تعرف على أعمق أسرار الحمض النووي الريبي وتأثير لقاحات mRNA مثل لقاحات كوفيد-19، واكتشافات جديدة في كتاب "المحفز". كيف يؤثر الحمض النووي الريبي المرسال على الأزمات الصحية المستقبلية؟ ما هي الاستخدامات المحتملة ل CRISPR التي لا يفكر فيها الناس؟
في حين أنك على الأرجح على دراية كبيرة بالحمض النووي الريبي (DNA)، فمن المحتمل أن الحمض النووي الريبي لم يظهر على رادارك إلا أثناء الجائحة، وذلك بفضل لقاحات كوفيد-19 مثل لقاحات موديرنا وفايزر.
يقول الكيميائي توماس ر. تشيك إن الحمض النووي هو "مخزن المعلومات الوراثية". فهو يحتوي على الجينات التي ترمز جميع البروتينات التي يحتاجها الكائن الحي، والتي تجعل من الممكن لعضلاتنا أن تتحرك أو قلوبنا أن تنبض، أو تخلق الدوائر في أدمغتنا. "إن البروتينات هي مفتاح الحياة، والحمض النووي يخبر الجسم كيف يصنع كل منها، لكنه لا يفعل ذلك بشكل مباشر، بل لديه رسول يعمل كوسيط."
وهنا يأتي دور الحمض النووي الريبوزي. وبصفته مرسالاً، فهو ينقل التعليمات من الحمض النووي إلى المنطقة التي يتم فيها تكوين البروتين.
"يقول تشيك: "لقد رأينا أنه مع لقاحات mRNA (الحمض النووي الريبي المرسال) يمكن أن يكون رسولاً جيداً. "لكنه يمكن أن يفعل أكثر بكثير من مجرد العمل كرسول."
كان تشيك يعرف ذلك. ففي عام 1989، فاز بجائزة نوبل في الكيمياء إلى جانب سيدني ألتمان لاكتشافهما أن الحمض النووي الريبوزي "ليس فقط جزيء وراثة، بل يمكن أن يعمل أيضًا كمحفز حيوي"، أو إنزيم - وهو في الأساس نوع من الشرارة التي يمكن أن تسهل التفاعل الكيميائي.
لسنوات عديدة، أجرى تشيك أبحاثًا على الحمض النووي الريبي ودرّس الكيمياء للطلاب الجامعيين في جامعة كولورادو في بولدر. والآن، أصدر كتابًا بعنوان "المحفز: الحمض النووي الريبوزي والسعي لكشف أعمق أسرار الحياة" لمشاركة معرفته - وما يمكن أن يعنيه ذلك للمستقبل - مع الجميع.
** ذكرت في كتاب "المحفز" أن الأبحاث حول الحمض النووي الريبي كانت موجودة منذ الخمسينيات. ما الذي جعلك تقرر تأليف كتاب حول هذا الموضوع الآن؟
على الرغم من أن العلماء كانوا على دراية جيدة بعجائب الحمض النووي الريبي منذ أكثر من نصف قرن، إلا أن عامة الناس كانوا يركزون على الحمض النووي.
هذا أمر مفهوم، لأن الحمض النووي يسمح لنا بفهم ما إذا كانت عائلتنا تحمل مرضًا وراثيًا، ويسمح لنا بتتبع أسلافنا، ويحل الجرائم. حتى أننا نستخدم عبارات مثل "إنه في حمضنا النووي" إذا كان هناك شيء أساسي بالنسبة لنا. لذا فالجميع مرتاحون للحمض النووي.
لكن الحمض النووي الريبوزي، الذي يعتقد البعض منا أنه أكثر تنوعًا وإثارة للاهتمام، كان حقًا من اختصاص العلماء فقط. واعتقدت أن السكان غير العلماء قد يكونون مهتمين بسماع ذلك.
** ما هو الشيء الذي يخطئ فيه معظم الناس بشأن لقاحات الحمض النووي الريبوزي المرسال مثل لقاحات كوفيد-19؟
لقد تم تطويرها بسرعة كبيرة لدرجة أن الناس كانوا متشككين بشكل مفهوم في أنه ربما تم قطع بعض الزوايا - وأن هذا دواء جديد يجب أن يشكوا منه.
ولكن في الواقع، لقد فهمنا في الواقع كيفية عمل الحمض النووي الريبي المرسال (mRNA) بتفصيل كبير منذ ستينيات القرن الماضي. إنه موجود في كل كائن حي على الأرض. إنه موجود في كل الطعام الذي نأكله، بغض النظر عما إذا كنا نباتيين أو محبين للحوم. لذا فإن الحمض النووي الريبي المرسال ليس دواءً غريباً. إنه في الواقع جزيء طبيعي جداً. في بولدر، كولورادو، قد نقول حتى أنه عضوي.
لقد تم تطوير جميع التقنيات اللازمة لصنع اللقاح بشق الأنفس من قبل العلماء على مدى عقود من الزمن، وتم إثباتها وفهمها جيدًا.
لذلك عندما نشر العالم الشجاع في الصين على الإنترنت الأجزاء والقطع مما يسمى بتسلسل جينوم فيروس سارس-كوف-2 (الفيروس المسبب لكوفيد-19) - وهو بالمناسبة حمض نووي ريبوزي... هذا الفيروس لا يعبث بالحمض النووي على الإطلاق. إنه مجرد فيروس RNA لأن الحمض النووي الريبوزي، مثل الحمض النووي، يمكنه تخزين المعلومات - استغرق الأمر أسابيع فقط حتى يتمكن العلماء من تحديد ما يجب أن يكون البروتين الموجود على السطح الخارجي للفيروس - والذي سيكون أول ما سيراه جهاز المناعة لدينا - وبالتالي البروتين الذي نحتاج إلى إدخاله في جسم الإنسان لإعطاء جهاز المناعة لدينا تنبيهًا وجعله على أهبة الاستعداد للفيروس.
** كيف يمكن أن يؤثر الحمض النووي الريبي المرسال على الأزمات الصحية المستقبلية؟
نحن الآن في هذه اللحظة الرائعة من الزمن، حيث تبدو الفرص غير محدودة تقريبًا، لكننا لا نعرف كم منها سيحقق نجاحًا. لذلك لدينا كل الأفكار، لكننا لا نعرف أي منها سيصبح عمليًا.
لذا اسمحوا لي أن أبدأ بالفاكهة المتدلية المنخفضة، وهي اللقاحات الأخرى. أعتقد أنه، بالنظر إلى معدل نجاح لقاح كوفيد-19 - على الرغم من أن فيروسات الجهاز التنفسي هي قطران رهيب، إلا أنه من الصعب حقًا أن تكون أي تقنية لقاح جيدة جدًا - بالنسبة للفيروسات الأخرى، قد تعمل لقاحات الحمض النووي الريبي المرسال بشكل أفضل بكثير.
ما نتطلع إليه هو فرصة الحصول على لقاح للإنفلونزا قد يعمل ضد جميع السلالات بدلاً من مجرد ما نعتقد أنه سيكون السلالة السائدة في موسم الإنفلونزا القادم.
لذا فإن لقاحات الإنفلونزا هامشية جداً، كما نعلم جميعاً. اعتمادًا على العام، قد تكون فعاليتها بنسبة 60٪، وقد تكون فعاليتها 40٪ فقط. حسنًا، لا يزال الأمر يستحق الحصول على اللقاح. ولكن كما تعلم، هذا نوعًا ما مثل 50/50 أنها ستساعدك حقًا.
إذا تمكنا من استخدام لقاحات mRNA لتسريع هذه العملية، وربما حتى الحصول على لقاح ضد سلالات متعددة، فقد نتمكن من زيادة قيمة اللقاح بنسبة كبيرة.
ثم هناك مجال أكثر تخمينية للأمراض الوراثية التي ينقصها بروتين نحتاجه لحياة صحية. التليف الكيسي هو مرض وراثي، ونحن نعرف البروتين المفقود، ولكننا لا نعرف كيف نعيده. ضمور العضلات، نحن نعلم أي بروتين مفقود في عضلات هؤلاء الأطفال، ولكننا لا نعرف كيف نعيده. هل يمكن أن يكون الحمض النووي الريبوزي المرسال هو الشفرة التي يمكن إدخالها لتحل محل ذلك البروتين؟ نظرياً، نعم. من الناحية العملية، لا نعرف ما إذا كان بإمكاننا صنع ما يكفي من البروتين في الأنسجة المناسبة ليكون علاجياً. ولكن الأمر مثير بما فيه الكفاية ليعمل العلماء على ذلك.
** ذكرت في الكتاب أن هناك أكثر من 400 دواء قائم على الحمض النووي الريبي في مرحلة ما من مراحل التطوير. هل يمكنك التحدث عن ذلك؟
نظرًا لأن الحمض النووي الريبوزي أساسي جدًا في علم الأحياء، إذا كان هناك حمض نووي ريبوزي مسبب للمرض، فقد نرغب في قصه أو تعطيله بطريقة أخرى. هناك فئات متعددة من هذه الحمض النووي الريبوزي، ولكن هناك فئة رائعة منها - وهذا فصل في الكتاب - وهي الحمض النووي الريبوزي التداخلي الصغير. وهذه، مرة أخرى، هي منتجات طبيعية.
يمكننا إعادة استخدام هذه المركبات لمهاجمة الحمض النووي الريبي المسبب للأمراض في خلايانا. وهذا هو عمل شركة تدعى Alnylam في كامبريدج، ماساتشوستس، ولديهم الآن خمسة من هذه الأدوية التي تمت الموافقة عليها، وهي ضد الأمراض النادرة.
هذا نوع من جمال هذا الأمر. فتقنية الحمض النووي الريبي سريعة جدًا في إعادة توجيهها إلى مرض جديد بحيث لا يتعين عليك فقط استهداف الأمراض التي لديها عدد هائل من المرضى - حيث يمكنك استرداد التكلفة الكبيرة لتطوير الدواء من خلال بيع الدواء - بل يمكنك في الواقع استهداف أمراض نادرة إلى حد ما وإحداث تأثير حقيقي على تلك الفئة من المرضى.
** كيف تدخل تقنية كريسبر في كل هذا؟
تقنية كريسبر هي طريقة لتصحيح الأخطاء التي تظهر في كروموسوماتنا في حمضنا النووي. وهذه الآلة الصغيرة التي تتجول في الجسم لها مكونان. فهو يحتوي على بروتين يشبه مقصًا صغيرًا يمكنه قص الحمض النووي وإجراء تصحيحات في شفرة الحمض النووي.
الكثير من الأمراض التي تصيب الإنسان وراثية أو لها مكون وراثي. أحد الأمثلة على ذلك هو فقر الدم المنجلي، وهو مرض دم مؤلم وموهن بشكل لا يصدق ينتج عن تغيير واحد في جين بروتين الهيموجلوبين الحامل للدم.
قبل بضعة أشهر فقط، تمت الموافقة على علاج قائم على تقنية CRISPR للخلايا المنجلية - وهو أول علاج على الإطلاق - للاستخدام في الولايات المتحدة. وسنرى المزيد من هذه العلاجات.
الحمض النووي الريبي هو الخلطة السرية الحقيقية هنا. فالحمض النووي الريبي هو المكون الذي يسمح لآلية CRISPR بأن تكون محددة للغاية وأن تقوم بتعديل جين واحد في الجينوم البشري مع ترك جميع الجينات الأخرى سليمة.
**ما هي بعض الاستخدامات المحتملة ل CRISPR التي لا يفكر فيها الناس؟
أما الفرصة الرئيسية الأخرى فهي تتعلق بالنباتات والحيوانات التي نعتمد عليها في غذائنا ومأوانا. فهي تتعرض للإجهاد بسبب ارتفاع درجة حرارة الكوكب والمحيطات تحت الضغط.
فنحن نحصل على حوالي ثلث البروتين في العالم من البيئة البحرية. سيشكل ابيضاض الشعاب المرجانية، وهي جزء كبير من النظام البيئي البحري، تحديًا حقيقيًا لإنتاج الغذاء للأسماك والمحار والكائنات البحرية الأخرى في المستقبل.
إذن ما الذي يمكن أن تفعله تقنية كريسبر؟ حسنًا، دعونا نستخدم المرجان كمثال. لا توجد بيولوجيا حقيقية للمرجان - إنه شيء قشري صلب. ومقارنةً بالأبحاث التي تُجرى على الفئران والبشر والكائنات الأخرى ذات العمود الفقري، لا أحد تقريبًا يدرس المرجان.
باستخدام تقنية CRISPR، يمكننا بالفعل تغيير جينوم المرجان - وقد نكون قادرين على القيام بما قد يستغرق مئات السنين من التطور في الطبيعة قبل أن يتمكن المرجان من التكيف مع ارتفاع درجات حرارة البحر - قد نكون قادرين على القيام بذلك بسرعة كبيرة، وإعادة إدخال المرجان المقاوم للحرارة إلى المحيط.
والآن، مع تقنية كريسبر، يمكننا تغيير جينوم المرجان - وقد نكون قادرين على القيام بما قد يستغرق مئات السنين من التطور في الطبيعة قبل أن يتمكن المرجان من التكيف مع ارتفاع درجات حرارة البحر - قد نكون قادرين على القيام بذلك بسرعة كبيرة، وإعادة إنتاج مرجان مقاوم للحرارة في المحيط.
**يتحدث العلماء عن أخلاقيات ما يمكننا فعله مقابل ما يجب أن نفعله. كما كان الجمهور يفكر كثيرًا في الآونة الأخيرة حول مدى أخلاقيات تغيير بعض هذه الأشياء - تعديل الحمض النووي الخاص بنا. كيف ينطبق هذا الأمر على الحمض النووي والحمض النووي الريبي والحمض النووي الريبي المرسال وCRISPR؟
أعتقد أننا بحاجة إلى البدء في شرح هذه الأشياء. لذلك علينا أن نبدأ في المدارس، ولكن أيضًا في الأماكن الأخرى التي يتجمع فيها الناس - في الكنائس، ونوادي الروتاري، ونوادي الليونز ونوادي الكتاب وغيرها من الأماكن، وإشراك الجمهور.
ومع ذلك، فقد اجتمع العلماء في هذه الأثناء وتحدثوا عن الآثار الأخلاقية المترتبة على ذلك. وقد قرروا أنه سيكون من السابق لأوانه السماح بتعديل جينوم كريسبر في السلالة الجرثومية البشرية بحيث يتم توريث التغييرات.
قد تتساءلون: "حسنًا، لماذا لا تريدون القيام بذلك إذا كان بإمكانكم؟ علاج مرض فقر الدم المنجلي لدى المريض؟ لماذا لا ترغب في تغيير وراثة ذلك المرض والقضاء عليه تمامًا؟"
حسنًا، قد يأتي الوقت الذي نكون فيه مستعدين لفعل ذلك. ولكن في الوقت الحالي لا نعرف 100% مدى سلامة هذه التقنية - فقد يحدث، بالإضافة إلى تغيير شفرة الجين المستهدف الذي نحاول إصلاحه، تغييرات أخرى هنا وهناك في الجينوم البشري دون قصد.
ومن المخاوف الأخرى هي ما يسمى بالتحسينات - هل يمكن استخدام هذه التقنية لجعل أطفالك أكبر وأقوى واختيار لون شعرهم ولون عيونهم وإعطائهم صفات أخرى لجعلهم جنسًا متفوقًا؟ ويا للعجب، نعتقد أن هذا يشبه إلى حد كبير ألمانيا النازية - يشبه إلى حد كبير علم تحسين النسل. ونعتقد أن هذا ليس استخدامًا مناسبًا لهذه التكنولوجيا. ولكن علينا مناقشة ذلك.
** اضطررت إلى حذف بعض الأشياء من الكتاب من أجل الإيجاز، هل هناك أي شيء لم تتمكن من تضمينه وتريد أن يعرفه الناس؟
يتعلق أحد المجالات الرائعة بتطوير الحمض النووي الريبوزي في المختبر للقيام بأشياء جديدة لا تقوم بها الحمض النووي الريبوزي الطبيعي. يمكنك أن تصنع أحماض نووية ريبوزية تقوم بأشياء رائعة لم يسبق لك أن رأيتها في الطبيعة، والتي يمكن أن تكون إما مثيرة فكريًا فقط أو يمكن أن تكون مفيدة بالفعل للتكنولوجيا. هذا هو المجال الذي لم أذكره إلا بإيجاز شديد بسبب رغبتي في إصدار الكتاب.
**ما هي بعض الاستخدامات العملية للحمض النووي الريبي المتطور في المختبرات؟
أعتقد أنه يمكن أن تكون هناك استخدامات طبية. بالطبع، كان الكثير من هذا يحدث قبل كريسبر وتعديل الجينات. والآن بعد أن أصبح لدينا تقنية كريسبر، أصبح لدينا الآن مستوى عالٍ جدًا للقيام بما هو أفضل من ذلك. يمكن استخدام بعضها كمستشعرات حيوية، وبالتالي يمكن تطوير الحمض النووي الريبوزي بحيث يتوهج عندما يرى مركبًا سامًا معينًا. هل يمكن أن يكون لدينا مثل هذا الحمض النووي الريبوزي في نظامنا المائي للبحث عن فيروسات كورونا الجديدة؟ أعتقد، مرة أخرى، أن الإجابة هي نعم. ربما لدينا التكنولوجيا اللازمة للقيام بذلك. هل هي عملية؟ هل هي رخيصة؟ هل هي كافية لتوظيف ذلك على نطاق واسع؟ هذه هي التحديات التي تواجه هذه الأشياء الآن.
