الجينات الوراثية: أخطاء قد تنتقل عبر الأجيال وتغير شكل الجنس البشري

بدا هي جيانكوي متوترا، حين كان باحثا مجهولا يعمل في الجامعة الجنوبية للعلوم والتكنولوجيا بمدينة شنجن الصينية، وكان يشارك في مشروع سري للغاية على مدى العامين السابقين. وفي هذه اللحظة كان جيانكوي على وشك صعود المنصة في القمة الدولية لتحرير الجينوم البشري لإعلان النتائج. كان الجو مشحونا بالترقب والإثارة، وتعلقت أنظار الحضور بجيانكو في قلق، وأخذ الناس يعدون كاميرات هواتفهم للتصوير.

فقد أعلن جيانكوي عن ولادة أول أطفال معدلة وراثيا في تاريخ البشرية. فبعد 3.7 مليار سنة من التطور المتواصل بالاصطفاء الطبيعي، قرر أحد أشكال الحياة تغيير خصائصه البيولوجية بنفسه. وكانت المحصلة فتاتين توأم تحملان نسخا معدلة من جين يعرف باسم CCR5، الذي كان العلماء يأملون أن يُكسب الفتاتين مناعة ضد فيروس نقص المناعة البشرية (الإيدز).

لكن الأمور لم تكن بهذه البساطة. ويقول هانك غريلي، أستاذ القانون بجامعة ستانفورد والخبير بالأخلاقيات الطبية، والذي كان يتابع المؤتمر عبر الإنترنت في 18 نوفمبر/تشرين الثاني 2018: “لا أنكر أنه بدا مقنعا في الدقائق الخمس أو الست الأولى حتى كدت أصدقه، لكن عندما استرسل في الحديث، أخذ الشك يراودني”

اختراع وراثي

واكتشف على مدى السنوات اللاحقة أن نوايا جيانكو لم تكن صادقة. فقد انتهك قوانين وزوّر مستندات وخدع والدي التوأم بشأن المخاطر، ولم يجر الاختبارات الكافية للتأكد من سلامة هذه العملية. وكانت المحاولات برمتها صادمة للكثير من الخبراء، الذين وصفوها بأنها “وحشية” و”تنم عن قلة الخبرة”، و”مزعجة بشدة”، ويقضي جيانكو الآن عقوبة السجن.

لكن المشكلة الأكبر في هذه الأبحاث هي الأخطاء، فقد تبين أن الجينات التي أهداها الباحث للطفلتين لولو ونانا، لم تكن معدلة بإتقان. إذ تحمل الفتاتان نسخا فريدة، ربما لا توجد لدى أي إنسان على وجه الأرض، من جين CCR5. والمشكلة أن هذه التغيرات ستنقلها الفتاتان إلى أطفالهما وأحفادهما وهكذا.

لكن مجال التحرير الجيني زاخر بالمفاجئات المبهرة، بدءا من الأرانب المعدلة وراثيا لتكون أكثر نحافة وأصبحت ألسنتها في المقابل أطول من المعتاد، ووصولا إلى المواشي التي عدلت وراثيا لتكون بلا قرون، وكانت النتيجة أنها أصبح لديها حمض نووي بكتيري يعزز مقاومة الجسم للمضادات الحيوية.

وحذر الباحثون في معهد فرانسيس كريك في لندن من أن تحرير جينات الأجنة البشرية قد يؤدي إلى عواقب غير مقصودة. إذ أجرت دراسة تحليلا لبيانات التجارب السابقة وخلصت إلى أن 16 من خلايا الأجنة التي خضعت للتحليل كانت تحمل طفرات غير مقصودة.

لكن لماذا تنتشر هذه الأخطاء؟ وكيف نتجنبها؟ وكيف ستؤثر في الأجيال المقبلة؟

ربما نبدو الآن في مأمن من هذه الأخطاء، فقد أدان الكثيرون مشروع جيانكوي وحظرت الكثير من الدول عمليات تصميم أطفال حسب الطلب، على الأقل حتى الآن. ولا يوجد منذ سنوات أطفال معدلون وراثيا سوى التوأم لولو ونانا وطفل ثالث غير معروف، أعلن عنه أثناء محاكمة جيانكوي.

لكن في السنوات الأخيرة ظهرت تقنية العلاج الجيني للخلايا الجسدية، غير التناسلية. وطورت هذه التقنية لعلاج طائفة من الأمراض، بدءا من متلازمة التمثيل الغذائي ووصولا إلى السبب الرئيسي لعمى الأطفال. ووصفت هذه التقنية بأنها تمثل قفزة كبيرة في التعامل مع بعض الاضطرابات الوراثية التي تستعصي على العلاج وكذلك أمراض شائعة مثل السرطان.

وبدلا من تعديل المادة الوراثية للبويضة الملقحة أو الجنين في أطواره الأولى في المختبر، تركز هذه التقنية على تحرير الجينات في الخلايا المعتادة، مثل خلايا أعضاء معينة، كالعين. وهذه التعديلات الجينية ليس من المفترض أن تنتقل إلى الجيل اللاحق. رغم أن الأمور أكثر تعقيدا مما تبدو عليه.

ويقول كريشانو ساها، اختصاصي الهندسة البيولوجية بجامعة ويسكونسين-ماديسون، ويشارك في مجموعة للتحقق من سلامة التقنية: “لنفترض أننا أدخلنا مكونات نظام التحرير الجيني كالإنزيمات، في الدماغ لاستهداف خلايا عصبية في منطقة الحصين، فكيف نضمن أنها لن تنتقل إلى خلايا الأعضاء التناسلية وتصل إلى بويضة أو حيوان منوي؟ ففي هذه الحالة، سينتقل التحرير الجيني إلى النسل”.

ويقول ساها إن هذا الاحتمال لا يزال قيد البحث والتحقيق، ولا سيما لأن هذه التقنية ستصبح أكثر انتشارا على مدى العقد اللاحق. وقد حُقن أول شخص بمكونات نظام التحرير الجيني العام الماضي، أثناء جراحة لتجربة تقنية العلاج بالتحرير الجيني.

لكن إذا تسببت هذه التقنية في تعديل الخلايا التناسلية، حسب ساها، فإن بعض الأفراد سيحملون طفرات جينية جديدة قد يترتب عليها تبعات خطيرة. وبينما يشعر بعض زملائه بالتفاؤل حيال هذه التقنية، فإن البعض الآخر يرى أنه من المستحيل خفض هذه المخاطر إلى الصفر.

تجربة فاشلة

ربما تكون تجربة تحرير جينات التوأم الصيني أوضح مثال على تداعيات عدم توخي الحذر عند استخدام تقنية التحرير الجيني.

وكان جيانكوي يعتزم إدخال نسخة من جين CCR5 لا يوجد سوى لدى واحد في المئة تقريبا من سكان شمال أوروبا، في الأجنة. وتفتقد هذه النسخة النادرة 32 زوجا من حروف الشفرة الوراثية أو ما يسمى بأزواج القواعد. ولهذا فإن الأشخاص الذين يحملون هذه الطفرة الوراثية تنتج أجسامهم نوعا غير مكتمل النمو من البروتين، وعندما يتعرضون لفيروس الإيدز يعجز الفيروس عن الارتباط بجين CCR5 والدخول إلى الجسم، ولهذا لديهم مقاومة طبيعية ضد الفيروس.

لكن التجربة لم تحقق الهدف المراد منها.

فقد تبين أن لولا ونانا، تحملان جينات CCR5 فريدة من نوعها. إذ يحمل كل طفل عادة نسختين من الجين، يرث واحدة من الأب والأخرى من الأم، لكن بسبب الخطأ في التحرير الجيني، تحمل نانا نسختين، أضيف إلى واحدة منها دون قصد زوج قاعدة إضافي، وحذفت من الثانية أربعة أزواج قواعد. أما لولو فقد ورثت نسخة حذفت منها 15 زوجا من القواعد دون قصد، والنسخة الأخرى لم تعدل على الإطلاق.

ويقول ساها: “لم نر هذه النسخ من بروتينات CCR5 من قبل، ولا نعرف وظيفتها في الجسم البشري”.

وتعتمد في الوقت الراهن معظم عمليات التحرير الجيني على تقنية “كريسبر”، التي يطلق عليها المقص الجيني. وطورت هذه التقنية العالمتان الحائزتان على جائزة نوبل إيمانويل شاربنتييه وجينيفر دودنا في عام 2012. وتعتمد تقنية كريسبر على آلية دفاعية قديمة توجد لدى عدد كبير من البكتيريا. فعندما تصادف البكتيريا خطرا فيروسيا محتملا، تنسخ الحمض النووي الريبوزي منقوص الأكسجين (دي إن إيه) الخاص بالفيروس وتلصقه في مادتها الوراثية، ثم تستخدمه لتطوير مقص يمكنه التعرف على هذا التسلسل المعين، فإذا صادفه مرة أخرى، يقصه ويبطل مفعوله.

ويعرض العلماء على نظام كريسبر تسلسلات الحمض النووي الريبوزي لاستهداف جينات معينة بدقة وقص الأجزاء المراد التخلص منها. ثم تستخدم الخلايا نظام الإصلاح الخاص بها لبناء أجزاء جديدة مكانها.

لكن في حالة التوأم الصيني، ارتبط نظام كريسبر بتسلسل بدا متشابها للتسلسل الذي كان يفترض بها أن تقصه. وهذه المشكلة ليست نادرة، فقد أشارت دراسة إلى أن التحرير الجيني يتسبب في تغييرات غير مقصودة في أكثر من 50 في المئة من الحالات.

ويرى العلماء أن نسختي جين CCR5 لدى نانا شوهتا إلى حد أنهما فقدتا القدرة على حمايتها من الإصابة بفيروس الإيدز، وأن لولو أيضا معرضة للإصابة بالفيروس بسبب نسختها الطبيعية من الجين.

ولم تؤد التجربة إلى حدوث طفرات فحسب، بل أيضا لم تنجح في تحرير جينات كل خلية من خلايا الجسم. وذلك لأن تحرير جينات الأجنة أسهل نسبيا مقارنة بتحرير جنيات البويضة المخصبة، التي تتكون من خلية وحيدة. ومن ثم قد لا تتأثر جميع خلايا الجنين بتحرير الجينات، فستحتفظ بعض الخلايا بالتركيب الجيني الأصلي. وعندما تنقسم الخلايا غير المعدلة وتتطور إلى أعضاء وأنسجة مختلفة، سيبقى الاختلاف بين الخلايا. فإذا أدخلت طفرة في جين CCR5 في خلية واحدة من أربعة خلايا، قد ينتهي بها المطاف في 25 في المئة من خلايا الجسم.

وفي عام 2018، كان جين CCR5 معروفا بأنه قادر على السماح لفيروس الإيدز بدخول الخلايا، لكن الآن أثبتت دراسات أنه يؤدي وظائف عديدة في نمو الدماغ والتعافي من السكتة الدماغية ومرض الزهايمر وانتشار أنواع معينة من السرطانات، واستجابة الجسم لبعض مسببات الأمراض.

ويقول ساها: “لا نعرف بعد مدى تأثير التحرير الجيني على حياة الطفلتين، ومدى قابليتهما للإصابة بأنواع من الأمراض المعدية”. فبروتينات CCR5 تحمى من طائفة من مسببات الأمراض، كالملاريا وفيروس غرب النيل والفيروس المسبب لالتهاب الدماغ الذي تنقله حشرة القراد، والحمى الصفراء والفيروسات التنفسية مثل الإنفلونزا، وهذا قد يدل على أن جيانكوي حرم الفتاتين من خصائص مهمة كان من الممكن أن تساعدهما على التأقلم.

حل محتمل

ولاستكشاف مدى تأثير التحرير الجيني للخلايا الجسدية على الخلايا التناسلية، طور ساها وفريقه نظاما لتمييز أي خلايا معدلة ببروتين أحمر اللون حتى يسهل العثور عليها في أجسام الفئران تحت المجهر. وبعد حقن الفئران بمكونات نظام التحرير الجيني لاستهداف أجزاء من الدماغ، يقول ساها: “رأينا الكثير من الخلايا الحمراء في الدماغ، وحتى الآن لم نر أي منها في الأعضاء التناسلية”.

ومن الممكن أيضا أن يُجرى العلاج الجيني للخلايا الجسدية خارج الجسم. فعلاج بعض الاضطرابات مثل مرض فقر الدم المنجلي، قد يتطلب استخراج كريات الدم الحمراء ومعالجتها في المختبر. وبهذا لن تختلط مكونات أنظمة التحرير الجيني بأي خلايا أخرى غير الخلايا المستهدفة، ويكاد يكون انتقال الطفرات إلى الأجيال القادمة مستحيلا.

وأخيرا، إذا تبين أن هناك احتمالات لتأثير التحرير الجيني على الحمض النووي القابل للتوريث، فمن الممكن أن يستخدم فقط لعلاج المرضى الذين لم يعد بمقدورهم الإنجاب أو الطاعنين في السن.

ويقول ساها إن بعض الناس قد لا يمانعون التضحية بإنجاب أطفال من أجل تحسين جودة حياتهم. ويرى أن الحل هو إطلاع المرضى على المخاطر قبل الموافقة على إجراء عمليات التحرير الجيني.

تجربة يمتد تأثيرها لأجيال

ولنفترض أن هذه التجارب تسببت في إدخال أخطاء في مجموع جينات البشر، فإلى متى سيمتد تأثيرها؟ وهل من الممكن أن تظل الطفرات الجديدة اليوم تنتقل عبر الأجيال على مدى السنوات العشرة آلاف المقبلة بينما يراقب البشر الانفجار المتوقع لنجم قلب العقرب الأحمر العملاق؟

يرى غريلي، الذي ألف كتابا عن تداعيات مشروع جيانكوي، أن الإجابة تتوقف على الهدف من التحرير الجيني وكيفية انتقاله من جيل لآخر. ويقول: “قد تختفي الطفرات بعد فترة أو تطغى عليها الأليلات (النسخ المغايرة من الجينات) والاختلافات الوراثية الطبيعية. وأثار البعض مخاوف من أنه إذا أجرى العلماء تغييرا في الجينات في الوقت الراهن، فقد يحمل جميع البشر هذا التغيير مستقبلا. لكن هذا الاحتمال مستبعد، ما لم يكن هذا التغيير سيعود على البشر بمنافع عظيمة إلى أقصى حد”.

ومن الممكن بالطبع أن تكون الطفرات، سواء كانت ناتجة عن تحرير جيني خاطئ أو أخطاء طبيعية في الحمض النووي داخل البويضة أو الحيوان المنوي، مفيدة للبشر. وافترض بعض الخبراء أن تحرير جين CCR5 ربما قد تسبب دون قصد في تعزيز أدمغة التوأم الصيني.

ويعزى ذلك إلى أن النسخة التي يرثها معظم البشر من جين CCR5، تحد من قدرة الدماغ على النمو وإعادة تنظيم نفسه. وأشارت دراسات إلى أن الأشخاص الذين ليس لديهم جين CCR5 الطبيعي قد يتعافوا من الصدمة الدماغية أسرع من غيرهم ويقال إنهم أفضل أداء في المدارس، وأثبتت دراسة أن الفئران التي تحمل النسخة المعطلة من الجين تتمتع بذاكرة أقوى.

لكن في بعض الحالات قد تنتشر طفرات نادرة بين أعداد كبيرة من السكان. فعلى ضفاف بحيرة مراكايبو شمال غرب فنزويلا، ترتفع نسب الإصابة بمرض هنتنغتون، وهو مرض وراثي يتلف خلايا الدماغ تدريجيا ويؤدي إلى الموت بين السكان مقارنة بأي مكان في العالم. وبينما يصيب المرض نحو واحد من كل 37 ألف شخص حول العالم، ففي هذه المنطقة قد يكون أكثر من 50 في المئة من سكان بعض القرى معرضين للإصابة بالمرض.

وقد يرجع ذلك إلى سببين، أولا أن مرض هنتنغتون تظهر أعراضه في سن الأربعين أو نحو ذلك، أي بعد أن يكون معظم المصابين قد أنجبوا أطفالا، ومن ثم لا يدركون أنهم حاملون للمرض.

والثاني أنه يقال إن امرأة واحدة انتقلت من أوروبا إلى إحدى القرى في المنطقة في مطلع القرن التاسع عشر وكانت تحمل طفرة متنحية قاتلة تسبب هذا المرض، ونقلت هذا المرض إلى أكثر من 10 أجيال، منهم أكثر من 14,761 شخص في عام 2004. وهذا يسمى “بتأثير المؤسس”، الذي يؤثر على توزيع الجينات بين مجموعة سكانية صغيرة من خلال السماح بنشر جينات غير معتادة يحملها “المؤسسون” أو الأفراد الأوائل في المجتمع، بين أعداد أكبر من المعتاد.

وقياسا على ذلك، فإذا عاشت نانا أو لولو في منطقة أقل اكتظاظا بالسكان، وتقل فيها نسبة الهجرة، مثل جزيرة معزولة، ستنتشر طفراتهن الوراثية في هذه المجموعة السكانية. لكن إذا عشن في الصين، حيث معدلات التنقل والهجرة المرتفعة، فمن غير المرجح أن يحمل الكثيرون هذه الطفرات.

ويشير ساها إلى أن أي أنماط في توزيع الأخطاء الجينية قد يظهر أثرها على مدى أجيال عديدة. ويقول: “إن التجارب التي نعايشها الآن قد تظهر آثارها على مدى مئات السنوات، وليس بضع سنوات فحسب كما هو الحال في التجارب السريرية”. ويشبه ساها تأثيرها بالتغير المناخي، من حيث المدى الزمني.

وربما يكون الحل هو تصحيح الطفرات التي حدثت بسبب التحرير الجيني، وباستخدام نفس التقنيات التي تسببت فيها، بدلا من السماح لها بالانتشار. ويقول غريلي: “أعتقد أن هذا الاحتمال واقعي. أو إذا كان الشخص لديه نسخة سليمة من الجين، بإمكانك أن تمنع انتقال النسخة المعدلة إلى نسله، باستخدام تقنية اختيار أفضل البويضات المخصبة في المختبر”.

ويرى ساها أننا يجب أن نتوخى الحذر عند تنفيذ هذه التعديلات الجينية التي قد يستمر آثرها لآلاف السنين. ويقول: “أكتشف يوميا وظائف عديدة للجينات لم أكن أعرفها من قبل، فقد كنت أفترض أني أعرف كل شيء عن تأثير الطفرات الجينية على الخلية. فهناك جينات تؤدي وظائف في الجسم منذ آلاف السنين، أو ربما أكثر، ولهذا من الصعب أن نتنبأ بالتغير الذي قد يطرأ على وظائفها في البيئات المختلفة على مدى المئة سنة قادمة”.

وربما لكي نحدد ما إن كان التحرير الجيني أخلاقيا أم لا، قد نحتاج أولا أن نفهم طبيعة العالم الذي ستعيش فيه الأجيال المقبلة.

يمكنك قراءة الموضوع الأصلي على BBC Future