیم، ژن‌های کدگذارنده پروتئین از یک توالی به هم پیوسته DNA تشکیل نمی‌شوند. آنها به صورت یک واحد مستقل شکل گرفته‌اند، به این ترتیب که در لابه‌لای بخش مربوط به کدگذاری پروتئین، مجموعه‌ای از چیزهای به درد نخور آن را تقطیع کرده باشند. به طور کلی، ژن‌های انسانی بسیار طولانی‌تر از ژن‌های مگس‌های میوه یا ژن‌های کرم‌های میکروسکوپیکی به اسم C. elegans - که بسیار در مطالعات ژنتیکی رایج هستند - می‌باشد. اما پروتئین‌های انسانی معمولا به همان اندازهِ پروتئین‌های مگس میوه یا همان کرم هستند. در انسان این تقطیع‌ها به درد نخوردنی هستند که بسیار بزرگ می‌باشند، نه آن اجزایی که پروتئین‌ها را کدگذاری می‌کنند. در انسان‌ها، این توالی‌هایِ در میان آمده معمولا ده برابر بزرگتر از جانداران ساده‌تر دیگر می‌باشند، و برخی‌شان حتا می‌توانند به درازی ده هزار جفت‌باز باشند.

این مسئله هنگام تجزیه و تحلیل ژن‌های توالی انسانی سبب تولید مشکل بزرگی از نوع "تناسب سیگنال به نویز" می‌شود. حتا داخل یک ژن، تنها بخش کوچکی از ژن کدگذاری پروتئین را انجام می‌دهد که در قلب کلی اطلاعات به درد نخور قرار گرفته است.

خوب به مشکل اصلی برگردیم. اگر ژن‌های کدگذارنده پروتئین انسان شبیه به مگس و کرم است، چطور می‌شود که ما چنین جانداران پیچیده‌ای هستیم؟

دانشمندان بی