تراشه‌های زیستی

آشکار ساختن ساختار ژنتیک و کشف منشاء استیکی که جلوی ما گذاشته اند تا نوش جان کنیم…اتحاد الکترونیک و بیولوژی می تواند حیطه های متنوعی چون پزشکی، علوم تغذیه، یا علوم دفاعی را دستخوش انقلاب سازد. سرعت پیشرفت ما آنچنان زیاد است که خطر زیر پا گذاشتن اخلاقیات واقعاً وجود دارد.
گری هوپر عضو انجمن بیوتکنولوژی که کارهای میلیون دلاری برعهده دارد، با صدای خشن، عینک کوچک هیئت کالین پاول خطاب به همکارانش که همگی مثل او قدشان حدود دو متر است، می گوید: «بچه ها، بجنبید! اگر این کار را نکنیم، چینی ها جای ما خواهند کرد!» این خطر را وجود یک مشت از صاحبان صنایع داروسازی که سخنرانی های رمزی و در لفافه شان مدت ها به درازا می کشد، به خوبی نشان می دهد. بر روی صندلی های این سالن که در سال های پایانی سده پیش در میدان اتحاد واقع در قلب سانفرانسیسکو ساخته شد، در پشت پرده های سنگین و به رنگ قرمز آتشین آن، این مردان پنجاه، شصت ساله به ناگهان از اندیشه آهسته تر کردن سرعت پیشرفت تراشه های زیستی به خشم می آیند. اینجا صحبت از سیلیسیم _ همان ماده ای که سیم های تلفن نیز از آن ساخته می شوند _ است که یک رشته DNA (یا رمز حیات) بر روی آن قرار داده می شود. تراشه ای که بزرگ تر از نصف یک دانه شکر نیست قادر به کارهایی است _ از پزشکی تا کشاورزی و علوم زیبایی _ که دیوانه کننده اند.
این مجموعه سحرآمیز، آمیزه ای از بیولوژی و الکترونیک، درصدد زیر و رو کردن آن چیزی است که بیوتکنولوژی خوانده می شود. علمی که قرار است انقلابی در زندگی ما پدید آورد … ولی چگونه؟ چیز زیادی نمی دانیم. با این حال، ماتما کالیکورا تحلیلگر موسسه «فراست و سالیوان» مطمئن است که تا ده سال دیگر این ابتکار بازاری بزرگ تر از ۱۰ میلیارد دلار را به روی ما خواهد گشود. گام های اولیه صنایعی چون هیولت _ پاکارد، موتورولا و آی بی ام تنها آغاز این راه است.
در واقع این اندیشه چندان جدید نیست. تراشه های زیستی در واقع حاصل ازدواج (که مسلماً قدری دیرهنگام بود) دو کشف قدیمی است که بیش از ۵۰ سال عمر دارند. کارهای جیمز واتسون و فرانسیس کریک _ برندگان جایزه نوبل در رشته فیزیک در سال ۱۹۶۲ _ در حقیقت به سال ۱۹۵۳ بازمی گردد. در این سال دو پژوهشگر مولکول DNA (که تعیین کننده وراثت ژنتیک هستند) را کشف کردند. مولکول DNA تشکیل شده از دو رشته که ساختمانی می سازند که بر روی خویش می پیچد و هر یک از این دو رشته قرینه آن دیگری است. در همین زمان تراشه الکترونیک که توسط رادیوسازان در ساختمان ترانزیستورها به کار می رفت، برای نخستین بار ساخته شد. تنها کاری که باقی مانده بود، ازدواج فرخنده این دو پدیده نوین بود و استفن فودور، زیست شناس از دانشگاه پرینستون، این کار را انجام داد. اندیشه وی بسیار ساده بود: از آنجا که هر رشته DNA از یک ردیف رمز تشکیل شده که با دوقلوی خویش به صورتی کاملاً قرینه یکی می شود لذا کافی است که یک رشته تنها را بر روی تراشه ای قرار دهیم، در این صورت به محض مواجه شدن آن با دوقلویش صدور یک پیام فلورسانت را تحریم خواهد کرد که سپس کامپیوتر می تواند آن را دریافت کند. این تمام جادوی ازدواج فرخنده تکنولوژی هاست: تبدیل یک واکنش زیستی به سیگنال الکترونیک. این اندیشه فی البداهه بسیار جالب بود و بار دیگر در سال های دهه ،۱۹۹۰ زمانی که «پروژه ژنوم انسان» برای یافتن ژنوم کامل انسان به اوج رسید، مطرح شد. از آن زمان هیچ رازی در اینکه تراشه معجزه خواهد کرد، نبود…
● نقشه ژنتیک شما فقط به قیمت ۳۰۰ دلار
در ابتدا این واقعیت به ویژه برای جهان پزشکی شگفتی آور بود که با استفاده از چنین ابزاری می توان تشخیص ها را بدون اشتباه و به نحوی بی سابقه داد. دپارتمان زیست شناسی مولکولی در دانشگاه دوک (کارولینای شمالی) در این میان به موفقیت هایی نائل شد. یکی از پروفسورها، تحقیقاتی را بر روی بیماری که مشکوک به ابتلا به سرطان بود، انجام داد. نمونه خونی که به کمک یک تراشه زیستی از بیمار گرفته شد، این امکان را داد که ظرف کمتر از ده دقیقه ساختمان ژنتیک بیمار به دست آید و پزشک بلافاصله توانست تصمیم بگیرد که از چه درمانی استفاده کند. جلوگیری از اتلاف وقت که در اینجا بی اندازه ارزشمند است. هنوز هم پس از گذشت پنج سال از آن رویداد مهم، چنین تشخیصی می تواند یک آزمایشگاه کامل را به مدت چندین روز به تکاپو اندازد. بازار جدیدی متولد شده: تاکنون چندین موسسه پیشنهاد کرده اند که نقشه ژنتیک 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 کار می کند.
تراشه های زیستی که خود را با بیماری ها و درمان آنها شناسانده اند، می توانند به علاوه خطرناک نیز باشند، چه امروز ژن هایی که نماینده بیماری هایی هستند، شناخته شده اند. شرکت AFFymetrix در کالیفرنیا، جزء نخستین موسساتی بوده که تراشه های زیستی را پذیرفت و اکنون بدین کار مشغول است. یکی از کارکنان این شرکت می گوید: «تراشه های ما برای کنترل کردن ترکیب مواد غذایی اند، در واقع برای آنکه ببینیم غذای روبه روی ما که گوشت گاو یا ماهی معرفی می شود، همان است که از آن انتظار داریم.» برای انجام این پروژه شرکت مذکور نیاز به حمایت جامعه آمریکا دارد و شریک فرانسوی اش BioMe ,rieux نیز یکی یکی ژن هایی را که بازسازی می کند در اختیار آن قرار می دهد و چه بازاری! این ابزار بسیار کوچک معجزه گر قادر است تا ۳۰ نوع گوناگون مهره داران را شناسایی کند. حتی می تواند حیوانات را براساس جنس (پستانداران، پرندگان و ماهی ها) یا نوع (ماکیان، گوسفند، خوک، کبک، ماهی قزل آلا) شناسایی کند و حتی از میان جوندگان موش را تشخیص دهد. دانشمندان فکر همه چیز را کرده اند!
ولی قضیه به اینجا ختم نمی شود: تراشه های زیستی از گذشته حیوان نیز ما را آگاه می کند. طبق قوانین فرانسه و اروپا غذایی که به چهارپایان داده می شود، نباید منشاء حیوانی داشته باشد. توماس اشلوم برگر رئیس شرکت با فرانسه شکسته بسته ای می گوید: «شما در فرانسه وقتی که صحبت از گاو می کنید، به دادن این عنوان به حیوان مطمئنید.» با استفاده از این تکنولوژی می توان از یک دانه برنج پی برد که چه نوع کود شیمیایی به آن داده اند و اینکه تحت تغییر و تبدیلات ژنتیکی قرار گرفته یا خیر … یک کین واقعی. جنگ اطلاعات زیست شناسی آغاز شده است.
پارک منلو در حومه پالوآلتو راهروی ورودی با کپی تابلوی «مطالعه رنگ ها» اثر کاندینسکی (۱۹۱۳) تزئین شده اند. پژوهشگران باذوقند، آیا به همین اندازه بااستعداد نیز هستند؟ این موسسه که در سال ۱۹۹۷ از سوی شیمی دان آلکس زافارونی (مجله Forbes را به یاد قهرمان فقید اسکاتلندی، جیم کلارک بیوتکنولوژی نام نهاده) بنیانگذاری شده به کاربرد به کلی جدیدی از تراشه های زیستی می پردازد: ردیابی اشیا. اوگوست مورتی ۵۰ ساله که اصلاً نیویورکی است و بیش از نیمی از عمرش را در بخش زیست شناسی گذرانده اکنون به فروش تراشه های زیستی سنتی _ که در واقع فعالیت اصلی موسسه را تشکیل می دهد - مشغول است. این بار او فکر می کند، کسب و کار خوبی خواهد داشت. به تازگی یکی از مارک های بسیار شیک و گرانقیمت به وی مراجعه کرده و از نمونه های تقلیدی کیف های چرمی اش که از چرم نژاد خاصی از گاوهاست، شاکی است باید دید کیف های چرمی تقلیدی در رمز ژنتیک چه تفاوت کم وبیش اندکی با چرم اصیل دارند. مورتی تنها یک کار جزیی می کند. وی «اثر انگشت» چرم اخیر را بر روی یک تراشه زیستی قرار می دهد و هر بار که کیف های وارداتی سوءظن مأمور گمرک را برمی انگیزند، کافی است «اثر انگشت» آنها با آنچه که به عنوان نمونه موجود است مقایسه شود.
بخش خصوصی تنها کسانی نیستند که در این میان منتفع می شوند، بلکه دولت نیز می تواند از ثمرات این تکنولوژی بهره مند شود. بر روی تپه ماهورهای پوشیده از درختان انگور در کالیفرنیا هزاران نفر از پژوهشگران در آزمایشگاه لارنس لیومور که در سال ۱۹۵۲ به بزرگداشت مخترع سیکلوترون به نام وی نامیده شد، مشغول کارند. در سالن های فوق سری این آزمایشگاه _ که حتی مشاهده آنها توسط افراد خارج از آزمایشگاه مستلزم داشتن اجازه کتبی مقامات است _ پژوهشگران بر روی روش های مقابله با میکروب سیاه زخم مطالعه می کنند. این پودر که مقامات و کنگره را در آمریکا پس از ۱۱ سپتامبر سال ۲۰۰۱ اینچنین وحشت زده کرده، در واقع چیزی جز یک آنزیم نیست. با این حال به برکت وجود و ساخت تراشه های زیستی مناسب به راحتی می توان آن را شناسایی کرد.
اما کار 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 که از جمله گیرنده های بسیار کوچکی را بر روی پوست سربازان داوطلب پیش از آغاز جنگ پیوند زند. این ترموستات های واقعی سلامتی سربازان، علاوه بر اندازه گیری میزان آنتی کر (ضد باکتری یا سموم) بدن آنها این امکان را نیز به وجود می آورد که به صورت شناسنامه های ژنتیکی آنها عمل کنند. این کمک ذی قیمتی به جراحانی است که ناچارند سربازان را در همان حالت بیهوشی و بی خبری تحت عمل جراحی قرار دهند. کاربردهای دیگری که برای این وسیله ارزشمند متصور است، از این قرارند: سربازانی که در بیابان گم می شوند و به واحه ای می رسند، می توانند تراشه را در تماس با آب قرار دهند و دریابند که آب آلوده (مثلاً بقایای ناقلان ویروس سرخک) است یا خیر. علاوه بر میدان های نبرد، تراشه های زیستی کاربردهایی نیز در فضا دارند.
ناسا که یکی از شرکای برنامه دانشگاه ویرجینیاست، درصدد است فضانوردان خویش را مجهز به چنین تراشه هایی سازد که بتواند از هیوستون سطح قند خون فضانوردان در مأموریت را اندازه گیری کند. در کاپ کاناورال تاکید می شود: «این برنامه را با میل و علاقه دنبال می کنیم. همه اینها چراغ سبزی است برای تولید انبوه تراشه های زیستی.»
در ورودی AFFymetrix که در ۲۰ کیلومتری سمت کالیفرنیا قرار دارد، نوشته ای از طلا _ که یادآور دوران هجوم برای یافتن رگه های طلا در زمان های گذشته است _ ما را باخبر می سازد که ده سال از ساختن آن گذشته است. ولی گویی اینجا آغاز و پایان جهان است. برای آنکه به این عمل ضدعفونی شده و عاری از میکروب پا گذارید، مدیر آنجا براد کریگر از شما می خواهد که وارد سالنی شوید که همزمان سی تایی هواکش بسیار کوچک شما را تحت بمباران هوای تصفیه و فرآوری شده قرار می دهند. تنها چیزهایی که می توانید با خود داشته باشید، عبارتند از یک کوله پژوهش بر دوش، یک چراغ قوه، شماره تلفن های اشخاصی که 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 که بسیار تحت نظر است. در اینجا یخچال های بزرگی قرار دارند که تورهایی از آن حفاظت می کنند. در داخل این گاوصندوق هاست که موسسه ردیاب هایی از جنس DNA خود را ذخیره کرده است. رشته های تکی DNA وجود دارند که سطح گلوکز را تعیین می کنند. نوعی سفارش کارکنان سفارش هزاران DNA از مشتریان دریافت می کنند که آنها را به کمک روبوت ها بر روی صفحات شیشه ای رشته بسیار کوچک نگهداری می نمایند. این تراشه های زیستی که هرکدام یک در یک سانتیمتر ابعاد دارند، می توانند چندین هزار ردیاب را در خود داشته باشند.
یک بازار واقعی که جای خود را در بورس هم باز کرده است: افی متریکس سالانه چندین صد هزار تراشه می فروشد. استیوم لومباردی یکی از اعضای گروه، در حالی که 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 یک کهنه کار به خوبی دیده می شود. وی در گذشته به صورت دستی و با پیپت تشخیص هایش را صورت می داد. ولی امروز کار به روشی بسیار پیشرفته صورت می گیرد، موسسه ای که مشغول کار است شبانه روز ۲۴ ساعت و در هفت روز هفته فعالیت می کند. «ما کم کم داریم به صورت اینتل این صنعت در می آییم: تراشه های ما در انبوهی از تکنولوژی در آینده دیگر به چشم نخواهند آمد.»
با این حال افی متریکس ناچار به مبارزه کردن است چرا که کالیفرنیا در این میان تنها نیست. دیگرانی هستند که به سرعت پیش می روند. مثلاً در فرانسه داباگ در قطب ژن اوری (اسون) در آغاز راه است. در چین چندین صد پروژه که در ابتدا با تزریق ده ها میلیون دلار از سوی دولت کار خود را شروع کردند، اکنون اندک اندک مستقل می شوند. علاوه بر این ما شرکت های بزرگی چون جنرال الکتریک، موتورولا، آی بی ام، ابزارهای تگزاس، کورنینگ، هیتاچی- که در ساخت «مرکز حیاتی» عظیم هنگ کنگ مشارکت 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 متکی به هیولت پاکارد است. (هیولت پاکارد پیش از استقلال آن را به وجود آورد) که با ۱۴۲۰۰۰ کارمند دارای قدرت واقعی است Agilent که سالانه بیش از یک میلیارد دلار خرج تحقیقاتش می کند، امروز آزمایشگاه کاملی را بر روی یک تراشه به بازار آورده که ۲۰ هزار ژن در آن جای دارد. تازه واردی که میدان نبرد را- که شرط ضروری موفقیتش است- داوطلبانه و بدون برخوردار شدن از امتیازات پذیرش صلح ترک گوید، چیزی نصیبش نمی شود. تراشه ها هنوز گرانند و گاه تا چندین ده دلار قیمت دارند. افی متریکس براساس آمار و ارقام افتخار می کند که از سال ۱۹۹۶ قیمت ها را بسیار پایین آورده، در آن سال قیمت یک 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 کننده آمریکایی فیبرهای نوری- کورینگ ماده ای از شیشه ساخته که دارای هزاران حفره بسیار کوچک است که ردیاب های DNA در داخل آنها جای می گیرند. به گفته شرکت مذکور، با این ماده جدید در هر دقیقه بیشتر از سابق می توان تراشه تولید کرد و بدین ترتیب هزینه های تولید را کاهش داد.
● تب جمع آوری و ثبت اطلاعات
حتی در شرایط ارزانی، مشکلات دیگری در پیش پای تراشه های زیستی قرار دارند، چه رشته های DNA مسائل و موضوعات بسیار جدی پیرامون اخلاقیات را به پیش می کشند. اولین آنها برملا کردن، مثل دستکاری اطلاعات محرمانه خصوصی است. چگونه می توان این بانک های عظیم اطلاعاتی را که هزاران اطلاعات راجع به تنوع ژنتیک را گرد آورده اند، کنترل کرد؟ در انگلستان بیوبانک این کشور نمونه هایی از DNA ۵۰۰ هزار داوطلب را جمع آوری کرده است. آیا روزی سناریوی فیلم آمریکایی «خوش آمدید به گاتاکا» که در آن اوما تورمن عاشق اتان هاوک به وی کمک می کند تا از چنگال یک دولت پلیسی که در آن موفقیت نه از کار یا دانش بلکه از رمز DNA افراد حاصل می شد بگریزد، به واقعیت نخواهد پیوست؟ این تب حتی به کانادا نیز راه یافته، در اینجا هشت ماه است که پروژه غول آسای کارتاژن مشغول جمع آوری و ثبت اطلاعات مربوط به بیماری هاست، اطلاعاتی که به آسانی در اختیار بخش خصوصی قرار گیرد و اما استونی، دو سال است که سرسختانه سیاست فناوری پیشرفته را در پیش گرفته و این اندیشه جاه طلبانه را در سر دارد که اطلاعات ژنتیک تمام شهروندان خویش _ و نه فقط بیماران _ را جمع آوری کند. ولی این همراهی، بسیار مهم _ جذاب ولی به همان اندازه نگران کننده _ انسان و الکترونیک است که همه را نگران می کند و به گفته گلن مک گی مسئول مسائل و موضوعات اخلاقی در دانشگاه پنسیلوانیا: «انسان همان احساس نگرانی را دارد که در نخستین روزهای کلون های ژن ها (بازسازی و کشت ژن ها در محیط مصنوعی) داشت، احساس اینکه نمی داند بالاخره کار به کجا ختم می شود.» وی اخیراً کتابی تحت عنوان «آن سوی علم ژنتیک» منتشر کرده که در آن شدیداً به وضع موجود که در آن عموم مردم از کمبود اطلاعات و آگاهی رنج می برند خرده گرفته است: «زمان آن فرا رسیده که پس از این همه سال تحولات بی سروصدا بالاخره در جعبه سحرآمیز را بگشائیم…»
ولی تهاجم ژن ها به دنیای الکترونیک قصد از پای ایستادن را ندارد. موسسه وایزمن نخستین کامپیوتر براساس DNA را به راه انداخته است. این کامپیوتر که بسیار کوچک تر از کامپیوترهای 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 کامپیوتر بر پایه چهار فرآوری می شوند (الفبای ژنتیک از چهار رمز تشکیل شده است: A برای آدنین، T برای تیمین، C برای سیتوزین و G برای گوانین) و نه برپایه دوتایی (۰ و ۱) همچون کامپیوترهای کلاسیک چهار در برابر دو: طرفداران این کامپیوترها لاف می زنند که قدرت آنها چهار برابر افزایش می یابد. یک مثال؟ مایا، نخستین کامپیوتر DNA تمام بازی های tic-tac-toe (بازی با شرکت دو حریف که هر یک سعی می کند سه حرف را به صورت افقی، عمودی، یا مورب زودتر از آن دیگری به صورت یک 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 که کامپیوترهای امروزی از هر ده مورد بازی تنها شش مورد شانس برملا شدن از حریف انسانی را دارند…
در فرانسه فعالیت تراشه «کمیساریای انرژی اتمی» ۴۰ نفر پرسنل در ژنوپل دوری (Genopole D,Evry) دارد و می تواند سالانه ۱۰ هزار تراشه DNA تولید کند. بانک ژن های انسانی آن که در پایان ماه آوریل تکمیل شده، هم اکنون بیش از ۲۵ هزار ژن (ردیف پیاپی باز های آلی تشکیل دهنده مولکول DNA) را در اختیار دارد.

تهیه کننده : مهدی گل افشان

منبع : پایگاه علمی دانش پژوهان