كريج فينتر يعلن عن "حياة صناعية"

نحن هنا اليوم لنعلن عن أول خلية صناعية خلية تم صنعها في البداية عن طريق وضع رموزها في الحاسوب وبناء كروموسوماتها من أربعة قوارير كميائية وتجميع الكروموسوم في خميرة ثم نقلها الى خلية بكتيرية متلقية وتحويل تلك الخلية الى صنف جديد من البكتيريا. لذا يعتبر هذا أول كائن ينقسم ذاتيا على هذا الكوكب ووالديه حاسوب آلي. كما إنها أول صنف لديها موقعها الخاص على شبكة الانترنت مسجلا في شفرتها الجينية. ولكننا سنحدث أكثر عن العلامات المائية بعد دقيقة.

بدأ هذا المشروع منذ 15 عام عندما قام فريقنا.. سميناه مؤسسة تيجر (TIGR).. بالاشتراك في رسم أول أثنين من التسلسل الجيني في التاريخ. قمنا برسم جينات الانفلونزا المستديمة ثم برسم أصغر كائن حي ينقسم ذاتيا وهو الميكوبلازما التناسلية. وفور رسمنا لتسلسل الاثنين فكرنا، اذا كان من المفترض أن يكون هذا أصغر جينوم لكائن ينقسم ذاتيا، هل يمكن أن يكون هناك أصغر منه؟ هل باستطاعتنا معرفة أسس الحياة التي تقوم عليها الخلية علي المستوى الجيني؟ استمر البحث 15 عام للوصول الى النقطة الحالية للبداية في معرفة الاجابة على هذه الاسئلة. لإنه من الصعوبة بمكان القضاء على الجينات المتعددة في الخلية. لا يمكنك العمل الا بواحدة في وقت واحد. قررنا منذ البداية اتخاذ طريقة صناعية على الرغم من أن أحدا لم يسلك هذا الطريق سابقا لنرى هل بامكاننا صنع كروموسوم بكتيرية حتى يمكننا تغيير محتوياتها الجينية لفهم الجينات الاساسية للحياة. بدأ ذلك منذ 15 عام للوصل الى هنا.

قبل القيام بأول تجربة في الواقع سالنا فريق ارت كابلان، التابع عندها لجامعة بنسلفنيا، لمراجعة كل المخاطر والتحديات والاخلاق المتعلقة بصنع كائن حي جديد في المختبر لإنه لم يتم القيام بمثل هذا العمل سابقا. استغرق عملهم حوالي سنتين بحث الموضوع بشكل مستقل ومن ثم نشر نتائجهم في مجلة العلوم في 1999. زميلي هام وأنا تفرغنا لمدة عامين لوضع الخارطة الجينية للبشر كمشروع جانبي وفور الانتهاء من المشروع عدنا من جديد لمشروعنا السابق.

ابتدانا في 2002 مؤسسة جديدة سميناها مؤسسة بدائل الطاقة البيولوجية ووضعنا نصب أعيننا هدفين. الأول، لفهم أثر تقنياتنا على البيئة ولفهم البيئة بطريقة أفضل. الثاني، بداية عملية ابتكار حياة مصنعة لفهم الأسس التي تقوم عليها الحياة. في 2003 قمنا بنشر أول نجاحنا. لذا قام هام سميث وكليد هاتشيسون بتطوير طرق جديدة لعمل حاملات الصفات الوراثية (DNA) بدون عيوب على المستويات الصغيرة. أول مهمتنا كانت تشفير 5000 كلمة لجرثوم يهاجم جرثوم آخر معروف بـ(E. coli) لذا كان ذلك الجرثوم فيج في phi X 174 والذي تم إختياره لإسباب تاريخية. كان أول DNA جين لفيروس DNA يخطط ويرسم. لذا عندما أدركنا إنه بامكاننا عمل 5000 أساس-زوجي يعادل حجم الفيروس أدركنا أنه باستطاعتنا على الاقل محاولة عمل سلسلة من هذه الازواج لنتمكن في النهاية من تجميعها لصنع قاعدة كبيرة من الكروموسومات. لذا، بحجم أكبر بكثير مما تصورنا إنه بالامكان الإنطلاق عقب البداية.

لذا كانت هناك عدة خطوات لتحقيق ذلك، كان هناك وجهين لهذا. كان علينا حل معضلة حل الكيمياء الخاصة بصنع جزيئات الصفات الوارثية (DNA ) وكان علينا حل معضلة الجانب الاحيائي ايضا لكيفية، لو كان عندنا هذا الكائن الكميائي الجديد، تحفيزه وتشغيله في الخلية المستقبلة. لذا كان عندنا فريقين يعملان بشكل متوازٍ فريق يعمل في الكيمياء وفريق يحاول أن يقوم يزرع كروموسومات كاملة لإنتاج خلايا جديدة. عندما بدأنا، أعتقدنا بأن وضع التركيب الكميائي سيكون أكبر مشكلة تواجهنا ولذا أخترنا أصغر جينوم.

والبعض منكم لاحظ بأننا غيرنا من أصغر جينوم الى جينوم أكبر بكثير. ويمكننا شرح سبب التغيير ولكن الخلية الصغيرة إستغرق العمل فيها شهرا للحصول على النتائج ولكن الخلايا الأكبر والتي تنمو بشكل أسرع أستغرق العمل بها يومين فقط. لذا كان هناك عدد محدد الدورات التي يمكننا القيام بها في سنة، دورة واحدة في كل ستة أسابيع. هذا مع العلم بأنه في البداية 99 % وربما 99% وزيادة من تجاربنا بائت بالفشل. كا ن الأمر متعلق بالتصحيح تصحيح الاخطاء منذ البداية لإنه لم تكن لدينا أي وصفة لكيفية تحقيق الأمر.

لذا، كان من أهم ما نشرناه في الموضوع في عام 2007. كارلا لارتيج قادت الجهود في الواقع لزرع الكرموسوم البكتيرية من بكتيريا لأخرى. من الناحية الفلسفية، أعتقد، بأنها كانت أهم ورقة قمنا بنشرها لإنها بينت (وضحت) مدى نشاط وتفاعل الحياة. وعرفنا بأنها ما تم معرفة ذلك فإنه لدينا فرصة حقيقية أذا تمكنا من صنع كروموسومات صناعية لصناعة مورثات صناعية. لم نكن نعلم بأن الأمر سيتطلب عدة سنوات أو أذا كان بالامكان القيام بالامر.

في 2008 نشرنا وصف كامل لجين ميكروب الميكوبلازم التناسلي والذي يحتوي على ما يزيد قليلا عن 5000 شفرة من الحروف ولكن حتى اللحظة لم نتمكن تنشيط عمل الكروموسومات. كان ذلك بسبب، كما نعتقد، لنموها البطيء وكان أيضا بسبب بسبب طبيعة البنى الدفاعية للكروموسومات التي تمنع من حدوث أي نشاطات خارجية. تبين بأن الخلية التي نحاول زرع الكروموسومات بها تحتوي في النواة على إنزيم يهضم سطح DNA وكان يهضم بكل سعادة الـ DNA الصناعي الذي كنا نزرعه وبالتالي كانت كل محاولات الزرع تفشل. ولكن في نفس الوقت ، كان ذلك أكبر جزيء تم تحديد بنيته في التاريخ.

ولذا كانت في طور التقدم ولكن جزء من التحليل الانتهاء من تحليل بعض الاجزاء باستخدام الخميرة بوضع بعض الاجزاء في الخميرة ومن ثم ستقوم الخميرة بتجميع الاجزاء. كانت خطوة مهمة جدا الى الامام ولكنه كانت تواجهنا مشكلة وهي نمو البكتيريا الكروموسومية في الخميرة. لذا بالاضافة الى القيام بعملية الزرع كان علينا معرفة طريقة كيفية التخلص من البكتيريا الكروموسومية من الخميرة العضوية بحيث نتمكن من زرع الكروموسومات الصناعية في الخلية المستقبلة.

لذا طور فريقنا طريقة جديدة لزرع ونسخ بكتريا كروموسومية كاملة في الخميرة. لذا أخذنا نفس الجينوم الذي قامت كارول بزرعه في البداية لتنميته في الخميرة ككروموسوم صناعي. وعرفنا بأنه سيكون منطلق جيد لتجربة ومعرفة كيف يمكن استخراج الكروموسوم من الخميرة ونقله. ولكن عندما قمنا بهذه التجارب استطعنا استخراج الكروموسوم من الخميرة ولكن لم نستطيع نقلها أو جعلها تعمل. حل هذا الموضوع البسيط استغرق سنتين.

تبين بأن DNA الخليه البكتيرية يحتوى على الميثلين والميثلين يحمي الخلية من الانزيم المقيد من هضم الـ DNA. لذا اكتشفنا بأنه اذا أخذنا الكروموسوم خارج الخميرة ووضعناه في الميثلين نستطيع عندها نقله. حدثت تطورات إضافية عندما قام الفريق بازالة جين الانزيم المقيد من الخلية المستقبلة. وعندما أستطعنا القيام بذلك، استطعنا أخذ الـ DNA الخالية من الصفات الوراثية من الخميرة ونقلها.

لذا في الخريف الماضي عندما قمنا بنشر نتائج العمل في نشرة "Science" تولد لدينا ثقة وتأكدنا بأنه لم يبقى سوى بضعة أسابيع لنتمكن من تنشيط عمل الكروموسومات في الخلية. بسبب التحديات الخاصة بالميكوبلازما التناسلية ونموها البطيء قبل حوالي سنة ونصف قررنا توليف الكروموسوم الاكبر حجما، الكروموسوم الصناعي "ميكويدس" لإننا أستطعنا معرفة تركيبته الاحيائية من خلال الزرع. قاد الفريق لتوليف ذلك دان لهذا الكروموسوم الذي يحتوي على مليون-زوج-اساسي. ولكنه تيبن بانه لن يكن الامر سهلا في النهاية. وتأخرنا ثلاثة أشهر بسبب خطأ واحد في تسلسل كروموسوم المليون زوج- اساسي.

لذلك طور الفريق برنامج تصحيح جديد يمكنه من فحص كل جزء صناعي لنرى هل باستطاعته ان ينمو في ظل أي نوع من الـ DNA. ووجدنا 10 من كل 11 مائة الف زوج-أساسي جزء ولفناه كانت صحيحة تماما وتتلائم مع التسلسل الذي يشكل الحياة. قمنا بتضييقه الى جزء واحد فقط. قمنا بوضع تسلسله وأكتشفنا بأنه تم مسح زوج-أساسي واحد في جين جوهري. لذا الدقة في هذا العمل ضرورية. هناك بعض أجزاء الجينوم التي لا تحتمل حتى خطأ واحد وهناك بعض الاجزاء التي يمكننا وضع كتل كبيرة من الـ DNA كما فعلنا ذلك في العلامات المائية والتي تحتمل جميع أنواع الاخطاء لذا أستغرق الامر 6 أشهر لإكتشاف الخطأ ومن ثم تصحيحه. وفي الصباح الباكر في تمام السادسة وصلتنا رسالة من دان تقول بأن المستعمرات الزرقاء الأولى وجدت.

لذا الوصول الى هذه المرحلة كان صعبا والطريق طويل 15 عام. شعرنا من المباديء الاساسية للعمل في هذا المجال يجب التأكد بطريقة لا تقبل الشك التفريق بين الـ DNA الصناعية والـ DNA الطبيعية. منذ البداية عندما يتم العمل في نطاق جديد في أحد فروع العلم يجب التفكير في كل التحديات وكل ما يمكن أن يؤدي بك الى الاستنتاج خطاً بل أسوأ من ذلك الى تضليل عدد كبير من الناس، دون قصد، بالنتيجة الخاطئة. لذا كنا نعتقد بأن أسواء معضلة ستكون تلويث جزيء منفرد للكروموسوم الاصلي مما يؤدي الى اعتقادنا خطأً بأننا صنعنا خلية صناعية بينما كان في واقع الامر مجرد ثلوث.

لذا منذ البداية طورنا فكرة وضع دمغة (علامة) في الـDNA للنتأكد بشكل قاطع بأن الـDNA كان صناعي. وكان أول جزيء بنيناه في 2008 الـ500 ألف زوج-أساسي وببساطة كتبنا أسم مؤلف الكروموسوم في الشفرة الجينية. ولكن باستخدام ترجمة حروف احادية لاحماض امينية مما ينتج عنه عدم إستخدام بعض الحروف الهجائية. لذا الفريق، في الواقع، طور شفرة جديدة ضمن شفرة الشفرة. لذا فهي شفرة جديدة لترجمة وكتابة الخطاب في DNA. حسنا، علماء الريضيات لم يزالون يكتبون ويخفون الرسائل الخاصة بالشفرات الوراثية لمدة طويلة من الزمن ولكنه كان جليا بأنهم علماء الرياضيات وليس علماء الاحياء لإنه لو كانت تكتب رسائل طويلة بالشفرات التي طورها علماء الرياضيات كان من المرجح أن يقود الى توليف بروتين جديد بدون معرفة مهامه.

لذا فالشفرة التي طورها مايك مونتيج والفريق ينتج عنه في الواقع وقف متكرر للشفرات الوراثية. لذا فهي أبجدية مختلفة تمكن من أستخدام كل الابجدية الانجليزية بما في ذلك علامات التنقيط والارقام. لذا فهناك أربعة دمغات أساسية في جميع أنحاء الآف من زوج-أساسي من الشفرات الجينية. أولها في الواقع يحتوي ضمنه هذه الشفرة التي تترجم بقية الشفرة الجينية. لذا البيانات الباقية في الدمغة تحتوي على أسماء ،كما أظن، 46 مؤلف والمشاركين الاساسيين الذين كان لهم فضل بلوغ هذه المرحلة. كما إننا أنشأنا عنوان على شبكة النت لذا اذا تمكن شخص ما من فك الشفرة ضمن شفرة الشفرة يمكنها (يمكنه) أن ترسل بريد الكتروني للعنوان. لذا فهو مميز بكل وضوح عن كل الكائنات الأخرى لإحتوائها على 46 أسم وعنوان على شبكة النت. وأضفنا ثلاثة اقتباسات لإنه في الجينوم الأول تم انتقادنا لعدم محاولة قول شيء أكثر عمقا عن مجرد التوقيع على العمل.

لذا لن نفصح عن بقية الشفرة ولكننا سنفصح عن ثلاثة اقتباسات. لذا الأول هو "لتعيش، لتخطأ، لتسقط، لتنتصر، ولتصنع حياة من حياة." إنه اقتباس من جيمس جويس. والاقتباس الثاني " شاهد الاشياء، ليست كما تبدوا، ولكن كيف يمكن أن تبدوا." انه اقتباس من "الاه النار الأمريكي" كتاب عن روبرت اوبينهيمر. والأخير اقتباس عن ريتشرد فينمان. "ما لا استطيع بنائه، لا استطيع فهمه." ولأنه بقدر ما هو تقدم علمي فهو تقدم فلسفي للمعارف الانسانية، حاولنا التعامل مع المسائل الفلسفية والجوانب الفنية في آن واحد.

والموضوع الأخير الذي أود قوله قبل أن أفتح باب الاسئلة عن العمل المضني الذي قمنا به بمراجعة المسائل الاخلاقية لهذا العمل هذا فضلا عن مراجعة الجوانب الفنية وتمت مناقشته بشكل عام في الاوساط العملية وعند واضعي القوانين وعلى أعلى المستويات في الحكومة الفيدرالية. وحتى هذا الاعلان، كما قمنا بذات الشيء في 2003، تم تمويل ذلك العمل عن طريق وزارة الطاقة.. لذا تمت مراجعة العمل على مستوى البيت الابيض لتحديد اما كتم الخبر او الاعلان عنه. وتم الاتفاق بافصاح الخبر وهو النهج الصحيح. لقد قمنا باطلاع البيت الابيض. وقمنا باطلاع اعضاء الكونجرس. وقمنا بمحولة دفع المسائل الخاصة بوضع السياسات بشكل متواز مع التقدم العلمي.

وبذلك احب أن أفتح باب الاسئلة. نعم، في الخلف.

صحفي: هل لك أن تشرح للرجل العامي قدر أهمية التقدم العلمي لهكذا عمل؟

كريج فينتشر: هل نستطيع شرح قدر أهمية هذا العمل؟ لست متأكدا اذا كان علينا نحن شرح أهمية هذا العمل. انه ذو أهمية كبيرة لنا. ربما يكون هذا العمل خطوة فلسفية عملاقة في نظرتنا للحياة. في الواقع نعتقد بأن هذا العمل حقق خطوة صغيرة، اذا أخذنا فى الاعتبار الـ 15 عام التي استغرقها، حتى الآن، لنتمكن من القيام بالتجربة التي اردنا القيام بها قبل 15 عام لفهم بنية الحياة الاساسية. ولكننا في الواقع نعتقد بأنه سيمكننا من استخدام مجموعة أدوات قوية. وقد بدأنا فعلا بمسارت متعددة لاستخدام هذه الادوات.

عندنا في المؤسسة، تمويل مستمر، الآن، من NIH في برنامج مع Novartis لمحاولة استخدام ادوات الـ DNA الصناعية الجديدية ربما لصنع لقاح للانفلونزا التي قد تصاب بها في العام القادم. لإنه، بدلا من أن يستغرق الأمر أسابيع أو شهور، لصناعته فريق دان يمكنه صناعته في أقل من 24 ساعة. لذا عندما ترون كم استغرق صنع لقاح H1N1 نعتقد بأنه يمكننا قصر المدة الزمنية كثيرا. في مجال اللقاح جينومكس الصناعية والمؤسسة شكلتا شركة لقاح جديدة لإننا نعتقد بأنه من خلال هذه الادوات تستطيع صنع لقاحات ضد أمراض كانت مستعصية حتى الآن في الوسائط التي تنموا بها الفيروسات بشكل سريع مثل فيروسات الانف. الن يكون جيدا لو كان معنا شي يمنع حدوث نزلات البرد العادية؟ أو، أكثر أهمية، فيروس نقص المناعة HIV، في الوسائط التي تنمو فيها الفيروسات بشكل سريع اللقاحات التي تصنع اليوم لا تستطيع مواكبة هذه التغيرات الاحيائية.

بالاضافة، في جينومكس الصناعية، نعمل في قضايا البيئة الاساسية. أعتقد بأن تسرب النفط الحالي في الخليج يذكرنا ببعض هذه القضايا. لا نستطيع رؤية ثاني أكسيد الكربون لذا نعتمد على التقديرات العلمية لمعرفته، وتشير النتائج بأن ثاني أكسيد الكربون تفوق حاجتنا اليه. ولكننا نستطيع رؤية ما قبل ثاني أكسيد الكربون الآن صافيا فوق الماء ملوثا الشواطيء في الخليج. نحتاج الى بعض البدائل عن النفط. عندنا برنامج مع شركة اكسون موبيل لمحاولة تطوير سلالة جديدة من الطحالب التي تستطيع امتصاص ثاني اكسيد الكربون بشكل جيد من الغلاف الجوي أو من موارده المركزة لصنع هيدروكربونات يمكن استخدامها في المصافي لصنع الكيروسين ووقود الديزل من ثاني اكسيد الكربون.

هذه ليست سوى طريقتين ووجهتين بدأنا بها.

(تصفيق)