۳۰ سال از تولد گوسفند دالی گذشت؛ فناوری شبیهسازی امروز در چه نقطهای قرار دارد؟
خلاصه:
- ۳۰ سال پیش، تولد گوسفند دالی، اولین پستاندار شبیهسازیشده، رویای کپیکردن حیوانات و حتی انسانها را در ذهن بسیاری زنده کرد، اما واقعیت علمی بسیار پیچیدهتر از این تصورات بود.
- روش اصلی شبیهسازی، انتقال هستهی سلولهای بدنی نام دارد که در آن، هستهی یک سلول بالغ به تخمکی که هستهاش خارج شده، منتقل میشود و پس از تقسیم سلولی، رویان در رحم مادر جانشین قرار میگیرد.
- شبیهسازی پستانداران هنوز هم ناکارآمد و پرهزینه است و چالش اصلی آن، برنامهریزی مجدد اپیژنتیک سلول بالغ برای بازگشت به حالت جنینی است که اغلب با شکست مواجه میشود.
- امروزه شبیهسازی به ابزاری برای پژوهش دربارهی بیماریها، تولید سلولهای بنیادی، و حفاظت از گونههای در خطر انقراض تبدیل شده است.
- تلاش برای بازگرداندن گونههای منقرضشده مانند ماموت، به جای شبیهسازی مستقیم، از طریق ویرایش ژنتیکی خویشاوندان زنده (مثل فیل آسیایی) با فناوری کریسپر دنبال میشود، اما نتیجه، نمونهای تقریبی خواهد بود.
- شبیهسازی انسان به دلیل نرخ بالای شکست، خطرات ایمنی برای مادر و جنین، و همچنین نگرانیهای اخلاقی عمیق دربارهی هویت و رضایت، در بسیاری از کشورها ممنوع یا به شدت محدود شده است.
۳۰ سال پیش، وقتی گوسفند دالی به عنوان اولین پستاندار شبیهسازیشدهی جهان به دنیا آمد، به یکی از مشهورترین حیوانات تاریخ علم تبدیل شد. تولد دالی، تجسم آیندهای پر از حیوانات خانگی شبیهسازیشده، انسانهای کلونشده و حتی بازگرداندن جانوران منقرضشدهای مثل ماموتهای پشمالو را به دنبال داشت. اما واقعیت شبیهسازی چیز دیگری از آب درآمد.
شبیهسازی به زبان ساده
شبیهسازیهای حیوانی اغلب با روشی به نام «انتقال هستهی سلولهای بدنی» انجام میشوند. در این روش، سلول غیرجنسی (یعنی نه اسپرم و نه تخمک) از بدن یک حیوان گرفته میشود و هستهی آن، که دیانای را در خود دارد، خارج میشود. در مورد دالی، این سلول از بافت پستان یک گوسفند گرفته شده بود.
سپس تخمکی از تخمدان حیوان دیگری برداشته میشود و هستهی آن نیز خارج میشود. هستهی سلول اول با کمک یک پالس الکتریکی به درون تخمک تزریق میشود. وقتی تخمکِ ترکیبی شروع به رشد میکند، آن را به رحم حیوان جانشین (که نقش مادر را ایفا میکند) منتقل میکنند. حیوانی که درنهایت متولد میشود، از نظر دیانای با حیوانی که سلول اولیه از آن گرفته شده، تقریباً یکسان است.
چرا شبیهسازی هنوز هم پس از چند دهه دشوار است؟
با وجود پیشرفتهای فناوری، شبیهسازی پستانداران هنوز هم رویهای ناکارآمد و کمبازده است. به ازای هر شبیهسازی موفق، تعداد زیادی از رویانهای بازسازیشده ممکن است رشد نکنند یا از بین بروند. برای نمونه، برای به دنیا آمدن دالی، ۲۷۷ بار تلاش ناموفق انجام شد. شبیهسازی هنوز هم به تجهیزات تخصصی، سلولهای اهدایی، تخمک و بارداری جانشین نیاز دارد و همین موضوع آن را پرهزینه و دشوار میکند.
چالش اصلی، کپیکردن دیانای نیست. ژنها تنها بخشی از آن چیزی هستند که موجود زنده را منحصربهفرد میکند. محیط، فرایند رشد و تجربیات زندگی نیز بر شکلگیری و رفتار جانور تأثیر میگذارند.
همانطور که ساتنا دوشیانتِن، مدرس علوم سرطان و سلامت دیجیتال در دانشگاه ملبورن، توضیح میدهد، بخش دشوار کار این است که یک سلول بالغ و تمایز یافته، مانند سلول پستان، باید «تمایززدایی» شود؛ یعنی تمام نشانگرهای ژنتیکی و اپیژنتیکی که آن را به سلولی تخصصی تبدیل کردهاند، بازنشانی شده و سلول به حالت جنینی و پرتوان اولیهاش بازگردد. به این فرایند، «برنامهریزی مجدد اپیژنتیک» میگویند. سلول تخمک باید دستورالعملهای شیمیایی را که تعیین میکنند کدام ژنها روشن یا خاموش شوند، بازنشانی کند. این بازنشانی اغلب ناقص است و به همین دلیل بسیاری از رویانهای شبیهسازیشده، رشد طبیعی ندارند.
با وجود محدودیتها، تحقیقات در زمینهی شبیهسازی به پیشرفت بزرگ دیگری هم انجامید. دانشمندان کشف کردند که میتوانند سلولهای بالغ را به «سلولهای بنیادی پرتوان القایی» تبدیل کنند. این سلولهای بالغ، رفتارشان مانند سلولهای بنیادی جنینی است، اما برای ساختن موجود زندهی کامل به کار نمیروند. در عوض، میتوان آنها را به انواع مختلف سلول تبدیل کرد.
سلولهای بنیادی پرتوان القایی در زمینه مدلسازی بیماری و کشف دارو، امکان ساخت مدلهای سلولی اختصاصی هر بیمار را فراهم میکنند تا مکانیسمهای بیماریهای ژنتیکی، عصبی و حتی روانپزشکی مطالعه شده و داروهای جدید روی آنها آزمایش شوند.
در پزشکی بازساختی و سلولدرمانی نیز، این سلولها به انواع سلولهای مورد نیاز برای ترمیم بافتهای آسیبدیده تبدیل میشوند و کارآزماییهای بالینی متعددی برای درمان بیماریهایی مثل پارکینسون، نارسایی قلبی و دیابت با استفاده از آنها درحال انجام است. کاربرد دیگر سلولهای مذکور در تولید ارگانوئیدها یا ساختارهای سهبعدی ریز است که عملکرد یک عضو را تقلید میکنند و برای بررسی پیشرفت بیماری و تأثیر داروها در محیطی شبیهبهبدن، ابزارهای بسیار ارزشمندی هستند.
کاربردهای امروز شبیهسازی
در صنعت دامپروری گاهی از شبیهسازی برای تکثیر حیواناتی استفاده میکنند که ویژگیهای ارزشمندی مانند ژنتیک قوی، بهرهوری بالا یا مقاومت در برابر بیماری دارند. بااینحال، شبیهسازی جایگزین روشهای سنتی اصلاحنژاد نشده است. بلکه به پرورشدهندگان این امکان را میدهد که حیوانات مطلوب را دقیقاً همانگونه که هستند، بازتولید کنند. در استرالیا، هماکنون امکان شبیهسازی اسب وجود دارد و چندین اسب شبیهسازیشده در مسابقات سوارکاری جهان شرکت کردهاند.
کشورهایی مثل چین و ایالات متحده، خدمات شبیهسازی تجاری سگ و گربه را ارائه میدهند. به عنوان مثال، باربارا استرایسند، ستارهی برادوی، سگ محبوب خود را به دو تولهسگ شبیهسازی کرد. اما شخصیت تولههای جدید با سگ اصلی تفاوت داشت، چون آنها فقط دیانای مشابه داشتند و خاطرات و تجربیاتشان یکی نبود.
در سال ۲۰۲۴، پژوهشگران چینی برای نخستین بار در جهان موفق به شبیهسازی میمون رزوس شدند. این اقدام به دلیل شباهت فیزیولوژیکی این میمون به انسان، با هدف تسریع فرایند آزمایش داروها انجام شد. بااینحال، نهادهای مدافع حقوق حیوانات، نگرانیهای اخلاقی جدی را در مورد این آزمایشها مطرح کردند و این پرسش را پیش کشیدند که آیا رنجی که به حیوانات تحمیل میشود، با توجه به نرخ پایین موفقیت و نبود کاربردهای فوری عملی، ارزشش را دارد یا خیر.
آیا شبیهسازی میتواند حیوانات منقرضشده را بازگرداند؟
یکی از امیدوارکنندهترین کاربردهای شبیهسازی، کمک به احیای جمعیت گونههای در معرض خطر انقراض است. در سال ۲۰۲۰، دانشمندان با استفاده از مواد ژنتیکی حفظشده از یک راسوی پاسیاه که دههها پیش مرده بود، موفق به شبیهسازی این حیوان شدند. هدف این پروژه، افزایش تنوع ژنتیکی در گونهای بود که با کاهش شدید جمعیت در ایالات متحده مواجه است.
البته، شبیهسازی واقعی به ژنوم سالم و دستنخورده، سلول تخمک مناسب و گونهی جانشین نزدیک نیاز دارد. برای حیواناتی که هزاران سال پیش منقرض شدهاند، مانند ماموت پشمالو، این کار امکانپذیر نیست، زیرا دیانای باستانی معمولاً آسیبدیده و خرد شده است.
به جای شبیهسازی، پژوهشگران درحال بررسی رویکردهایی برای انقراضزدایی هستند که تحقیقات دیانای باستانی را با فناوریهای ویرایش ژن مانند کریسپر ترکیب میکند. این روش به جای بازگرداندن یک کپی دقیق، به دنبال تغییر ژنوم نزدیکترین خویشاوند زنده برای ایجاد موجودی است که ویژگیهای گونهی منقرضشده را نشان دهد.
- آیا فناوری میتواند نئاندرتالها را دوباره به زندگی بازگرداند؟2 روز قبلمطالعه '5
- دانشمندان یک موش و ۵۸ نسل آن را شبیهسازی کردند؛ اما درنهایت اتفاقی هولناک رخ داد12 فروردین 05مطالعه '6
- بازگشت شکارچی عصر یخبندان: دانشمندان گرگ وحشت را احیا کردند – البته نه دقیقاً همان گونه!19 فروردین 04مطالعه '3
شرکت کولوسال بایوساینسز پیشگام انقراضزدایی است و با ویرایش حدود ۸۵ ژن در ژنوم فیل آسیایی (نزدیکترین خویشاوند ماموت)، تلاش میکند موجودی مقاوم به سرما با پشمهای ضخیم و چربی زیرپوستی تولید کند. آنها اخیراً با موفقیت موشهایی با ویژگیهای پشمالو و شبیه به ماموت (موسوم به موش پشمالو) را با ویرایش ۷ ژن به طور همزمان پرورش دادهاند تا مسیر خود را برای تولید فیل پشمالو آزمایش کنند.
بااینحال، بسیاری از دانشمندان تأکید دارند که آنچه تولید میشود، نمونهی تقریبی از گونهی اصلی است، نه خودِ آن گونه. دیانای باستانی آنقدر تخریب شده که نمیتوان ژنوم کامل را بازسازی کرد و تنها بخش کوچکی از تفاوتهای ژنتیکی (به عنوان مثال، از ۱۵ میلیون تفاوت بین گرگ خاکستری و گرگ وحشت، تنها ۱۴ مورد ویرایش شده) قابل بازتولید است. علاوهبراین، یک گونه فقط مجموعهای از ژنها نیست؛ بلکه شامل تعامل پیچیدهی ژنها با محیط، رفتارهای آموختهشده و نیازهای اجتماعی است که قابل کپیبرداری نیستند.
دانشمندان همچنین هشدار میدهند که بازگرداندن ویژگیهای منقرضشده، بهطور خودکار به معنای احیای نقش زیستمحیطی آن گونه نیست. حیوانات درون اکوسیستمهای پیچیدهای وجود دارند که ممکن است دیگر به همان شکل سابق وجود نداشته باشند.
در حالی که شبیهسازی میتواند به بازگرداندن ژنهای از دسترفته در جمعیتهای درحال انقراض کمک کند، تولید بیش از حد حیوانات مشابه ازنظر ژنتیکی، میتواند آسیبپذیری آنها را دربرابر بیماریها افزایش دهد.
چرا شبیهسازی انسان هنوز ممکن نشده است؟
با وجود دههها گمانهزنی، شبیهسازی انسان تاکنون به واقعیت تبدیل نشده است. مهمترین مانع، ایمنی است. شبیهسازی حیوانات هنوز هم با نرخ شکست بالایی همراه است و به کارگیری این فناوری روی انسانها، ریسکهای غیرقابلقبولی را برای جنینها، مادران جانشین و کودکانی که از این طریق متولد میشوند، ایجاد میکند.
علاوه بر خطرات ایمنی، سوالات اخلاقی جدی دیگری هم مطرح است. مثلاً اینکه یک انسان شبیهسازیشده چه هویتی دارد؟ آیا او میتواند واقعاً رضایت بدهد؟ و آیا ممکن است از بدن و سلولهای انسان برای اهداف سودجویانه سوءاستفاده شود؟ به خاطر همین نگرانیها، شبیهسازی انسان برای تولیدمثل، در بسیاری از کشورهای جهان یا کاملاً ممنوع است یا با محدودیتهای شدید قانونی همراه شده است.
۳۰ سال پس از تولد دالی گوسفند، آنچه از شبیهسازی او آموختیم، به پیشرفتهای بزرگی در زمینههای پژوهش دربارهی بیماریها، کشاورزی و حفاظت از گونهها کمک کرده است. بااینحال، شبیهسازی هنوز هم فناوری دشوار و پیچیدهای است و همچنان پرسشهایی را دربارهی ایمنی، مقررات و اینکه آیا اصلاً باید برخی از کاربردهای آن را دنبال کرد، مطرح میکند.
