دانش - بحران هويت ژن

واضح آرشیو وب فارسی:دنياي اقتصاد: دانش - بحران هويت ژن

دانش - بحران هويت ژن

كارل زيمر/ ترجمه كاوه فيض‌اللهي:در تابستاني كه گذشت، سونيا پروهاسكا (S.Prohaska) تصميم گرفت آزمايشي انجام دهد. آزمايش اين بود كه سعي كند يك روز را بدون گفتن كلمه «ژن» شب كند. دكتر پروهاسكا در دانشگاه لايپزيگ آلمان انفورماتيسين زيستي (bioinformatician) است. به عبارت ديگر، بيشتر وقتش صرف جمع‌آوري، سازمان‌دهي و تحليل اطلاعات مربوط به ژن مي‌شود. او مي‌گويد: «مثل آن بود كه كسي دست شما را از پشت بسته باشد.» اما دكتر پروهاسكا به اين نتيجه رسيد كه اين آزمايش دست‌وپاگير به زحمت‌اش مي‌ارزد، زيرا بررسي‌هاي بزرگ‌مقياس اخير درباره DNA به تدريج سبب شده‌اند كه او و بسياري از همكارانش بار ديگر درباره خود ماهيت ژن‌ها بينديشند. آنها ديگر يك ژن معمولي را يك قطعه DNA نمي‌دانند كه يك پروتئين خاص را رمزگذاري مي‌كند. دكتر پروهاسكا مي‌گويد «نمي‌تواند اين طوري كار كند.» خلاصه آنكه تعداد استثناهايي كه بر قواعد متعارف براي ژن‌ها وجود دارد، بيش از حد زياد است. براي مثال معلوم شده كه ممكن است يك رشته DNA چندين پروتئين مختلف را توليد كند. بيشتر مولكول‌هايي كه توسط DNA توليد مي‌شوند ممكن است اصلا پروتئين نباشند، بلكه ماده شيميايي ديگري باشند كه RNA ناميده مي‌شوند. مارپيچ دوگانه و آشناي DNA ديگر انحصار وراثت (heredity) را در اختيار ندارد. مولكول‌هاي ديگري كه به DNA مي‌چسبند، مي‌توانند ميان دو جاندار با ژن‌هاي يكسان تفاوت‌هاي چشمگيري ايجاد كنند. و اين مولكول‌ها مي‌توانند همراه با DNA به ارث برسند. به عبارت ديگر، ژن در بحران هويت به سر مي‌برد. اين بحران در آستانه صدمين سال تولد ژن شكل گرفت. اين كلمه را ژنتيك‌دان دانماركي ويلهلم يوهانسن (W.Johanssen) در سال 1909 ابداع كرد تا آنچه كه پدر و مادر به فرزندشان منتقل مي‌كنند تا همان ويژگي‌ها در او تكوين يابد را توصيف كند. يوهانسن، همچون ديگر زيست‌شناسان هم‌نسل خويش، كوچك‌ترين تصوري نداشت كه اين عامل نامرئي چه مي‌تواند باشد. اما فكر مي‌كرد داشتن كلمه‌اي براي توصيف آن سودمند خواهد بود. يوهانسن اعلام كرد: «كلمه ژن به كلي از هر فرضيه‌اي مستقل است» و آن را «كلمه كوچكي بسيار پركاربرد» ناميد.

در طول شش دهه پس از آن، دانشمندان اين كلمه كوچك را از يك مفهوم انتزاعي به شكل واقعيتي عيني درآوردند. روي كپك نان، باكتري‌ها، مگس سركه و ذرت آزمايش‌هاي متعددي انجام دادند. كشف كرده‌اند كه چگونه با دستكاري مولكول‌هاي درون سلول‌ها مي‌توان رنگ گل و چشم و ويژگي‌هاي ديگر را تغيير داد. مشخص كردند كه DNA يك جفت رشته است كه دور هم تابيده‌اند و تا دهه 1960 به تعريف قانع‌كننده‌اي از ژن رسيده بودند. آنها گفتند كه يك ژن يك رشته خاص از DNA حاوي دستورالعمل‌هاي لازم براي ساخت يك مولكول پروتئيني است. يك سلول براي ساخت پروتئيني از يك ژن، بايد آن را بخواند و يك نسخه تك‌رشته‌اي از روي آن بسازد كه رونوشتي از جنس RNA ناميده مي‌شود. سپس خوشه‌اي از مولكول‌ها به نام ريبوزوم اين RNA را تحويل مي‌گيرند و از آن به عنوان الگويي براي ساخت يك پروتئين استفاده مي‌كنند.
از اين گذشته ژن واحد بنيادي وراثت نيز بود. هر بار سلولي تقسيم مي‌شود، ژن‌هايش را همانندسازي مي‌كند و پدر و مادر بعضي از ژن‌هايشان را به فرزندشان منتقل مي‌كنند. اگر از مادرتان موي قرمز يا زمينه سرطان پستان را به ارث ببريد، به احتمال زياد ژني را به ارث برده‌ايد كه به ايجاد اين ويژگي كمك مي‌كند. اين تعريف از ژن به طرز خيره‌كننده‌اي خوب جواب ‌داد ، درواقع آنقدر خوب كه در سال 1968 زيست‌شناس مولكولي گونتر استنت (G.Stent) اعلام كرد نسل‌هاي آينده دانشمندان بايد به «برطرف كردن جزئياتي چند» دل خوش كنند.
جزئيات
استنت و هم‌روزگارانش به خوبي مي‌دانستند كه بعضي از اين جزئيات بسيار مهم هستند. آنها مي‌دانستند كه وقتي پروتئين‌ها به قطعات مجاور DNA متصل مي‌شوند، ژن‌ها ممكن است خاموش يا روشن شوند. اين را نيز مي‌دانستند كه چند ژن مولكول‌هاي RNAيي را رمزگذاري مي‌كنند كه هرگز تبديل به پروتئين نمي‌شوند. بلكه درعوض وظايف ديگري نظير كمك به ساخت پروتئين‌ها در ريبوزوم دارند. اما اين استثناها آنقدر مهم به نظر نمي‌رسيدند كه دانشمندان را وادارند در تعريف‌هايشان ترديد كنند. مارك گرشتين (M.Gerstein)، انفورماتيسين زيستي دانشگاه ييل، مي‌گويد: «طرزكار زيست‌شناسي با رياضي متفاوت است. در رياضي اگر يك مثال نقض پيدا كنيد، بايد بازگرديد و در تعريف‌ها بازنگري كنيد. زيست‌شناسي اين طور نيست. يكي، دو مثال نقض چيزي نيست و همه به آساني با آن كنار مي‌آيند.» اما در دهه‌هاي 1980 و 1990 دشواري‌‌هاي بيشتري ظهور كرد. دانشمندان كشف كردند كه وقتي سلولي يك رونوشت RNA توليد مي‌كند، قطعات بزرگي را برش مي‌دهد و فقط چند باقي‌مانده كوچك را نگه مي‌دارد. (بخش‌هايي از DNA كه سلول آنها را كپي مي‌كند اگزون ناميده مي‌شوند؛ بخش‌هايي كه كنار گذاشته مي‌شوند اينترون نام دارند.) بين اين مناطق رمزگذار پروتئين نيز رشته‌هاي طولاني DNA غيررمزگذار قرار دارند. 21 هزار ژن رمزگذار پروتئين در ژنوم انسان فقط 2/1 درصد از اين ژنوم را تشكيل مي‌دهند.
ژنوم
در سال 2000 گروهي بين‌المللي از دانشمندان، كار تهيه نخستين نسخه پيش‌نويس ژنوم (Genome) ــ تمام مواد ژنتيكي درون هر سلول انسان ــ را به پايان رساندند. آنها جايگاه بسياري از ژن‌هاي رمزگذار پروتئين را شناسايي كردند، اما آن 8/98 درصد ديگر ژنوم انسان را عمدتا بررسي‌نشده رها كردند. از آن زمان تاكنون دانشمندان مدام به اين جنگل ژنومي زده‌اند تا نقشه آن را با جزئيات رسم كنند. يكي از بزرگ‌ترين اين پروژه‌ها تلاشي است كه دانشنامه اجزاي DNA يا به اختصار Encode ناميده مي‌شود. صدها دانشمند مشغول انجام مجموعه‌اي هماهنگ از آزمايش‌ها هستند تا كاركرد هر قطعه DNA در ژنوم انسان را تعيين كنند. تابستان گذشته آنها نتايج‌شان را درباره يك درصد از ژنوم- حدود سه ميليون «حرف» DNA- منتشر كردند. رمز ژنتيكي به حروف نوشته مي‌شود، درست مانند عنوان فيلم سينمايي Gattaca (يك فيلم علمي-تخيلي كه در سال 1997 نامزد اسكار هم شد-م) كه در آن هر حرف نماينده مولكولي است كه باز ناميده مي‌شوند: گوآنين (G)، آدنين (A)، تيمين (T) و سيتوزين (C). گروه Encode انتظار دارد تا سال آينده درباره آن 99 درصد ديگر به نتايجي مقدماتي برسد.
نتايج Encode نشان مي‌دهد كه ژنوم پر از ژن‌هايي است كه دست‌كم طبق استانداردهاي سنتي آنچه فرض مي‌شود ژن باشد، به شدت عجيب و غريب هستند. توماس جينجراس (T.Gingeras) از آزمايشگاه كلد اسپرينگ هاربور و يكي از سرپرستان گروه Encode مي‌گويد: «اينها شگفتي نيستند، قاعده‌اند.» براي مثال يك به اصطلاح ژن منفرد، مي‌تواند بيش از يك پروتئين بسازد. سلول در فرايندي كه به اتصال متناوب معروف است، مي‌تواند تركيب‌هاي مختلفي از اگزون‌ها را انتخاب كند تا با آنها رونوشت‌هاي متفاوتي بسازد. دانشمندان نخستين موارد اتصال متناوب را تقريبا 30 سال پيش شناسايي كردند، اما مطمئن نبودند اين كار چقدر رايج است. اكنون چندين پژوهش نشان مي‌دهند كه تقريبا تمام ژن‌ها به همديگر متصل مي‌شوند.
گروه Encode برآورد مي‌كند كه منطقه رمزگذار پروتئين به طور متوسط 7/5 رونوشت مختلف توليد مي‌كند. به نظر مي‌رسد انواع مختلف سلول‌ها رونوشت‌هاي متفاوتي از يك ژن توليد مي‌كنند. از اين عجيب‌تر آنكه سلول‌ها اغلب اگزون‌ها را با رونوشت‌هاي ژن‌هاي ديگر مخلوط مي‌كنند. آن اگزون‌ها ممكن است متعلق به جايگاه‌هاي دور، حتي متعلق به كروموزوم‌هاي ديگر باشند. از اين رو دكتر جينجراس مي‌گويد كه ديگر نمي‌توانيم ژن را يك رشته منفرد DNA در يك موقعيت فيزيكي خاص بدانيم. او مي‌گويد: «به نظر من اين يك تغيير پارادايم در طرزفكر ما درباره چگونگي سازماندهي ژنوم است.»
فرا‌ژنوم
اما معلوم شد ژنوم به شيوه‌اي ديگر هم سامان يافته است، شيوه‌اي كه در ميزان اهميت ژن‌ها در وراثت ترديد ايجاد كرد. لابه‌لاي DNA پر از ميليون‌ها پروتئين و مولكول‌هاي ديگر است كه تعيين مي‌كنند كدام ژن‌ها مي‌توانند رونوشت‌هايي از خود توليد كنند و كدام نمي‌توانند. سلول‌هاي جديد اين مولكول‌ها را همراه با DNA به ارث مي‌برند. به عبارت ديگر، وراثت از طريق مجراي دومي نيز مي‌تواند جاري شود. يكي از چشمگيرترين نمونه‌هاي اين مجراي دوم وراثت، گل معروفي به نام كتاني (toadflax) است. در بيشتر گل‌هاي كتاني گلبرگ‌هايي سفيد مي‌رويند كه در تقارني آيينه‌اي آرايش يافته‌اند اما بعضي از آنها ستاره‌ها پنج‌گوش زرد دارند. اين دو شكل گل كتاني نوع گل‌هايشان را به فرزندان‌شان منتقل مي‌كنند. با اين حال تفاوت ميان گل‌هايشان به تفاوتي در DNAشان مربوط نمي‌شود. بلكه اين تفاوت به الگوي كلاهك‌هايي مربوط مي‌شود كه به DNAشان چسبيده‌اند. اين كلاهك‌ها كه از كربن و هيدروژن ساخته شده‌اند، به گروه‌هاي متيل معروف‌اند. گل كتاني ستاره‌اي‌شكل روي يكي از ژن‌ها كه در تكوين گل درگير است، الگوي متمايزي از كلاهك‌ها دارد.

فقط گروه‌هاي متيل به DNA نچسبيده‌اند؛ علاوه بر آنها، DNA دور پروتئين‌هاي قرقره‌مانندي به نام هيستون (histone) نيز مي‌پيچد كه مي‌توانند يك رشته DNA را چنان بپيچانند كه سلول نتواند از آنها رونوشت تهيه كند. تمام مولكول‌هايي كه به DNA مي‌چسبند و روي هم رفته به علائم فراژنتيك (epigenetic) ناميده مي‌شوند، براي آنكه سلول‌ها شكل نهايي‌شان را در بدن پيدا كنند ضروري‌اند. وقتي جنيني رشد مي‌كند، علايم فراژنتيك در سلول‌هاي مختلف تغيير مي‌كنند و در نتيجه آن، سلول‌ها به بافت‌هاي مختلف تكوين مي‌يابند. وقتي الگوي نهايي علائم فراژنتيك ريخته شد، از آن پس با سماجت به سلول مي‌چسبد. هرگاه سلول‌ها تقسيم مي‌شوند، نسل بعدشان همان مجموعه علائم را با خود مي‌برند. برادلي برنشتاين (B.Bernstein) از دانشگاه هاروارد مي‌گويد «آنها به سلول‌ها كمك مي‌كنند به خاطر داشته باشند كه كدام ژن‌ها را بايد روشن نگه دارند و كدام ژن‌ها را هرگز نمي‌توان روشن كرد.» دانشمندان درباره اين «فراژنوم» خيلي كمتر از ژنوم مي‌دانند. در سپتامبر امسال، انستيتوهاي ملي بهداشت در ايالات متحده براي راه‌اندازي نقشه‌برداري از علائم فراژنتيك روي DNA در بافت‌هاي مختلف، يك برنامه 190 ميليون دلاري را آغاز كردند. اريك ريچاردز (E.Richards) از دانشگاه كورنل مي‌گويد: «اكنون مي‌توانيم تمام اين تغييرات فراتر از ژن را روي نقشه ترسيم كنيم.»
اين نقشه‌برداري ممكن است سرنخ‌هايي درباره منشأ سرطان و بيماري‌هاي ديگر به دانشمندان بدهد. از مدت‌‌ها پيش مي‌دانستيم كه وقتي DNA جهش مي‌يابد، سلول ممكن است مستعد سرطاني شدن شود. اكنون برخي پژوهش‌ها نشان مي‌دهند كه وقتي در علائم فراژنتيك اختلالي ايجاد شود نيز سلول‌ها ممكن است در برابر سرطان آسيب‌پذيرتر شوند، زيرا ژن‌هاي ضروري خاموش مي‌شوند و ژن‌هايي كه بايد خاموش بمانند روشن مي‌شوند. آنچه هر دو نوع اين تغييرات را بسيار خطرناك مي‌سازد آن است كه از يك سلول به تمام فرزندان آن منتقل مي‌شوند.

هنگامي كه تكوين يك جنين آغاز مي‌شود، تمام علائم فراژنتيكي كه در DNA پدر و مادر انباشته شده‌اند، از آنها مي‌ريزند و جدا مي‌شوند. مجموعه جديدي از علائم فراژنتيك به سلول‌ها افزوده مي‌شود، درست به همان شكلي كه پدر و مادرش وقتي خودشان جنين بودند داراي اين علائم شدند. معلوم شده است كه اين فرايند بسيار ظريف است. اگر جنين دچار انواع خاصي از تنش شود، ممكن است نتواند علائم فراژنتيك را به درستي در جاي خودشان قرار دهد. براي مثال در سال 1944، هلند دچار قحطي شديدي شد. به تازگي دانشمندان دانشگاه ليدن 60 نفر را بررسي كردند كه نطفه‌شان در آن دوران بسته شده بود. در ماه اكتبر پژوهشگران گزارش كردند كه امروزه آنها هنوز نسبت به برادرها و خواهرهايشان علائم فراژنتيكي كمتري دارند. به نظر آنها در طول دوره قحطي 1944 مادران آبستن نتوانستند مواد خام لازم براي ساخت علائم فراژنتيك را در اختيار بچه‌هايشان قرار دهند.
دست‌كم در برخي موارد اين الگوهاي فراژنتيك جديد ممكن است به نسل‌هاي آينده منتقل شوند. دانشمندان فقط در اين‌باره با هم اختلاف نظر دارند كه اين اتفاق چقدر رايج است. اوا جابلونسكي (E.Jablonsky) و گل رَز (G.Raz) از دانشگاه تل‌آويو در اسرائيل در مقاله‌اي كه قرار است سال آينده در ژورنال «فصلنامه زيست‌شناسي» (QRB) چاپ شود، فهرستي از 101 مورد گرد آورده‌اند كه در آنها صفتي مرتبط با يك تغيير فراژنتيك تا سه نسل منتقل شد. براي مثال، ماتيو آموي (M.Amway) از دانشگاه ايالتي واشنگتن و همكارانش دريافته‌اند كه قرار دادن موش‌هاي آبستن در معرض يك ماده قارچ‌كُش، علائم فراژنتيك را در اسپرم جنين‌هاي نر از هم گسيخته مي‌كند. اين جنين‌ها به موش‌هاي بالغي تكوين مي‌يابند كه دچار نقص اسپرم و اختلال‌هاي ديگري همچون سرطان هستند. اين موش‌هاي نر علائم فراژنتيكي تغييريافته‌شان را به فرزندان خويش منتقل مي‌كنند و آنها نيز اين ويژگي را به نسل بعد انتقال مي‌دهند. سال گذشته دكتر آموي و همكارانش تاثير شگفت‌انگيزتري از اين ماده شيميايي را به ثبت رساندند؛ موش‌هاي ماده‌اي كه در دوران جنيني در معرض اين ماده قرار گرفته بودند از جفت‌گيري با موش‌هاي نري كه در معرض آن قرار داشتند، پرهيز مي‌كنند. دانشمندان دريافتند كه اين ترجيح دست‌كم تا سه نسل به قوت خويش باقي مي‌ماند. اگرچه اين آزمايش‌ها چشم و گوش ما را باز كرده‌اند اما دانشمندان هنوز بر سر ميزان اهميت اين تغييرات فرانسلي اختلاف نظر دارند. دكتر ريچاردز مي‌گويد «درباره اينكه اين مسئله داراي اهميت است يا خير، اختلاف نظرهاي بسياري وجود دارد.»

DNA بيگانه
اما بيشتر محتويات اين چمدان مسافرتي در ژنوم نه از ژن‌هاي مرده بلكه از ويروس‌هاي متجاوز تشكيل مي‌شود. ويروس‌ها بارها نياكان دور ما را آلوده كرده و DNAشان را به ماده ژنتيكي كه نسل به نسل منتقل مي‌شود افزوده‌اند. گاهي وقتي اين ويروس‌ها به ژنوم ما حمله مي‌كردند، نسخه‌هاي جديدي از خودشان مي‌ساختند و اين نسخه‌ها در جاهاي ديگري از ژنوم درج مي‌شدند. اين نسخه‌ها با گذشت نسل‌ها جهش يافتند و توانايي حركت‌شان را از دست دادند. دكتر هاسلر مي‌گويد: «ژنوم ما زباله‌دان اجساد در حال فساد اين ويروس‌هاي كوچك است كه ميليون‌ها سال است در ژنوم ما خانه كرده‌اند.» اين قطعات DNA ويروسي با جست‌و‌خيز به اطراف ژنوم مي‌توانند موجب آسيب‌هاي بسيار شوند. مي‌توانند در كار ژنوم اختلال ايجاد كنند و موجب شوند كه توليد پروتئين‌هاي ضروري را متوقف سازد. ارتباط صدها اختلال ژنتيكي با پرش‌هاي اين قطعات به اثبات رسيده است. يكي از مهم‌ترين وظايفي كه RNA غيررمزگذار در ژنوم انجام مي‌دهد آن است كه مانع مي‌شود اين DNA ويروسي به سرعت انتشار يابد. با اين حال بعضي از اين متجاوزان به اشكال سودمندي تكامل يافته‌اند. بعضي رشته‌هاي DNA ويروسي تكامل يافته‌اند تا ژن‌هاي RNAيي بسازند كه سلول‌هاي ما به كار مي‌برند. رشته‌هاي ديگري به شكل مكان‌هايي درآمده‌اند كه پروتئين‌هاي ما مي‌توانند به آنجا متصل شوند و ژن‌هاي مجاور را روشن كنند. دكتر هاسلر مي‌گويد: «آنها مواد خام لازم براي نوآوري را فراهم مي‌كنند.»

آيا مفهوم كلاسيك ژن مي‌تواند در اين جنگل ويروس‌هاي متجاوز، شبه‌ژن‌هاي نامرده، اگزون‌هاي بُرخورده و علائم فراژنتيك، زنده بماند؟ اين پرسشي است كه جاي بحث بسيار دارد و دكتر پروهاسكا اميدوار است بتواند در همايشي كه ماه مارس سال آينده در انستيتو سانتافي در نيومكزيكو ترتيب داده، به آن بپردازد. دكتر گرشتين و دانشجوي دكتراي سابق‌اش، مايكل سرينگهاوس (M.Seringhaus)، در شماره اخير مجله «امريكن ساينتيست» مي‌نويسند دانشمندان براي تعريف ژن، بايد با رونوشت RNA آغاز كنند و رد آن را بگيرند تا به DNA برسند. تمام اگزون‌هايي كه براي ساخت آن رونوشت به كار مي‌روند يك ژن را تشكيل خواهند داد. دكتر پروهاسكا مي‌گويد كه يك ژن بايد كوچك‌ترين واحد زيربنايي صفات وراثتي باشد. ممكن است نه فقط مجموعه‌اي از اگزون‌ها بلكه علائم فراژنتيك روي آنها كه همراه‌شان به ارث مي‌رسند را نيز دربربگيرد. اين مفاهيم جديد دوباره دارند ژن را از يك ذره عيني DNA دور مي‌كنند و به تعريفي انتزاعي‌تر باز مي‌گردانند. دكتر جينجراس مي‌گويد: «اين تقريبا بازگشت به همان چيزي است كه اين اصطلاح در ابتدا قرار بود معنا دهد.» ژن، يك‌صد سال پس از تولدش به خانه بازمي‌گردد.
New York Times, Nov.11, 2008
پنجشنبه 21 آذر 1387

این صفحه را در گوگل محبوب کنید

[ارسال شده از: دنياي اقتصاد]

[مشاهده در: www.donya-e-eqtesad.com]

[تعداد بازديد از اين مطلب: 348]