كيف تساعدنا تقنية كريسبر على مواجهة التغيّر المناخي؟

تقول دودنا، التي فازت بجائزة نوبل في الكيمياء لعام 2020 مناصفة لدورها في هذا الاكتشاف: "هناك إمكانات هائلة. ثمة ثورة مقبلة الآن مع تقنية كريسبر".

مؤخراً، استضاف معهد الابتكار الجينومي (Innovation Genomics Institute)، الذي أسسته دودنا، قمة المناخ والزراعة في جامعة كاليفورنيا بمدينة بيركلي، حيث شدد المحاضرون على الدور الذي يمكن أن يسهم به تعديل الجينوم في معالجة المخاطر المتزايدة للتغير المناخي. وقد أجرت دودنا مقابلة قصيرة مع مجلة "إم آي تي تكنولوجي ريفيو" على هامش الحدث الذي انعقد خلف الأبواب المغلقة.

نشرت دودنا مع زملائها من المؤلفين المشاركين ورقتهم البحثية التاريخية حول تقنية كريسبر في مجلة "ساينس" (Science) منذ 12 عاماً، حيث أظهروا أنه يمكن برمجة نظام مناعي بكتيري لتحديد أجزاء معينة من الحمض النووي واقتطاعها. بدأ المرضى الأوائل يتلقون أول علاج طبي معتمد جرى تصميمه بالاعتماد على المقص الجيني، وهو علاج جيني لمرض فقر الدم المنجلي، كما توجد قائمة متزايدة من الأطعمة المصنوعة بتقنية كريسبر التي تصل بوتيرة بطيئة إلى رفوف متاجر البقالة.

اقرأ أيضاً: ما مخاطر استخدام تقنية كريسبر التي كشف عنها أول علاج يعتمد هذه التقنية؟

الاستفادة من تقنية كريسبر لإنتاج حيوانات ونباتات متكيفة مع التغير المناخي

ثمة المزيد من النباتات والحيوانات المعدّلة بتقنية كريسبر التي ستظهر بمرور الوقت، وتهدف بعض هذه التعديلات إلى تعزيز الصفات التي يمكن أن تساعد هذه الكائنات في البقاء على قيد الحياة أو الازدهار في الظروف التي يؤججها التغيّر المناخي، والشروع في تحقيق أحد الوعود القائمة منذ أمد طويل للهندسة الجينية. تتضمن هذه الكائنات ذرية زوج من الماشية من شركة أكسيليجين (Acceligen) المختصة بالاستيلاد الدقيق (Precision breeding) في ولاية مينيسوتا، حيث عدّلت هذا الزوج حتى يصبح لديها شعر أقصر، لتحسين التكيُّف مع درجات الحرارة المتصاعدة. في 2022، قررت الإدارة الأميركية للغذاء والدواء أن منتجات هذه الحيوانات من اللحوم والمواد الأخرى "لا تشكّل خطراً كبيراً على البشر أو الحيوانات أو إمدادات الغذاء أو البيئة"، ويمكن تسويقها لبيعها إلى المستهلكين الأميركيين.

تعمل شركات أخرى على الاستفادة من كريسبر لتطوير نباتات ذرة بسيقان أقصر وأقوى، لتقليل خسائر المحاصيل الناجمة عن العواصف التي أصبحت أشد من ذي قبل، وتطوير محاصيل تغطية يمكن أن تساعد على احتجاز كميات أكبر من ثنائي أوكسيد الكربون وإنتاج الوقود الحيوي، وتطوير حيوانات يمكنها مقاومة الأمراض القابلة للانتقال إلى البشر، التي قد يساعد التغيّر المناخي على نشرها، بما فيها إنفلونزا الطيور.

تعمل شركة آي جي آي (IGI) على تطوير أرز قادر على تحمل الجفاف المتزايد، إضافة إلى محاصيل قد تستطيع أن تمتصّ كميات أكبر من ثنائي أوكسيد الكربون وتخزنها، وهو غاز الدفيئة الرئيسي الذي يتسبب بالتغيّر المناخي.

لقد حققت تقنيات التعديل الجيني القديمة، التي تنطوي على نقل الجينات من كائن حي إلى آخر، إنجازات زراعية مهمة، بما في ذلك بعض المحاصيل المقاومة لمبيدات الأعشاب، والذرة والبطاطس وفول الصويا ذات الحماية المعززة ضد الآفات. أدّى استخدام هذه الأدوات لتغيير المحاصيل إلى إثارة المخاوف من احتمال تسبب هذه الأغذية المعدلة جينياً (التي يسميها البعض أغذية ممسوخة)، بتفاقم الحساسية لدى البشر وإصابتهم بالأمراض، على الرغم من أن هذه المخاوف الصحية كانت عرضة للمبالغة على نطاقٍ واسع.

تُتيح تقنية كريسبر إزالة أجزاء محددة بدقة من الحمض النووي ضمن جينومات النباتات والحيوانات الحالية، ولهذا يعلق الكثيرون عليها آمالاً كبيرة لإنتاج محاصيل ومواشي مقاومة للتغيّر المناخي بوتيرة أسرع وبسهولة أكبر، مع تجنب الكثير من الأخطاء الناجمة عن تقنيات الاستيلاد والتعديل الجيني السابقة. أمّا الميزة الإضافية الموعودة فهي أن المنتجات الناتجة قد تكون أكثر جاذبية للجمهور، بما أنها لن تتضمن في أغلب الأحيان حمضاً نووياً يعود إلى كائنات أخرى، ولن يجري تصنيفها ضمن الكائنات المحورة بيولوجياً (باستخدام الهندسة الحيوية). (من الجدير بالذكر أنه يمكن استخدام كريسبر لإنتاج مثل هذه النباتات والحيوانات المحورة جينياً أيضاً).

تقول أستاذة الكيمياء الحيوية في جامعة كاليفورنيا بمدينة بيركلي، دودنا: "من المثير للغاية أن نشهد انتشار هذه المنتجات، لأن تداعياتها على العالم الحقيقي مهمة للغاية، خصوصاً في ظل مواجهتنا للتغيّر المناخي وارتفاع عدد السكان".

لكن ما زالت هناك معوقات كبيرة أمام تطوير المحاصيل والحيوانات الجديدة التي يمكن أن تُحدِث تحولات جذرية، وترويجها تجارياً، كما أنه ثمة حدود لقدرة الأداة على مساعدة المزارعين والمجتمعات في المناطق التي ستصل في العقود المقبلة إلى مستويات متطرفة من الحرارة المرتفعة أو الجفاف أو الرطوبة.

اقرأ أيضاً: كيف يمكن استخدام كريسبر في إنقاذ المحاصيل من الدمار الناجم عن الآفات؟

الأغذية المقبلة المعالجة بتقنية كريسبر

في الأعوام الماضية، خففت وزارة الزراعة الأميركية من صرامة قواعدها حول تنظيم الأغذية المعدّلة جينياً وتصنيفها، وذلك بأساليب يمكن أن تفتح الطريق أمام الكثير من التعديلات بتقنية كريسبر.

ما زالت الوزارة تشرف في أغلب الأحيان على النباتات والحيوانات المُحَوَّلَة جينياً، وتطلب الإفصاح عن معلومات متعلقة بها. لكنها قررت ألّا تتدخل في تنظيم الأغذية عند استخدام أدوات تعديل الجينوم مثل كريسبر من أجل تطبيق "تعديل واحد كان يمكن التوصل إليه عبر الاستيلاد التقليدي" على مدى فترات طويلة من الزمن.

تقول دودنا عن التمييز التنظيمي: "نحن ببساطة نقدّم صفة كان من الممكن أن تحدث على نحو طبيعي. وكل ما فعلناه هو أننا سرّعنا هذه العملية من خلال كريسبر".

أكدت وزارة الزراعة الأميركية للشركات أو المجموعات البحثية أن عدة عشرات من المحاصيل التي جرى تطويرها باستخدام كريسبر ستكون معفاة من التنظيم، وذلك وفقاً لمراجعة الوثائق العامة التي أجرتها إم آي تي تكنولوجي ريفيو.

تقول كبيرة العلماء في وزارة الزراعة الأميركية، تشافوندا جيكوبس-يونغ إن تسخير تكنولوجيا كريسبر وغيرها من التكنولوجيات المماثلة سيكون أمراً حاسماً لإطعام الأعداد المتزايدة من سكان العالم دون أن نضطر إلى زيادة الموارد المخصصة للزراعة، مثل توسيع مساحات الأراضي الزراعية أو استخدام كميات أكبر من الأسمدة. ظهرت جيكوبس-يونغ على منصة مؤتمر جامعة كاليفورنيا في بيركلي، كما تحدثت أيضاً إلى إم آي تي تكنولوجي ريفيو.

وتقول: "نحن في حاجة إلى أدوات تكنولوجية فائقة التطور. سيكون هذا عاملاً مهماً في مساعدتنا على التأكد من أن لدينا إمدادات غذائية آمنة ووفيرة ولذيذة وبأسعار معقولة".

تتضمن أساليب الاستيلاد التقليدية تهجين أنواع مختلفة من النباتات والحيوانات أو استخدام الإشعاعات أو المواد الكيميائية لخلق الطفرات الجينية، ما يجعلها عملية معقدة وفوضوية. إذ يمكن أن تحدث تغييرات غير مفيدة بالضرورة في الجينوم، ما يتطلب الكثير من التجربة والخطأ للحصول على التحسينات المطلوبة.

تقول كبيرة محللي الغذاء والزراعة في معهد بريكثرو (Breakthrough Institute)، إيما كوفاك: "الميزة المثيرة للاهتمام في الاعتماد على كريسبر للتعديل الجيني هي إمكانية تطبيق التغييرات في الأماكن المطلوبة بالضبط. إنها أداة مذهلة من حيث توفير الوقت والمال".

ومع ذلك، على الرغم من القدرات الكبيرة والدقة العالية التي تتمتّع بها كريسبر، فإنها ما زالت تتطلب الكثير من العمل لاستهداف الجزء الصحيح من الجينوم، وتقييم مدى نجاح أي من التغييرات في تحقيق الفوائد المأمولة، ومن الأهمية البالغة بمكان، ضمان عدم تأثير أي من التعديلات في سلامة النبات أو سلامة الأغذية عموماً.

لكن أدوات التعديل الجيني المحسّنة ساعدت أيضاً على تجديد -وتسريع- الأبحاث التي تهدف إلى تحسين فهمنا للجينومات المعقدة للنباتات، التي غالباً ما تكون أطول من الجينوم البشري بعدة أضعاف. من شأن هذا العمل أن يساعد العلماء على تحديد الجينات المسؤولة عن الصفات المهمة، والتغييرات التي يمكن أن تؤدي إلى تحسينات مرغوبة.

تقول دودنا إننا سنشهد المزيد من المحاصيل المحورة لتعزيز مقاومتها للتغير المناخي، مع تقدم الأبحاث في هذا المجال.

وتقول: "في المستقبل، مع اكتشافنا المزيد من الجينات الأساسية للصفات، يمكن أن توفّر كريسبر تطبيقاً عملياً للغاية لإنتاج أنواع النباتات المناسبة التي ستتعامل مع هذه التحديات المقبلة".

اقرأ أيضاً: هل يمكن أن تساعد المحاصيل الزراعية المعدلة بتقنية كريسبر في احتجاز الكربون؟

نباتات عملية وأبقار مهذبة

تسعى شركة آي جي آي إلى تطوير أرز أكثر قدرة على مقاومة الجفاف من الأنواع المعيارية، وسعيها هذا يسلط الضوء على الآمال الموعودة والتحديات المُنتَظرة في الوقت نفسه.

فقد استخدمت عدة مجموعات بحثية كريسبر لتثبيط جين يؤثر في عدد المسامات الصغيرة في أوراق هذه النبتة. تسمح هذه المسامات، المعروفة باسم "ستوماتا" (stomata)، للأرز بامتصاص ثنائي أوكسيد الكربون، وإطلاق الأوكسجين، والتحكم بالحرارة من خلال إفراز الماء. يأمل الباحثون بأن تقليل عدد المسامات سيُتيح لهذه النباتات الاحتفاظ بكمية أكبر من الماء حتى تصبح قادرة على البقاء والنمو في الظروف المناخية الأكثر جفافاً.

لكن، تبين أن هذا المسعى يتطلب تحقيق توازن دقيق ومعقد. فقد اعتمدت الجهود البحثية السابقة على أسلوب تثبيط الجين الذي يحمل اسم "ستوماجين" (STOMAGEN). تسبب هذا التعديل بإزالة المسامات بنسبة 80%، ما أدّى بطبيعة الحال إلى تقليل خسارة الماء. غير أن هذا أدّى أيضاً إلى تقويض قدرة نبتة الأرز على امتصاص ثنائي أوكسيد الكربون وإطلاق الأوكسجين، وهما عمليتان مهمتان للغاية للتمثيل الضوئي.

حول باحثو آي جي آي تركيزهم إلى جين مختلف يحمل اسم "إي بي إف إل 10" (EPFL10)، حيث تسبب تثبيطه بتأثير أقل، حيث انخفض عدد المسامات بنسبة 20% تقريباً. وفقاً للبحث الذي نشرته المجموعة، ساعد هذا التعديل النباتات على الاحتفاظ بالماء، لكنه لم يؤثّر في قدرتها على تنظيم درجات الحرارة أو تبادل الغازات مع الوسط الخارجي.

تقول دودنا في وصفها لطريقة كريسبر: "إنها تنقل عملية استيلاد النباتات إلى مستوى أعلى. فقد أصبح من الممكن ضبط عدد هذه المسامات ببساطة من خلال تفعيل جينات معينة أو تثبيطها، حتى الوصول إلى المستويات التي تدعم نمو النبات بالفعل، والسماح للمزارعين بإنتاج الأرز بالنوعية والإنتاجية التي يحتاجون إليها، لكن دون خسارة الماء".

تعكف المؤسسة أيضاً على دراسة طرق تُتيح استخدام كريسبر لمواجهة التغير المناخي على نحو مباشر أكثر من ذلك. وتتضمن هذه الجهود برنامجاً بحثياً يهدف إلى تخفيف كميات غاز الميثان الذي تطلقه المواشي عند التجشؤ، وهو المصدر الرئيسي لغازات الدفيئة المتعلقة بتربية المواشي.

تعمل آي جي آي بالتعاون مع باحثين في جامعة كاليفورنيا في مدينة ديفيس، وأماكن أخرى، على دراسة إمكانية استخدام كريسبر وغيرها من الأدوات الناشئة لتعديل الميكروبات في مَعِدات المواشي بطرق يمكن أن تخفف إنتاجها من غاز الدفيئة ذي التأثير القوي.

يعمل عدد من المجموعات البحثية والشركات الناشئة على تخفيف هذه الانبعاثات من خلال إضافات الأعلاف، المشتقة في معظم الأحيان من الأعشاب البحرية. لكن الأمل معقود على أن تكون التغييرات في ميكروبيوم الأبقار (أي المتعضيات الدقيقة التي تعيش داخل الأبقار في تعايش سلمي) دائمة وقابلة للتوريث، على حد قول المدير التنفيذي لشركة آي جي آي، براد رينايزن.

ويقول: "إذا نجحنا، فقد يكون هذا الحل قابلاً للتطبيق على كل بقرة تقريباً في العالم".

التصنيف والسلامة

تقول كوفاك إنه ما زال هناك الكثير من التحديات التي يمكن أن تعوق تطوير الحيوانات والنباتات المُعَدَّلة بتقنية كريسبر، بما فيها المعوقات التنظيمية المستمرة التي تواجه المنتجات التي تتضمن حمضاً نووياً أجنبياً أو تعديلات جينية أكثر تعقيداً. ومن المعوقات المتوقعة أيضاً المعارك المستمرة حول حقوق الملكية الفكرية المتعلقة بالأداة والإصدارات المعدَّلة الناشئة منها، والتكاليف أو الأعباء التي يجب أن تتحملها الشركات للاستفادة من هذه التكنولوجيا.

وقد كانت دودنا نفسها في قلب نزاع متشابك ومرير ومتقلب مع معهد برود (Broad Institute) حول ملكية براءات الاختراع الرئيسية لتكنولوجيا كريسبر. (من الجدير بالذكر أن معهد برود مرتبط بمعهد ماساتشوستس للتكنولوجيا، الذي يمتلك مجلة إم آي تي تكنولوجي ريفيو). حصلت كل مجموعة على عدد كبير من براءات الاختراع في بلدان مختلفة بسبب جوانب معينة وإصدارات متنوعة من هذه الأداة.

وقد أدّت المعارك القضائية المستمرة إلى خلق جو من التعقيدات وعدم اليقين بالنسبة إلى الشركات التي تأمل بالاستفادة من كريسبر لتطوير المنتجات التجارية.

أسست دودنا عدة شركات ناشئة وشاركت في تأسيس عدة شركات أخرى، بما فيها شركة كاريبو بايوساينسز (Caribou Biosciences)، التي حصلت على رخصة ثانوية تُتيح الاستفادة من براءات اختراع معينة متعلقة بكريسبر في بعض الاستخدامات، بما فيها الزراعة. لم ترد دودنا على سؤال لاحق حول هذه القضية قبل موعد نشر هذا المقال.

أمّا رينايزن من آي جي آي، فقد قال في رد أرسله عبر البريد الإلكتروني: "على الرغم من أننا شهدنا الكثير من التقدم خلال وقت قصير نسبياً، فإن وجود عدة براءات اختراع متعلقة بكريسبر تحت سيطرة عدد قليل من الكيانات قد أدّى في بعض الأحيان إلى إبطاء وصول بعض المنتجات الزراعية إلى الأسواق، بل والحؤول دون وصولها في أحيان أخرى".

لكنه يضيف أنه ثمة تقدم مستمر في مجال اكتشاف الجينات، واستخدام أدوات التعديل الجيني المتعلقة بهذا المجال وغير المقيدة ببراءات اختراع.

في الوقت نفسه، وجّه تجار الأغذية الطبيعية بالتجزئة، إضافة إلى المشككين بجدوى الكائنات المعدّلة وغيرهم، انتقادات حادة إلى وزارة الزراعة الأميركية بسبب موقفها من تنظيم الأغذية المعدّلة جينياً وتصنيفها. وقد أكد المنتقدون أن المحاصيل المعدّلة أدّت سابقاً إلى تأثيرات بيئية سلبية، وأن القواعد الحالية لا تضمن للمستهلكين الشفافية التي يحتاجون إليها لاتخاذ قرارات واعية حول الأغذية التي يشترونها ويستهلكونها.

اقرأ أيضاُ: نأسف لتخييب آمالكم: الذكاء الاصطناعي لن يصلح التغير المناخي

تشدد دودنا على الأهمية البالغة لاستخدام كريسبر والأدوات المماثلة لها بحذر. لكنها تقول إن الولايات المتحدة توصلت إلى التوازن الصحيح في أسلوبها من حيث التنظيم والتصنيف.

وتقول: "يعتمد هذا الأسلوب على معلومات جيدة حقاً. إنه يعتمد على العلم فعلياً. فبدلاً من التركيز على كيفية إنتاج النبتة أو المحصول، يطرح هذا الأسلوب السؤال التالي: ما هو المنتج النهائي؟"

تقول دودنا إن شركة آي جي آي حاولت أن تتولى دور "صوت العقل" في هذه القضايا، وساعدت على مواجهة المخاوف والتصورات الخاطئة من خلال تقديم المعلومات العلمية حول كيفية استخدام كريسبر لمعالجة الأمراض البشرية، ومساعدة المزارعين على التكيُّف مع التغيّر المناخي، والتعامل مع مشكلات أخرى تؤثّر في حياة البشر.

وتقول: "منذ البداية، بطبيعة الحال، كان من الواضح أن هذه الأداة ستتحول إلى أداة قوية يمكن أن يسيء الناس فهمها ويمكن أن يسيئوا استخدامها. لكنها تحمل قدرات كامنة هائلة لمساعدتنا على التعامل مع الكثير من هذه التحديات".