كيف يمكن للكائنات المحورة وراثيا إنقاذ الحضارة (وربما لديها بالفعل)

ضيف ضيف الدكتور مايكل إيسن ، دكتوراه ، أستاذ البيولوجيا الجزيئية والخلوية في جامعة كاليفورنيا في بيركلي

تاريخ طويل من التعديل الوراثي

بدأ البشر في البداية في جمع الحبوب والفواكه والجذور الصالحة للأكل وزراعتها ، ومراقبة الحيوانات البرية للحوم والألبان والسلع المادية منذ آلاف السنين. منذ ذلك الحين ، لقد تم تشكيل هذه النباتات والحيوانات لتلبية احتياجاتنا ورغباتنا. قارن بين الذرة وأسلافها ، teosinte ، الماشية والأوشحة التي اشتُقت منها - أو أي محاصيل أو مواشي أخرى نعتمد عليها على أقاربهم المتوحشين - وستجد قصة رائعة عن الزراعة البشرية والقوة التحويلية للاصطناعية اختيار.

إن النجاح الذي حققه أسلافنا في خلق الوفرة الحديثة للنباتات والحيوانات المستأنسة هو أمرٌ لافت للنظر إلى حد كبير لافتقارهم التام إلى فهم أين تأتي السمات الجديدة أو الكيفية التي ينتقلون بها من جيل إلى آخر. لم يعرفوا أن كل سمة يفضلونها نشأت من خلال واحد أو أكثر من التعديلات العشوائية - طفرات - على الكود الوراثي لأحد الأنواع ، تنتقل من الآباء إلى ذريتهم في شكل الحمض النووي.

غير مرئي للمزارعين والرعاة والمخابز ومحلات الجعة التي غيرت أفعالهم بشكل كبير الطريقة التي تبدو بها النباتات والحيوانات المستأنسة وتذوقها وتنمو وتتصرف ، أحدثت آلاف السنين من الانتقاء الصناعي تحولا أكثر إثارة للدهشة في التركيب الجيني لهذه الأنواع. ما يصل إلى الملايين من التغييرات الفردية في أحرف الشفرة الوراثية - إلى جانب المكاسب والخسائر والازدواجية وإعادة تنظيم الجينات الفردية ، وأحيانًا التغييرات الكبرى في هياكل الكروموسومات بأكملها - تفصل الآن بين المحاصيل والحيوانات المستأنسة التي نعتمد عليها في الغذاء من أسلافهم. لقد غير التدخل البشري مسار التطور لدرجة أن علماء الأحياء يعتبرون أن العديد من الكائنات المدجنة هي أنواع جديدة تمامًا من خلقنا.

وبالتالي ، بقدر تاريخ البشرية هو تاريخ الزراعة ، فهو أيضًا تاريخ التعديل الوراثي للنباتات والحيوانات والميكروبات - الذي مكن البشرية من التغلب على العوائق التي لا تعد ولا تحصى التي واجهتها خلال آلاف السنين. من الآمن أن نقول إنه بدون التعديل الوراثي النظامي للمحاصيل والماشية ، فإن الحضارة لن تكون موجودة.

تواجه الإنسانية الآن مجموعة جديدة وشاقة من التحديات ، مع الزراعة مرة أخرى في المركز. يتعين علينا إطعام عدد متزايد من السكان ، لكن المزارعين ومحاصيلهم يكافحون للتكيف مع درجات الحرارة الأكثر دفئًا وأنماط الطقس المتغيرة. والماشية ، أحد أعمدة نظامنا الغذائي منذ آلاف السنين ، هي السبب الرئيسي في تغير المناخ ، ونقص المياه ، وفقدان التنوع البيولوجي والتدهور الهائل للغابات وتدميرها وغيرها من النظم الإيكولوجية - مما يضطرنا إلى الانتقال بسرعة إلى نظام غذائي أساسه النباتات.

لمواجهة هذه التحديات ، يجب أن نستخدم جميع الأدوات التكنولوجية الموجودة تحت تصرفنا. يتضمن هذا فهمنا المحسّن إلى حد كبير لآليات الوراثة والأساس الجزيئي للسمات التي تهمنا ، وأدوات جديدة قوية تسمح لنا بتعديل الحمض النووي من أجل توليد سمات قيمة محددة ، بدلاً من انتظار تسليمها عشوائيًا رياح الطفرة.

لكن عملية التعديل الوراثي ، التي تعتبر أساسية للتقدم في الزراعة عبر التاريخ ، أصبحت مثيرة للجدل. بصفتي عالمًا وراثيًا يستخدم الأدوات الحديثة لتعديل الحمض النووي يوميًا في بحثي ، ومن يدرس هذه الأساليب والقضايا المحيطة بها ، أخشى أن المخاوف غير الصحيحة بشأن استخدامها في الزراعة ستعرقل جهودنا لمعالجة تغير المناخ والغذاء انعدام الأمن وتدهور بيئتنا الطبيعية.

من عشوائية إلى التعديل الوراثي للرقابة

يعد إنشاء جينومات جديدة عن طريق التكاثر الانتقائي المتعمد مسعىً إنسانيًا قديمًا ، لكن التطورات الحديثة في البيولوجيا الجزيئية جعلت العملية أكثر دقة ، وتركيزًا ، ويمكن التنبؤ بها ، وفعالة وآمنة.

أولاً ، لم يعد علينا الاعتماد على الطفرات العشوائية (نتاج الأخطاء التي تحدث عند نسخ ونقل المواد الجينية بين الأجيال) كمصدر لسمات جديدة مفيدة. بدلاً من ذلك ، يمكننا تحرير الجينوم بالطريقة نفسها التي تستخدم بها معالج النصوص ، أو تغيير الحمض النووي حرفًا واحدًا في كل مرة ، أو قص ونسخ ولصق داخل أو بين الأنواع بشكل أو بآخر حسب الرغبة.

ثانياً ، من خلال فهمنا المتواصل للأساس الجيني للسمات المهمة في النباتات والحيوانات ، وأدوات قوية لفهم عواقب التغيرات على المستويين الجزيئي والفسيولوجي ، يمكننا أن نكون في الواقع أكثر تحفظًا ودقيقة مع التعديلات التي تقديم.

يصور نقاد الهندسة الوراثية العلماء الزراعيين المعاصرين على أنهم يلعبون دور الله مع الطبيعة بطرق خطيرة مع عواقب غير معروفة. ولكن في الواقع ، فإن مستوى التحكم الذي توفره لنا هذه الأدوات الجديدة يدل على أن أسلافنا كانوا يلعبون لعبة غير متوقعة من الروليت الوراثي. في كل مرة يقوم المزارعون ومربي الماشية بتربية نبات أو حيوان من بين الأوراق المستأنسة ، أو عبورهم بأنواع برية ، قاموا بإنشاء جينوم جديد تمامًا على هذا الكوكب. تختلف هذه الكائنات المعدلة وراثيا التي تم إنشاؤها عشوائيا عن تلك التي سبقتها بطرق كانت أكبر بكثير ، وكانت عواقبها أقل بكثير مما يمكن توقعه ، من تلك الناتجة عن الهندسة الوراثية الحديثة والمتعمدة. ثم قاموا بتقديم نتائج هذه التجارب الوراثية غير المنضبط في الإمداد الغذائي ، عمياء عن العواقب ، ودون أي رقابة.

في المقابل ، الكائنات المعدلة وراثيا اليوم متواضعة بشكل لا يصدق. أنها تنطوي على تغييرات أصغر وأكثر بعناية ، والتي تسيطر عليها والمحافظة على الحمض النووي من أي وقت مضى ممكن في تاريخ البشرية.

هذا لا يعني أن العملية مثالية.

لدينا فهم غير كامل للبيولوجيا ، وحتى التغييرات الدقيقة المتعمدة يمكن أن يكون لها عواقب غير مقصودة أو ، في أغلب الأحيان ، تفشل ببساطة في تحقيق الآثار الإيجابية المطلوبة. ولكن نظرًا للحاجة الملحة لمواصلة تحسين الأنواع الغذائية ، فنحن بحاجة إلى تغذية عشرة مليارات شخص - مع تقليل تأثير الزراعة على مناخنا - والاستفادة الكاملة من فوائد ذخيرتنا الحديثة من التقنيات الوراثية ليست فكرة جيدة. ما يهم ليس كيف نخلق الكائنات الحية مع الجينوم الجديد ، ولكن ما الذي ننشئه ، وكيف سيفيد الإنسانية.

الميكروبات المهندسة في الطب والغذاء

على الرغم من أن التعديل الوراثي الحديث للاستخدامات الصناعية (على عكس البحوث) معروف على نطاق واسع في نباتات المحاصيل ، إلا أنه بدأ في الميكروبات حيث ساهم على الفور تقريبًا في تحويل الأدوية إلى إنقاذ الحياة.

يعاني ثلاثة ملايين أمريكي من داء السكري من النوع الأول ، وهو مرض تتوقف فيه أجسامهم عن إنتاج هرمون الأنسولين الأساسي. كان مرض السكري من النوع الأول قاتلاً حتى أوائل عام 1900 ، عندما أظهر باحثون كنديون أنه يمكن إدارته عن طريق الحقن اليومي للأنسولين المنقى من الخنازير. على الرغم من أنه أبقى الناس على قيد الحياة ، إلا أن أنسولين الخنازير لم يكن بديلاً مثالياً عن نظيره البشري ، وكثيراً ما أدى إلى ردود فعل مناعية.

في أواخر سبعينيات القرن الماضي ، نجح باحثون في شركة صغيرة في مجال التكنولوجيا الحيوية بكاليفورنيا في هندسة سلالة من بكتيريا E. coli التي تحمل الجين البشري للأنسولين ، مما يسمح لهم بإنتاجه للحقن بواسطة مرضى السكر. هذا الأنسولين البشري المؤتلف أكثر أمانًا وأكثر موثوقية وأكثر فاعلية من الأنسولين الخنازير ، وكان له تأثير إيجابي كبير على حياة أكثر من 100000 طفل ومراهق مصابون بداء السكري من النوع 1 كل عام. يتم الآن إنتاج العشرات من الأدوية واللقاحات المنقذة للحياة - والتي تستخدم لمنع أو علاج النوبات القلبية والسرطان والتهاب المفاصل والتهابات خطيرة - عن طريق البكتيريا والخمائر المعدلة وراثياً.

يتم استخدام نفس العملية بشكل متزايد لإنتاج البروتينات المستخدمة في الغذاء. وأبرز الأمثلة على ذلك هو الكيموسين ، وهو الإنزيم المستخدم في تجريب الحليب لإنتاج الجبن. يوجد الكيموسين في معدة ثدييات الأطفال ، حيث يسهل نشاطه المتجعد استخراج العناصر الغذائية من حليب أمهاتهم. كان صانعو الجبن تقليديًا يحصلون على الكيموسين في المنفحة ، وهو إعداد للحليب المجعد المأخوذ من معدة العجول المذبوحة. لكن الطلب المتزايد على الجبن خلق حاجة إلى بديل أكثر أمانًا وأكثر اتساقًا وفعالية من حيث التكلفة للرينيه.

منذ أكثر من 25 عامًا ، واستلهامًا من نجاح الأنسولين المؤتلف ، أدخل العلماء في أوروبا جينة ترميز الكيموسين البقري في خلايا الخميرة ، والتي تمكن الخميرة من إنتاج الكيموسين الذي يمكن استخلاصه وتنقيته للاستخدام في الجبن. كان الكيموسين المنتج للتخمير (FPC) أول بروتين مؤتلف تمت الموافقة عليه للاستخدام في الغذاء من قبل إدارة الغذاء والدواء الأمريكية. اليوم ، يتم تصنيع حوالي 50 ٪ من الجبن المنتج في جميع أنحاء العالم باستخدام FPC بدلاً من البروتين المستخرج من معدة العجل ، والعالم أفضل حالًا.

من الجبن الى اللحم

قبل عدة سنوات ، واجهت Impossible Foods ، وهي شركة أقوم بتقديم المشورة لها منذ إطلاقها ، تحديا مماثلا. تأسست شركة Impossible Food لمعالجة تغير المناخ من خلال القضاء على الحاجة إلى الزراعة الحيوانية ، وهي أكثر الأنشطة البشرية تدميراً بيئياً ومصدر رئيسي لغازات الدفيئة التي تسبب الاحتباس الحراري. وتتمثل مهمتها في استبدال الحيوانات كتكنولوجيا غذائية عن طريق تحديد المكونات من النباتات التي يمكن استخدامها لإعادة تكوين القوام المعقدة والنكهات وظهور اللحوم والأسماك ومنتجات الألبان والبيض وغيرها من الأطعمة التي نحصل عليها تقليديًا من الحيوانات.

المنتج الأول ، The Impossible Burger ، مصنوع بالكامل تقريبًا من المحاصيل الشائعة: القمح والذرة وفول الصويا وجوز الهند والبطاطس. ولكن المكون الرئيسي ، الهيم ، الجزيء الذي يعطي اللحم مذاقه الدموي عندما يكون نيئًا ويخلق النكهات الشديدة واللحوم والروائح عندما يتم طهيه ، ليس من السهل الحصول عليه. المصدر الرئيسي للهيم في اللحوم هو البروتين الميوغلوبين. اتضح أن فول الصويا يصنع بروتينًا متطابقًا وظيفيًا يعرف باسم ليغيموغلوبين. لسوء الحظ ، يتم صنعه في الجذور ، وحفر جذور فول الصويا أمر صعب ومكلف ورهيب بالنسبة للتربة.

لذا بدلاً من ذلك ، صمم العلماء في Impossible Foods نوعًا من الخميرة لصنع ليغيموغلوبين الصويا. كما هو الحال مع الكيموسين ، فإنهم يزرعون هذه الخميرة في تخمير مثل تلك التي ستجدها في مصنع الجعة ، ولكن بدلاً من صنع الجعة ، يحصلون على الكثير من عقار ليغيموغلوبين ، ويمكنهم صنعه بتكلفة تمكنهم من بيع البرغر بسعر تنافسي.

الآن ، إذا كنت لا تحب الهندسة الوراثية ، فيمكنك القول بأننا لسنا بحاجة إلى لحوم نباتية. يمكن للناس (والكثير منهم) أن يعيشوا حياة صحية وسعيدة تمامًا في تناول الأطعمة النباتية الأخرى. ومع ذلك ، فإن اللحوم - بأشكالها المتعددة - جزء لا يتجزأ من النظام الغذائي العالمي ، وحتى مع إدراك الناس للتأثير البيئي للحوم ، فإن الاستهلاك العالمي مستمر في الارتفاع ، وليس في الانخفاض.

إن توفير بدائل للحوم الحيوانية المصنوعة من النباتات ، والتي هي جذابة للمستهلكين ، من شأنه أن يؤدي إلى إبطاء ظاهرة الاحتباس الحراري بشكل كبير والحد من الآثار البيئية السلبية الأخرى على تربية الحيوانات. ولكن للقيام بذلك ، تحتاج إلى الكثير من الهيم. وللحصول على الهيم ، فأنت بحاجة إلى الهندسة الوراثية.

نظرًا لأن البرغر المستحيل المصنوع من الهيموغلوبين يولد غازات دفيئة أقل بنسبة 87 ٪ ، ويتطلب مساحة أقل بنسبة 95 ٪ ويستخدم مياه أقل بنسبة 75 ٪ لإنتاج من البرغر من الأبقار ، فسيكون هذا غير مسؤول بشكل كبير تجاه الكوكب وأهله لعدم اتباع هذا المسار.

الهندسة الوراثية لكوكب صحي

على الرغم من أنني أعتقد أن معظم مخاوف الكائنات المعدلة وراثيًا الموجودة في غير محله ، إلا أنني أفهم أن لدى الأشخاص أسئلة ومخاوف حول الكائنات المعدلة وراثيًا. الأدوات الجديدة التي تجعل العملية أكثر كفاءة ودقة تجعلها أكثر قوة. وحتى بالنسبة للعلماء مثلي الذين يتعاملون مع الحمض النووي كل يوم ، هناك شيء مذهل حول قدرتنا على هندسة الحياة.

للبشر تاريخ طويل في اغتنام الفرص التي توفرها التقنيات الجديدة القوية لتحسين حياتنا ، ولكن البعض الآخر قد استخدمها بشكل غير مسؤول. في عالم يحكمه السعي وراء الأرباح ، هناك العديد من الأمثلة على الأشخاص الذين يستخدمون التقنيات لإثراء أنفسهم على حساب صحة وسلامة الناس وكوكب الأرض. لا يمكن للعلماء القول بلا مبالاة ، "لا تقلق. ثق بنا. "

هناك مخاطر مرتبطة باستخدام ، أو إساءة استخدام ، أي تكنولوجيا ، والهندسة الوراثية ليست استثناء. ولكن في مواجهة التهديدات الوجودية لتغير المناخ ، وتدمير عالمنا الطبيعي ، وزيادة انعدام الأمن الغذائي والتغذوي ، فإن مخاطر الرفض دون مبرر للتقدم في التكنولوجيا الحيوية الحديثة أكبر بكثير.

يتعين علينا كسب ثقة الجمهور العام حتى ينجح هذا. يبدأ بالشفافية - يشرح بالضبط ما نقوم به ولماذا. إنها تتطلب التزامًا من جانب كل عالم أو منظمة تستخدم التكنولوجيا الحيوية ليسألوا أنفسنا عما إذا كنا نتبع النهج الصحيح. وهو يتطلب التعليم والاستماع إلى النقاد والمشاركة معهم.

قبل ست سنوات ، وافقت على العمل كمستشار علمي للأغذية المستحيلة لأنني أؤمن بمهمتهم. يعد ابتكار طريقة زراعة وإنتاج الغذاء أحد أفضل الطرق للعلماء للمساعدة في حل التحديات التي نواجهها اليوم. الأطعمة المستحيلة هي نموذج لكيفية استخدام التكنولوجيا الحيوية بطريقة مسؤولة ، لصالح الكوكب وشعبه.

تحقق من المواقع التي تخدم برجر مستحيل والأسئلة الشائعة لمزيد من المعلومات. المزيد من الأسئلة؟ اتصل بنا على hello@impossiblefoods.com.

الدكتور مايكل آيزن أستاذ علوم الأحياء الجزيئية والخلوية في جامعة كاليفورنيا في بيركلي ، باحث في معهد هوارد هيوز الطبي ، ومؤسس مشارك للمكتبة العامة للعلوم. وهو مستشار لشركة Impossible Foods ومساهم في الشركة. وهو حاصل على بكالوريوس في الرياضيات ، ودكتوراه في الفيزياء الحيوية ، وكلاهما من جامعة هارفارد. كان زميلاً لما بعد الدكتوراة من عام 1996 إلى عام 2000 في مختبر جامعة ستانفورد في باتريك أو. براون ، المدير التنفيذي ومؤسس شركة Impossible Foods. منذ عام 2000 ، عمل الدكتور آيزن في كلية UC Berkeley ، حيث يقوم بتدريس علم الوراثة ويدير مختبرًا بحثيًا يدرس كيفية ترميز الجينوم الحيواني للأنماط المكانية للتعبير الجيني أثناء التطور.