اسفناج، کاهو و مرزهای تروریسم

شیوع E. coli معمولا دستمایه داستان‌های خوشایند نیست. ناخوشایند بیشتر به آن می‌آید ــ یا حتی از کار ایستادگی اندام‌ها. اما موارد اخیر شیوع E. coli می‌تواند اندکی باعث آرامش خاطر ما شود. ما در عصر اضطراب‌آور زیست‌شناسی ساختنی زندگی می‌کنیم، در زمانی که دانشمندان می‌توانند کل ژنوم را با استفاده از مواد خام از نو بسازند، و در زمانی که ما همه از آن می‌ترسیم که کسی از این تکنولوژی جدید برای ایجاد میکروبی هیولا استفاده کند و موجب بلایی انسان‌ساخت شود. بر اساس یکی از گزارش‌های دولتی، «تاثیر بعضی از این عوامل زیستی مهندسی‌شده می‌تواند از هر بیماری شناخته‌شده برای انسان به مراتب بدتر باشد.» اما نگاهی از نزدیک به بعضی از موارد اخیر شیوع E. coli ــ و نگاهی دقیق‌تر به خود این باکتری‌ها- ممکن است به ما کمک کند برای لحظه‌ای ترس‌هایمان را کنار بگذاریم. مهندسی بیماری‌ها از آنچه به نظر می‌رسد دشوارتر است. در سال ۲۰۰۶ یک جفت همه‌گیری بزرگ E. coli ایالات متحده را درنوردید. یکی با اسفناج منتقل می‌شد و دیگری با کاهو. همه‌گیری اسفناجی موجب ۲۰۴ مورد ابتلا به بیماری و سه مورد مرگ شد. همه‌گیری کاهویی ۷۱ نفر را بیمار ساخت. در هر دو همه‌گیری باید بسیاری از مبتلایان را با عجله به بیمارستان می‌رساندند. بعضی فقط به اسهال خونی مبتلا شدند و جان سالم به در بردند. در موارد دیگر، باکتری‌ها سمومی وارد جریان خون کردند که سبب شد کلیه‌ها و اندام‌های دیگر از کار بیفتند.
در هر دو مورد و نیز در بیشتر موارد اخیر شیوع E. coli یک سویه خاص از این باکتری عامل بیماری بوده است. این سویه که به خاطر بعضی مولکول‌های روی سطح آن O۱۵۷: H۷ نامیده می‌شود، در دهه ۱۹۸۰ به عنوان یک عامل بیماریزای کثیف که عمدتا در گوشت آلوده همبرگر یافته می‌شد، ظهور کرد. این باکتری در گاوها و پستانداران دیگر در آسایش (و بدون ایجاد خطر) زندگی می‌کند، اما چنانچه وارد بدن میزبان انسانی شود، گاهی افتضاح به بار می‌آورد. هنگامی که حیوانات این باکتری‌ها را با مدفوع‌شان خارج می‌کنند و از آن به عنوان کود استفاده می‌شود، عامل بیماریزا می‌تواند به محصولات کشاورزی راه پیدا کند. و در سال‌های اخیر نه فقط گوشت همبرگر، اسفناج و کاهو بلکه سیب و جوانه لوبیا نیز آلوده است. علاوه بر همه‌گیری‌های بزرگ گاه‌وبیگاه، پیوسته و با سرعتی یکنواخت در حال ایجاد بیماری است - حدود ۷۵ هزار مورد در سال فقط در ایالات متحده - که توجه کمتری را جلب می‌کند.
دانشمندان پی برده‌اند که جدیدترین همه‌گیری‌ها فوق‌العاده وحشی و بی‌رحم بودند. باکتری سال ۲۰۰۶ سه تا چهار برابر بیش از حد انتظار مردم را روانه بیمارستان کرد. در حالت عادی، تنها ۴ درصد افرادی که به E. coli O۱۵۷: H۷ آلوده می‌شوند، دچار بدترین شکل این بیماری می‌شوند که در آن سموم وارد جریان خون می‌شود. در سال ۲۰۰۶ این رقم به ۱۵ درصد افزایش یافت.
این روند نگران‌کننده تیمی از دانشمندان مستقر در دانشگاه ایالتی میشیگان را واداشت نگاهی به DNA این باکتری‌ها بیندازند. این پژوهشگران باکتری‌های مسبب همه‌گیری‌های اخیر را با صدها نمونه دیگر مقایسه کردند و دوشنبه گذشته نتایج را به چاپ رساندند. دانشمندان بر اساس تفاوت‌های موجود در ژن‌های این باکتری‌ها یک درخت تکاملی ترسیم کردند. یک شاخه از درخت ــ همانی که موجب همه‌گیری‌های اسفناجی و کاهویی در سال ۲۰۰۶ شد ــ احتمال آنکه مردم را بیمار کند به میزان قابل‌توجهی از دیگران بیشتر است. از این گذشته دریافتند که دودمان مذکور در سال‌های اخیر رو به انفجار تکاملی بوده است. در سال ۲۰۰۲ فقط ۱۰ درصد موارد ابتلا به E. coli که در ایالت میشیگان گزارش شد به این نوع مربوط بود. در صورتی که این رقم در سال ۲۰۰۶ به ۴۶ درصد رسید.
دانشمندان برای آنکه معلوم کنند چه عاملی این سویه جدید را چنین موذی ساخته است، از همه‌گیری اسفناجی سال ۲۰۰۶ میکروبی را انتخاب کرده و ژنوم کامل‌اش را تعیین توالی کردند. آنها کشف کردند که این سویه جدید نتیجه تغییراتی جزئی نیست که در نقشه پایه E. coli O۱۵۷: H۷ رخ داده باشد. بلکه این نقشه از اساس زیرورو شده است. صدها ژن در آن وجود دارد که در سویه‌های دیگر نمی‌توان آنها را یافت. از طرف دیگر صدها ژن را نیز از دست داده است. و بسیاری از ژن‌هایی که در آنها با خویشاوندان نزدیک خود مشترک است، خاموش شده‌اند.
دانشمندان به این نتیجه رسیدند که در مقطعی در گذشته نه چندان دور، این سویه از E. coli O۱۵۷: H۷ به عامل بیماریزایی به مراتب شرورتر از نیاکان‌اش تکامل یافت. انتخاب طبیعی به لطف توانایی این باکتری‌ که در زمانی به کوتاهی ۲۰ دقیقه تولیدمثل می‌کند، ژن‌هایش را به سرعت تغییر می‌دهد. آنچه بر سرعت تکامل آنها به میزان قابل‌توجهی افزود توانایی‌شان در جذب DNA از میکروب‌های دیگر است، حتی از گونه‌هایی که تنها خویشاوندی دوری با آنها دارند. ژنوم این باکتری‌ها مدام به شکل ترکیبات جدیدی از ژن‌ها از نو مرتب می‌شود. بعضی باکتری‌ها در به دام انداختن نور خورشید بهتر می‌شوند، بعضی دیگر در مقاومت در برابر آنتی‌بیوتیک‌ها. و در مورد سویه اسفناجی E. coli O۱۵۷: H۷، ورود DNA ویروسی آنها را به مراتب خطرناک‌تر ساخته است.
آدم از این فکر که شکل جدید و خطرناک‌تری از E. coli با چه سرعتی ظهور کرده است، بر خود می‌لرزد ــ و وسوسه‌کننده است که گمان کنیم پیدایش سریع آن از آینده بدی برای زیست‌شناسی ساختنی (synthetic biology) خبر می‌دهد. از این گذشته اگر تنها چند سال طول کشیده است تا سویه‌ای خطرناک در طبیعت تکامل یابد، تصور کنید ساخت آن در آزمایشگاه برای انسان چقدر آسان خواهد بود.
در واقع همه‌گیری اسفناجی درس بسیار متفاوتی به ما می‌آموزد. دانشمندان دانشگاه ایالتی میشیگان اصلا نمی‌دانند که چه چیزی این سویه جدید را اینقدر شرور می‌سازد. شناسایی صدها ژن جدید در ژنوم آن کار آسانی است، اما پژوهشگران دقیقا نمی‌توانند بگویند که این همه ژن جدید چه کاری انجام می‌دهند. در مورد صدها ژن گمشده و نیز در مورد ژن‌های دیگری که انتخاب طبیعی آنها را پیچانده و تنظیم کرده هم اوضاع از همین قرار است.
این نوع جهل در دنیای میکروب‌ها امری عادی است. و چنانچه سویه جدیدی از یک گونه عمیقا بررسی‌شده چنین اسرارآمیز است، دشوار بتوان باور کرد که تروریست‌های زیستی خیلی راحت پشت میزشان بنشینند و بیماری هولناک جدیدی تایپ کنند. جهل عمیق ما، در این باره که زیست‌شناسان سازنده درمورد کاربردهای سودمند علم تا کجا می‌توانند پیش بروند نیز تردیدهایی مطرح می‌کند. در بلندپروازانه‌ترین پروژه‌ها هم دانشمندان تنها چند ژن اضافه کرده‌اند. آنها به برخی موفقیت‌های چشمگیر، نظیر ساخت E. coli تولید‌کننده سوخت جت و پیش‌ماده‌های داروی مالاریا، دست یافته‌اند. اما تصور آنکه بتوانیم صدها ژن به باکتری‌ها اضافه کنیم تا کاری سودمند انجام دهند ــ مثل تبدیل میکروب‌ها به ژنراتورهای برق خورشیدی ــ شاید افتخاری باشد که تا رسیدن به آن راه درازی در پیش است.
اما مخترعان همیشه اختراع‌شان را از صفر طراحی نمی‌کنند. شاید کسی بتواند صرفا با تقلید از طبیعت عامل بیماریزای جدیدی به وجود آورد: ترکیب مجموعه‌های مختلف ژن‌ها، جهش دادن چندتایی از آنها و استفاده از آزمون و خطا برای یافتن آنهایی که کار می‌کنند؟ احتمالا نه. میز آزمایشگاه طبیعت غول‌آساست. میلیون‌ها گاو و حیوانات دیگر با خودشان E. coli O۱۵۷: H۷ حمل می‌کنند، تعداد بی‌حسابی ویروس به آنها حمله می‌کنند و ترکیب‌های جدید را می‌آزمایند. نتیجه بسیاری از این ترکیب‌ها چیزی جز شکست نیست، اما انتخاب طبیعی می‌تواند به چند موفقیت خیره‌کننده منجر شود. حتی اگر دولتی صرفا با هدف دستیابی اتفاقی به یک عامل بیماریزای جدید آزمایشگاه عظیمی بنا کند، ممکن است قرن‌ها یا هزاره‌ها طول بکشد تا با چیزی مانند سویه اسفناجی برخورد شود.
اما این جهل چندان مایه آرامش نیست. حتی اگر لازم نباشد به این زودی نگران باکتری‌های ساخته‌شده یا مصنوعی باشیم، قطعا لازم است نگران عوامل بیماریزای جدیدی باشیم که درست در خانه خود ما (یا پرواربندی‌ها و دامداری‌هایمان) تکامل می‌یابند. با اوضاع کنونی، ما از این باکتری‌ها تنها هنگامی آنهم به طور مبهم آگاه می‌شویم که سال‌هاست ما را بیمار کرده و کشته‌اند. یک راه برای سرعت دادن به جست‌وجوی جنگ‌افزارهای زیستی جدید طبیعت ایجاد یک شبکه پایش خواهد بود. اگر کارمندان بهداشت عمومی مجهز به وسایل آزمایش ارزان و سریع باشند، شاید E. coli و میکروب‌های دیگر نتوانند در آینده ما را اینقدر غافلگیر کنند. و اگر روزی نابغه‌ای تبهکار دریابد که چگونه یک جنگ‌افزار زیستی بسازد و به جان مردم بیندازد، ما تمرین‌های خوبی را پشت سر گذاشته‌ایم.
اسفناج، کاهو و مرزهای تروریسم زیستی کارل زیمر / ترجمه کاوه فیض اللهی: شیوع E. coli معمولا دستمایه داستان‌های خوشایند نیست. ناخوشایند بیشتر به آن می‌آید ــ یا حتی از کار ایستادگی اندام‌ها. اما موارد اخیر شیوع E. coli می‌تواند اندکی باعث آرامش خاطر ما شود. ما در عصر اضطراب‌آور زیست‌شناسی ساختنی زندگی می‌کنیم، در زمانی که دانشمندان می‌توانند کل ژنوم را با استفاده از مواد خام از نو بسازند، و در زمانی که ما همه از آن می‌ترسیم که کسی از این تکنولوژی جدید برای ایجاد میکروبی هیولا استفاده کند و موجب بلایی انسان‌ساخت شود. بر اساس یکی از گزارش‌های دولتی، «تاثیر بعضی از این عوامل زیستی مهندسی‌شده می‌تواند از هر بیماری شناخته‌شده برای انسان به مراتب بدتر باشد.» اما نگاهی از نزدیک به بعضی از موارد اخیر شیوع E. coli ــ و نگاهی دقیق‌تر به خود این باکتری‌ها- ممکن است به ما کمک کند برای لحظه‌ای ترس‌هایمان را کنار بگذاریم. مهندسی بیماری‌ها از آنچه به نظر می‌رسد دشوارتر است. در سال ۲۰۰۶ یک جفت همه‌گیری بزرگ E. coli ایالات متحده را درنوردید. یکی با اسفناج منتقل می‌شد و دیگری با کاهو. همه‌گیری اسفناجی موجب ۲۰۴ مورد ابتلا به بیماری و سه مورد مرگ شد. همه‌گیری کاهویی ۷۱ نفر را بیمار ساخت. در هر دو همه‌گیری باید بسیاری از مبتلایان را با عجله به بیمارستان می‌رساندند. بعضی فقط به اسهال خونی مبتلا شدند و جان سالم به در بردند. در موارد دیگر، باکتری‌ها سمومی وارد جریان خون کردند که سبب شد کلیه‌ها و اندام‌های دیگر از کار بیفتند.
در هر دو مورد و نیز در بیشتر موارد اخیر شیوع E. coli یک سویه خاص از این باکتری عامل بیماری بوده است. این سویه که به خاطر بعضی مولکول‌های روی سطح آن O۱۵۷: H۷ نامیده می‌شود، در دهه ۱۹۸۰ به عنوان یک عامل بیماریزای کثیف که عمدتا در گوشت آلوده همبرگر یافته می‌شد، ظهور کرد. این باکتری در گاوها و پستانداران دیگر در آسایش (و بدون ایجاد خطر) زندگی می‌کند، اما چنانچه وارد بدن میزبان انسانی شود، گاهی افتضاح به بار می‌آورد. هنگامی که حیوانات این باکتری‌ها را با مدفوع‌شان خارج می‌کنند و از آن به عنوان کود استفاده می‌شود، عامل بیماریزا می‌تواند به محصولات کشاورزی راه پیدا کند. و در سال‌های اخیر نه فقط گوشت همبرگر، اسفناج و کاهو بلکه سیب و جوانه لوبیا نیز آلوده است. علاوه بر همه‌گیری‌های بزرگ گاه‌وبیگاه، پیوسته و با سرعتی یکنواخت در حال ایجاد بیماری است - حدود ۷۵ هزار مورد در سال فقط در ایالات متحده - که توجه کمتری را جلب می‌کند.
دانشمندان پی برده‌اند که جدیدترین همه‌گیری‌ها فوق‌العاده وحشی و بی‌رحم بودند. باکتری سال ۲۰۰۶ سه تا چهار برابر بیش از حد انتظار مردم را روانه بیمارستان کرد. در حالت عادی، تنها ۴ درصد افرادی که به E. coli O۱۵۷: H۷ آلوده می‌شوند، دچار بدترین شکل این بیماری می‌شوند که در آن سموم وارد جریان خون می‌شود. در سال ۲۰۰۶ این رقم به ۱۵ درصد افزایش یافت.
این روند نگران‌کننده تیمی از دانشمندان مستقر در دانشگاه ایالتی میشیگان را واداشت نگاهی به DNA این باکتری‌ها بیندازند. این پژوهشگران باکتری‌های مسبب همه‌گیری‌های اخیر را با صدها نمونه دیگر مقایسه کردند و دوشنبه گذشته نتایج را به چاپ رساندند. دانشمندان بر اساس تفاوت‌های موجود در ژن‌های این باکتری‌ها یک درخت تکاملی ترسیم کردند. یک شاخه از درخت ــ همانی که موجب همه‌گیری‌های اسفناجی و کاهویی در سال ۲۰۰۶ شد ــ احتمال آنکه مردم را بیمار کند به میزان قابل‌توجهی از دیگران بیشتر است. از این گذشته دریافتند که دودمان مذکور در سال‌های اخیر رو به انفجار تکاملی بوده است. در سال ۲۰۰۲ فقط ۱۰ درصد موارد ابتلا به E. coli که در ایالت میشیگان گزارش شد به این نوع مربوط بود. در صورتی که این رقم در سال ۲۰۰۶ به ۴۶ درصد رسید.
دانشمندان برای آنکه معلوم کنند چه عاملی این سویه جدید را چنین موذی ساخته است، از همه‌گیری اسفناجی سال ۲۰۰۶ میکروبی را انتخاب کرده و ژنوم کامل‌اش را تعیین توالی کردند. آنها کشف کردند که این سویه جدید نتیجه تغییراتی جزئی نیست که در نقشه پایه E. coli O۱۵۷: H۷ رخ داده باشد. بلکه این نقشه از اساس زیرورو شده است. صدها ژن در آن وجود دارد که در سویه‌های دیگر نمی‌توان آنها را یافت. از طرف دیگر صدها ژن را نیز از دست داده است. و بسیاری از ژن‌هایی که در آنها با خویشاوندان نزدیک خود مشترک است، خاموش شده‌اند.
دانشمندان به این نتیجه رسیدند که در مقطعی در گذشته نه چندان دور، این سویه از E. coli O۱۵۷: H۷ به عامل بیماریزایی به مراتب شرورتر از نیاکان‌اش تکامل یافت. انتخاب طبیعی به لطف توانایی این باکتری‌ که در زمانی به کوتاهی ۲۰ دقیقه تولیدمثل می‌کند، ژن‌هایش را به سرعت تغییر می‌دهد. آنچه بر سرعت تکامل آنها به میزان قابل‌توجهی افزود توانایی‌شان در جذب DNA از میکروب‌های دیگر است، حتی از گونه‌هایی که تنها خویشاوندی دوری با آنها دارند. ژنوم این باکتری‌ها مدام به شکل ترکیبات جدیدی از ژن‌ها از نو مرتب می‌شود. بعضی باکتری‌ها در به دام انداختن نور خورشید بهتر می‌شوند، بعضی دیگر در مقاومت در برابر آنتی‌بیوتیک‌ها. و در مورد سویه اسفناجی E. coli O۱۵۷: H۷، ورود DNA ویروسی آنها را به مراتب خطرناک‌تر ساخته است.
آدم از این فکر که شکل جدید و خطرناک‌تری از E. coli با چه سرعتی ظهور کرده است، بر خود می‌لرزد ــ و وسوسه‌کننده است که گمان کنیم پیدایش سریع آن از آینده بدی برای زیست‌شناسی ساختنی (synthetic biology) خبر می‌دهد. از این گذشته اگر تنها چند سال طول کشیده است تا سویه‌ای خطرناک در طبیعت تکامل یابد، تصور کنید ساخت آن در آزمایشگاه برای انسان چقدر آسان خواهد بود.
در واقع همه‌گیری اسفناجی درس بسیار متفاوتی به ما می‌آموزد. دانشمندان دانشگاه ایالتی میشیگان اصلا نمی‌دانند که چه چیزی این سویه جدید را اینقدر شرور می‌سازد. شناسایی صدها ژن جدید در ژنوم آن کار آسانی است، اما پژوهشگران دقیقا نمی‌توانند بگویند که این همه ژن جدید چه کاری انجام می‌دهند. در مورد صدها ژن گمشده و نیز در مورد ژن‌های دیگری که انتخاب طبیعی آنها را پیچانده و تنظیم کرده هم اوضاع از همین قرار است.
این نوع جهل در دنیای میکروب‌ها امری عادی است. و چنانچه سویه جدیدی از یک گونه عمیقا بررسی‌شده چنین اسرارآمیز است، دشوار بتوان باور کرد که تروریست‌های زیستی خیلی راحت پشت میزشان بنشینند و بیماری هولناک جدیدی تایپ کنند. جهل عمیق ما، در این باره که زیست‌شناسان سازنده درمورد کاربردهای سودمند علم تا کجا می‌توانند پیش بروند نیز تردیدهایی مطرح می‌کند. در بلندپروازانه‌ترین پروژه‌ها هم دانشمندان تنها چند ژن اضافه کرده‌اند. آنها به برخی موفقیت‌های چشمگیر، نظیر ساخت E. coli تولید‌کننده سوخت جت و پیش‌ماده‌های داروی مالاریا، دست یافته‌اند. اما تصور آنکه بتوانیم صدها ژن به باکتری‌ها اضافه کنیم تا کاری سودمند انجام دهند ــ مثل تبدیل میکروب‌ها به ژنراتورهای برق خورشیدی ــ شاید افتخاری باشد که تا رسیدن به آن راه درازی در پیش است.
اما مخترعان همیشه اختراع‌شان را از صفر طراحی نمی‌کنند. شاید کسی بتواند صرفا با تقلید از طبیعت عامل بیماریزای جدیدی به وجود آورد: ترکیب مجموعه‌های مختلف ژن‌ها، جهش دادن چندتایی از آنها و استفاده از آزمون و خطا برای یافتن آنهایی که کار می‌کنند؟ احتمالا نه. میز آزمایشگاه طبیعت غول‌آساست. میلیون‌ها گاو و حیوانات دیگر با خودشان E. coli O۱۵۷: H۷ حمل می‌کنند، تعداد بی‌حسابی ویروس به آنها حمله می‌کنند و ترکیب‌های جدید را می‌آزمایند. نتیجه بسیاری از این ترکیب‌ها چیزی جز شکست نیست، اما انتخاب طبیعی می‌تواند به چند موفقیت خیره‌کننده منجر شود. حتی اگر دولتی صرفا با هدف دستیابی اتفاقی به یک عامل بیماریزای جدید آزمایشگاه عظیمی بنا کند، ممکن است قرن‌ها یا هزاره‌ها طول بکشد تا با چیزی مانند سویه اسفناجی برخورد شود.
اما این جهل چندان مایه آرامش نیست. حتی اگر لازم نباشد به این زودی نگران باکتری‌های ساخته‌شده یا مصنوعی باشیم، قطعا لازم است نگران عوامل بیماریزای جدیدی باشیم که درست در خانه خود ما (یا پرواربندی‌ها و دامداری‌هایمان) تکامل می‌یابند. با اوضاع کنونی، ما از این باکتری‌ها تنها هنگامی آنهم به طور مبهم آگاه می‌شویم که سال‌هاست ما را بیمار کرده و کشته‌اند. یک راه برای سرعت دادن به جست‌وجوی جنگ‌افزارهای زیستی جدید طبیعت ایجاد یک شبکه پایش خواهد بود. اگر کارمندان بهداشت عمومی مجهز به وسایل آزمایش ارزان و سریع باشند، شاید E. coli و میکروب‌های دیگر نتوانند در آینده ما را اینقدر غافلگیر کنند. و اگر روزی نابغه‌ای تبهکار دریابد که چگونه یک جنگ‌افزار زیستی بسازد و به جان مردم بیندازد، ما تمرین‌های خوبی را پشت سر گذاشته‌ایم.

Slate, Mar. ۱۹, ۲۰۰۸
زیستی کارل زیمر
ترجمه کاوه فیض اللهی

منبع : روزنامه کارگزاران