تراشه های زیستی

آشكار ساختن ساختار ژنتیك و كشف منشاء استیكی كه جلوی ما گذاشته اند تا نوش جان كنیم...اتحاد الكترونیك و بیولوژی می تواند حیطه های متنوعی چون پزشكی، علوم تغذیه، یا علوم دفاعی را دستخوش انقلاب سازد. سرعت پیشرفت ما آنچنان زیاد است كه خطر زیر پا گذاشتن اخلاقیات واقعاً وجود دارد.
گری هوپر عضو انجمن بیوتكنولوژی كه كارهای میلیون دلاری برعهده دارد، با صدای خشن، عینك كوچك هیئت كالین پاول خطاب به همكارانش كه همگی مثل او قدشان حدود دو متر است، می گوید: «بچه ها، بجنبید! اگر این كار را نكنیم، چینی ها جای ما خواهند كرد!» این خطر را وجود یك مشت از صاحبان صنایع داروسازی كه سخنرانی های رمزی و در لفافه شان مدت ها به درازا می كشد، به خوبی نشان می دهد. بر روی صندلی های این سالن كه در سال های پایانی سده پیش در میدان اتحاد واقع در قلب سانفرانسیسكو ساخته شد، در پشت پرده های سنگین و به رنگ قرمز آتشین آن، این مردان پنجاه، شصت ساله به ناگهان از اندیشه آهسته تر كردن سرعت پیشرفت تراشه های زیستی به خشم می آیند. اینجا صحبت از سیلیسیم _ همان ماده ای كه سیم های تلفن نیز از آن ساخته می شوند _ است كه یك رشته DNA (یا رمز حیات) بر روی آن قرار داده می شود. تراشه ای كه بزرگ تر از نصف یك دانه شكر نیست قادر به كارهایی است _ از پزشكی تا كشاورزی و علوم زیبایی _ كه دیوانه كننده اند.
این مجموعه سحرآمیز، آمیزه ای از بیولوژی و الكترونیك، درصدد زیر و رو كردن آن چیزی است كه بیوتكنولوژی خوانده می شود. علمی كه قرار است انقلابی در زندگی ما پدید آورد ... ولی چگونه؟ چیز زیادی نمی دانیم. با این حال، ماتما كالیكورا تحلیلگر موسسه «فراست و سالیوان» مطمئن است كه تا ده سال دیگر این ابتكار بازاری بزرگ تر از ۱۰ میلیارد دلار را به روی ما خواهد گشود. گام های اولیه صنایعی چون هیولت _ پاكارد، موتورولا و آی بی ام تنها آغاز این راه است.
در واقع این اندیشه چندان جدید نیست. تراشه های زیستی در واقع حاصل ازدواج (كه مسلماً قدری دیرهنگام بود) دو كشف قدیمی است كه بیش از ۵۰ سال عمر دارند. كارهای جیمز واتسون و فرانسیس كریك _ برندگان جایزه نوبل در رشته فیزیك در سال ۱۹۶۲ _ در حقیقت به سال ۱۹۵۳ بازمی گردد. در این سال دو پژوهشگر مولكول DNA (كه تعیین كننده وراثت ژنتیك هستند) را كشف كردند. مولكول DNA تشكیل شده از دو رشته كه ساختمانی می سازند كه بر روی خویش می پیچد و هر یك از این دو رشته قرینه آن دیگری است. در همین زمان تراشه الكترونیك كه توسط رادیوسازان در ساختمان ترانزیستورها به كار می رفت، برای نخستین بار ساخته شد. تنها كاری كه باقی مانده بود، ازدواج فرخنده این دو پدیده نوین بود و استفن فودور، زیست شناس از دانشگاه پرینستون، این كار را انجام داد. اندیشه وی بسیار ساده بود: از آنجا كه هر رشته DNA از یك ردیف رمز تشكیل شده كه با دوقلوی خویش به صورتی كاملاً قرینه یكی می شود لذا كافی است كه یك رشته تنها را بر روی تراشه ای قرار دهیم، در این صورت به محض مواجه شدن آن با دوقلویش صدور یك پیام فلورسانت را تحریم خواهد كرد كه سپس كامپیوتر می تواند آن را دریافت كند. این تمام جادوی ازدواج فرخنده تكنولوژی هاست: تبدیل یك واكنش زیستی به سیگنال الكترونیك. این اندیشه فی البداهه بسیار جالب بود و بار دیگر در سال های دهه ،۱۹۹۰ زمانی كه «پروژه ژنوم انسان» برای یافتن ژنوم كامل انسان به اوج رسید، مطرح شد. از آن زمان هیچ رازی در اینكه تراشه معجزه خواهد كرد، نبود...
● نقشه ژنتیك شما فقط به قیمت ۳۰۰ دلار
در ابتدا این واقعیت به ویژه برای جهان پزشكی شگفتی آور بود كه با استفاده از چنین ابزاری می توان تشخیص ها را بدون اشتباه و به نحوی بی سابقه داد. دپارتمان زیست شناسی مولكولی در دانشگاه دوك (كارولینای شمالی) در این میان به موفقیت هایی نائل شد. یكی از پروفسورها، تحقیقاتی را بر روی بیماری كه مشكوك به ابتلا به سرطان بود، انجام داد. نمونه خونی كه به كمك یك تراشه زیستی از بیمار گرفته شد، این امكان را داد كه ظرف كمتر از ده دقیقه ساختمان ژنتیك بیمار به دست آید و پزشك بلافاصله توانست تصمیم بگیرد كه از چه درمانی استفاده كند. جلوگیری از اتلاف وقت كه در اینجا بی اندازه ارزشمند است. هنوز هم پس از گذشت پنج سال از آن رویداد مهم، چنین تشخیصی می تواند یك آزمایشگاه كامل را به مدت چندین روز به تكاپو اندازد. بازار جدیدی متولد شده: تاكنون چندین موسسه پیشنهاد كرده اند كه نقشه ژنتیك آدم ها را به ۳۰۰ تا ۵۰۰ دلار در اختیارشان قرار دهند. موسسه ایسلندی DeCode Genetics در یخچال هایش ژن های حدود بیست بیماری مهم، از جمله شیزوفرنی را در اختیار دارد. در فرانسه انستیتو BioMe ,rieux روی سرطان كار می كند.
تراشه های زیستی كه خود را با بیماری ها و درمان آنها شناسانده اند، می توانند به علاوه خطرناك نیز باشند، چه امروز ژن هایی كه نماینده بیماری هایی هستند، شناخته شده اند. شركت AFFymetrix در كالیفرنیا، جزء نخستین موسساتی بوده كه تراشه های زیستی را پذیرفت و اكنون بدین كار مشغول است. یكی از كاركنان این شركت می گوید: «تراشه های ما برای كنترل كردن تركیب مواد غذایی اند، در واقع برای آنكه ببینیم غذای روبه روی ما كه گوشت گاو یا ماهی معرفی می شود، همان است كه از آن انتظار داریم.» برای انجام این پروژه شركت مذكور نیاز به حمایت جامعه آمریكا دارد و شریك فرانسوی اش BioMe ,rieux نیز یكی یكی ژن هایی را كه بازسازی می كند در اختیار آن قرار می دهد و چه بازاری! این ابزار بسیار كوچك معجزه گر قادر است تا ۳۰ نوع گوناگون مهره داران را شناسایی كند. حتی می تواند حیوانات را براساس جنس (پستانداران، پرندگان و ماهی ها) یا نوع (ماكیان، گوسفند، خوك، كبك، ماهی قزل آلا) شناسایی كند و حتی از میان جوندگان موش را تشخیص دهد. دانشمندان فكر همه چیز را كرده اند!
ولی قضیه به اینجا ختم نمی شود: تراشه های زیستی از گذشته حیوان نیز ما را آگاه می كند. طبق قوانین فرانسه و اروپا غذایی كه به چهارپایان داده می شود، نباید منشاء حیوانی داشته باشد. توماس اشلوم برگر رئیس شركت با فرانسه شكسته بسته ای می گوید: «شما در فرانسه وقتی كه صحبت از گاو می كنید، به دادن این عنوان به حیوان مطمئنید.» با استفاده از این تكنولوژی می توان از یك دانه برنج پی برد كه چه نوع كود شیمیایی به آن داده اند و اینكه تحت تغییر و تبدیلات ژنتیكی قرار گرفته یا خیر ... یك كین واقعی. جنگ اطلاعات زیست شناسی آغاز شده است.
پارك منلو در حومه پالوآلتو راهروی ورودی با كپی تابلوی «مطالعه رنگ ها» اثر كاندینسكی (۱۹۱۳) تزئین شده اند. پژوهشگران باذوقند، آیا به همین اندازه بااستعداد نیز هستند؟ این موسسه كه در سال ۱۹۹۷ از سوی شیمی دان آلكس زافارونی (مجله Forbes را به یاد قهرمان فقید اسكاتلندی، جیم كلارك بیوتكنولوژی نام نهاده) بنیانگذاری شده به كاربرد به كلی جدیدی از تراشه های زیستی می پردازد: ردیابی اشیا. اوگوست مورتی ۵۰ ساله كه اصلاً نیویوركی است و بیش از نیمی از عمرش را در بخش زیست شناسی گذرانده اكنون به فروش تراشه های زیستی سنتی _ كه در واقع فعالیت اصلی موسسه را تشكیل می دهد - مشغول است. این بار او فكر می كند، كسب و كار خوبی خواهد داشت. به تازگی یكی از مارك های بسیار شیك و گرانقیمت به وی مراجعه كرده و از نمونه های تقلیدی كیف های چرمی اش كه از چرم نژاد خاصی از گاوهاست، شاكی است باید دید كیف های چرمی تقلیدی در رمز ژنتیك چه تفاوت كم وبیش اندكی با چرم اصیل دارند. مورتی تنها یك كار جزیی می كند. وی «اثر انگشت» چرم اخیر را بر روی یك تراشه زیستی قرار می دهد و هر بار كه كیف های وارداتی سوءظن مأمور گمرك را برمی انگیزند، كافی است «اثر انگشت» آنها با آنچه كه به عنوان نمونه موجود است مقایسه شود.
بخش خصوصی تنها كسانی نیستند كه در این میان منتفع می شوند، بلكه دولت نیز می تواند از ثمرات این تكنولوژی بهره مند شود. بر روی تپه ماهورهای پوشیده از درختان انگور در كالیفرنیا هزاران نفر از پژوهشگران در آزمایشگاه لارنس لیومور كه در سال ۱۹۵۲ به بزرگداشت مخترع سیكلوترون به نام وی نامیده شد، مشغول كارند. در سالن های فوق سری این آزمایشگاه _ كه حتی مشاهده آنها توسط افراد خارج از آزمایشگاه مستلزم داشتن اجازه كتبی مقامات است _ پژوهشگران بر روی روش های مقابله با میكروب سیاه زخم مطالعه می كنند. این پودر كه مقامات و كنگره را در آمریكا پس از ۱۱ سپتامبر سال ۲۰۰۱ اینچنین وحشت زده كرده، در واقع چیزی جز یك آنزیم نیست. با این حال به بركت وجود و ساخت تراشه های زیستی مناسب به راحتی می توان آن را شناسایی كرد.اما كار به اینجا ختم نمی شود. در پایان سال ۲۰۰۳ پنتاگون اعتباری به مبلغ بیش از ۲ میلیون دلار را در اختیار گروهی در دانشگاه ویرجینیا قرار داد كه از جمله گیرنده های بسیار كوچكی را بر روی پوست سربازان داوطلب پیش از آغاز جنگ پیوند زند. این ترموستات های واقعی سلامتی سربازان، علاوه بر اندازه گیری میزان آنتی كر (ضد باكتری یا سموم) بدن آنها این امكان را نیز به وجود می آورد كه به صورت شناسنامه های ژنتیكی آنها عمل كنند. این كمك ذی قیمتی به جراحانی است كه ناچارند سربازان را در همان حالت بیهوشی و بی خبری تحت عمل جراحی قرار دهند. كاربردهای دیگری كه برای این وسیله ارزشمند متصور است، از این قرارند: سربازانی كه در بیابان گم می شوند و به واحه ای می رسند، می توانند تراشه را در تماس با آب قرار دهند و دریابند كه آب آلوده (مثلاً بقایای ناقلان ویروس سرخك) است یا خیر. علاوه بر میدان های نبرد، تراشه های زیستی كاربردهایی نیز در فضا دارند.
ناسا كه یكی از شركای برنامه دانشگاه ویرجینیاست، درصدد است فضانوردان خویش را مجهز به چنین تراشه هایی سازد كه بتواند از هیوستون سطح قند خون فضانوردان در مأموریت را اندازه گیری كند. در كاپ كاناورال تاكید می شود: «این برنامه را با میل و علاقه دنبال می كنیم. همه اینها چراغ سبزی است برای تولید انبوه تراشه های زیستی.»
در ورودی AFFymetrix كه در ۲۰ كیلومتری سمت كالیفرنیا قرار دارد، نوشته ای از طلا _ كه یادآور دوران هجوم برای یافتن رگه های طلا در زمان های گذشته است _ ما را باخبر می سازد كه ده سال از ساختن آن گذشته است. ولی گویی اینجا آغاز و پایان جهان است. برای آنكه به این عمل ضدعفونی شده و عاری از میكروب پا گذارید، مدیر آنجا براد كریگر از شما می خواهد كه وارد سالنی شوید كه همزمان سی تایی هواكش بسیار كوچك شما را تحت بمباران هوای تصفیه و فرآوری شده قرار می دهند. تنها چیزهایی كه می توانید با خود داشته باشید، عبارتند از یك كوله پژوهش بر دوش، یك چراغ قوه، شماره تلفن های اشخاصی كه در موارد ضروری می توانید با آنها تماس بگیرید و صحنه های تماشایی از اینجا آغاز می شوند.
● جنگ قیمت ها در پیش است
جالب ترین قسمت داستان در سالنی اتفاق می افتد كه بسیار تحت نظر است. در اینجا یخچال های بزرگی قرار دارند كه تورهایی از آن حفاظت می كنند. در داخل این گاوصندوق هاست كه موسسه ردیاب هایی از جنس DNA خود را ذخیره كرده است. رشته های تكی DNA وجود دارند كه سطح گلوكز را تعیین می كنند. نوعی سفارش كاركنان سفارش هزاران DNA از مشتریان دریافت می كنند كه آنها را به كمك روبوت ها بر روی صفحات شیشه ای رشته بسیار كوچك نگهداری می نمایند. این تراشه های زیستی كه هركدام یك در یك سانتیمتر ابعاد دارند، می توانند چندین هزار ردیاب را در خود داشته باشند.
یك بازار واقعی كه جای خود را در بورس هم باز كرده است: افی متریكس سالانه چندین صد هزار تراشه می فروشد. استیوم لومباردی یكی از اعضای گروه، در حالی كه تراشه ای به ابعاد دو سانتیمتر را بین انگشتان اشاره و شست خویش نگه داشته بر روی صندلی راحتی اش نشسته و در صورتش احساس رضایت یك كهنه كار به خوبی دیده می شود. وی در گذشته به صورت دستی و با پیپت تشخیص هایش را صورت می داد. ولی امروز كار به روشی بسیار پیشرفته صورت می گیرد، موسسه ای كه مشغول كار است شبانه روز ۲۴ ساعت و در هفت روز هفته فعالیت می كند. «ما كم كم داریم به صورت اینتل این صنعت در می آییم: تراشه های ما در انبوهی از تكنولوژی در آینده دیگر به چشم نخواهند آمد.»
با این حال افی متریكس ناچار به مبارزه كردن است چرا كه كالیفرنیا در این میان تنها نیست. دیگرانی هستند كه به سرعت پیش می روند. مثلاً در فرانسه داباگ در قطب ژن اوری (اسون) در آغاز راه است. در چین چندین صد پروژه كه در ابتدا با تزریق ده ها میلیون دلار از سوی دولت كار خود را شروع كردند، اكنون اندك اندك مستقل می شوند. علاوه بر این ما شركت های بزرگی چون جنرال الكتریك، موتورولا، آی بی ام، ابزارهای تگزاس، كورنینگ، هیتاچی- كه در ساخت «مركز حیاتی» عظیم هنگ كنگ مشاركت دارد و حتی فیلیپس هم گام در این راه گذاشته اند- همه اینها آماده وارد شدن در بازارند.
سرسخت ترین آنها Agilent نام دارد. این موسسه واقع در پالوآلتو جایگاه دوم را در این بخش به خود اختصاص داده است. دارین سولومون معاون رئیس موسسه می گوید: «ما سال گذشته ۱۵درصد رشد را به ثبت رساندیم.» در واقع این موسسه متكی به هیولت پاكارد است. (هیولت پاكارد پیش از استقلال آن را به وجود آورد) كه با ۱۴۲۰۰۰ كارمند دارای قدرت واقعی است Agilent كه سالانه بیش از یك میلیارد دلار خرج تحقیقاتش می كند، امروز آزمایشگاه كاملی را بر روی یك تراشه به بازار آورده كه ۲۰ هزار ژن در آن جای دارد. تازه واردی كه میدان نبرد را- كه شرط ضروری موفقیتش است- داوطلبانه و بدون برخوردار شدن از امتیازات پذیرش صلح ترك گوید، چیزی نصیبش نمی شود. تراشه ها هنوز گرانند و گاه تا چندین ده دلار قیمت دارند. افی متریكس براساس آمار و ارقام افتخار می كند كه از سال ۱۹۹۶ قیمت ها را بسیار پایین آورده، در آن سال قیمت یك تراشه فراتر از ۲۰۰ دلار بوده گرچه هنوز هم برای فروش به عموم مردم قدری گران است. برای پایین آوردن قیمت هیچ راهی بهتر از تغییر روش تولید نیست. تولید كننده آمریكایی فیبرهای نوری- كورینگ ماده ای از شیشه ساخته كه دارای هزاران حفره بسیار كوچك است كه ردیاب های DNA در داخل آنها جای می گیرند. به گفته شركت مذكور، با این ماده جدید در هر دقیقه بیشتر از سابق می توان تراشه تولید كرد و بدین ترتیب هزینه های تولید را كاهش داد.
● تب جمع آوری و ثبت اطلاعات
حتی در شرایط ارزانی، مشكلات دیگری در پیش پای تراشه های زیستی قرار دارند، چه رشته های DNA مسائل و موضوعات بسیار جدی پیرامون اخلاقیات را به پیش می كشند. اولین آنها برملا كردن، مثل دستكاری اطلاعات محرمانه خصوصی است. چگونه می توان این بانك های عظیم اطلاعاتی را كه هزاران اطلاعات راجع به تنوع ژنتیك را گرد آورده اند، كنترل كرد؟ در انگلستان بیوبانك این كشور نمونه هایی از DNA ۵۰۰ هزار داوطلب را جمع آوری كرده است. آیا روزی سناریوی فیلم آمریكایی «خوش آمدید به گاتاكا» كه در آن اوما تورمن عاشق اتان هاوك به وی كمك می كند تا از چنگال یك دولت پلیسی كه در آن موفقیت نه از كار یا دانش بلكه از رمز DNA افراد حاصل می شد بگریزد، به واقعیت نخواهد پیوست؟ این تب حتی به كانادا نیز راه یافته، در اینجا هشت ماه است كه پروژه غول آسای كارتاژن مشغول جمع آوری و ثبت اطلاعات مربوط به بیماری هاست، اطلاعاتی كه به آسانی در اختیار بخش خصوصی قرار گیرد و اما استونی، دو سال است كه سرسختانه سیاست فناوری پیشرفته را در پیش گرفته و این اندیشه جاه طلبانه را در سر دارد كه اطلاعات ژنتیك تمام شهروندان خویش _ و نه فقط بیماران _ را جمع آوری كند. ولی این همراهی، بسیار مهم _ جذاب ولی به همان اندازه نگران كننده _ انسان و الكترونیك است كه همه را نگران می كند و به گفته گلن مك گی مسئول مسائل و موضوعات اخلاقی در دانشگاه پنسیلوانیا: «انسان همان احساس نگرانی را دارد كه در نخستین روزهای كلون های ژن ها (بازسازی و كشت ژن ها در محیط مصنوعی) داشت، احساس اینكه نمی داند بالاخره كار به كجا ختم می شود.» وی اخیراً كتابی تحت عنوان «آن سوی علم ژنتیك» منتشر كرده كه در آن شدیداً به وضع موجود كه در آن عموم مردم از كمبود اطلاعات و آگاهی رنج می برند خرده گرفته است: «زمان آن فرا رسیده كه پس از این همه سال تحولات بی سروصدا بالاخره در جعبه سحرآمیز را بگشائیم…»
ولی تهاجم ژن ها به دنیای الكترونیك قصد از پای ایستادن را ندارد. موسسه وایزمن نخستین كامپیوتر براساس DNA را به راه انداخته است. این كامپیوتر كه بسیار كوچك تر از كامپیوترهای معمولی است، احتمالاً پس از تولید انبوه بسیار ارزان تر خواهند بود. ولی در عین حال و به خصوص بسیار قدرتمندتر: داده ها در این كامپیوتر بر پایه چهار فرآوری می شوند (الفبای ژنتیك از چهار رمز تشكیل شده است: A برای آدنین، T برای تیمین، C برای سیتوزین و G برای گوانین) و نه برپایه دوتایی (۰ و ۱) همچون كامپیوترهای كلاسیك چهار در برابر دو: طرفداران این كامپیوترها لاف می زنند كه قدرت آنها چهار برابر افزایش می یابد. یك مثال؟ مایا، نخستین كامپیوتر DNA تمام بازی های tic-tac-toe (بازی با شركت دو حریف كه هر یك سعی می كند سه حرف را به صورت افقی، عمودی، یا مورب زودتر از آن دیگری به صورت یك ردیف قرار دهد [در ایران بازی مشابه به نام «دوز بازی» از قدیم رایج بوده است]) را بی برو و برگرد می برد، در حالی كه كامپیوترهای امروزی از هر ده مورد بازی تنها شش مورد شانس برملا شدن از حریف انسانی را دارند…
● سخن آخر
در فرانسه فعالیت تراشه «كمیساریای انرژی اتمی» ۴۰ نفر پرسنل در ژنوپل دوری (Genopole D,Evry) دارد و می تواند سالانه ۱۰ هزار تراشه DNA تولید كند. بانك ژن های انسانی آن كه در پایان ماه آوریل تكمیل شده، هم اكنون بیش از ۲۵ هزار ژن (ردیف پیاپی باز های آلی تشكیل دهنده مولكول DNA) را در اختیار دارد.

گیوم گراله
ترجمه: ع . فخریاسری

منبع : شبکه فیزیکی هوپا