زندگی، خیلی‌ پیچیده است!

ده سال با پروژه ژنوم انسانی

 

دانش  - حیات اگر چه از همان قوانین اولیه زیست‌‌شناسی تبعیت می‌کند، اما هر چقدر بیشتر شناخته می‌شود، پیچیده‌تر به‌نظر می‌رسد، تا آنجا که محققان ژنوم انسانی را به فراکتالی تشبیه می‌کنند که به کرانه‌ها نزدیک شده است.

محبوبه عمیدی: زیست‌شناسی تا اوایل قرن بیستم علم پیچیده‌ای نبود. آن زمان که اینشتین و ماکس پلانک، سرگرم ارائه معادلات پیچیده ریاضی برای فهم بهتر فیزیک بنیادی جهان بودند، پاولف، فیزیولوژیست روسی به دلیل اجرای موفق فرایند شرطی‌سازی یک حیوان، برنده نوبل فیزیولوژی و پزشکی شد.

اما انقلاب مولکولی در زیست‌شناسی که از سال 1953 با کشف ساختار دی.ان.ای آغاز شد، همه چیز را تغییر داد. امیدهای تازه‌ای برای شناخت توالی انسانی و درمان بیماری‌های ژنتیکی جان گرفتند و با آغاز پروژه ژنوم انسانی توجه‌های بسیاری به این علم جلب شد.

به گزارش نیچر، پیش از آغاز پروژه ژنوم انسانی، انتظار می‌رفت برای رمزگذاری پروتئین‌ها 100 هزار ژن وجود داشته باشد، اما امروزه می‌دانیم عدد 21 هزار بسیار‌دقیق‌تر است. البته این چیزی از پیچیدگی هزارتویی که علم ژنتیک و زیست‌شناسی سلولی تازه به آن وارد شده، کم نخواهد کرد.

یک مثال ساده بزنیم: انتظار می‌رفت بخش قابل‌توجهی از دی.ان.ای برای رونویسی آر.ان.ای به‌کار گرفته شود، اما با کشف بخش غیرکد‌کننده دی.ان.ای یا دی.ان.ای بدون کاربرد، که بخش عمده ای از ساختار این توالی را تشکیل می‌دهد، همه چیز پیچیده‌تر شد. تحقیقات جدید نشان دادند، این بخش اگرچه نقشی در کد شدن ژن‌ها ندارد، اما در بیان آنها بسیارحائز اهمیت است.

می‌توان گفت هر چقدر علم زیست‌شناسی پیشرفت می‌کند، محققان بیشتر درگیر توالی‌ها و فناوری‌های تازه‌ می‌ شوند. شاید دقیق‌ترین تعریف از این روند، تشبیه این علم به فراکتال‌ها- اشکالی که در آنها هر جزء عینا مشابه کل مجموعه است- باشد. البته درست آنجا که به کرانه‌های تصویر نزدیک می‌شویم و پیچیدگی هزاران برابر می‌شود. اساسی‌ترین پرسش امروز زیست‌شناسان به این برمی‌گردد که آیا زمانی می‌رسد که به شناخت کامل یک ارگانیسم، یک سلول و حتی یک مسیر مولکولی کامل در بدن موجودات زنده برسیم؟

شبکه‌ای از فعالیت‌ها

حدود 50 سال پیش دو زیست‌شناس فرانسوی فرضیه تنظیم بیان ژن توسط اتصال پروتئین‌ها به دی.ان.ای را ارائه کردند و تنها پنج سال بد والتر گیلبرت آمریکایی توانست با کشف اثر پروتئین‌ها در متابولیسم لاکتوز این فرضیه را به اثبات برساند. وقتی از پروتئین‌ها حرف می‌زنیم، مثالی بهتر از p53 برای بررسی روند تحقیقات زیستی وجود ندارد. به جرأت می‌توان گفت کمتر پروتئینی در تاریخ بشری به اندازه p53 مورد بحث بوده و مورد بررسی قرار گرفته است. این پروتئین که حدود 30 سال پیش به اشتباه عامل پیشرفت سرطان اعلام شده بود، در بررسی‌های بعدی به عنوان پروتئین تنظیم‌کننده نسخه‌برداری در دی.ان.ای شناخته شد و در طول زمان تحقیقات به اینجا رسید که این پروتئین، هسته اصلی کنش و واکنش ژنتیکی‌یی است که در آن هزاران جفت باز، هزاران آر.ان.آی کوچک و توالی‌های متعددی دخیل هستند.

در واقع p53 جزیی از شبکه رشد، مرگ، ساختار و بازسازی دی.ان.ای است که به تنهایی شناخت عملکرد و حتی شیمی آن غیرممکن است. این پروتئین از اولین مراحل جنینی شروع به فعالیت می‌کند و می‌تواند 9 فرم گوناگون داشته باشد که هر یک فعال‌کننده‌ها و مواد مداخله‌کننده مختلفی خواهند داشت و به توالی‌های مشخصی متصل خواهند شد.

جریان بی‌پایان اطلاعات
محققان به اطلاعات پیشین برگشتند و با استفاده از توالی p53 و فناوری‌های محاسباتی تازه توانستد در دی.ان.ای توالی‌هایی را کشف کنند که امکان اتصال این پروتئین به آنها وجود دارد یا پروتئین‌های همکار می‌توانند با آنها تشکیل پیوند بدهند. این شناسایی می‌توانست به گسترش اطلاعات در زمینه کنش‌ها و واکنش‌های پروتئینی منجر شود و این ایده قدیمی که p53 می‌تواند آغازگر بخشی از این واکنش‌ها باشد را به اثبات برساند.

اینجا هم باز اطلاعات اولیه نشانگر یک مسیر ساده وخطی بودند، اما این‌بار هم با افزایش حجم داده‌ها، محققان با پیچیدگی‌های متعددی مواجه شدند. اینجا هم به کمک فناوری محاسباتی شبکه‌ای عظیم از اطلاعات و مسیرهای گوناگون کشف شد که رسیدن به نتیجه نهایی را غیرممکن می‌کرد.

این پروتئین تنها یک مثال ساده از دنیای پیش روی علوم زیستی است. زیست‌شناسان معتقدند نتیجه گرفتن از این جریان بی‌پایان اطلاعات را می‌توان به انتظار برخورد داشتن از ذرات بنیادی درون شتاب‌دهنده عظیم هاردونی بی‌هیچ شناختی از قوانین بنیادی فیزیک شبیه دانست و می‌گویند به جایی رسیده‌اند که چیزی از علم زیست‌شناسی نمی‌دانند. یافته‌های آنها در زمینه ژنوم انسانی هر 18 ماه تقریبا دو‌برابر می‌شود و آنقدر هر بخش کوچک از این علم، در نهایت پیچیده است که تنها می‌توان به مقایسه توالی‌ها و مسیرها اکتفا کرد. فکر نمی‌کنید در علوم زیستی به کرانه‌های انتهایی خیلی‌نزدیک شده باشیم.