اصلاح ژنتیکی و محصولات تراریخته: گردش در یک گلخانه‌ مدرن

چندی پیش استیون هال، روزنامه‌نگار پایگاه Wired مصاحبه‌ای را با یک کشاورز امریکایی انجام داد؛ زاکاری لیپمن هم مانند هر کشاورز محترم و تلاشگر دیگری، پیرامون وضعیت هوا گله‌مند بود. لیپمن، فردی با صورت ریش‌دار و بدنی تنومند با موهای کوتاه است که در میان گلخانه‌ای پر از گیاهان پرپشت ایستاده و درمورد سردی هوا حرف می‌زد. گلخانه‌ی او در لانگ‌آیلند در ایالت نیویورک قرار دارد. گفتگویی که از آن صحبت می‌کنیم، مربوط به یکی از روزهای میانی ماه آوریل سال جاری (اردیبهشت) است. در آن روز طبق پیش‌بینی هواشناسی احتمال بارش برف وجود داشت و باد سردی از طرف دریا می‌وزید. آب‌وهوای این‌ چنینی اصلا مناسب رشد گوجه‌فرنگی نبود. اما لیپمن به فکر روزهای پیش‌ رو بود؛ زمانی که هزاران گیاه رشدکرده‌ی گوجه‌فرنگی از گلخانه منتقل شده و در خاک لومی (Loam) لانگ‌آیلند کاشته خواهند شد. او امیدوار بود که تا آن زمان، هوا گرم‌تر شود.

با اینکه او از کودکی در زمین کشاورزی کار کرده و یک وابستگی به خاک پیدا کرده است، اما یک کشاورز معمولی نیست. او بیولوژیست و گیاه‌شناس در آزمایشگاه Cold Spring Harbor در نیویورک با زمینه‌ی تخصصی ژنتیک و اصلاح ژنتیکی است. گلخانه‌ای که او در آن کار می‌کند، یک گلخانه‌ی معمولی نیست و گیاهان موجود در آن نیز معمولی نیستند.

استیون هال ماجرای دیدار خود از گلخانه‌ی متفاوت این کشاورز متخصص را تشریح کرده است:

بعد از اینکه او مرا با یار همیشگی خود، چارلی، یک سگ از نژاد لابرادور-روتوایلر، معرفی کرد، به داخل گلخانه هدایت شدم؛ جایی که صدها گیاه گوجه‌فرنگی در دمای ۲۶ درجه‌ سانتی‌گراد و رطوبت ۴۰ تا ۶۰ درصدی نگه‌داری می‌شوند. در بالای سر گیاهان نیز لامپ‌های سدیم پرفشار قرار دارد که برای تسریع فتوسنتز آن‌ها لازم است. بعضی از گیاهان در حد جوانه‌های کوچکی بودند که به‌تازگی برگ‌های کوچکشان باز می‌شدند، برخی دیگر دارای گل‌های زردرنگ زیبا بودند که نشان می‌داد آماده‌ی میزبانی از میوه هستند. برخی از گیاهان نیز دارای گوجه‌های رسیده بودند و در اثر وزن میوه‌های قرمزرنگ خم شده بودند.

اما چیزی که باعث تفاوت این گلخانه شده و آن را  تبدیل به مرکز و منشا آغاز انقلابی در زمینه‌ زیست‌گیاه‌شناسی کرده و می‌تواند نه‌تنها آینده‌ی تولید گوجه‌فرنگی، بلکه آینده‌ی تولید دیگر محصولات کشاورزی را تغییر دهد، این است که ۹۰ درصد گیاهان موجود در آن تحت فرآیند اصلاح ژنتیکی با استفاده از ابراز جدید و انقلابی ویرایش ژنی کریسپر (Crispr/Cas-9) تولید شده‌اند. لپیمن و جویس ون اک (Joyce Van Eck)، یار و همکار قدیمی او در موسسه Boyce Thompson واقع در شهر ایتاکا در نیویورک، از جمله پژوهشگران پیشرو در زمینه‌ی ویرایش ژنی گوجه‌فرنگی و به‌نوعی تبدیل آن به موش آزمایشگاهی دنیای گیاه‌شناسی به شمار می‌آیند. در گلخانه‌ی آن‌ها، کلمه‌ی کریسپر تبدیل به یک فعل شده است؛ هر گیاه یک آزمایشگاه است و جهش ژنتیکی یک عبارت دارای بار منفی نیست.

لیپمن به سمت انتهای گلخانه می‌رود و با دستش یک دسته گیاه گوجه‌فرنگی را نشان می‌دهد. او می‌گوید اسم این نوع از گیاهان، «گیاهان میوه بزرگ برای بازار» است؛ گیاهانی که مخصوص بازار صنعتی هستند و میوه‌های آن‌ها در سوپرمارکت‌ها پیدا می‌شود و نه در بازار آخرهفته‌ی کشاورزان. او یک گیاه مخصوص را به ما نشان می‌دهد؛ گیاهی که تقریبا دو ماهه بود و در اثر سنگینی میوه‌های بزرگ و رسیده‌اش سر خم کرده بود. لیپمن توضیح می‌دهد که این گیاه تحت ویرایش ژنی قرار گرفته و میوه‌هایش به اصطلاح بدون زائده هستند. بیشتر انواع گیاهان گوجه‌فرنگی دارای یک بافت برآمده یا زائده روی ساق خود هستند، درست بالای جایی که میوه شروع به رشد می‌کند. لیپمن اینطور توضیح می‌دهد که وقتی گوجه به انتهای رشد خود می‌رسد، به خود می‌گوید: «من کاملا رسیده هستم، الان زمان افتادن است!» و سلول‌های این زائده، یک سیگنال خودکشی دریافت می‌کنند و به این ترتیب می‌میرند و گوجه به زمین می‌افتد.

این روشی است که طبیعت، برگزیده تا دانه‌های گوجه‌فرنگی پخش شوند. اما وجود، این زائده برای صنعت تولید محصولات کشاورزی مانند خار است؛ چون هنگام برداشت مکانیزه‌ی گوجه‌فرنگی، این بخش باقی‌مانده از ساقه‌ی گیاه داخل میوه‌ها فرو می‌رود. پیش از این و قبل از معرفی ابزار کریسپر، گوجه‌های بدون زائده بارآورده شده و به مرحله‌ی تولید صنعتی رسیده‌ بودند؛ اما متاسفانه اغلب این نوع گیاهان دارای جهش‌های ژنتیکی ناخواسته می‌شوند. امروزه به لطف ابزار ویرایش ژنی، از بروز تبعات ناخواسته‌ی بارآوری و پرورش انواع جدید گیاهان به روش سنتی اجتناب می‌شود. لیپمن در این مورد می‌گوید:

حالا ما می‌توانیم به‌طور مستقیم به‌سراغ ژن مسئول زائده برویم و آن را به‌صورت مولکولی قیچی کنیم؛ یعنی باعث یک جهش ژنتیکی شویم. این ویژگی، بدون زائدگی را در هر نوع گیاهی که بخواهید، مهیا می‌کند.

در ادامه، لیپمن گیاهانی از جنس فیسالیس پرونوسا (Physalis pruinosa) نشان می‌دهد. این گیاه از خویشاوندان توماتیلو (Tomatillo) است که میوه‌های کوچک و آبداری دارد و به گیلاس زمینی معروف است. این گیاه هیچ‌گاه اهلی نشده بود و لیپمن نوع وحشی این گیاه را هیولا می‌نامد. این گیاه بلند، درهم‌تنیده و دارای خار زیاد است که هر بار تنها یک عدد میوه‌ی کوچک ثمر می‌دهد. در نزدیکی آن، گیاه فیسالیس قرار داشت که دانشمندان یک جهش ژنتیکی با نام خود هرسی در آن ایجاد کرده بودند. این گیاه نسبت به گیاه قبلی کوتاه‌تر و کم‌پشت‌تر و دارای چند میوه‌ی رسیده بود. لیپمن یک گیلاس زمینی از یکی از این گیاهان جهش‌یافته چید و آن را به من تعارف کرد.

لیپمن گفت: «اول آن را بو کن. از بوی آن لذت ببر». بوی جالب و تا حدی استوایی داشت. آن را در دهانم گذاشتم و با اولین گاز، ترکیبی از طعم‌های مختلف را احساس کردم. این میوه هم مانند تمام خویشاوند خود یعنی گوجه‌فرنگی، طعمی مرموز داشت و با گذر زمان، ترکیبی از طعم‌های ترشی و شیرینی در دهان ایجاد کرد. ترکیبات بخارشدنی آن باعث پیجیدن رایحه‌ی آن در دهان و بینی می‌شود و لذت خوردن میوه را بیشتر می‌کند. لیپمن گفت: «همین الان یک میوه‌ی جهش‌یافته خوردی. اما زیاد نگران نباش».

همانند اکثرا دانشمندان، لیپمن نیز معتقد است که خوردن محصولاتی که ویرایش ژنی شده‌اند، هیچ اشکالی ندارد. اما لبخند موذیانه‌ی او هنگام گفتن نگران نباش حاکی از تایید این موضوع است که دیدگاه همه‌ی دانشمندان مشابه دیدگاه او نیست. در سال‌های اخیر نگرانی‌های زیادی در مورد تغییرات ژنتیکی در گیاهان و محصولات کشاورزی ایجاد شده است. محصولات اصلاح ژنتیکی‌شده یا ترنس‌ژنیک (ترا‌ریخته) همچون سویا و ذرت مدت‌هاست که به صنعت غذاهای فرآوری‌شده، محصولات دامی و سوخت‌های زیستی نفوذ کرده‌اند؛ با این حال، نزاع بین طرفداران و مخالفان این نوع غذاها جامعه‌ی آمریکا و دیگر کشورها را دو پارچه کرده‌ است.

معرفی ابزار انقلابی کریسپر، شاید این جدال را تشدید نکرده باشد، اما قطعا بُعد دیگری به آن اضافه کرده است. اکثر گیاهانی که تا امروز ویرایش ژنتیکی شده‌اند، از طریق حذف برخی ژن‌ها یا به عبارتی دیگر، جهش ژنی ایجاد شده‌اند. در نسل اول ویرایش ژنی گیاهان، ژن‌های جدید از گونه‌های دیگر معرفی نمی‌شدند؛ بلکه برخی ژن‌های یک محصول حذف می‌شدند. اما اکنون پیشرفت و تنوع روش‌های ویرایش ژنی به نگرانی‌ها از جمله نگرانی از آلایندگی محیط‌زیست افزوده است.

اگر بخواهیم دقیق‌تر صحبت کنیم، دانشمندان این‌گونه استدلال می‌کنند که چون ویرایش ژنی تنها مختص به حذف ژن‌هاست و نه اضافه کردن آن‌ها، بنابراین این‌گونه اصلاح ژنتیکی شبیه جهش‌های ژنی سنتی است که از طریق فرآیندهای سنتی کشاورزی انجام می‌شده است. شاید این استدلال منتقدان را آرام نکند، اما ظاهرا قانون‌گذاران فدرال را قانع کرده است. محصولات سویا و سیب‌زمینی که اصلاح ژنتیکی شده‌اند، هم‌اکنون در ایالات متحده کشت می‌شوند و در ماه مارس همین سال میلادی (فروردین) وزارت کشاورزی امریکا اعلام کرد:

محصولاتی که از طریق تغییر ژنی دچار جهش شده‌اند، هیچ تفاوتی با محصولاتی که از طریق بارآوری سنتی تولید می‌شوند ندارند و از این رو، این محصولات مستلزم نظارت مقرراتی نیستند.

غذای نسل‌های آینده بشر چگونه تامین می‌شود؟

سوالات بزرگی درمورد آینده‌ی صنعت غذای دنیا وجود دارد. چگونه می‌توان ۹ میلیارد انسان کره زمین را سیر کرد؛ چگونه در شرایطی که وضعیت آب‌وهوای مناطق مختلف زمین دچار ناپایداری کم‌سابقه شده است، می‌توان کشاورزی کرد؛ چگونه می‌توان در شرایطی که عموم مردم بیش از پیش نگران دخالت تکنولوژی در سفره‌ی غذای خود هستند، گیاهان مقاوم و غذاهای مغذی تولید کرد.

دانشمندان حوزه‌ی گیاه‌شناسی از ابزارهایی همانند کریسپر و تکنولوژی‌های مشابه دیگر برای شکل‌دهی دوباره به صنعت غذا استفاده می‌کنند. آن‌ها با ویرایش ژن گندم سعی می‌کنند گلوتن آن را پایین بیاورند، سویا را ویرایش می‌کنند تا روغن سالم‌تری تولید شود، سیب‌زمینی را ویرایش می‌کنند تا نگهداری آن راحت‌تر و بی‌دردسر‌تر شود و تولید مواد سرطان‌زا هنگام پخت آن کاهش یابد. پژوهشگران در آزمایشگاه‌های صنعتی و آزمایشگاه‌های آکادمیک در تلاشند تا ابزارهای جدیدی برای ویرایش ژنی توسعه دهند؛ بنابراین تکنولوژی اصلاح ژنتیکی محصولات کشاورزی در آینده تاثیر شدید و همه‌جانبه‌ای بر تمام آن چه که می‌خوریم خواهد داشت.

اشاره به این نکته خالی از لطف نیست که همزمان با توسعه‌ی روش‌های گوناگون برای تغییر ویژگی گیاهان زراعی، تغییراتی نیز در بازار صنایع غذایی ایالات متحده رخ داده است و پس از تجمیع شرکت‌های مختلف در یکدیگر اکنون این بازار بیشتر در اختیار سه ابرشرکت قرار دارد. این ابرشرکت‌ها، سرمایه‌ی لازم برای استفاده از تکنولوژی جدید را دارند؛ اما سوال این است: آن‌ها چه استفاده‌ای از تکنولوژی خواهند کرد؟

سویا، ذرت و سیب‌زمینی اصلاح‌شده، به‌راحتی جذب بازار و زنجیره‌ی غذایی می‌شوند؛ اما در مورد گوجه‌فرنگی موضوع کمی پیچیده می‌شود. اصلاح این محصول یک علامت سوال بزرگ قرمز رنگ در برابر دو طرف نزاع فعلی قرار می‌دهد. این محصول نمایان‌گر تمام‌قد ابعاد کشاورزی، بیولوژیکی و فرهنگی موضوع مورد مناقشه است. گوجه‌فرنگی، محصولی که خانواده‌ها در حیاط خود می‌کارند، عروس بازار کشاورزان، الماس حیاط‌های پشتی و یکی از غذاهای اصلی گیاه‌خواران است. گلخانه‌ی لیپمن نشان می‌دهد که چطور ویرایش ژنتیکی برخی از ویژگی‌های این محصول را تغییر داده است. لیپمن بوته‌هایی دارد که زودتر گل می‌دهند، یا بوته‌هایی که به نور خورشید حساس نیستند، گیاهانی که خود را هرس می‌کنند تا فضای کم‌تری اشغال کنند و گیاهانی که طوری می‌توان آن‌ها را برنامه‌ریزی کرد که میوه‌شان در مکان‌های مشخصی از ساقه رشد کنند.

کریسپر: امیدواری و ترس توامان

برای افرادی که عاشق پرورش و البته خوردن گوجه هستند، ظهور کریسپر تواما باعث ایجاد حس بدبینی و امیدی گیج‌کننده درمورد آینده‌ی میوه‌ی مورد علاقه‌شان شده است. بدبینی به این دلیل که بیشتر پژو‌هش‌های علمی باعث خواهد شد تا بی‌مزگی موجود در گوجه‌های تولیدشده به‌صورت صنعتی و انبوه تداوم یابد. از یک طرف، کشاورزان و شرکت‌های بزرگ حوزه‌ی صنایع غذایی همیشه به‌دنبال سود‌آوری بیشتر هستند و در مقایسه با تولید بیشتر با هزینه‌ی کمتر، موضوعی مانند طعم محصول در اولیت پایین‌تر قرار می‌گیرد. از طرفی دیگر، مشتریان هستند که طعم و مغذی بودن گوجه برای آن‌ها اهمیت دارد. هری کلی، کارشناس کشاورزی و صنایع غذایی از دانشگاه فلوریدا می‌گوید که گوجه‌ی مورد علاقه‌ی صنعت کشاورزی، گوجه‌ای است که بزرگی آن به اندازه‌ی همبرگر مک‌دونالد باشد. و اما چرا امید: به این دلیل که معرفی تکنولوژی جدید باعث ایجاد کنجکاوی می‌شود که آیا می‌توان طعم فوق‌العاده و ترش و شیرین یک گوجه‌ را در گیاهی مقاوم‌تر تولید کرد یا نه.

بعد از این که لیپمن به همراه من از گلخانه‌ی تراریخته عبور می‌کرد، نتوانستم جلوی خودم را بگیرم و از او پرسیدم که آیا با قیچی کریسپر می‌توان در ارقام نوعی گوجه موسوم به هیرلوم (heirloom tomato) که من چندین سال است سعی دارم در حیاط پشتی خانه‌ام پرورش دهم، تغییرات مفیدی ایجاد کرد. او پاسخ می‌دهد:

ما روی هیرلوم‌ها کار نمی‌کنیم؛ هنوز نه. اما برای آن برنامه داریم. این ارقام هم می‌توانند از کمی اصلاح سود ببرند.

موضوع صحبت ما گوجه است. اما مانند هر محصول کشاورزی دیگر، صحبت از جهش‌های ژنتیکی نیز به میان می‌آید. جهش‌های طبیعی یا جهش انجام‌شده به دست انسان، جهش‌های مرموز و پنهان در طولانی‌مدت یا جهش‌های آشکار و شدید چند ماهه، جهش‌هایی که همین امسال در آزمایشگاه لیپمن ایجاد شده‌اند یا جهش‌هایی که شاید ۱۰ هزار سال پیش رخ داده‌اند، مانند جهش‌هایی که باعث شدند Solanum pimpinellifolium از یک گیاه نحیف اما پایدار که میوه‌ای به اندازه‌ی نخود داشت و در حاشیه‌ی اقیانوس آرام در مناطق پرو و اکوادور رشد می‌کرد، تبدیل به گیاهی شود که حتی در حیاط پشتی خانه‌ها نیز میوه‌ای خوشمزه، خوش‌رنگ و بزرگ به بار می‌دهد.

فرهنگ لغات ما، کلمه‌ی جهش را تا یک اصطلاح منفی که مورد استهزا قرار می‌گیرد پایین آورده است؛ اما اگر فکر می‌کنید که جهش لغت پلیدی است، باید خواندن این مطلب را رها کنید یا حتی خوردن محصولات درختی و بوته‌ای را نیز کنار بگذارید. اصل اساسی پرورش و بارآوری گیاهان این است که از جهش‌های ژنتیکی روی‌داده، نهایت استفاده را ببریم. ممکن این جهش‌ها در اثر نور خورشید، اشعه‌ی ایکس یا کریسپر روی داده باشد. در واقع آنطور که کلی می‌گوید غیر‌ممکن است که به سوپرمارکت مراجعه کنید و محصول کشاورزی پیدا کنید که در آن تغییرات شدید نسبت به ارقام اولیه رخ نداده باشد.

هر باغبان یک زیباشناس است. او به دنبال زیبایی است و هر کجا زیبایی ببیند، تلاش می‌کند آن را محافظت و تقویت کند و به دیگران سرایت دهد. او ناخودآگاه باعث ماندگاری جهش ژنتیکی می‌شود. جهش‌های ژنتیکی که در طول هزاران سال توسط طبیعت یا انسان در گیاه گوجه‌فرنگی روی داده، باعث شده امروزه هزاران رقم از این میوه وجود داشته باشد که هر کدام، ویژگی متمایزکننده‌ی خود را دارد. از طعم تند و شادابی بی‌نظیر گوجه‌ی Brandywine گرفته و رنگ زرد گوجه‌ی Juane Flamme تا رنگ سبز و سرد بلک کریم Black Krim و Rose de Berne با رنگ زیبا و طعم بی‌نظیر. استیون هال می‌نویسد:

هر ساله با شروع فصل بهار، من با به همراه داشتن کود به سراغ باغچه‌ی خودم می‌روم و دانه‌های ارقام مختلف گوجه را در خاک دست‌نخورده می‌کارم. همسرم همیشه از من می‌پرسد که چرا مثل افراد دیگر نهال‌‌های کوچک گوجه را از بازار تهیه نمی‌کنم. واقعیت این است که من هنوز آن شور و شوق دوران کودکی را در سر دارم؛ شوری که با دیدن اولین نشانه‌های سرسبزی که زیر خاک بیرون می‌آید، اولین سلول‌های حاوی DNA که گسترش می‌یابند، اولین برگ‌هایی که سبز می‌شوند و در نهایت تبدیل یک دانه‌ی کوچک به یک گیاه دو متری که میوه‌هایی زیبا به بار می‌آورد، در من ایجاد می‌شود. همه‌ی باغبانان این شور را تجربه می‌کنند و از تکرار آن خسته نمی‌شوند. داستان لیپمن نیز همین گونه است. همین شور و انگیزه بوده که باعث شده او وارد دنیای اصلاح ژنتیکی شود.

لیپمن در شهر ملفورد در کنیکت بزرگ شده است، پدرش معلم زبان انگلیسی و مادرش در سیستم بهداشتی مشغول به کار بود. اولین خاطراتی که او به یاد می‌آورد به ۶ یا ۷ سالگی بر‌می‌گردد؛ زمانی که برای برداشتن مابقی کدو‌ها و کدوتنبل‌های هالووین از روی زمین، با اشکال و رنگ‌های عجیب و غریبشان، به مزارع نزدیک می‌رفت. این مزرعه بخشی از مزارع Robert Treat بود؛ جایی که لیپمن در ۱۳ سالگی و در تابستان‌ها در آنجا کار می‌کرد. در سال ۱۹۹۶ زمانی که لیپمن از دبیرستان فارغ‌التحصیل شد، تصمیم گرفت که رشته‌ی پرورش گیاهان و ژنتیک را انتخاب کند. او ابتدا به دانشگاه کورنل و بعد از آن به Cold Spring Harbor رفت. در همینجا بود که مدرک دکترای خود را دریافت کرد و به‌عنوان پژوهشگر در موسسه‌ی درمانی Howard Hughes مشغول به کار شد.

دفتر لیپمن مانند معبد گوجه‌فرنگی است. روی دیوارهای اتاق او برچسب قوطی‌های قدیمی رب گوجه‌فرنگی و کارت‌پستال‌هایی از گوجه‌های عظیم‌الجثه وجود دارد. روی میز کار او هزاران پاکت قهواه‌ای رنگ حاوی دانه‌های گوجه وجود دارد که روی آن‌ها، سال و نوع دانه نوشته شده است. دانه‌های انواع ارقام گوجه در قوطی‌های قدیمی، جعبه‌های پلاستیکی و شیشه‌ای نگه داشته می‌شود. ولی بزرگترین و جالب‌توجه‌ترین شی در اتاق او، پشت در قرار دارد؛ یک نسخه‌ی بزرگ قاب‌شده از یک کتاب قدیمی گیاه‌شناسی. این کتاب متعلق به قرن ۱۶ است و توسط پیترو اندره‌آ ماتوییلی (Pietro Andrea Mattioli) بعد از فتح قاره‌ی آمریکا به‌دست اسپانیایی‌ها نوشته شده و اعتقاد بر این است که این کتاب، قدیمی‌ترین توصیف از گوجه‌فرنگی در جهان را در خود جای داده است.

برای دانشمندان علم ژنتیک مانند لیپمن، این کتاب اهمیت دیگری نیز دارد؛ چرا که نشان می‌دهد در دوران پیش از کلمبیا نیز مردمان بومی آمریکا از جهش‌های مفید به‌وجودآمده در گیاه گوجه‌فرنگی آگاه می‌شدند و سعی می‌کردند آن را حفظ کنند. به این ترتیب بعد از قرن‌ها این گیاه وحشی با میوه‌های کوچک تبدیل به یک محصول غذایی مهم در جهان شده است.

تا سال ۱۹۳۰ میلادی دانشمندان علوم کشاورزی از همان روش بومیان آمریکای مرکزی برای رشد هرچه بهتر گونه‌های گوجه‌فرنگی استفاده می‌کردند؛ یعنی انتظار برای ایجاد یک جهش کوچک و مفید توسط طبیعت در گیاه، تشخیص و آگاهی از مفید بودن جهش به‌وجودآمده در گیاه (مانند میوه‌ی بزرگتر) و ایجاد یک ویژگی جدید در گیاه بر پایه‌ی انتخاب و گسترش همان جهش از طریق تکثیر و قلمه‌زنی گیاهی که در آن جهش روی داده است.

به‌عبارت دیگر، در کشاورزی صحبت از انتخاب غیر‌طبیعی است. انسان‌ها تصمیم می‌گیرند بعضی از جهش‌های مفید خاص را نگهداری کنند؛ در حالی که از برخی دیگر چشم‌پوشی می‌کنند. در دوران جنگ جهانی دوم زیست‌شناسان تصمیم گرفتند تا ایجاد جهش در گیاهان را از طریق روش‌های مختلف سرعت ببخشند؛ روش‌هایی مانند استفاده از مواد شیمیایی، اشعه‌ی ایکس و پرتوهای دیگر. با این حال، فرآیند ایجاد جهش باز هم کند بود. بارآوری گیاهان با ویژگی‌های جدید بر مبنای انتخاب یک جهش ممکن بود بیش از یک دهه طول بکشد.

اما در سال ۲۰۱۲ شرایط تغییر کرد. در این سال آینده‌ی صنعت کشاورزی به خصوص محصول گوجه‌فرنگی دستخوش تغییر شد. در اواسط بهار آن سال، دانشمندان ژنتیک گیاهان در قالب پروژه‌ی ژنوم گوجه توانستند توالی DNA گیاه گوجه‌فرنگی را تعیین کنند؛ یعنی همه‌ی ۹۰۰ میلیون جفت پایه در ۱۲ کروموزوم آن. سپس در ماه ژوئن، گروهی از پژوهشگران به رهبری جنیفر دوندا در برکلی اولین گزارش خود را در مورد تکنیک جدید اصلاح ژنی به نام کریسپر منتشر کردند. بلافاصله پس از آن، دانشمندانی از MIT و هاروارد نیز چنین مقاله‌ای چاپ کردند. حاصل پژوهش هم‌راستای این دو گروه از دانشمندان، شروع یک رقابت جدی بین پژوهشگران در مورد نحوه‌ی کارکرد این ابزار جدید در گیاهان بود.

درست پس از اینکه کلمه‌ی کریسپر در محافل علمی سر زبان‌ها افتاد، لیپمن با خود گفت: «آیا می‌توانیم آن را روی گوجه‌فرنگی امتحان کنیم؟ اگر می‌شود باید سریع بجنبیم». سخن لیپمن به این معنی بود که برای امتحان عملکرد کریسپر روی ژن‌های گوجه باید ژنی انتخاب شود که نتیجه‌ی مطالعه روی آن سریع مشخص شود. پس لیپمن و همکارش ون اک چه ژنی را باید هدف قرار می‌دادند؟ آن‌ها نمی‌خواستند ژنی را انتخاب کنند که روی اندازه و شکل میوه تاثیر بگذارد؛ چون رسیدن به نتیجه بسیار وقت‌گیر می‌شد. از طرف دیگر ون ‌اک عجله‌ی زیادی داشت. او به لیپمن گفت: « من نمی‌خواهم در گلخانه منتظر شوم تا گیاه بروید و نتیجه را ببینم، من می‌خواهم چیزی را روی ظرف آزمایشگاهی ببینم». بنابراین این دو همکار، ژنی را انتخاب کردند که از لحاظ اقتصادی اهمیتی در حد صفر داشت و البته برای مشتریان نیز اهمیتی کمتر از صفر. ژن انتخابی آن‌ها ژن عجیبی بود که بعد از جهش یافتن باعث می‌شد تا گیاه گوجه‌فرنگی برگ‌هایی با شکل عجیب شبیه سوزن داشته باشند. نوع جهش‌یافته‌ی گیاه وایری نا‌م‌گذاری شد.

جهش سوزنی ایجادشده به‌قدری عجیب بود که ون ‌اک مجبور شد به‌سراغ مقاله‌ای از سال ۱۹۲۸ برود تا اطلاعات بیشتری در مورد این نوع جهش کسب کند. در آن مقاله برای اولین گیاه گوجه‌فرنگی با برگ‌های سوزنی توصیف شده بود. هر جهش ایجادشده توسط کریسپر برای این که دقیقا یک ژن خاص را هدف قرار دهد، به دو مورد نیازمند است: اول یک ابزار مهندسی‌شده‌ی ژنتیکی که به اصطلاح به آن RNA راهنما می‌گویند و دوم یک شات‌گان حاوی آنزیم که ‌DNA گیاه را دقیقا در همان نقطه مورد نظر هدف گرفته و قیچی کند.

لیپمن با طراحی چنین ابزاری توانست ژن مربوط به سوزنی‌شدن برگ‌ها را هدف قرار داده و آن را برش دهد. اما باید دقت کرد که جهش توسط خود کریسپر ایجاد نمی‌شود؛ بلکه وقتی گیاه تلاش می‌کند که خود را ترمیم کند، برگ‌های آن به‌صورت سوزنی‌شکل درمی‌آيند. ون ‌اک برای انتقال جهش به داخل سلول‌های گوجه‌فرنگی از یک باکتری استفاده کرد. این باکتری بسیار مرسوم بوده و به‌راحتی می‌تواند محصولات کشاورزی متعددی را مبتلا کند. سلول‌ها بعد از ورود جهش به داخل آن‌ها، به یک ظرف آزمایشگاهی منتقل شدند و در آنجا شروع به رشد کرده تا تبدیل به یک گیاه شوند. از زمان کشت سلول‌ها‌ی گوجه‌فرنگی تا رشد کامل و تبدیل آنها به گیاه کوچک و برگ دادن تقریبا دو ماه طول کشید، با این حال این مدت ارزش انتظار کشیدن را داشت.

ون ‌اک در مورد این تجربه می‌گوید:

هنوز هم لحظه‌ای که اولین برگ‌های گیاه را دیدم به یاد دارم. فریاد زدم که خدای من، نتیجه داد!

ون‌ اک به یاد می‌آورد که برگ‌ها به‌صورت شعاعی رشد کرده بودند و سوزنی‌شکل بودند. او گریه‌کنان در راهروی موسسه می‌دوید و به هر کسی که می‌رسید، آنچه را که دیده بود تعریف می‌کرد. او می‌گوید:

بسیار هیجان‌زده بودم. ما در اولین تلاش به نتیجه رسیدیم.

این دو پژوهشگر نه‌تنها ثابت کرده بودند که با استفاده از کریسپر می‌توان یک ویژگی ارثی در یک محصول کشاورزی را ایجاد کرد، بلکه به‌جای یک‌سال تنها در عرض دو ماه به نتیجه رسیده بودند. آن‌ها دریافته‌ بودند که به‌لحاظ تئوری می‌توان ژن‌های هر نوع محصول غذایی را با دقت بی‌نظیر و سرعتی باورنکردنی ویرایش کرد.

به‌محض اینکه لیپمن (Lippman) و ون اک (Van Eck) از کارکرد کریسپر (CRISPR) مطمئن شدند، از این ابزار ژنتیکی در دیگر ویژگی‌‌ گیاهان نیز استفاده کردند. یکی از ویژگی‌هایی که این دو پژوهشگر در ۱۵ سال گذشته به‌دنبال ایجاد جهش در آن بودند، جهش «بدون زائده» بود. پژوهشگران بیش از ۶۰ سال است که در پی حل مسئله‌ی وجود زائده روی ساقه‌ی گیاه گوجه‌فرنگی هستند.

در ایالت کالیفرنیا به تنهایی هر ساله بیش از ۱۰ میلیون تن گوجه‌فرنگی تولید می‌شود. این حجم از تولید محصول نیاز به برداشت مکانیزه دارد و وجود چنین زائده‌ای باعث می‌شود کار برداشت سخت‌تر و طولانی‌تر و ضایعات کار بیشتر شود. لیپمن به‌عنوان یک معمار در زمینه‌ی گیاه‌شناسی می‌دانست که تلاش برای ایجاد جهش بدون زائده در گذشته توسط دانشمندان باعث ایجاد گیاه گوجه‌فرنگی با شاخ و برگ بیشتر و محصول‌دهی پایین‌تری شده بود. او کشف کرد که این تبعات ناخواسته ناشی از بارآوری به روش سنتی بوده است. وقتی پرورش‌دهندگان از جهش بدون زائدگی استفاده کرده و آن را گسترش می‌دادند، به‌صورت سهوی باعث تغییر در دیگر مشخصات گیاهان از جمله ایجاد شاخه‌های اضافه شدند و دلیل آن نیز وجود قرابت و برهم‌کنش بین جهش بدون زائده با یک جهش باستانی دیگر بود. بارآوری سنتی گوجه‌های بدون زائده باعث ایجاد تاثیر جانبی دیگری نیز شد و آن، تولید میوه‌هایی با شکل غیرطبیعی بود. در واقع فرآیند انتخاب ویژگی بدون زائدگی باعث شده بود یک گروه دیگر از DNA وارد قضیه شود که نتیجه‌ی آن ایجاد جهش‌های ناخواسته بود. این پدیده با نام linkage drag یا کشیدگی ناشی از پیوستگی ژنتیکی شناخته می‌شود.

اگر لیپمن به لطف کریسپر می‌توانست جهش بدون زائده را بدون کشیدن DNAهای دیگر و ایجاد اثرات زیان‌بار جانبی ایجاد کند، در آن صورت لطف بزرگی به پرورش‌دهندگان گوجه‌فرنگی و حتی صنعت کشاورزی می‌کرد. اما این بار ون اک و او برای رسیدن به چنین نتیجه‌ای باید مدت زمان بیشتری را نسبت به تولید گیاه برگ‌سوزنی انتظار می‌کشیدند. سرانجام در ماه مارس ۲۰۱۶ لیپمن در گلخانه‌ی خود گیاه بدون زائده پرورش داده بود. آن دو تحقیق خود را در بهار ۲۰۱۷ در مجله‌ی Cell منتشر کردند و لیپمن ابزار ویرایش ژنی خود برای حذف DNA مرتبط با ایجاد زائده را با کلی از دانشگاه فلوریدا به اشتراک گذاشت. در مارس گذشته کلی و همکارانش به‌صورت آزمایشی یک مزرعه را در گینزویل (Gainesvill) فلوریدا با گیاهان‌ جهش‌‌یافته در ابعاد تجاری به زیر کشت بردند.

کریسپر و نیمه‌ خالی لیوان

اما قضیه‌، بعد دیگری نیز دارد. علی‌رغم تمام هیجانات و امیدهای ایجادشده توسط روش‌های انقلابی ویرایش ژنی، در چند سال اخیر در کنار موفقیت‌های حاصل‌شده ، بعضی محدودیت‌های این روش‌ها نیز آشکار شده است. دانشمندان به شما خواهند گفت که کریسپر یک ابزار موثر برای از رده خارج کردن برخی از ژن‌ها است؛ اما استفاده از آن برای قرار دادن ژن‌های جدید و در واقع بازنویسی DNA موضوع دیگری است.

حقیقت این است که کریسپر یک نسخه‌ی کامل برای ویرایش ژنی نیست. کریسپر یک ابزار همه‌کاره نیست. این سخن را دن وویتاس از دانشگاه مینیسوتا و از پیشگامان ویرایش ژنی گیاهان می‌گوید. علاوه‌بر این، ژنوم‌ها، حتی ژنوم‌های یک گیاه اصولا ماهیت بسیار پیچیده‌ای دارند. همان‌طور که روی یک میز میکس صدا ده‌ها دکمه وجود دارد که با آن‌ها می‌توان صدای خروجی را تغییر داد، المان‌های ژنتیکی متعددی نیز وجود دارند که روی اثر نهایی یک ژن کنترل دارند.

همین پیچیدگی ترسناک باعث شد که آزمایشگاه لیپمن به‌دنبال روش‌های هوشمندانه‌تری برای ویرایش ژنی باشد. لیپمن یادداشتی از روی میز پیدا می‌کند؛ روی آن فقط نوشته شده بود: پروموتر کریسپر (Promoter CRISPR).

در ژن گیاهان همانند حیوانات (و البته انسان) بخشی از DNA در بیرون از قسمت کدگذاری پروتئینی وجود دارد که اساسا وظیفه‌ی تنظیم شدت خروجی آن را بر عهده دارد. این قسمت بالانشین از DNA که وظیفه‌ی تنظیمی دارد با نام پروموتر یا راه‌انداز ژن شناخته می‌شود و در ژن‌های خاصی می‌تواند سطح خروجی (مانند صدا در مثال قبلی) را کم و زیاد کند. لیپمن به همراه همکارانش این سوال را از خود پرسیدند که آیا می‌توان از کریسپر برای تنظیم صدای یک ژن استفاده کرد؛ آیا می‌توان از قیچی کریسپر در قسمت‌های مختلف پروموتر استفاده کرد و جهش‌های مختلفی در آن ایجاد کرد؟

اکنون گلخانه‌ی لانگ آیلند پر از گیاهانی است که با این روش تولید شده‌اند. دنیل رودریگز از همکاران لیپمن در آزمایشگاه با انتشار یک مقاله در ژورنال Cell نشان داد که چگونه با دستکاری پروموترِ یک ژن در مکان‌های مختلف، می‌توان ویژگی‌ خودهرسی گیاه را پررنگ یا کم‌رنگ کرد و تغییرات ملایم ولی مهمی در آن به‌وجود آورد. به‌وسیله‌ی کریسپر می‌توان دوز‌های مختلفی از یک ژن را تولید کرد و به این روش می‌توان نسخه‌های بهتری از گیاهان را تولید کرد؛ گیاهانی که یک سروگردن بالاتر از نسخه‌های تولیدشده توسط طبیعت هستند.

اما گیاهان بهتر برای چه کسی؟ یکی از عبارات موردعلاقه‌ی لیپمن، «نقطه‌ی مطبوع» است؛ نقطه‌ای که در آن بالانس ژنتیکی برقرار شده و ویژگی‌های موردنظر تولیدکنندگان ارتقا یافته است؛ بدون این که ویژگی‌های اصلی محصول مانند مزه و شکل قربانی شده باشند. او در این مورد می‌گوید:

اکنون می‌توانیم به پرورش بهترین نوع گوجه‌فرنگی فکر کنیم. اگر گیاه بتواند زودتر گل دهد، شما می‌توانید آن را در مناطق شمالی‌تری بکارید؛ جایی که تابستان‌ها کوتاه‌تر هستند. حالا می‌توانیم به پرورش محصولات جدید یا ورژن جدیدتری از محصولات فعلی برای کشاورزی داخل شهر فکر کنیم؛ مانند محصولاتی که به‌صورت ردیفی در برخی از انبارهای متروکه کشت می‌شوند. ما می‌توانیم گیاه را طوری دست‌کاری کنیم که فضای کم‌تری اشغال کند، زودتر گل دهد و میوه‌هایی با اندازه‌ی مناسب و تعداد قابل قبول به بار آورد، گیاهانی که در فضای بسته و محدود و تحت شرایط کنترل شده زیر چراغ‌های ال‌ای‌دی رشد می‌کنند.

روش ابداعی لیپمن برای تیونینگ پروموتر یک ژن تقریبا در هر نوع از محصول گیاهی می‌تواند کاربرد داشته باشد؛ چون تقریبا تمام ژن‌های هر گیاهی دارای پروموتر هستند. لیپمن به یک موضوع دیگری نیز اشاره می‌کند:

واقعیت نارحت‌کننده این است که در صنعت کشاورزی کسی نیست که واقعا اهمیتی برای طعم گوجه‌فرنگی قائل باشد.

تنظیم و تغییر پروموتر تنها یکی از روش‌های متعددی است که بیولوژیست‌ها برای بازطراحی گوجه‌فرنگی استفاده می‌کنند. سال گذشته پژوهشگران آزمایشگاه ساینس‌بوری در انگلستان رقمی از گوجه با نام مانی میکر را ویرایش ژنی کردند تا در مقابل کپک‌ پودری مقاوم باشد. گروهی از پژوهشگران ژاپنی نیز موفق به تولید گوجه‌های بدون دانه شدند. استیون هال اخیرا با دو پژوهشگر از برزیل نیز گفتگو داشته است.

این دو پژوهشگر در واقع کار ویرایش ژنی گوجه‌فرنگی را به سطح بالتری انتقال داده‌اند. لازارو پرز از دانشگاه سائوپائولو و آکوستین زوگون از دانشگاه ویکوزا ادعا می‌کنند که با همکاری وویتاس از دانشگاه میتنیسوتا توانسته‌اند نوع وحشی و باستانی و علف‌شکل گوجه‌فرنگی را مهندسی معکوس کنند. این نوع گیاه در واقع جد تمام ارقام کشت‌شده‌ی گوجه‌فرنگی محسوب می‌شود. این دو پژوهشگر به‌جای دست‌کاری انواع اهلی‌شده‌ی گیاه گوجه‌فرنگی به خانه‌ی اول، یعنی گیاه وحشی، برگشته‌اند و سعی کردند با استفاده از کریسپر تعداد زیادی از ژن‌ها را به‌صورت همزمان حذف کنند. نتیجه‌ی کار این شده که گیاه وحشی باستانی هرزمانند به لطف ویرایش ژنی تبدیل به گیاهی جمع‌وجور و پرپشت با میوه‌هایی به‌اندازه‌ی گیلاس شود. همچنین میوه‌ی اصلاح‌شده نسبت به تمام نمونه‌های شناخته‌شده‌ی گوجه‌فرنگی دارای لیکوپین (lycopene)، نوعی آنتی‌اکسیدان مهم، بیشتری بود. این دو پژوهشگر برزیلی نام اهلی سازی ده نوو (de novo) را برای این فرآیند انتخاب کرده‌اند.

زوگون توضیح می‌دهد که میوه‌های به‌بارآمده‌ی گیاهان اصلاح‌شده به‌اندازه‌ی نمونه‌های اصلاح‌شده‌ی لیپمن بزرگ نیستند؛ اما اندازه‌ی آن‌ها نسبت به رقم وحشی گیاه که به اندازه‌ی نخود بوده بسیار بزرگ‌تر است. وقتی از پرز پرسیدم که طعم آن‌ها چگونه است، او با حرارت پاسخ داد که بسیار خوشمزه هستند. در تلاشی مشابه، لیپمن و همکارانش سعی دارند با اهلی‌سازی گیلاس زمینی وحشی آن را در کنار بلوبری و توت‌فرنگی وارد سبد مشتریان کنند.

اما موردی که باعث جذابیت فرآیندهایی مانند ده نوو می‌شود، این است که تمام ویژگی‌های مثبت گیاه وحشی که در طبیعت و در طی هزاران سال در آن تجمیع شده، دست‌نخورده باقی می‌ماند. در اثر تکامل بیش از ده هزار ساله، یک گیاه صفاتی مانند انعطاف‌پذیری و مقاومت در مقابل بیماری‌ها، آفات و تنش‌ها را کسب می‌کند. اهلی‌سازی گیاهان باعث شده برخی از این صفات از بین بروند. پرز می‌گوید صفاتی مانند مقاومت به آفات و تنش به گروه‌های متعددی از ژن‌ها وابسته است؛ از این رو، بازمعرفی این صفات در گیاهان اهلی‌شده از طریق ابزارهای ژنتیکی مانند کریسپر یا تکنولوژی‌های دیگر کار بسیار دشواری خواهد بود. حتی در صورت انجام این کار، ریسک از بین بردن صفات مثبت دیگر گیاه نیز وجود دارد. پرز درصدد است یک نوع وحشی از گیاه گوجه‌فرنگی که در گالاپاگوس می‌روید را اهلی کند. این نوع گیاه می‌تواند شرایط زیست‌محیطی دشواری همچون شوری بالای خاک و خشکسالی را تحمل کند. داشتن صفات این چنینی می‌تواند به بهبود امنیت غذایی در آینده‌ای که پر از نوسانات آب‌وهوایی شدید خواهد بود کمک کند.

واکنش زمین و مردم زمین به گیاهان اصلاح‌ژنتیکی‌شده

افزایش مستمر دمای هوا، تغییر فصول رشد، افزایش جمعیت جهان، افزایش خسارت ناشی از استفاده‌ی بیش از حد علف‌کش‌ها (herbicide) از جمله مشکلات پیش‌روی صنعت کشاورزی دنیا است. اگر برای مثال گیاهان اصلاح‌ژنتیک‌شده در مقابل بیماری‌ها مقاومت داشته باشند، می‌توان استفاده از حشره‌کش‌ها را کاهش داد. لیپمن می‌گوید: «حالا موضوع، تنها تهیه‌ی غذای جهان نیست؛ بلکه حفاظت از زمین نیز مطرح است».

تمام تکنولوژي‌های جدید در حوزه‌ی گیاه‌شناسی مانند کریسپر و حذف ژن‌ها، دست‌کاری پروموتر‌ها و اهلی‌سازی ده‌نوو همگی با سرعت شگفت‌آوری به‌صورت خلاقانه توسعه می‌یابند. اما دیر یا زود بُعد دیگر قضیه برجسته‌تر می‌شود. آیا مشتریان چنین محصولاتی را مصرف خواهند کرد؟ آیا گیاهان و محصولات تولیدشده با تکنولوژی کریسپر نوعی ارگانیسم اصلاح‌ژنتیکی‌شده تلقی خواهند شد که به باور برخی از دوستداران محیط‌زیست با بی‌میلی مشتریان روبه‌رو می‌شوند یا اینکه نسل جدید از این محصولات نظر مشتریان را جلب خواهد کرد؟ آنطور که لیپمن می‌‌گوید، این شروع یک بحث جدید است.

اولین تقابل بین طرفداران و مخالفان اصلاح ژنی محصولات غذایی، کاملا تند و احساسی بود. اولین غذاهای اصلاح ژنتیکی‌شده توسط شرکت مون‌سانتو (Monsanto) در دهه‌ی ۹۰ میلادی از نوع ترانس‌ژنیک بودند؛ به این معنی که زیست‌شناسان از مهندسی ژنتیک برای معرفی DNA جدید از گونه‌های متفاوت، اما خویشاوند گونه‌ی اصلی استفاده کردند. تکنولوژي اصلاح ژنتیکی بیشتر شبیه به روش‌های پیشین ایجاد جهش ژنتیکی مانند پرتودهی و استفاده از مواد شیمیایی است؛ البته با این تفاوت که متمرکزتر و هدفمندتر انجام می‌پذیرد.

در واقع به‌جای ایجاد جهش‌های اتفاقی در گیاه، با استفاده از کریسپر می‌توان ژن‌های مشخصی را هدف قرار داد. البته این امکان وجود دارد که کریسپر نتواند ژن مورد نظر را هدف قرار دهد، با این حال لیپمن موردی این چنینی را در آزمایشگاه خود سراغ ندارد. به همین دلیل است که زیست‌شناسان رغبت زیادی برای استفاده از این روش دارند. از طرف دیگر وزارت کشاورزی ایالات متحده نیز اعلام کرده است که جهش‌های ایجادشده توسط کریسپر با جهش‌های سنتی تفاوتی ندارند و به همین دلیل نیازی برای وضع قوانین جدید روی محصولات اصلاح‌شده وجود ندارد. اما در مورد اصلاح ژنتیک گیاهان از طریق افزودن ژن‌های جدید به آن، این وزارتخانه اعلام کرده که به علت حساسیت موضوع، روش بررسی مورد به مورد را در پیش خواهد گرفت. اما برخی از کشورهای اروپایی غذاهای اصلاح‌شده‌ی ژنتیکی را به‌کل ممنوع اعلام کرده‌اند و اتحادیه‌ی اروپا نیز تاکنون تصمیم نهایی خود را در مورد محصولات تراریخته اعلام نکرده است.

تاکنون چند پژوهش جامع درمورد اثرات استفاده از محصولات تراریخته در کشورهای مختلف انجام شده است؛ اما هیچ‌‌کدام از آن‌ها نتوانسته‌اند مضر بودن محصولات اصلاح‌شده را برای انسان ثابت کنند. با این حال عموم مردم دودل هستند. پژوهش انجام‌شده توسط Pew Research Center‌ در سال ۲۰۱۶ نشان داد که ۳۹ درصد مردم آمریکا معتقدند محصولات تراریخته نسبت به محصولات عادی دارای فواید کمتری هستند. حتی خود لیپمن نیز اعتراف می‌کند که در اوایل کار ، همسر او از خوردن گوجه‌فرنگی‌های اصلاح‌شده که لیپمن کاشته بود، خودداری می‌کرد.

پنج جهش مهم

هزاران سال طول کشیده است که گیاه گوجه‌فرنگی در اثر هزاران حتی شاید میلیون‌ها جهش ژنتیکی از یک علف بسیار کوتاه، وحشی و کم‌حاصل تبدیل به پرطرفدارترین گیاه میان آمریکائی‌ها برای کاشت در حیاط خانه شود. اکنون دانشمندان از ابزارهای اصلاح ژنتیک برای ایجاد جهش‌ها کمک می‌گیرند تا گیاهان بهینه‌تری تولید کنند.

۱- جهش خود‌هرسی: این جهش روی اندازه و شکل گیاه تاثیر می‌گذارد. با ایجاد این جهش می‌توان یک گیاه وحشی نامرتب و درهم‌تنیده را به گیاهی منظم و پرپشت تبدیل کرد که برای همه‌ی ما آشنا است.

۲- خود‌هرسی 5g: این جهش باعث می‌شود حساسیت گیاه به طول روز کمتر شود. به این ترتیب می‌توان گیاهانی تولید کرد که در تابستان‌های کوتاه در مناطق شمالی نیز رشد می‌کنند.

۳- جهش پوششی: این جهش نیز روی اندازه و شکل گیاه تاثیر می‌گذارد و با آن می‌توان یک گیاه زمخت و نامرتب را به گیاهی مرتب و پرپشت تبدیل کرد.

۴- جهش بدون زائده ۲: این جهش باعث حذف زائده‌ی روی ساق گیاه و دقیقا بالای محل رشد میوه می‌شود و برداشت مکانیزه‌ی میوه را تسهیل می‌کند.

۵- جهش لیکوپین Beta-cylase: این جهش باعث افزایش مقدار لیکوپین میوه می‌شود، آنتی‌اکسیدانی که باعث قرمز شدن گوجه‌فرنگی می‌شود.

اما دلایل دیگری نیز هستند که باعث می‌شوند شک و تردید‌ها در مورد محصولات تراریخته ادامه پیدا کند. اولین تلاش انقلابی شرکت مون‌سانتو در حوزه‌ی غذاهای تراریخته، نه با هدف سالم‌سازی محصولات یا افزایش ایمنی غذایی، بلکه با این هدف صورت گرفت که گیاهان سویا و ذرت مقاومت بیشتری به علف‌کش‌های تحت لیسانس شرکتِ Roundup نشان دهند؛ تا به این ترتیب کشاورزان مجبور شوند مقدار بیشتری از این علف‌کش‌ها مصرف کنند. این رفتار خصمانه‌ی شرکت در فریب مصرف‌کنندگان برای فروش بیشتر یکی از محصولات اساسی کشاورزی، اکنون به‌عنوان فاجعه‌ای از روابط شرکت‌ها با مشتری مثال زده می‌شود و اغلب در کنفرانس‌های تجاری در ارتباط با احترام به حقوق مشتری به آن اشاره می‌شود.

غول‌‌های دنیای اصلاح ژنتیکی و محصولات تراریخته

امروزه شرکت‌های بزرگ حوزه‌ی کشاورزی خود را آماده‌ی ورود تمام عیار به عرصه‌ی استفاده از تکنولوژی اصلاح ژنتیکی کرده‌اند. در ماه‌های اخیر تجمیع و ادغام شرکت‌های فعال در صنعت کشاورزی باعث ظهور سه بازیگر اصلی در ابعاد جهانی شده است: شرکت بایر (Bayer) که همین امسال مون‌سانتو را به تصاحب خود درآورده است؛ شرکت سین‌ژنتا (Syngenta) که سال پیش توسط ChemChina خریداری شد، این شرکت چینی به‌عنوان یک غول در حوزه‌ی تحقیقات اصلاحات ژنی شناخته می‌شود؛ و شرکت دا دوپونت (DowDuPont) که از ادغام شرکت‌های دوپونت و شرکت دا خلق شده است.

این تغییر و تحولات باعث شده است که مسئله‌ی مالکیت معنوی دستاورد‌های حوزه‌ی ژنتیک پیچیده‌تر از خود تکنولوژی شود. شرکت دوپونت و موسسه براد (Broad Institute) مالکیت معنوی برخی از امتیاز‌های اساسی کریسپر برای استفاده در صنعت کشاورزی را در اختیار دارند. این دو نهاد اخیرا با تشکیل تیمی مشترک شروع به بحث و تبادل نظر در مورد لایسنس استفاده از تکنولوژی اصلاح ژنی در کاربردهای کشاورزی کرده‌اند. البته گفتنی است که تمام شرکت‌های نام‌برده لیسانس استفاده از تکنولوژی اصلاح ژنی را کم و بیش در اختیار دارند. آنطور که منابع فعال در زمینه‌ی کشاورزی می‌گویند، استفاده‌ی تجاری از کریسپر برای کاربردهای کشاورزی مستلزم پرداخت پیش‌پرداخت و حق امتیاز سالانه طبق میزان فروش و حقوق دیگری نیز است.

این مسئله باعث شده توسعه‌ی تکنولوژی ویرایش ژنی با مشکل روبرو شود. دانشمندان به‌صورت آکادمیک می‌توانند از کریسپر در پژوهش‌های خود استفاده کنند، بدون اینکه مجبور به پرداخت حق امتیاز شرکت‌ها شوند. اما لیپمن می‌گوید:

فقط تا اینجا می‌توانیم جلو برویم. من نمی‌توانم محصولاتی را که پرورش داده‌ام به فروش برسانم، در غیر این‌صورت به دردسر می‌افتم.

استفاده از این تکنولوژي در ابعاد تجاری مستلزم پرداخت حق امتیازهای سنگین است و جیب شرکت‌های کشاورزی بزرگ عمیق‌تر از آن است که پر شود!

شرکت‌های فناورانه‌ی کوچک دیگری نیز هستند که سعی می‌کنند خود را در زمین بازی نشان دهند و بین شرکت‌های بزرگ و حق امتیازهای آن‌ها مانور بدهند. شرکت Calyxt مستقر در مینیسوتا از جمله‌ی این شرکت‌های بیوتک است که اخیرا توانسته تاییده‌ی وزارت کشاورزی ایالات متحده را برای تولید برخی محصولات کشاورزی با استفاده‌ی تکنولوژی اصلاح ژنی تالنس (TALENs)، که یک تکنولوژی قدیمی‌تر و پیچیده‌تر است، کسب کند. لیپمن نیز خود به‌عنوان مشاور در شرکت Inari مستقر در ماساچوست فعالیت دارد.

شرکت Benson Hill Biosystems مستقر در سنت لوییس نیز از جمله شرکت‌های فعال در زمینه‌ی ویرایش ژنی است که روی بهبود محصول‌دهی گیاهان کار می‌کند و حق امتیاز قیچی‌های ژنتیکی از جمله کریسپر ۳ (Crispr 3.0.) را در اختیار دارد. مدیر عامل این شرکت، که نام خود او کریسپ است، اعتقاد دارد که توسعه‌ی تکنولوژی اصلاح ژنی در اثر دعواها بر سر حق امتیاز به بیراهه خواهد رفت. او بر این باور است که حق امتیاز‌های تجاری کریسپر بسیار گران و سنگین هستند، در حالی که ممکن است استفاده از آن‌ها حتی نتیجه‌بخش هم نباشد. کشف آنزیم‌های اصلاح ژنی و نوع‌آوری‌های جدید دیگر باعث شده است که نتوان آینده‌ی روشنی برای تسهیل مسئله‌ی حق امتیاز استفاده از تکنولوژی ویرایش ژنی متصور شد.

به همین دلیل است که اخیرا توجهات به طرف استارتاپ جدیدی به نام Pairwise Plants جلب شده است. این استارتاپ از شراکت مون‌سانتو با چند موسسه دیگر که در زمینه‌ی اصلاح ژنتیکی پیشرو هستند، از جمله انیستیتو براد، تشکیل شده است. مدیرعامل این شرکت، تام آدامز، که قبلا معاون شرکت مون‌سانتو بوده است، در گفتگو با بلومبرگ تاکید کرده که این شرکت در حال توسعه‌ی محصولاتی است که «واقعا به نفع مردم هستند». همین جمله باعث تعجب و نگرانی فعالان این حوزه شده است. وویتاس در این مورد می‌گوید:

نکته این است که این نوع حرف زدن مطابق با لحن شرکت مون‌سانتو نیست.

در واقع شرکت مون‌سانتو کوله‌باری پر از شکست در ارتباط با مشتریان دارد و همین موضوع دانشمندانی مانند لیپمن را نگران کرده است. او می‌گوید:

آن‌ها سابقه‌ی درخشانی در زمینه‌ی احترام به مشتریان دارند! اگر این بار هم خراب کنند، در واقع کار همه‌ی ما را هم خراب خواهند کرد. الان همه‌ی ما با نگرانی کارهای آن‌ها را زیر نظر داریم.

تکلیف طعم و مزه‌ی سنتی میوه‌ها چه می‌شود؟

اما یک موضوع ساده‌تر نیز وجود دارد: برای طعم محصولات چه اتفاقی خواهد افتاد؟ وقتی این سوال را از کلی پرسیدم که آیا تاکنون از گوجه‌های بدون زائده پرورشی خودش خورده و آن‌ها را مزه کرده است یا خیر، خندید و پاسخ داد که به خودش زحمت این کار را نداده است. او گفت:

ما می‌دانیم که گوجه‌های تولیدی در مزرعه‌ی Florida 8059 مزه‌ی زیادی ندارند.

همه می‌دانند که طعم گوجه‌فرنگی در اقتصاد بازار در اولویت‌های پایین قرار دارد. بیشتر گوجه‌های تولیدشده در ایالت فلوریدا در صنایع دیگر مانند مک‌دونالدز به مصرف می‌رسد. واقعیت تلخ این است که صنعت کشاورزی اهمیتی به گوجه‌های خوشمزه نمی‌دهد. اما این موضوع برای کلی اهمیت دارد. در واقع وی رهبری گروهی را بر عهده دارد که تاکنون چندین ژن مرتبط با طعم گوجه‌فرنگی را کشف کرده است. او توضیح می‌دهد:

ما دقیقا می‌دانیم که چطور یک گوجه‌ی خوشمزه‌تر تولید کنیم. اما این محصولات از لحاظ اقتصادی برای تولید‌کنندگان جذاب نیستند. کشاورزان به دنبال چنین چیزی نمی‌روند.

اما مشتریان چطور؟ آيا ممکن است مصرف‌کنندگان، گوجه‌ی اصلاح‌شده‌ای که مزه‌ی بهتری دارد را بپذیرند؟ یا اگر بخواهیم به صورت صریح‌تر بگوییم، آیا ویرایش ژنی یک هیرلوم از لحاظ گیاه‌شناسی نوع کفر و فعالیت ممنوعه است؟

لیپمن در میان گلخانه لحظه‌ای مکث کرد و سعی کرد یک شوخی بامزه در مورد هیرلوم کند. او گفت:

هیرلوم‌ها، گوجه‌های فوق‌العاده‌ای به بار می‌آورند؛ اما از لحاظ محصول‌دهی، گیاهان بدی هستند.

از روی تجربه‌ی شخصی می‌توانم این سخن لیپمن را تایید کنم. هیرلوم‌ها نیاز به مراقبت زیادی دارند با این حال باز هم محصول زیادی نمی‌دهند و سیستم ایمنی ضعیفی دارند. مهم‌تر از همه این که هیرلوم‌ها، کشاورز را آزرده می‌کنند! رشد این گیاهان در ابتدا مانند استارت یوسین بولت در دوی ۱۰۰ متر است، اما در نهایت تبدیل به گیاهانی بی‌رمق و چروک می‌شوند که آفت آن‌ها را در بر گرفته و برگ‌های آن آویزان شده است. استفاده از تکنولوژی اصلاح ژنتیکی برای بهبود ویژگی‌های هیرلوم وسوسه‌انگیز به‌نظر می‌رسد؛ اما ِکلی درمورد وارد کردن تکنولوژی ویرایش ژنی به حیاط خانه‌ها آشفته‌خاطر است. او فکر می‌کند که برای باغبانانی مثل من ممکن است این بحث پیش آید که گوجه‌های اصلاح‌ژنی‌شده همان ارگانیسم‌های اصلاح ژنی (GMO) نیستند.

کلی از من می‌پرسد:

من می‌توانم به شما گیاه برندی‌واین پیشنهاد کنم که در اثر دست‌کای ژنتیکی لیکوپین بالاتری داشته باشد، ماندگاریش بیشتر باشد و گیاهی باشد که کمتر فضا بگیرد. من می‌توانم این کار را امروز با حذف کردن برخی از ژن‌ها و ویرایش ژنوم‌های آن انجام دهم؛ یا می‌توانم گیاهی شبیه برندی‌واین پیشنهاد کنم که ارتفاع آن نصف برندی‌واین باشد و در عرض یک روز پژمرده نشود و قرمزی آن در اثر زیادی لیپوکین بی‌همتا باشد؟ آیا تو چنین گیاهی را در حیاط خود می‌کاری؟

من به او گفتم که البته این کار را انجام خواهم داد؛ او پاسخ داد:

من فکر می‌کنم که اکثر مردم هم جواب مثبت بدهند. به‌نظر من این یک فرصت بی‌نظیر برای آموزش باغبانان است که مفهوم پرورش و بارآوری گیاه چیست.

اما ممکن است دیگران با من و کلی در این مورد موافق نباشند.. وویتاس، که خود یکی از پیشگامان اصلاح ژنی در گیاهان است، در مواجه با سوال من در مورد ویرایش ژنی هیرلوم خنده‌ای زد و گفت:

نام گیاه، هیرلوم است؛ گیاهی متعلق به گذشته، ارزشی که از گذشته به ما منتقل شده است، نه چیزی جدید که با تکنولوژی دست‌کاری شود.

همچنین کلی موضوع حق امتیاز‌های غیر‌قابل‌قبولی که در صورت استفاده از این تکنولوژی در هیرلوم باید پرداخت شود را به من یادآوری کرد. او ادامه می‌دهد:

بنابراین ایده‌ی تو مبنی بر هیرلوم‌های اصلاح‌ژنتیکی‌شده از لحاظ اقتصادی جذابیتی ندارد و کفاف هزینه‌های لایسنس را نخواهد داد.

چکیده‌ی کلام این است که گوجه‌های اصلاح‌ژنی‌شده در آینده وارد بازار خواهند شد. اما آیا گوجه‌هایی با طعم بهتر خواهند بود؟ احتمالا در آینده‌ی نزدیک چنین اتفاقی رخ نخواهد داد.

در ابتدای ماه ژوئن (خرداد) زک لیپمن کارهای تحقیقاتی خود را کناری نهاد و به کار کشاورزی برگشت. از ابتدای یک روز بهاری و آفتابی، او به همراه چند تن از همکارانش حدود ۸۰۰۰ گیاه گوجه‌فرنگی اصلاح‌شده را در هوای آزاد و در زمین آزمایشگاه Cold Spring Harbor کاشتند. بسیاری از این گیاهان دارای جهش‌های نام آشنایی بودند؛ نمونه‌هایی با جهش بدون زا‌ئده، ارقامی با جهش خود‌هرسی و بی‌حساسیتی به نور خورشید. البته گفتنی است که کاشتن ارقام اصلاح‌شده در فضای باز نیازمند تاییده‌ی وزارت کشاورزی ایالات متحده است. لیپمن فریاد می‌زند: «آن‌ها را عمیق بکارید». هوا کم‌کم تاریک می‌شد و همه در تلاش بودند تا جوانه‌ها را هر چه سریع‌تر بکارند.

سرنوشت نهایی گوجه‌های اصلاح‌شده مانند وضعیت هوا غیر‌قابل‌پیش‌بینی است؛ اما حداقل آینده‌ی این گوجه‌ها آن‌چنان رمز‌آلود نیست. لیپمن آن‌ها را با خود به خانه می‌برد. او می‌خندد و می‌گوید:

من تا حالا گوجه‌های اصلاح‌شده‌ی زیادی خورده‌ام و با هیچ چیز غیرمعمولی مواجه نشده‌ام. این گوجه‌ها، ارگانیسم‌های اصلاح‌ژنتیکی‌شده نیستند. واقعیت این است که چیزی که در دست من است، معادل جهشی است که در طبیعت رخ داده؛ پس چرا نباید آن‌ها را خورد؟ در طول زمان در گوجه‌های معمولی تاکنون، هزاران و شاید میلیون‌ها جهش رخ داده که می‌توانست سلامت آن را به خطر بیاندازد یا نیاندازد؛ با این حال ما هنوز هم گوجه می‌خوریم.