«کریسپر»، راه جدیدی برای غلبه بر مشکلات غذایی عصر حاضر است
انقلاب سبز دوم
گیاهانی که با انتقال ژن به روش مهندسی ژنتیک تولید میشوند تراریخته نام دارند. از زمان تجاری‌سازی اولین محصول تراریخته در سال ۱۹۹۵ تا کنون اتفاق‌نظری پیرامون کشت و تجاری‌سازی این محصولات در جهان وجود ندارد. چنانچه کشوری مانند امریکا بیش از ۷۰ میلیون هکتار از اراضی خود را تحت کشت این محصولات برده است، ولی برخی کشورها به دلیل مخاطرات احتمالی متصور بر کشت این محصولات از کشت و تجاری‌سازی آنها در کشورهای خود ممانعت کرده‌اند. بااین‌وجود بنا به اظهارات برخی متخصصان، طی سال‌های اخیر فناوری جدیدی به نام «کریسپر»، در عرصه مهندسی ژنتیک ظهور کرده است که گویا برخی کشورهای مخالف توسعه محصولات تراریخته این فناوری را پذیرفته، بومی‌سازی کرده و مجوز کشت تجاری محصولات حاصل از این فناوری را صادر کرده‌اند. مجتبی پویان‌مهر، دانش‌آموخته بیوتکنولوژی و کارشناس توسعه اقتصادی و برنامه‌ریزی، در این مقوله، به خبرنگار مهر توضیحاتی داده است که از نظرتان می‌گذرد. عمده مزیت کریسپر نسبت به روشهای مشابه پیشین علاوه بر دقت و سرعت بالا، قابلیت عمل روی صفات کمّی و پلی‌‌ژنیک است؛ علاوه‌برآن، نسبت به روشهای پیشین تکنیکی نسبتاً کم‌هزینه و سریع‌تر است بیشترین کاربرد کریسپر برای بهبود عملکرد محصولات کشاورزی، سپس بهبود ارزش غذایی و مقاومت گیاهان در برابر تنش‌های زیستی و غیر زیستی بوده است؛ و و بیشترین تحقیقات نیز در مورد گیاهان برنج و ذرت انجام‌شده و تحقیقاتی مشابه بر گیاه گندم نیز در حال شروع شدن است
پیشرفت فناوری‌های مربوط به بهبود محصولات کشاورزی همیشه جزء دستور کار بشر بوده است و روشهای مختلفی در طول هزاران سال برای اصلاح گیاهان توسط انسان به کار برده شده است. به‌طورکلی انسان برای رسیدن به این مرحله از گزینش در طبیعت، از مراحل اصلاح سنتی، هیبریداسیون، جهش‌زایی، اصلاح به کمک مارکرها و تولید تراریخته‌ها عبور کرده تا به جدیدترین فناوری مهندسی ژنتیک عصر حاضر؛ یعنی ویرایش ژنوم دست یابد. در حال حاضر آخرین فناوری مولکولی برای اصلاح نباتات، روشهای ویرایش ژنتیکی و برای ویرایش ژنوم نیز تکنیک 9 Crispr-Cas است. درواقع گیاهان تراریخته جزء دستاوردهای نسل‌های ابتدایی فناوری مهندسی ژنتیک محسوب میشوند، اما هماکنون با ورود نسل سوم فناوری مهندسی ژنتیک یعنی فناوری ویرایش ژنتیکی یا کریسپر به عرصه اصلاح ژنتیکی گیاهان، ادعا می‌شود گیاهان حاصل از این فناوری، برخی محدودیت‌‌های تکنیک تراریخته را نخواهند داشت.
انواع کاربردهای کریسپر چیست؟
تکنیک کریسپر در شاخه‌های مختلف بیولوژی فراگیر شده است. به‌طور مثال این فناوری در اصلاح نقص‌های ژنتیکی وخیم ازجمله جهش‌هایی که موجب دیستروفی ماهیچه‌ای، فیبروز سیستیک(سفتی مخاط) و یک نوع هپاتیت در انسان میشوند، کاربرد دارد. به‌تازگی هم تلاش می‌شود با این تکنیک، ویروس ایدز(HIV) موجود در سلول‌های انسانی را از بین ببرند و بسیاری از دانشمندان باور دارند که این فناوری احتمالاً به درمان ایدز کمک خواهد کرد. بیوتکنولوژیست‌های گیاهی نیز، هماکنون در تلاش هستند ژن‌هایی را که جذ‌ب‌کننده آفات هستند از ژنوم گیاه حذف و یا گیاهانی با عملکرد بالا و مقاوم به خشکی و شوری تولید کنند.
پس با تکنیک کریسپر می‌توان نقاط ضعف ژنتیکی را دور انداخت یا عوامل قدرت را که در گونه‌های زنده وجود دارند به‌طور مجتمع در یک‌گونه توسعه داد. برای مثال به‌واسطه این تکنیک می‌توان با شناسایی تمامی ژن‌های دخیل در صفت افزایش عملکرد گیاهان، آلل‌های دارای نقص در ارقام کم محصول را ویرایش ژنی (ترمیم) کرده و ارقامی پرمحصول تولید کرد.
باید به این نکته اشاره کرد که هیچ‌یک از دستاوردهای علمی قرن تا این حد در میان دانشمندان نویدبخش و درعین‌حال بحث‌برانگیز نبوده است. در حوزه غذا «جنیفر دودنا»،کاشف کریسپر و دانشمند حوزه زیست‌شناسی مولکولی، کریسپر را انقلاب سبز دوم و راه جدیدی برای غلبه بر مشکلات غذایی عصر حاضر و آینده معرفی می‌کند. «گریگوری جافه»، مدیر پروژه بیوتکنولوژی مرکز علوم منافع عمومی آمریکا (CSPI) نیز طی گفت‌وگویی با سایتLabmanager در مورد فراگیر شدن این فناوری در آینده، می‌گوید: «شاید غذایی که می‌خوریم دچار دست‌کاری نشود، اما فناوری کریسپر گیاهان زراعی و حیوانات را دست‌کاری خواهد کرد. ما فرمول بستنی را دست‌کاری نمی‌کنیم، بلکه شکر مورداستفاده در بستنی دست‌کاری خواهد شد!».
بنابراین به نظر می‌رسد فناوری ویرایش ژنتیکی و به‌ویژه کریسپر در میان دانشمندان حوزه بیولوژی و مهندسی ژنتیک بیشترین توجهات را به خود جلب کرده است.
پس از سال ۲۰۱۲ بیشترین تحقیقات ویرایش ژنی در موضوع کریسپر بوده و در سال ۲۰۱۵ تعداد ۱۲۴۷ گزارش علمی در این موضوع منتشر شده است. البته طی سال‌های اخیر اقبال دانشمندان حوزه زیست‌شناسی و مهندسی ژنتیک به سمت کریسپر سرعت بیشتری به خود گرفته و براساس آخرین بررسی‌ها تنها در سال 2016، تعداد مقالات منتشرشده در سایت NCBI در موضوع کریسپر برابر با ۲۱۷۳ عدد بوده است که نسبت به سال ۲۰۱۵ تقریباً دو برابر افزایش نشان می‌دهد.
کشورهای پیشرو
در زمینه کریسپر
کریسپر در سال ۲۰۱۴ توسط «کارپنتیر» و «جنیفر دودنا» (دانشگاه برکلی کالیفرنیا) کشف و در سال ۲۰۱۶ برای نخستین بار از کریسپر برای ویرایش ژنوم در سطح وسیع استفاده شدو«فانگ ژنگ» و همکارانش نتیجه این کار را تحت مقاله‌ای با عنوان High-throughput functional genomics using CRISPR-Cas۹ در سال ۲۰۱۵ به چاپ رساندند. بیشترین فعالیت‌ها درزمینه ویرایش ژنتیکی گیاهی بر مبنای کشورها هم طبق بررسی‌هایی که بین سال‌های ۲۰۱۴ تا۲۰۱۷ انجام و نتایج آن در مجله Emerging Topics in Life Sciences منتشر شد، به ترتیب متعلق به کشورهای: چین، آمریکا، اروپا شامل بریتانیا، سوئد، فرانسه، مجارستان، آلمان، اتریش و بلژیک و سپس ژاپن و رژیم صهیونیستی هستند.
مزیت‌های کریسپر
نسبت به تراریخته
رهیافت های سنتی مهندسی ژنتیک نظیر تراریخته مبتنی بر افزودن مواد ژنتیکی جدید است که عموماً منشأ آنها گونه‌های دیگری است که در حالت طبیعی توان تلاقی با گونه موردنظر ما را ندارند. تا همین اواخر، مهندسی ژنتیک وابسته به تکنیک‌های تراریخته بود و دانشمندان با این ابزارها ژنوم موجود موردنظر را مهندسی می‌کردند. البته خود تکنیک تراریخته هم سیر تطوری دارد و به‌مرور زمان پیشرفت کرده و دارای نسل‌های مختلفی است. نخستین نسل محصولات تراریخته روی صفات مقاومت به آفات، مقاومت به ویروس و تحمل به علف‌کش‌ها توان مانور داشتند. دومین نسل فناوری تراریخته روی صفاتی نظیر ویتامین‌ها، کیفیت روغن‌ها و چربی‌ها و سایر مواد ریزمغذی و نیز تحمل به تنش‌های غیرزیستی تمرکز داشتند و بالاخره نسل سوم تراریخته که روی تولید داروهای نوترکیب در گیاهان متمرکز هست. اما پس از تولید محصولات تراریخته، فرآیندهای قانونی برای تجاری‌سازی آنها در دنیا بسیار هزینه‌بر، زمان‌بر و گاه طاقت‌فرسا هستند. برای مثال برای محصولات نسل اول فناوری تراریخته در امریکا ۷ تا ۱۳ سال زمان، همراه با ۵۰ تا ۱۰۰ میلیون دلار صرف هزینه نیاز است تا با اعمال آزمایش‌ها و طی مراحل مختلف، درنهایت محصول آماده رهاسازی و بازاررسانی شود. اما تکنیک کریسپر9( (Crispr-Casکمی متفاوت است و طبق گزارش‌های USDA محصولات حاصل از ویرایش ژنتیکی در همین کشور طی درنهایت دو ماه وارد بازار میشوند!
مزیت‌های روش کریسپر نسبت به روشهای پیشین مهندسی ژنتیک عبارت‌اند از: قابلیت مانور روی صفات کمی و پلی‌ژن (مثل مهندسی ژن‌های دخیل در عملکرد) که این عمل از عهده تکنیک تراریخته خارج است. عدم نیاز به درج مواد ژنتیکی خارجی در سلول موجود زنده و ایمنی بیشتر
تکنیکی نسبتاً کم‌هزینه و سریع‌تر نسبت به روشهای پیشین
دقت و درجه کنترل بیشتر بر نتایج حاصله در مقایسه با روشهای پیشین عدم نیاز به جفت شدن با آنزیم‌های برشی دیگر، برخلاف روشهای مشابه پیشین (این ابزار می‌تواند به‌راحتی با توالی RNA طراحی‌شده یا gRNA جفت شده و DNA هدف را در سلول پیدا کند.)
بیشترین مطالعات کریسپر روی برنج و ذرت
بیشترین کاربرد کریسپر برای بهبود عملکرد محصولات کشاورزی، سپس بهبود ارزش غذایی و مقاومت گیاهان در برابر تنش‌های زیستی و غیر زیستی بوده است؛ و عمده مزیت این روش نسبت به روشهای مشابه پیشین علاوه بر دقت و سرعت بالا، قابلیت عمل روی صفات کمّی و پلی‌‌ژنیک است. عمده محدودیت روشهای پیشین مشابه تراریخته این بود که فقط توان مانور روی سینگل ژن‌ها و صفات کیفی را داشتند و با این روش نمی‌شود روی صفاتی که توسط چندین لوکوس ژنی کنترل میشوند کار کرد. ولی در فناوری ویرایش ژنومی دانشمندان می‌توانند به‌طور مستقیم ژن‌های دخیل در عملکرد سلول‌ها را مورد مهندسی ژنی قرار داده و به‌این‌ترتیب گیاهانی با عملکرد بالاتر تولید کنند. هماکنون بیشترین مطالعات در این حوزه مربوط به صفت عملکرد در گیاهان بوده است.
دیدگاه تان را بنویسید