تحرير الفطر

ربما لم تكن لدى المزارعين المئة الذين احتشدوا في قاعة الاحتفالات بفندق ميندنهال في مقاطعة تشيستر بولاية بنسلفانيا، خلفية في تحرير الجينات، لكنهم كانوا يفهمون الفطر. ينتج هؤلاء المزارعون المحليون كمية لا تصدق تبلغ حوالي نصف مليون كيلوغرام من الفطر يوميًا، وهذا أحد الأسباب التي تجعل ولاية بنسلفانيا بفضلهم تهيمن على السوق الأمريكية التي تبلغ قيمتها السنوية 1.2 مليار دولار. ومع ذلك، فإن بعض أنواع الفطر التي تنتجها تتحول إلى اللون البني وتتعفن على الرفوف. إذا كنت قد حملت في يدك فطرًا متعفنًا وزلقًا وكان أبيض سابقًا، فستفهم لماذا لن يشتريه أحد. يعتبر الفطر حساسًا جدًا للأضرار الجسدية، لدرجة أنه حتى الانتقاء والتعبئة بعناية يمكن أن ينشط إنزيمًا يسرع عملية تحلله.

في صباح ضبابي من خريف عام 2015، خلال دورة تدريبية حول الفطر، يدعى عالم الأحياء ينونج يانج وتقديم تقرير عن الحل المحتمل لمشكلة اللون البني. يونج، أستاذ علم أمراض النبات المبهج والمهذب في جامعة بنسلفانيا، ليس خبيرًا في هذا المجال. ("الشيء الوحيد الذي أعرفه عن الفطر هو كيفية تناوله"، كما يقول). لكنه قام بتحرير الجينوم أغاريكوس bisporus، الفطر الصالح للأكل الأكثر شعبية في العالم الغربي، بمساعدة أداة تحرير جديدة تسمى Crisper (كريسبر).

من المفترض أن مزارعي الفطر الموجودين بين الجمهور لم يسمعوا قط عن تقنية كريسبر، لكنهم أدركوا أهميتها عندما عرض يونغ صورة للممثلة كاميرون دياز وهي تعطي الحقيقة، جنيفر دودنا וإيمانويل شاربنتييه، جائزة "الاختراق" في نوفمبر 2014، مصحوبة بشيك بقيمة ثلاثة ملايين دولار لكل منهما. وقد أدركوا الآثار التجارية الضخمة عندما عرض عليهم يانج صورًا للفطر البني المتعفن مقابل الفطر A. قطرات الثلج Bisophorus التي خضعت للهندسة الوراثية بمساعدة كريسبر. هذا هو نفس نوع الفطر متعدد الاستخدامات والمسؤول عن أكثر من 400,000 كيلوغرام سنويًا من فطر الزر الأبيض: كارميني وبورتابلو. (أدركت جامعة بنسلفانيا أيضًا الآثار التجارية لذلك. ففي اليوم السابق لمحاضرة يونج، تقدمت الجامعة بطلب للحصول على براءة اختراع لأبحاث الفطر).

في فترة قصيرة من السنوات الثلاث التي رويت فيها قصة كريسبر العلمية، ولدت فيها حبكات فرعية أكثر روعة مما ورد في رواية ديكنز. إنها أداة بحثية ثورية ذات آثار طبية مثيرة، وقضايا أخلاقية معقدة، وخلافات محرجة حول براءات الاختراع، والأهم من ذلك كله، آثار تجارية بمليارات الدولارات في مجالات الطب والزراعة. اجتاحت هذه الطريقة المجتمع العلمي مثل الإعصار. تحاول المختبرات الأكاديمية وشركات التكنولوجيا الحيوية تطوير علاجات مبتكرة لأمراض مثل فقر الدم المنجلي والثلاسيميا بيتا. بل إن هناك شائعات عن حرفيين ورجال أعمال هواة في مجال التكنولوجيا الحيوية يصنعون كل شيء، بدءاً من الأرانب ذات الفراء الأرجواني إلى الألعاب الحية المعدلة وراثياً، مثل الخنازير المصغرة التي صنعت مؤخراً كحيوانات أليفة في الصين. أثارت إمكانية استخدام طريقة كريسبر لإصلاح الأجنة البشرية أو تعديل الحمض النووي بشكل دائم (عملية تعرف باسم تعديل الخلايا الجرثومية البشرية) مناقشات ساخنة حول "تحسين" الجنس البشري وتدعو إلى تعليق عالمي للأبحاث في هذا الاتجاه. .

لكن التأثير الأعمق لثورة كريسبر والأقل شهرة، هو على وجه التحديد في الزراعة. بحلول خريف عام 2015، تم نشر حوالي 50 ورقة علمية حول استخدام كريسبر لتحرير الجينات في النباتات، وهناك الكثير من الدلائل على أن وزارة الزراعة الأمريكية، وهي إحدى الوكالات التي تراقب المنتجات الزراعية المعدلة وراثيا، لا تصدق أن الجينات وينبغي أن تحظى المحاصيل المعدلة وراثيا بنفس الاهتمام التنظيمي الذي تحظى به الكائنات المعدلة وراثيا. أدى الشق الذي انفتح في الباب التشريعي إلى دفع الشركات إلى الإسراع وإدخال المحاصيل المعدلة وراثيا في الحقول، وفي نهاية المطاف إلى سلسلة الإمدادات الغذائية.

تكمن قدرة كريسبر على تغيير الحمض النووي في الدقة غير العادية لهذه الطريقة. باستخدام كريسبر من الممكن إزالة أي جين، أو مع القليل من الجهد، إضافة أي سمة مرغوبة عن طريق إدخال الجين في مكان معين في الجينوم. وهذا يجعل هذه الطريقة، وفقًا لمستخدميها، هي الطريقة الأقل تدميراً من الناحية البيولوجية التي اخترعها البشر على الإطلاق لتطوير أصناف النباتات، بما في ذلك طرق التحسين "الطبيعية" التي استخدمها البشر منذ آلاف السنين. كما يسمح للعلماء بتجنب الأساليب المثيرة للجدل في كثير من الحالات والتي تنطوي على إدخال الحمض النووي من الأنواع الأخرى إلى النباتات. هذه الأصناف "المعدلة وراثيا"، مثل الذرة وفول الصويا التي تنتجها الشركة مونسانتو مقاومة لمبيدات الأعشاب جمع الشمل، أثار غضب منتقدي الكائنات المعدلة وراثيًا بشكل خاص، وأدى إلى عدم ثقة الجمهور بهذه الطريقة. ومع ذلك، فإن بعض العلماء يعبرون عن تفاؤلهم ويعتقدون أن محاصيل كريسبر مختلفة بشكل أساسي وبالتالي ستغير لهجة النقاش مقارنة بالأطعمة المعدلة وراثيا. يقول: "الطريقة الجديدة". دانيال بي فويتاسوهو باحث في الأوساط الأكاديمية والصناعية، "يجعلنا نعيد التفكير في تعريف الكائنات المعدلة وراثيا".

هل سيوافق المستهلكون؟ أم هل يعتقدون أن محاصيل كريسبر هي ببساطة النسخة الأحدث من "الطعام الفرانكنشتايني" ــ وهو تشويه جيني للطبيعة، حيث يتم إدخال الحمض النووي الأجنبي (والصديق للأعمال التجارية الزراعية) إلى النباتات، مع ما يترتب على ذلك من عواقب صحية وبيئية غير متوقعة؟ وبما أن طريقة كريسبر لم يتم تطبيقها على المحاصيل الصالحة للأكل إلا مؤخرا، فإن هذا السؤال لم يطرح علنا ​​بعد، ولكنه سيطرح قريبا. وسيكون المزارعون، مثل مزارعي الفطر في يانغ، أول من سيقول كلمته، ربما في العام أو العامين المقبلين.

بعد دقائق قليلة من محاضرة يونج، واجهه عالم من الصناعة بالتحدي الرئيسي المتمثل في محاصيل كريسبر. واتفق الباحث مع يونج على أن الفطر المحسن هو نتيجة الحد الأدنى من التداخل مع الحمض النووي مقارنة بالكائنات المعدلة وراثيا العادية. "لكن"، قال العالم، "لا تزال هذه هندسة وراثية، وسيعتقد بعض الناس أننا نلعب دور الله. كيف يمكنك التغلب عليها؟" إن الكيفية التي يستطيع بها يانج وغيره من العلماء الذين يطبقون أساليب تحرير الجينات في الغذاء الإجابة على هذا السؤال سوف تحدد ما إذا كانت تقنية كريسبر أداة تحويلية محتملة أم أداة ستفشل في مواجهة المعارضة العامة.

"واو، هذا كل شيء!"

إن العلامة الواضحة لأي طريقة ثورية هي السرعة التي يطبقها الباحثون بها على أبحاثهم. وبهذا المعيار، تُصنف تقنية كريسبر من بين أهم الإضافات إلى مجموعة الأدوات البيولوجية في نصف القرن الماضي. ويثبت الفطر المعدل وراثيا ذلك.

لم يكن ينونج يانج، الذي يعني اسمه الأول بالصينية "يعمل أيضًا في الزراعة"، قد عمل في مجال الفطر قبل عام 2013، ولكن يمكن القول إنه كان على مستوى هذه المهمة. وُلد في هوانغيان، وهي مدينة تقع جنوب شنغهاي وتُعرف باسم عاصمة الحمضيات في الصين، وخاض تجربة العمل مع إنزيمات تحرير الجينات البدائية في منتصف التسعينيات عندما كان طالب دكتوراه في جامعة فلوريدا ثم في جامعة أركنساس. يتذكر بوضوح افتتاح عدد 90 أغسطس 17 من مجلة Science، والذي احتوى على مقال يعرض العمل الذي يتم إنجازه في مختبر دودنا في جامعة كاليفورنيا في بيركلي ومختبر شاربنتييه، ووصف إمكانات طريقة تحرير الجينات في كريسبر. "رائع،" كان يعتقد. "هذا هو!" وفي غضون أيام، وضع خططًا لتحسين خصائص الأرز والبطاطس بمساعدة تحرير الجينات. نشر مختبره أول ورقة بحثية لتقنية كريسبر في صيف عام 2012.

ولم يكن الوحيد. لقد وجد باحثو النبات اهتمامًا كبيرًا بتقنية كريسبر منذ لحظة نشر هذه الطريقة. وقد أذهل العلماء الصينيون، الذين تبنوا هذه الطريقة بسرعة، المجتمع الزراعي في عام 2014 عندما أظهروا كيف يمكن استخدام كريسبر لتطوير قمح الخبز المقاوم لآفة قديمة، وهي البق الدقيقي.

ومع ذلك، بدأت ثورة تحرير الجينات قبل ظهور تقنية كريسبر. بالنسبة لأشخاص مثل فيتاس، فإن تقنية كريسبر هي مجرد الفصل الأخير في ملحمة علمية أطول بكثير والتي بدأت تؤتي ثمارها الآن فقط. لقد حاول لأول مرة تعديل الجينات في النباتات قبل 15 عامًا، أثناء وجوده في جامعة أيوا، باستخدام تقنية تُعرف باسم أصابع الزنك. فشلت شركته الأولى لتحرير الجينات بسبب مشاكل براءات الاختراع. وفي عام 2008 انتقل إلى جامعة مينيسوتا وفي عام 2010 حصل على براءة اختراع، بمساعدة زميل كان سابقًا في جامعة أيوا ويعمل الآن في جامعة كورنيل، لنظام لتحرير الجينات في النباتات يعتمد علىتالينأداة أخرى لتحرير الجينات. وفي نفس العام، أسس فيتاس وزملاؤه شركة تسمى اليوم كاليكست. بدون تقنية كريسبر للعلاقات العامة، استخدم باحثو النبات تقنية TALEN لإنتاج نباتات معدلة وراثيًا تنمو بالفعل في حقول في أمريكا الشمالية والجنوبية. على سبيل المثال، طورت شركة كليكست سلالتين من فول الصويا تنتجان زيتا أكثر صحة، مع مستويات من الدهون الأحادية غير المشبعة مماثلة لتلك الموجودة في زيت الزيتون أو زيت الكانولا. كما قامت الشركة بتطوير صنف من البطاطس لمنع تراكم بعض السكريات أثناء تخزينها في الثلاجة، وللحد من الطعم المر المرتبط بالتخزين، وكذلك كمية مادة الأكريلاميد، التي يشتبه في أنها مسرطنة، والتي تتشكل عند قلي البطاطس.

ولأن تحرير الجينات لا يتضمن إدخال أي جينات أجنبية، فقد قررت خدمة فحص الحيوانات والنباتات التابعة لوزارة الزراعة الأمريكية (APHIS) في عام 2015 أن هذه المحاصيل لا تحتاج إلى التحكم مثل الكائنات المعدلة وراثيًا. قال لي فيتاس في أكتوبر/تشرين الأول 2015: "وافقت وزارة الزراعة الأمريكية على زراعة صنف واحد من البطاطس ونوعين من فول الصويا، لذا فإن هذه البطاطس وأحد أصناف فول الصويا موجودة بالفعل في الحقول هذا العام". فهي كالنباتات العادية كأن تكونت عن طريق الطفرات الكيميائية أو أشعة جاما أو أي طريقة أخرى لا تتطلب الرقابة عن طريق التشريع. إن حصولنا على الموافقة التنظيمية وتمكننا من الانتقال على الفور تقريبًا من الدفيئة إلى الحقل يعد ميزة كبيرة. وهذا يتيح لنا تسريع عملية تطوير المنتجات بشكل كبير."

وقد قفز الباحثون في مجال الحيوان أيضًا إلى عربة تحرير الجينات. باحثون في شركة التكنولوجيا الحيوية الصغيرة المؤتلفة، في ولاية مينيسوتا، منعت وراثيا الإشارة البيولوجية التي تتحكم في نمو القرون في الأبقار هولشتاينوالتي تعتبر أساس صناعة الألبان. لقد فعلوا ذلك عن طريق استخدام تحرير الجينات لنسخ طفرة تحدث بشكل طبيعي في سلالة ماشية أنجوس عديمة القرون. يشيد العلماء في الصناعة الزراعية بهذا التطبيق لتحرير الجينات باعتباره حلاً أكثر إنسانية لأنه يلغي الحاجة إلى إجراء إجراء وحشي على ماشية هولشتاين حيث يقوم مربي الماشية بإزالة براعم القرن فعليًا ثم يكوي الموقع (يتم الإجراء لحماية الماشية) مربي الماشية والأبقار من الإصابة). يقول سكوت فرانكروغ، الرئيس التنفيذي للشركة، إن التطوير لا يشمل الجينات المحورة (الجينات الأجنبية)، ولكن فقط إدخال عدد قليل من أحرف الحمض النووي "التي تناسب الطعام الذي نأكله بالفعل". وفي الوقت نفسه، تعاون العلماء الكوريون والصينيون لإنتاج خنزير يتمتع بكتلة عضلية أكبر بكثير باستخدام التحرير الجيني لتعطيل نشاط جين يسمى الميوستاتين.

إن سرعة CRISPR وسهولة واقتصادها هي الأسباب التي تجعل الطريقة لها الأولوية على TALENs. يقول فويتاس: "من دون أدنى شك، ستكون Crisper في المستقبل "الأداة المفضلة لتحرير النباتات". لكن الغموض فيما يتعلق ببراءات الاختراع المتعلقة بهذه الطريقة قد يبطئ التطورات الزراعية التجارية. ينبع هذا الجدل من مؤسستين، جامعة كاليفورنيا ومعهد برود (الذي يديره بشكل مشترك معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا وجامعة هارفارد)، اللتان تزعمان أنهما اخترعتا تقنية كريسبر. ومؤخراً شكلت شركة دوبونت "شراكة استراتيجية" مع كاريبو العلوم البيولوجية، وهي شركة تكنولوجيا حيوية تابعة لجامعة كاليفورنيا في بيركلي، لاستخدام تطبيقات كريسبر في الزراعة، لكن المديرين التنفيذيين في شركتين صغيرتين للتكنولوجيا الحيوية أخبروا مجلة ساينتفيك أمريكان أنهم يشعرون بالقلق من تطوير المنتجات ذات الصلة بكريسبر بينما لا يزال النزاع حول براءات الاختراع قائما.

لكن الغموض الذي يحيط ببراءة الاختراع لا يتعلق بمختبرات الجامعة. أخذت قصة الفطر منعطفًا حاسمًا في أكتوبر 2013، عندما زار ديفيد كارول، خريج جامعة ولاية بنسلفانيا، مختبر يونج في زيارة. كارول، الذي تصادف أنه رئيس شركة الفطر جورجيوتساءل عما إذا كان من الممكن استخدام طرق تحرير الجينات الجديدة لتحسين الفطريات. وبتشجيع من قدرة كريسبر على إنتاج طفرات دقيقة للغاية، تساءل يونج: "ما نوع السمة التي تريدها؟" اقترح كارول مكافحة براوننج، ووافق يونغ على الفور على المحاولة.

كان يانغ يعرف بالضبط أي الجين سيستهدف. حدد علماء الأحياء سابقًا عائلة مكونة من ستة جينات، كل منها يشفر إنزيمًا يسبب اللون البني (نفس المجموعة من الجينات تسبب أيضًا اللون البني في التفاح والبطاطس، وفي كل من الجينات تم تغييرها من خلال تحرير الجينات). تنتج أربعة من جينات اللون البني هذا الإنزيم في الجسم الثمري للفطر، واعتقد يانغ أنه إذا أسكت أحد هذه الجينات بطفرة، فقد يبطئ معدل اللون البني.

تأتي الراحة المذهلة التي توفرها تقنية كريسبر من حقيقة أنه من السهل على علماء الأحياء تكييف الأداة الجزيئية التي تنتج مثل هذه الطفرات. مثل المطواة التي تجمع بين البوصلة والمقص والمشابك، تتفوق هذه الأدوات في مهمتين: تأطير تسلسل محدد للغاية من الحمض النووي ثم قطعه (المشابك، أو السقالات، تثبت الهيكل بأكمله في مكانه أثناء القطع). يتم التدجين بسبب قطعة صغيرة من الحمض النووي تسمى دليل الحمض النووي الريبيوالتي تم تصميمها لتكون صورة طبق الأصل لتسلسل الحمض النووي في الموقع المستهدف وتلتصق به بمساعدة قوى الجذب الفريدة والمحددة لأزواج الحمض النووي، والتي اكتشفها جيمس واتسون وفرانسيس كريك (A يرتبط فقط بـ T وC) يرتبط فقط بـ G). إذا قمت بإعداد قطعة من الحمض النووي الريبوزي الدليلي بطول 20 حرفًا، فستجد تسلسل صورتها المعكوسة في الحمض النووي، بدقة نظام تحديد المواقع العالمي (GPS)، ضمن السلسلة الطويلة المكونة من 30 مليون حرف في جينوم فطر الغاريقوس. يتم الانتهاء من القطع باستخدام ما يسمى بالإنزيمكاس9، والتي تم عزلها في الأصل من ثقافات بكتيريا الزبادي. يتم نقل الإنزيم إلى الحمض النووي أعلى دليل الحمض النووي الريبي (RNA). (المصطلح المقبول بالكامل لهذه الطريقة، كريسبر/كاس9، أصبح الآن تسمية خاطئة. ويشير اختصار كريسبر إلى أجزاء من الحمض النووي موجودة فقط في البكتيريا، وقد تم استخدامها في اكتشاف الطريقة. واليوم، بروتين كاس9، الذي يحمل تسلسل الحمض النووي الريبوزي (RNA) الذي يوجهه إلى الهدف، وهو الذي يقوم بتحرير الحمض النووي للنباتات والفطريات والبشر، على الرغم من أن تسلسلات كريسبر لا تشارك على الإطلاق.)

منذ اللحظة التي يقطع فيها محررو الجينات الحمض النووي عند النقطة المطلوبة، فإنهم يسمحون للطبيعة بالقيام بالعمل القذر المتمثل في خلق الطفرات. في كل مرة يتم قطع الحلزون المزدوج للحمض النووي، تلاحظ الخلية الجرح وتقوم بإصلاحه. لكن عملية الإصلاح غير كاملة، وهو ما يجعل طريقة كريسبر فعالة للغاية في خلق الطفرات. أثناء عملية الإصلاح، غالبًا ما تتساقط بعض أحرف الحمض النووي. لأن آلية صنع البروتين في الخلية تقرأ الحمض النووي في "كلمات" مكونة من ثلاثة أحرف، فإن فقدان بعض الحروف يغير النص بأكمله ويشل الجين في الواقع، مما يخلق ما يعرف بالتحول في إطار القراءة. وهذا بالضبط ما حدث في الفطريات المعدلة وراثيا. وفي دراسة يانغ، أدى فقدان عدد قليل من أحرف الحمض النووي إلى شل أحد الإنزيمات التي تعزز اللون البني، وأكد يانغ وزملاؤه وجود الطفرة في اختبار الحمض النووي. تم الانتهاء من التحرير. وفقًا ليونج، يمكن لأي عالم أحياء جزيئي ماهر أن يبني في ثلاثة أيام أداة لإنشاء طفرة مرغوبة لتعديل أي جين في أي مخلوق.

ينشأ هذا الشعور أيضًا من الشعار الذي كثيرًا ما يستشهد به العلماء حول تقنية كريسبر: إنها طريقة سريعة ورخيصة وسهلة. استغرق الأمر حوالي شهرين من العمل المختبري لإنتاج الفطر غير البني. من النظرة على وجه يانغ كان من الواضح أن المهمة كانت روتينية وسهلة إلى حد يبعث على السخرية. ورخيصة بشكل لا يصدق. أما الخطوة الأصعب، وهي إعداد دليل الحمض النووي الريبي (RNA) ونموذجه، فقد كلفت عدة مئات من الدولارات. تقوم العديد من شركات التكنولوجيا الحيوية الصغيرة الآن بتصنيع تصميمات كريسبر لتعديل أي جين تريده. أعلى تكلفة هي القوى العاملة. وعمل شيانغلينغ شين، زميل ما بعد الدكتوراه في مختبر يانغ، في المشروع بدوام جزئي. يقول يونج: "إذا لم تأخذ في الاعتبار القوى العاملة، فمن المؤكد أن تكلفتها أقل من 10,000 دولار". وفي عالم التكنولوجيا الحيوية الزراعية، يعد هذا مبلغًا صغيرًا.

لكن التوفير الكبير الذي سيغير قواعد اللعبة قد يكون في مجال الموافقات القانونية. في أكتوبر 2015، ألقى يونج محاضرة غير رسمية حول أبحاث الفطريات أمام المنظمين الفيدراليين في خدمة فحص الحيوانات والنباتات التابعة لوزارة الزراعة الأمريكية، الذين يقررون ما إذا كانت المحاصيل المعدلة وراثيًا يجب أن تخضع للتنظيم الحكومي (أي ما إذا كانت تعتبر كائنات معدلة وراثيًا). وغادر الاجتماع وهو يشعر بقوة بأن الجهات الرقابية في وزارة الزراعة لا تعتقد أن الفطر المقرمش سيحتاج إلى عملية تنظيمية خاصة أو طويلة. إذا كان هذا هو الحال بالفعل، فقد يكون هذا هو التوفير الأكثر أهمية لكريسبر: تشير تقديرات فيتاس إلى أن عملية الموافقة التنظيمية قد تكلف ما يصل إلى 35 مليون دولار وتستغرق ما يصل إلى خمس سنوات ونصف.

ميزة أخرى للفطر كدليل على جدوى كريسبر في الزراعة هي السرعة التي ينمو بها الفطر. ويستغرق التحول من الجراثيم إلى الفطر الناضج حوالي خمسة أسابيع، ويمكن زراعة الفطر على مدار العام في مرافق بدون نوافذ يمكن التحكم في مناخها. من ناحية أخرى، استغرق الأمر أشهرًا لاختبار فول الصويا والبطاطس المعدلة وراثيًا في الحقل، ولهذا السبب طلبت الشركة وحصلت على إذن لزراعة فول الصويا في الأرجنتين في شتاء 2014-2015. يقول فويتاس: "اقفز ذهابًا وإيابًا على جانبي خط الاستواء، حتى يكون من الممكن زرع البذور عدة مرات في السنة". حصدت شركة Clixt أول محاصيلها المعدلة وراثيًا في أمريكا الشمالية في أكتوبر 2015.

إحدى المخاوف طويلة المدى بشأن الهندسة الوراثية هي النتائج غير المتوقعة التي يمكن أن تسببها. في عالم الغذاء التكنولوجي الحيوي، يعني هذا سمومًا أو مسببات حساسية غير متوقعة من شأنها أن تجعل الطعام غير صحي (وهو أمر لم يتم إثباته مطلقًا في الأغذية المعدلة وراثيًا) أو محصول معدل وراثيًا سيخرج فجأة عن نطاق السيطرة ويدمر البيئة المحلية. هش يجعل حتى الناس يحبون جون بيكيا فكر في العواقب المالية غير المتوقعة. يقضي بيكيا، وهو أحد أستاذين متخصصين في الفطريات في جامعة ولاية بنسلفانيا، الكثير من الوقت في مبنى منخفض الطوب على مشارف الحرم الجامعي يضم المركز الأمريكي الوحيد للأبحاث الفطرية الأكاديمية. في ربيع عام 2015، أخذت بيكيا بعضًا من مزارع يونج للفطر وقامت بزراعة أول محصول من الفطر المعدل وراثيًا. وهو يقف خارج غرفة حيث يتم طهي خليط تبخير من سماد الفطر عند درجة حرارة 80 درجة مئوية، ويقول إن الفطر الذي يتمتع بفترة صلاحية أطول يمكن أن يؤدي إلى انخفاض الطلب من المتاجر ويسمح أيضًا بمنافسة غير متوقعة. ويضيف: "سيكون من الممكن فتح الحدود لاستيراد الفطر الأجنبي، لذلك فهو سيف ذو حدين".

وفي الطريق المرهق الذي تصل به الأغذية المعدلة وراثيا إلى الأسواق، هناك سبب آخر للتفكير. لا أحد يعرف مذاق الفطر المعدل وراثيًا. لقد تم طهيها على البخار وغليها، ولكن ليس لأغراض صالحة للأكل. تم تدمير كل فطر تم إنشاؤه حتى الآن بعد أن أجرى يانغ اختبار التحمير. ويقول بيتشيا إنه بمجرد التوصل إلى إثبات الجدوى، "فإننا نقتلهم بالبخار حتى الموت".

التغييرات دون الجينات المحورة

هل سيقبل الجمهور بالبخار أو القلي أو بأي شكل من الأشكال الأطعمة المعدلة وراثيا للمطبخ ومن هناك للطبق؟ قد يكون هذا هو السؤال المركزي في الفصل الأكثر روعة من قصة الطعام والكريسبر، والذي يتزامن مع منعطف حاسم في الجدل المستمر منذ 30 عامًا حول الأغذية المعدلة وراثيًا.

عندما وصف يانج مشروع الفطر الخاص به لمزارعي بنسلفانيا ومسؤولي وزارة الزراعة الأمريكية في أكتوبر/تشرين الأول 2015، استخدم عبارة رئيسية لوصف العملية: "التعديل الوراثي بدون جينات محورة". هذه محاولة متعمدة للتمييز بين الطرق الجديدة والدقيقة لتحرير الجينات مثل كريسبر، وبين التكنولوجيا الحيوية الزراعية القديمة التي يتم فيها إدخال أجزاء الحمض النووي الأجنبية (المعدلة وراثيا) في النباتات. بالنسبة ليانج وكثيرين غيره، فإن الصياغة الدقيقة مهمة لإعادة كتابة النقاش الدائر حول الكائنات المعدلة وراثيًا. في الواقع، بدأ اختصار GEO (للكائنات المعدلة وراثيا) في الظهور كبديل لـ GMO أو GM.

تجبر التقنيات الجديدة مثل كريسبر بعض الحكومات على إعادة النظر في تعريف الكائن المعدل وراثيا.

إن تغيير العلامة التجارية ليس دلالياً فحسب، بل هو فلسفي أيضاً، وقد تم الكشف عنه نتيجة للتغييرات التي تجريها إدارة أوباما في الطريقة التي تقوم بها الحكومة بتقييم المحاصيل والأغذية المعدلة وراثياً. وتحدد عملية المراقبة هذه، التي لم يتم تحديثها منذ عام 1992، أدوار وزارة الزراعة وإدارة الغذاء والدواء ووكالة حماية البيئة الأمريكية. إن قوة كريسبر تزيد من الحاجة الملحة إلى تجديد التفكير التنظيمي، ويغتنم العلماء الفرصة ليطرحوا مرة أخرى سؤالاً قديماً للغاية: ماذا تعني عبارة "الهندسة الوراثية" على وجه التحديد؟ أجاب فيتاس، الذي جعلته قائمة منشوراته وبراءات اختراعه المتعلقة بالأغذية المعدلة وراثيا، رئيسا لتحرير شركات صغيرة متخصصة في التكنولوجيا الحيوية الزراعية في الولايات المتحدة، بضحكة خافتة: "مصطلح "جنرال موتورز" مثير للإشكال بالتأكيد".

ما هو الإشكالي في ذلك؟ يزعم أغلب منتقدي أغذية التكنولوجيا الحيوية أن أي شكل من أشكال التعديل الوراثي هو على حقيقته، أي التعديل الوراثي، الذي يحمل في طياته احتمال حدوث طفرات أو تغيرات غير مخطط لها من شأنها أن تعرض الصحة العامة أو البيئة للخطر. يجيب علماء مثل فيتاس ويونغ بأن جميع أشكال تربية النباتات، التي بدأت بإنتاج قمح الخبز على يد مزارعي العصر الحجري الحديث قبل 3,000 عام، تنطوي على تغييرات وراثية، وأنه حتى طرق التربية التقليدية لها تأثير بيولوجي. إنهم يخلقون، على حد تعبير يونج، اضطرابات وراثية "هائلة". (أشارت نينا فيدروف، عالمة الأحياء النباتية والرئيسة السابقة للجمعية الأمريكية لتقدم العلوم، إلى النسخ المستأنسة من قمح الخبز، التي تنتجها الهجينة التقليدية، على أنها "نزوات وراثية".)

قبل عصر الحمض النووي المؤتلف في السبعينيات، والذي مكّن من إنشاء الجيل الأول من التكنولوجيا الحيوية الزراعية، غالبًا ما استخدم مربو النباتات أساليب عدوانية (الأشعة السينية، أو أشعة جاما، أو المواد الكيميائية القوية) لتغيير الحمض النووي للنباتات. وعلى الرغم من النهج غير المتطور، فإن بعض هذه الطفرات العشوائية التي من صنع الإنسان أدت إلى تغيير الجينات بطريقة تؤدي إلى سمات زراعية مرغوبة، مثل إنتاجية أعلى، أو ثمار ذات شكل أفضل، أو القدرة على النمو في ظروف قاسية مثل الجفاف. وتم دمج هذه الطفرات المفيدة مع الصفات المرغوبة في أصناف أخرى، ولكن فقط من خلال التهجين، أي تزاوج النباتات. يستغرق هذا النوع من التهجين وقتا طويلا (عادة من خمس إلى عشر سنوات)، ولكنه على الأقل "طبيعي".

ولكنها أيضًا ضارة جدًا. عندما يتلامس الحمض النووي من شخصين مختلفين أثناء التكاثر، سواء في البشر أو في النباتات، يختلط الحمض النووي في عملية تعرف باسم إعادة ترتيب الكروموسوم. عندما يركز مربي النباتات على سمة مرغوبة، يمكن أن تحدث طفرات عفوية كل جيل، ويمكن أن تنتقل الملايين من أزواج قواعد الحمض النووي من مواصفات إلى أخرى. إنها بالفعل عملية طبيعية، ولكنها أيضًا "فوضى كبيرة"، وفقًا لفيتاس. ويقول: "في هذه العملية، لا يمكنك نقل جين واحد فقط". "في كثير من الأحيان يتم نقل قطعة كبيرة إلى حد ما من الحمض النووي من السلالة البرية." علاوة على ذلك، أثناء عملية التكاثر، غالبًا ما تجلب السمة المرغوبة معها سمة غير مرغوب فيها على نفس قطعة الحمض النووي. يمكن أن يؤدي هذا "السحب في القبضة" إلى الإضرار بالنبات الذي خضع للتحسين الطبيعي. استنادًا إلى بعض النتائج الحديثة المتعلقة بعلم الوراثة لنباتات الأرز، يتوقع بعض علماء الأحياء أن عملية التدجين أدخلت عن طريق الخطأ طفرات ضارة "صامتة" بالإضافة إلى الخصائص المفيدة الواضحة.

على الرغم من أن كريسبر أكثر دقة من التعزيز التقليدي، إلا أن الطريقة ليست محصنة ضد الأخطاء. تقوم أداة القطع الدقيقة أحيانًا بالقطع في مناطق لم يتم التخطيط لها مسبقًا، وقد أثار انتشار هذا القطع "غير المستهدف" مخاوف تتعلق بالسلامة (وهو أيضًا السبب الرئيسي الذي يجعل تحرير الجينات في البويضات البشرية وخلايا الحيوانات المنوية لا يزال يعتبر غير آمن وغير أخلاقية). جنيفر كوزمايقول محلل السياسات في جامعة نورث كارولينا والذي يتابع علوم وسياسات زراعة الكائنات المعدلة وراثيًا منذ بدايتها: "إن هذه الدقة لها فوائد، ولكنها لا تقلل بالضرورة من المخاطر". طريق جديد للخطر." فنغ تشانغ من معهد Broad (صاحب براءة الاختراع المتنازع عليها الآن) نشر العديد من الابتكارات المدرجة في نظام CRISPR والتي تعمل على تحسين الخصوصية وتقليل القطع في الأماكن الخاطئة.

كما أتاحت سهولة استخدام تقنية كريسبر وتوفيرها للمختبرات الأكاديمية وشركات التكنولوجيا الحيوية الصغيرة العودة إلى اللعبة التي كانت تديرها حتى الآن الشركات الزراعية الكبيرة. فقط الشركات ذات الموارد المالية الكبيرة هي التي كانت قادرة في البداية على مواجهة التحدي الباهظ الثمن المتمثل في إصدار التصاريح، واليوم تقريبًا كل تغيير في المحاصيل التي يتم إنشاؤها من خلال الهندسة الوراثية يتم إجراؤه لزيادة اقتصاديات إنتاج الغذاء للمزارعين أو الشركات، وأحد هذه التغييرات هو ما إذا كان الأمر يتعلق زيادة إنتاجية المحاصيل الحقلية المقاومة لمبيدات الأعشاب من شركة مونسانتو أو المقاومة للنقل الطماطم المعدلة وراثيا الأشخاص غير المحظوظين في شركة كالجين. وكانت هذه التغييرات في نباتات المحاصيل أكثر إغراءً للشركات الزراعية منها للمستهلكين، ولم تركز على جودة الغذاء. وكما أوضح مؤخراً مجموعة من خبراء السياسة الزراعية في جامعة كاليفورنيا في ديفيس، فإن "الشركات المتعددة الجنسيات التي هيمنت على هذا المجال على مدى العقد ونصف العقد الماضيين لا تتمتع بماض مشرق من حيث الابتكار، بخلاف السمات التي تمنح المقاومة للمبيدات الحشرية أو مبيدات الأعشاب."

يجلب اللاعبون الجدد نوعًا مختلفًا من الابتكار إلى الزراعة. على سبيل المثال، يزعم فيتاس أن دقة تحرير الجينات تسمح لأخصائيي التكنولوجيا الحيوية بالتركيز على المستهلكين من خلال إنتاج أغذية أكثر صحة وأمانًا. ويشير فيتاس وزميلته كايسيا جاو من الأكاديمية الصينية للعلوم إلى أن النباتات تحتوي على العديد من "المغذيات المضادة": مواد ضارة مصممة للدفاع عن النفس أو سموم فعلية يمكن إزالتها من خلال تحرير الجينات لتحسين خصائص التغذية والذوق. على سبيل المثال، تقلل بطاطس كليكست المعدلة وراثيا من الطعم المر المميز المرتبط بالتخزين البارد للبومود.

لكن فيتاس لا يتوقف عند هذا الحد. وهو يعتقد أن فول الصويا كليكست سوف يتم بيعه للمزارعين باعتباره أغذية غير معدلة وراثيا، لأنه على النقيض من 90% من فول الصويا المزروع في الولايات المتحدة، فإن الأصناف المعدلة وراثيا لا تحتوي على جينات محورة. يقول: "الكثير من الناس لا يريدون المنتجات المعدلة وراثيا". "بمساعدة منتجنا، قد نكون قادرين على إنتاج زيت الصويا ونخالة الصويا غير المعدلة وراثيا."

مثل أي تكنولوجيا جديدة وقوية، تلهم تقنية كريسبر بعض أصحاب الرؤى الزراعية الذين يتخيلون سيناريوهات مستقبلية من مجال الخيال العلمي تقريبا - وهي السيناريوهات التي تجد طريقها بالفعل إلى الأدبيات العلمية. مايكل بالمجرينيعتقد عالم الأحياء النباتية في جامعة كوبنهاجن أن العلماء يمكنهم استخدام أساليب التحرير الجيني الجديدة لإعادة النباتات إلى حالتها البرية، أي إحياء السمات التي فقدت عبر أجيال من التحسين الزراعي. وبعض المحاصيل الغذائية ذات الأهمية الاقتصادية، ولا سيما الأرز والقمح والبرتقال والموز، معرضة بشكل خاص للآفات. استعادة الجينات المفقودة قد تزيد من مقاومة الأمراض والهدف، كما أشار بالمجرين وزملاؤه الدنماركيون مؤخراً، هو "تصحيح النتائج غير المتوقعة لتربية النباتات".

وتجري بالفعل محاولات لاستعادة الحالة البرية، ولكن مع تغيير بسيط. بدلًا من إعادة إدخال السمات البرية المفقودة إلى الأصناف المستأنسة، يقول فويتاس إن مختبره في جامعة مينيسوتا يحاول القيام بما يسميه "التدجين الجزيئي": نقل الجينات المرغوبة زراعيًا من الأصناف الموجودة مرة أخرى إلى أصناف برية أكثر صلابة وأكثر قدرة على التكيف، مثل الأصناف المبكرة. أشكال الذرة والبطاطس. يقول فيتاس: "عادةً ما تكون مجموعة من التغييرات الحاسمة التي حدثت - خمسة أو ستة أو سبعة جينات - هي التي سمحت للصنف العشبي بأن يصبح مرغوبًا، مثل التغيرات في حجم الفاكهة أو عدد كيزان الذرة، وأشياء من هذا القبيل". . فبدلاً من تهجين السلالات البرية مع السلالات المستأنسة، وهي عملية تهجين تستغرق عشر سنوات، يقول: "ربما يمكننا فقط الاعتناء بهذه الجينات وتدجين السلالات البرية".

هناك دلائل مبكرة على أن تحرير الجينات، بما في ذلك تقنية كريسبر، قد يستفيد من عملية موافقة أسرع. حتى الآن، يبدو أن الجهات التنظيمية الأمريكية تعتقد أن بعض المحاصيل المعدلة وراثيًا على الأقل تختلف عن المحاصيل المعدلة وراثيًا. عندما تواصلت كليكست لأول مرة مع وزارة الزراعة الأمريكية وسألتها ما إذا كانت البطاطس المعدلة وراثيا تحتاج إلى مراجعة تنظيمية، استغرق الأمر من المسؤولين الفيدراليين عاما كاملا ليقرروا، في الرابع عشر من أغسطس، أن تحرير الجينات لا يتطلب اعتبارات خاصة. وعندما اتصلت الشركة بوزارة الزراعة مرة أخرى في الصيف الماضي بشأن فول الصويا المعدل وراثيا، استغرق الأمر من المسؤولين الحكوميين شهرين فقط للتوصل إلى نتيجة مماثلة. وفي نظر الشركات، يشير هذا إلى أن السلطات الأمريكية تعتقد أن الأساليب الجديدة تختلف جوهريا عن الأساليب المعدلة وراثيا. وفي نظر النقاد، يشير هذا إلى ثغرة تنظيمية تستغلها الشركات. قد يكون فطر يونغ هو أول طعام هش تتم مناقشته في وزارة الزراعة الأمريكية.

وتجبر التقنيات الجديدة مثل كريسبر بعض الحكومات على إعادة النظر في تعريف الكائنات المعدلة وراثيا. في نوفمبر 2015، قضت وزارة الزراعة السويدية بأن بعض الطفرات في النباتات المزروعة باستخدام طريقة كريسبر لا تلبي تعريف الاتحاد الأوروبي للكائنات المعدلة وراثيًا، وخلصت الأرجنتين أيضًا إلى أن بعض النباتات المعدلة وراثيًا ليست مدرجة في الكائنات المعدلة وراثيًا. أنظمة. يعيد الاتحاد الأوروبي، الذي عارض تاريخيا النباتات المعدلة وراثيا، النظر في موقفه في مواجهة أساليب التحرير الجيني الجديدة، لكن تحليله القانوني، الذي كان من المفترض أن ينشر بنهاية مارس/آذار 2016 على أقرب تقدير، تأخر. على الرغم من عدم وجود الكثير من القواسم المشتركة بين الباحثين والمعارضين، فقد اقترح فيتاس وآخرون حلاً وسطًا محتملاً: تعديل الجينات الذي يسبب الطفرة، أو إسكات الجينات، سيُعتبر مثل الأشكال الأكثر تقليدية لتربية النباتات (مثل استخدام X - الأشعة لإنتاج الطفرات)، في حين أن تحرير الجينات الذي يُدخل الحمض النووي A الجديد سيخضع لرقابة تنظيمية على أساس كل حالة على حدة.

قد يكون يوم المحاصيل المعدلة وراثيا قريبا جدا. ويقدر فيتاس أن شركة كليكست ستحقق "إطلاقًا تجاريًا صغيرًا" لفول الصويا بحلول عام 2017 أو 2018. ويقول: "سيستغرق الأمر بعض الوقت للحصول على ما يكفي من البذور لمليوني فدان على سبيل المثال". "لكننا نمضي قدما بكل قوتنا."

كيف سيكون رد فعل الجمهور؟ ويتوقع كوزما أن الأشخاص الذين عارضوا التعديل الوراثي سابقًا لن يشربوا من جهاز Crisper في أي وقت قريب. وتقول: "إن الجمهور الذي عارض الجيل الأول من الأغذية المعدلة وراثيا من غير المرجح أن يتبنى الجيل الثاني من الهندسة الوراثية، فقط لأننا نغير قليلا من الحمض النووي". "سوف يجمعون كل شيء مع الكائنات المعدلة وراثيًا." ويشعر كوزما بقلق أكبر بشأن الحاجة إلى إصلاح الهيكل التنظيمي بأكمله وإدراج المزيد من الأصوات في عملية المراقبة، في وقت حيث تشق المزيد والمزيد من الأطعمة المعدلة وراثيا طريقها إلى السوق.

وماذا عن الفطر؟ وبعيدًا عن التصفيق المهذب في نهاية محاضرة يينونج يانج، فإن رد فعل مزارعي الفطر غير واضح. لقد فهم يونج ذلك أيضًا عندما قال للمزارعين: "إن إمكانية تسويقه تجاريًا هو أمر متروك لكم". في الوقت الحالي، يعد الفطر غير البني مجرد مشروع مختبري، ودليل على جدوى هذا المشروع. إذا لم يكن المزارعون مقتنعين بقيمة الفطر أو يخشون أن يبتعد المستهلكون عنه، فقد لا يرى الفطر المعدل ضوء النهار. وهذا عادة أمر جيد بالنسبة للفطر الذي ينمو في الظلام، ولكنه علامة سيئة لهذه التكنولوجيا المتقدمة.