تعد أبحاث اكتساب الوظيفة أكثر من مجرد تعديل فيروسات خطرة – إنها أداة روتينية وأساسية في جميع أبحاث علم الأحياء

غالبًا ما يُستعمل مصطلح “اكتساب الوظيفة” للإشارة إلى الأبحاث المتعلقة بالفيروسات التي تعرض المجتمع لخطر تفشي الأمراض المعدية لتحقيق مكاسب مشكوك فيها. يمكن أن تؤدي بعض الأبحاث حول الفيروسات الناشئة إلى متغيرات تكتسب القدرة على إصابة الأشخاص ولكن هذا لا يعني بالضرورة أن البحث خطير أو أنه غير مثمر. ركزت المخاوف على الأبحاث المختبرية حول الفيروس المسبب لأنفلونزا الطيور في عام 2012 والفيروس الذي يسبب COVID-19 منذ عام 2020. وقد نفذت المعاهد الوطنية للصحة سابقًا حظراً لمدة ثلاث سنوات على أبحاث اكتساب الوظيفة على فيروسات معينة ، وقد اقترحت بعض الهيئات التشريعية في الولايات المتحدة مشاريع قوانين تحظر بحث اكتساب الوظيفة حول “مسببات الأمراض الوبائية المحتملة”.

يجب أن تؤخذ احتمالية هروب فيروس معدل وراثيًا من المختبر على محمل الجد. لكن هذا لا يعني أن تجارب اكتساب الوظيفة محفوفة بالمخاطر بطبيعتها أو من اختصاص العلماء المجانين. في الواقع ، تعد مناهج اكتساب الوظيفة أداة أساسية في علم الأحياء تستخدم لدراسة أكثر بكثير من مجرد الفيروسات ، حيث تساهم في العديد من الاكتشافات الحديثة في هذا المجال ، إن لم يكن معظمها ، بما في ذلك البنسلين والعلاجات المناعية للسرطان والمحاصيل المقاومة للجفاف.

كعلماء يدرسون الفيروسات ، نعتقد أن سوء فهم مصطلح “اكتساب الوظيفة” كشيء شنيع يأتي على حساب التقدم في صحة الإنسان والاستدامة البيئية والتقدم التكنولوجي. يمكن أن يساعد توضيح ما هو بحث اكتساب الوظيفة حقًا في توضيح سبب كونه أداة علمية أساسية.

ما هو اكتساب الوظيفة؟

لدراسة كيفية عمل كائن حي ، يمكن للعلماء تغيير جزء معين منه ثم مراقبة التأثيرات. تؤدي هذه التغييرات في بعض الأحيان إلى اكتساب الكائن الحي وظيفة لم تكن موجودة من قبل أو فقدان وظيفة كان يمتلكها من قبل.

على سبيل المثال ، إذا كان الهدف هو تعزيز قدرة الخلايا المناعية على قتل الورم ، فيمكن للباحثين أخذ عينة من الخلايا المناعية للشخص وتعديلها لإظهار البروتين الذي يستهدف الخلايا السرطانية على وجه التحديد. هذه الخلية المناعية الطافرة ، التي تسمى خلية CAR-T “تكتسب وظيفة” القدرة على الارتباط بالخلايا السرطانية وقتلها. يعتمد تقدم العلاجات المناعية المماثلة التي تساعد الجهاز المناعي على مهاجمة الخلايا السرطانية على البحث الاستكشافي للعلماء الذين صنعوا بروتينات “فرانكشتاين” في الثمانينيات. في ذلك الوقت ، لم تكن هناك طريقة لمعرفة مدى فائدة هذه البروتينات الكيميرية في علاج السرطان اليوم ، بعد حوالي 40 عامًا.

وبالمثل ، من خلال إضافة جينات معينة إلى نباتات الأرز أو الذرة أو القمح التي تزيد من إنتاجها في مناخات متنوعة ، تمكن العلماء من إنتاج نباتات قادرة على النمو والازدهار في مناطق جغرافية لم يتمكنوا من ذلك في السابق. هذا تقدم حاسم للحفاظ على الإمدادات الغذائية في مواجهة تغير المناخ. تشمل الأمثلة المعروفة لمصادر الغذاء التي ترجع أصولها إلى أبحاث اكتساب الوظيفة نباتات الأرز التي يمكن أن تنمو في سهول الفيضانات العالية أو في ظروف الجفاف أو التي تحتوي على فيتامين أ للحد من سوء التغذية.

التطورات الطبية من أبحاث اكتساب الوظيفة

إن تجارب اكتساب الوظيفة متأصلة في العملية العلمية. في كثير من الحالات ، الفوائد التي تنجم عن تجارب اكتساب الوظيفة ليست واضحة على الفور. بعد عقود فقط ، جلب البحث علاجًا جديدًا للعيادة أو تقنية جديدة في متناول اليد.

اعتمد تطوير معظم المضادات الحيوية على معالجة البكتيريا أو العفن في تجارب اكتساب الوظيفة. اكتشاف الكسندر فليمنج الأولي أن العفن روبينز البنسليوم يمكن أن ينتج مركبًا سامًا للبكتيريا كان تقدمًا طبيًا عميقًا. ولكن لم يكن الاستخدام العلاجي للبنسلين ممكنًا حتى جرب العلماء ظروف النمو وسلالات العفن. سمح استخدام وسط نمو محدد للعفن باكتساب وظيفة زيادة إنتاج البنسلين ، وهو أمر ضروري لإنتاجه بكميات كبيرة واستخدامه على نطاق واسع كدواء.

تعتمد الأبحاث حول مقاومة المضادات الحيوية أيضًا بشكل كبير على مناهج اكتساب الوظيفة. تعد دراسة كيفية اكتساب البكتيريا لمقاومة الأدوية أمرًا ضروريًا لتطوير علاجات جديدة لا تستطيع الميكروبات التهرب منها بسرعة.

كان بحث اكتساب الوظيفة في علم الفيروسات أيضًا أمرًا بالغ الأهمية لتقدم العلوم والصحة. يتم تعديل فيروسات الأورام وراثيا في المختبر لإصابة وقتل الخلايا السرطانية مثل الورم الميلانيني. وبالمثل ، يحتوي لقاح Johnson & Johnson COVID-19 على فيروس غدي تم تعديله لإنتاج البروتين الشائك الذي يساعد فيروس COVID-19 على إصابة الخلايا. طور العلماء لقاحات حية موهنة للإنفلونزا عن طريق تكييفها لتنمو في درجات حرارة منخفضة وبالتالي فقد القدرة على النمو في درجات حرارة الرئة البشرية.

من خلال إعطاء الفيروسات وظائف جديدة ، تمكن العلماء من تطوير أدوات جديدة لعلاج الأمراض والوقاية منها.

تجارب اكتساب الوظيفة في الطبيعة

هناك حاجة إلى نهج اكتساب الوظيفة لتعزيز فهم الفيروسات جزئيًا لأن هذه العمليات تحدث بالفعل في الطبيعة.

العديد من الفيروسات التي تصيب الحيوانات غير البشرية مثل الخفافيش والخنازير والطيور والفئران لديها القدرة على الانتشار في البشر. في كل مرة ينسخ فيها فيروس جينومه ، يرتكب أخطاء. معظم هذه الطفرات ضارة – فهي تقلل من قدرة الفيروس على التكاثر – لكن بعضها قد يسمح للفيروس بالتكاثر بشكل أسرع أو أفضل في الخلايا البشرية. ستنتشر الفيروسات المتغيرة مع هذه الطفرات النادرة والمفيدة بشكل أفضل من المتغيرات الأخرى وبالتالي ستهيمن على السكان الفيروسيين – هذه هي الطريقة التي يعمل بها الانتقاء الطبيعي.

إذا كانت هذه الفيروسات قادرة على التكاثر ولو قليلاً داخل البشر ، فإن لديهم القدرة على التكيف وبالتالي الازدهار في مضيفيهم البشريين الجدد. هذه تجربة الطبيعة لاكتساب الوظيفة ، وهي تحدث باستمرار.

يمكن أن تساعد تجارب اكتساب الوظيفة في المختبر العلماء على توقع التغييرات التي قد تمر بها الفيروسات في الطبيعة من خلال فهم الميزات المحددة التي تسمح لهم بالانتقال بين الأشخاص وإصابتهم. على عكس تجارب الطبيعة ، يتم إجراء هذه التجارب في ظروف معملية شديدة التحكم مصممة للحد من مخاطر العدوى لموظفي المختبر وغيرهم ، بما في ذلك التحكم في تدفق الهواء ومعدات الحماية الشخصية وتعقيم النفايات.

من المهم أن يراقب الباحثون بعناية سلامة المختبر لتقليل المخاطر النظرية لإصابة عامة الناس. من المهم بنفس القدر أن يواصل علماء الفيروسات تطبيق أدوات العلم الحديث لقياس مخاطر التداعيات الفيروسية الطبيعية قبل أن تتفشى.

تفشى إنفلونزا الطيور حاليًا عبر قارات متعددة. في حين أن فيروس H5N1 يصيب الطيور بشكل أساسي ، فقد أصيب بعض الناس بالمرض أيضًا. يمكن أن تؤدي المزيد من الأحداث غير المباشرة إلى تغيير الفيروس بطرق تسمح له بالانتقال بشكل أكثر كفاءة بين الناس ، مما قد يؤدي إلى حدوث جائحة.

يتمتع العلماء بتقدير أفضل للمخاطر الملموسة لانتشار إنفلونزا الطيور بسبب تجارب اكتساب الوظيفة التي نُشرت قبل عقد من الزمن. أظهرت تلك الدراسات المعملية أن فيروسات إنفلونزا الطيور يمكن أن تنتقل عن طريق الهواء بين القوارض على بعد بضعة أقدام من بعضها البعض. وكشفوا أيضًا عن ميزات متعددة للمسار التطوري الذي سيحتاج فيروس H5N1 إلى اتخاذه قبل أن يصبح قابلاً للانتقال في الثدييات ، لإبلاغهم بالتوقيعات التي يحتاج الباحثون إلى البحث عنها أثناء مراقبة الفاشية الحالية.

الرقابة على اكتساب الوظيفة

ربما يبدو هذا وكأنه حجة دلالية ، وهي كذلك في كثير من النواحي. من المحتمل أن يوافق العديد من الباحثين على أن اكتساب الوظيفة كأداة عامة هو وسيلة مهمة لدراسة علم الأحياء الذي لا ينبغي تقييده ، بينما يجادلون أيضًا بأنه يجب تقليصه للبحث في مسببات الأمراض الخطيرة المحددة. تكمن مشكلة هذه الحجة في أن أبحاث العوامل الممرضة تحتاج إلى تضمين مناهج اكتساب الوظيفة لكي تكون فعالة – تمامًا كما هو الحال في أي مجال من مجالات علم الأحياء.

يوجد بالفعل الإشراف على أبحاث اكتساب الوظيفة بشأن مسببات الأمراض الوبائية المحتملة. تعمل المستويات المتعددة من تدابير السلامة على المستويين المؤسسي والوطني على تقليل مخاطر أبحاث الفيروسات.

في حين أن تحديثات الإشراف الحالي ليست غير منطقية ، فإننا نعتقد أن الحظر الشامل أو القيود الإضافية على أبحاث اكتساب الوظيفة لا تجعل المجتمع أكثر أمانًا. وبدلاً من ذلك ، قد يبطئون البحث في مجالات تتراوح من علاجات السرطان إلى الزراعة. يمكن أن يساعد توضيح مجالات البحث المحددة التي تثير القلق فيما يتعلق بمقاربات اكتساب الوظيفة في تحديد كيفية تحسين إطار الرقابة الحالي.