بنية الثورات البيولوجية

رغم التقنيات الكثيرة التي صبغت القرن العشرين وساهمت في نهضة البشرية ونهضة العلم نفسه وفرضت مسميات كثيرة على هذا القرن منها أنه عصر الفضاء واستكشافه منذ رحلة سبوتنيك - أول آلة صنعها البشر تغادر الغلاف الجوي عام 1957م - وما تلاها، وكذلك عصر الذرة منذ فلق الذرة عام 1938م وانفجار القنبلة الذرية عام 1941م وكذلك عصر الكمبيوتر منذ كمبيوتر إيناك  ENIAC عام 1944م واختراع الترانزستور 1948م وصولاً لاختراع الكمبيوتر الحديث وثورة الاتصالات المتوجة بالشبكة العنكبوتية (الإنترنت) وغيرها من التقنيات المتلاحقة، برغم كل هذا إلا أن علم الأحياء           Biology له نصيب كبير في القرن العشرين وفي قرننا الحالي - الحادي والعشرين - حتى عُدت القفزات التي قفزها هذا العلم تباشير للثورة الخضراء - على غرار الثورة الزراعية القديمة والثورة الصناعية وغيرها.

فما هي بنية الثورات البيولوجية؟

بنية الثورة العلمية

بداية نطل إطلالة سريعة على مصطلح بنية الثورة العلمية الذي قدمه فيلسوف العلم توماس كون (1922 - 1996) في كتاب يحمل نفس العنوان؛ حيث يرى كون أن أي نظرية علمية تخضع لبراديم PARADIGM - وهو نموذج إرشادي تتحرك ضمنه، فاذا لم يصمد هذا البراديم للنتائج الجديدة والظواهر الطارئة ننتقل إلى براديم جديد يستوعب هذا التغير وتسمى هذه النقلة ثورة علمية SCIENTIFIC REVOLUTION .

علم الأحياء الحديث بدأ منذ البحث عن الصبغيات (الكروموسومات Chromosome) في أوائل القرن العشرين وصولاً لمعرفة تركيب حمض D.N.A على يد جيمس واطسون و فرانسيس كريك في عام 1953م

لندخل في عصر الجينات GENES وهي وحدات الوراثة الصغيرة، لكن الأمر لم يتوقف فقد بدأت فقد دخلنا عصر الهندسة الجينية أو الوراثية Genetic Engineering وهي التقنية التي تتعامل مع الجينات البشرية منها والحيوانية بالإضافة إلى جينات الأحياء الدقيقة، أو الوحدات الوراثية المتواجدة على الكروموسومات فصلاً ووصلاً وإدخالاً لأجزاء منها من كائن إلى آخر بغرض إحداث حالة تمكن من معرفة وظيفة (الجين) أو بهدف زيادة كمية المواد الناتجة عن التعبير عنه أو بهدف استكمال ما نقص منه في خلية مستهدفة.

وكانت البكتيريا هي أول الكائنات التي تمت هندستها وراثيا في عام 1973م ومن ثم تلتها الفئران في عام 1974م، وقد تم بيع الأنسولين الذي تنتجه البكتيريا في العام 1982م بينما بدأ بيع الغذاء المعدل وراثيا منذ العام 1994م.

الاستنساخ  والخلايا الجذعية على الطريق

لعل أشهر نعجة في التاريخ كانت نعجة دولليDolly  التي ظهرت علينا في أوائل عام 1997م بكونها أول حيوان ثديي يتم استنساخه من خلايا حيوان آخر بالغ وذلك في معهد روزلين في جامعة أدنبره في أسكوتلندا بالمملكة المتحدة.

 فما هي تقنية الاستنساخ أو الكلْونة Cloning؟

الاستنساخ هو عملية يتم فيها إنتاج نسخة مطابقة جينيا من خلية أو نسيج أو كائن حي، ويطلق على النسخة الجديدة مصطلح "مُستنسَخ"، ويعوّل العلماء على تقنية الاستنساخ في تطوير أنسجة وأعضاء لعلاج الأنسجة أو الأعضاء المصابة أو التالفة بالجسم البشري.

ومع أن العديدين يعتقدون أن الاستنساخ عملية تحدث صناعيا فقط، فإنه بالطبيعة توجد حالتان يتم فيها إنتاج كائن حي مطابق لكائن آخر تماما؛ الأولى بعالم البكتيريا التي تتكاثر عبر عملية تسمى التكاثر اللاجنسي، وتؤدي لتكوين خلايا جديدة تحمل نسخة مطابقة تماما للمادة الجينية التي بالخلية الأم.

والحالة الثانية هي بعالم البشر، وتحدث بالتوائم المتطابقة، فبعد تخصيب البويضة من قبل الحيوان المنوي تنقسم إلى خليتين تحملان نفس المادة الوراثية، وهذا يعني أن التوأميْن الوليدين سيحملان نفس التركيبة الجينية.

وقد يسأل القارئ ماذا عن الاستنساخ البشري؟

لا تزال هذه العمليات في الوقت الراهن محددة جدا بسبب القيود التي تفرضها الحكومات على هذه الأبحاث لما لها من مشاكل تهدد الجيل البشري حيث أن معظم التجارب في المجال فاشلة وهي بحاجة إلى تمويل مادي كبير و خبرات عالية المستوى، حيث أن 90% من التجارب تفشل في تكوين جنين وأكثر من 100 عملية نقل نواة خلية قد تحتاج لتكوين جنين واحد ناجح.

أيضا هناك عوائق أخرى أمام هذه الأبحاث منها أن الحيوانات التي تكونت عن طريق الاستنساخ تعاني من ضعف شديد في جهاز المناعة وكذلك سرعة الإصابة بالأورام وخاصة الخبيثة منها وأمراض أخرى تصيب الجهاز العصبي ويعتقد بوجود مشاكل في القابلية العقلية والتي يصعب إثباتها بالنسبة للحيوانات المستنسَخة لعدم حاجتها للقدرات العقلية مثل الإنسان كذلك وجد بعض الباحثون في اليابان أن الحيوان المستنسَخ يعيش بحالة صحية رديئة والكثير منها يصاب بالموت المفاجئ.

والنعجة دوللي لم تأتِ إلا بعد 277 تجربة فاشلة، والجدير بالذكر أن النعجة دولي تم قتلها في فبراير عام 2003م بإبرة خاصة بعد إصابتها بسرطان الرئة وعوق شديد والتهابات في المفاصل بعمر 7 سنوات رغم أن أقرانها قد تصل لعمر11-12 عاما وبعد تشريحها تبين خلوها من أي مشاكل عدا سرطان الرئة والتهاب المفاصل.

نتيجة لكل ما تقدم ذكره كان من الضروري اتخاذ تدابير شديدة لمنع إجراء هذه التجارب على البشر وتم إصدار قوانين صارمة في معظم دول العالم منها أمريكا وأوروبا واليابان لحظر هذه التجارب.

أما الخلايا الجذعية Stem Cells (وتسمى كذلك بالخلايا الأولية أو الأساسية) هي خلايا لها القدرة على الانقسام والتكاثر لتعطي أنواعًا مختلفة من الخلايا المتخصصة specialized cells, أي من الممكن أن تعطي أي نوع من الخلايا تحت ظروف فيزيولوجية أو تجريبية معينة لتصبح خلايا ذات وظائف تخصصية كخلايا العضلات وخلايا الكبد والخلايا العصبية والخلايا الجلدية وغيرها. وهذه الميزة هي التي جعلت العلماء والأطباء يهتمون بها ويفكرون في استخدامها لعلاج العديد من الأمراض المزمنة والتي لا يوجد لها علاج شافي حتى الآن.

بدأ التعامل معها منذ عام 1998م.

                                                

مشروع الجينيوم وما بعده

مشروع الجينوم البشري (HGP) Human Genome Project فهو مشروع بحثي عن خريطة الجينوم التي تحدِّد كل التفاصيل الخاصة بكل جين: نوعه, موقعه من السلسلة الوراثية, تركيبه, علاقته بالجينات الأخرى. ففي عام1990م بدأ مشروع مشترك بين ست دول وهي: الولايات المتحدة وبريطانيا وفرنسا والصين واليابان لدراسة الجينوم البشري والذي سمي بـHGP اختصاراً لـ Human Genome Project، وقد كان المخطط المالي لهذا المشروع هو شركة سيليرا جينوميكس Celera Genomecs، وتم الشروع في العمل المكثف من أول لحظة بعد تكليف فريق العمل بقيادة فرانسيس كولينز. بلغت تكلفة المشروع قرابة 5 مليارات دولار، وقد كان من المخطط له أن يستغرق 15 عاماً، لكن التطورات التكنولوجية أدت إلى تسريع العمل به حتى أوشك على الانتهاء قبل الموعد المحدد له بسنوات عدة، فأعلنت النتائج الأولية للمشروع عام 2000م، وأعلنت النتيجة النهائية عام 2003م. وقد أدى ذلك لإجراء أبحاث في مجالات ذات أهداف أبعد منها معرفة إمكانية حدوث الاختلالات الجينية ومدى تأثيرها على صحة الإنسان، كما بات بالإمكان دراسة المخزون البشري لشجرة العائلة بعد أخذ خلايا من أجسام أفرادها، ومن ثم استقصاء الأمراض والتاريخ المرضي.

لكن ما توصل اليه العلماء في مشروع الجينوم هو قراءة كتاب الحياة فقط، لكن فهمه واستيعابه والاستفادة القصوى من جميع معطياته، يحتاج إلى المزيد من البحث. وإنجاز مشروع الجينوم البشري صاحبته مفاجآت كثيرة، من بينها أن عدد الجينات في الإنسان 34 ألفا فقط، وليس مائة ألف كما اعتقد العلماء لمدة طويلة، ولهذا برز سؤال مهم هو: كيف أمكن تكويننا بمثل هذا الإعجاز والتعقيد من خلال 34 ألف جين فقط؟!

علما بأن ذبابة الفاكهة تملك 13 ألفا من الجينات ونبات "الأرابيدوبسيس" يملك 25 ألف مورث فقط‍؟

وسارع العلماء بالبدء في مشروع البروتيوم البشري  Project Human proteom للإجابة على هذا السؤال الصعب، كما يقول العالم الأمريكي بريان شيت: "إن ما نريد اكتشافه هو أن في أعماق كل فرد مائة تريليون خلية.. فما هو نوع كل بروتين تنتجه هذه الخلايا؟"

لذلك كان لا بد من ترتيب وجرد وتحليل البروتينات والجزيئات المرتبطة بها ذات الأدوار الجوهرية بالنسبة للكائنات الحية، بعد أن تأكد العلماء أنه لا يكفي معرفة الجين المسئول عن حفز الخلايا الحية لإنتاج أنواع بعينها من البروتينات، بل ينبغي معرفة حالة الخلايا أثناء الصحة أو المرض.

فمشروع "البروتيوم" البشري بدأ عام 2002م، فالبروتيوم يحتوي على أسرار وتعقيدات تزيد عن الجينوم، وقد يحتاج الفهم الكامل لما تنتجه كل خلية من خلايا أجسامنا من بروتينات أثناء المراحل المختلفة لحياتها.

الحياة في أنبوبة اختبار

هل يمكن أن نصنع حياة في المختبر؟

الجواب: نعم!

كانت المحاولات بدأت منذ تجربة ستانلي ميللر حول نشأة الحياة من مكونات بسيطة؛ حيث صمم ميلر نظام مغلق مصنوع من الزجاج يتكون من حاوية مرتبطة بأنابيب تم تكوين بيئة تتشابه مع بيئة الارض الأولى يحتوي هواءها على الميثان والنشادر والهيدروجين الذي كان يسبح فوق ماء مغلي، والذي يفترض أن يشابه نبع ماء حار فوق بركان بحري. شريط كهربائي ذو توتر عالي كان كافيا لنشوء الصواعق.

بعد انقضاء يومين فقط تحول لون الماء إلى أصفر. وبتحليل الماء اكتشف مع اثنين من زملائه وجود الأحماض الامينية.

لكن صناعة كائنات حية في المختبر قام بها العالم كریج فینتر Craig Venter في معهده في روكفیل بولایة ماریلاند الأمريكية في منتصف عام 2010م، حيث أنشأ خلیة بأقل حد ممكن من الجینات لتكوین كائنات حیة یتحكم بھا الإنسان؛ فقد قام بتشكیل الجینوم (حمض نووي ثم صنعه في المختبر) ونقله بنجاح إلى بكتیریا كان قد أزال منھا الحمض النووي الطبیعي.

يقول فينتر: "إنها الخلية الاصطناعیة الأولى التي یتم تصنیعھا من قبل الإنسان؛ ونحن نصفھا بالاصطناعیة لأنھا تضم كروموسومات اصطناعیة بالكامل، قمنا بإنشائها باستخدام أربع زجاجات تحتوي على أربعة مواد كیمیائیة مختلفة؛ وھي قواعد الحیاة الأربع (أو قواعد الحمض النووي)".

لذا تكون إحدى الخلیتین الناتجتین مطابقة للخلیة المانحة في حین أن الأخرى ستكون نسخة عن الخلیة المتلقیة.

طبعا الاستخدامات المرتقبة لهذه الخلايا الصناعية ستكون واسعة منها صناعة نوع من الوقود أو تسریع انتاج اللقاحات الطبیة، وتنظیف المیاه والأراضي التي تعرضت للتلوث أو بدائل للأدوية الحالية وغيرها.

أُطلق على الكائن المخلّق اسم Mycoplasma laboratorium .

وقد صاحب تلك التجارب نقاشات دينية وأخلاقية خصبة حول تجاوز الإنسان لقدراته وتجوله إلى خالق!

والمخاوف من تصنيع فيروسات قد تؤدي لانقراض الحضارة!!

وليس شرطا أن تكون حياة كما نعرف، بل أشياء عجيبة؛ فقد ابتكر العلماء منظومة من الجزيئات سموها زَنا XNA، تتمتع بجميع خصائص الحمض النووي DNA والحمض النووي RNA، إضافة إلى قدرات خاصة أخرى، فقد تتيح جزيئات الزنا للعلماء إمكان إنشاء أنماط حياتية لا تعتمد على الدنا لاستمرار بقائها وتطورها.

والحروف XNA صيغة مختصرة للكلمات xeno nucleic acid، أي حمض نووي زينو.

وبنية حمض XNA تشبه الدنا من حيث وجود قواعد أربع لكن العلماء استبدلوا بها جزيئات مختلفة تماما، كالهكسان الحَلقي cyclohexane والثريوس threose.

وكذلك قاموا بابتكار إنزيمات يمكنها التفاعل مع جزيئات زنا لتأليف منظومة جينية genetic system متكاملة، حيث تسمح هذه الإنزيماتُ لجزيئاتِ الزنا من القيام بما لا يستطيع أي من الأحماض النووية الصنعية الأخرى القيام به: ألا وهو التطور!

كائنات فينتر المخلَّقة

الحاسوب الحيوي

أخيرا من عجائب الأمور استخدام جزئيات الحمض النووي كمادة أولية لفصيلة جديدة من الحواسيب بما سمته مجلة العلوم الأمريكية (حواسيب الدنا)!

فعندما نقارن أساليب عمل الآلات الجزيئية البيولوجية ضمن الخلايا التي تعالِج الدنا DNA والرنا RNA، بعمل آلة تورينج، تظهر أوجه تشابهٍ مدهشة؛ فكلتا المنظومتين تعالجان معلومات مخزونة في سلسلة من الرموز مأخوذة من أبجدية ثابتة، وكلتاهما تعملان بالانتقال خطوة بعد أخرى على طول هذه السلاسل، لتعديل رموز أو إضافتها وفقا لمجموعة معينة من القواعد.

فهل سنشهد هذا الحاسوب البيولوجي؟!

ولا تنتهي ثورات علم الأحياء!

***

المراجع:

1/ الزعيري ، خالد أحمد . الخلية الجذعية ، العدد 348 (الكويت : سلسلة عالم المعرفة، فبراير 2008).

2/ صادق، سمير حنا. دردشة عن العلم (القاهرة: الهيئة المصرية العامة للكتاب، 1999).

3/ غصيب ، همام (محرر)  .موسوعة حصاد القرن؛ المنجزات العلمية والإنسانية في القرن العشرين، المجلد3 (عمّان الأردن : إصدار المؤسسة العربية للدراسات والنشر ، مؤسسة عبدالحميد شومان ،2011).

4/ كريك ، فرانسيس. طبيعة الحياة، ترجمة : أحمد مستجير، العدد 125(الكويت : سلسلة عالم المعرفة، مايو 1988).

5/ كون ، توماس . بنية الثورات العلمية ، ترجمة : شوقي جلال، العدد 168 (الكويت : سلسلة عالم المعرفة، ديسمبر 1992).

6/ "الاستنساخ البشري غير ممكن" (موقع البي بي سي العربي- يوم 11 إبريل 2003 ).

(http://news.bbc.co.uk/hi/arabic/sci_tech/newsid_2938000/2938255.stm), accessed (14-2- 2014).

7/ أبو عوض ، إياد."DNA شفرة الحياة"، مجلة آفاق العلم ، العدد 6 (مجلة إلكترونية: إبريل 2006).

8/ أبو عوض ، إياد."الحياة الاصطناعية"، مجلة آفاق العلم، العدد 19(مجلة إلكترونية: مارس-إبريل 2008).

9/ أبو عوض ، إياد."حياة مصنعة في المختبر" ، مجلة آفاق العلم ، العدد 31 (مجلة إلكترونية: يوليو-أغسطس 2010).

10/ بننسون، ياكوف وأيهود شاپيرو. "إحياء حواسيب الدنا"، مجلة العلوم (الكويت : عدد أبريل2007).

11/ عبدالله ، علي حسين. "الغموض في معرفة بدء الحياة"، مجلة العربي، العدد 600 (الكويت: نوفمبر 2008).

12/ قابيل ، طارق ." 'البروتيوم'.. عالم ما بعد 'الجينوم'! " (موقع أون إسلام- يوم 15 يناير 2002 )

http://www.onislam.net/arabic/health-a-science/science/91338-2002-01-15%2000-00-00.html , accessed (14-2- 2014).

13/ محررو ساينتفيك أمريكان."أفكار قد تغيِّر وجهَ العالم"، مجلة العلوم (الكويت : عدد يوليو-أغسطس 2013).

14\ "Beyond the human genome - What's Next?", April-2003  (http://www.voidspace.org.uk/technology/genome/5.shtml), accessed (14-2- 2014).

***