ما هو تحرير الجينات ولماذا يتجاوز الكائنات المعدلة وراثيًا؟

الصورة: ديفيد مالوش

في صباح بارد من أيام شهر أبريل، وقفت أنا وزاكاري ليبمان، الحائز على درجة الدكتوراه، نستمتع بالحرارة والرطوبة الاصطناعية في الدفيئة في مختبر كولد سبرينج هاربور - منشأة أبحاث لونغ آيلاند الشهيرة التي كانت رائدة في اكتشاف الحمض النووي - وحدقنا في مستقبل الزراعة. لقد كان نبات طماطم، لكنه لم يكن مثل أي نبات كان موجودًا على الإطلاق. حيث كان معظمها طويلًا وطويلًا، كان هذا قصيرًا وكثيفًا. حيث تقوم معظمها بربط ثمارها على سيقان فردية، تتميز هذه المنطقة بمجموعات كثيفة من طماطم الكرز ذات اللون الأحمر الزاهي، مثل العنب على الكرمة. قام ليبمان، عالم وراثة النبات ذو اللحية والحماس المعدي لأي شيء يحتوي على أوراق، بإنشاء النبات باستخدام تقنية كريسبر، وهي تقنية جديدة لتحرير الجينات تُحدث ثورة في تربية النباتات. وهو يعتقد أن هذه التكنولوجيا هي في طليعة الموجة التي - إذا قبلها المستهلكون - يمكن أن تجعل المحاصيل أكثر صلابة، وأكثر إنتاجية، وأكثر استدامة، بالإضافة إلى جعل الطعام أكثر مغذية ولذيذة.

'انظر إلى هذه المجموعة!' قال ليبمان وهو يركع ليلتقط حفنة من الفاكهة. 'هذا مثال متطرف حيث بدأنا مع طماطم كرزية كانت طويلة جدًا وأجرينا ثلاثة تعديلات جينية.' أدى التغيير والتبديل في أول قطعتين من الحمض النووي إلى جعل النبات قصيرًا وغزير الإنتاج، أما الجزء الثالث فقد قلص بشكل كبير طول الساق بين كل ثمرة، مما حول النبات إلى دينامو قصير لإنتاج الطماطم مثالي للمزارع العمودية الحضرية، حيث تزرع المحاصيل في بيئة مساحة داخلية محصورة. تتمتع الزراعة العمودية بالعديد من الفوائد البيئية: يمكنها تقليل الأميال الغذائية التي يسافرها إنتاجنا (والبصمة الكربونية) وحماية المحاصيل من الطقس الغريب مثل العواصف الشديدة أو الجفاف (انظر إليك، تغير المناخ). كما أنها تتطلب مساحة من الأرض والموارد أقل بكثير من المزرعة التقليدية.

إن الإنجازات مثل هذه الطماطم هي وعد كريسبر، الذي قام بتحويل العلوم البيولوجية - من الطب إلى الزراعة - منذ ظهوره على الساحة في عام 2012. كريسبر هي أداة جزيئية مجهرية يمكن برمجتها لإجراء تغييرات دقيقة على الحمض النووي لأي كائن. شيء حي. إنه دقيق بشكل ملحوظ وسهل الاستخدام. (انظر 'كريسبر: الشرح' أدناه.) تضمنت غالبية المحاصيل المعدلة وراثيًا (GMOs) السابقة نقل جينات كاملة بين الأنواع وكانت غير دقيقة إلى حد أن المشاريع النموذجية استغرقت سنوات، لكن كريسبر وغيرها من تقنيات تحرير الجينات يمكنها تغيير الحروف الفردية للكائنات الحية. الحمض النووي في كائن حي، يحاكي نوع الطفرات العشوائية التي اعتمد عليها المربون تاريخياً.

ما أذهل ليبمان حقًا هو مدى سرعة عمله. في حين أن المربين التقليديين قد يستغرقون عقودًا لإنتاج صنف جديد، والتهجين والتهجين بين سلالات مختلفة بصبر على أمل أن تجتمع السمات الصحيحة معًا، فقد كان قادرًا على أخذ خلية من طماطم كرزية قديمة، وتغيير السمات التي أرادها باستخدام كريسبر، وزراعة نباتات جديدة. النباتات في بضعة أشهر. (انظر '4 طرق لتصنيع أصناف المحاصيل الجديدة' أدناه).

وعلى الرغم من أن حبة طماطم صغيرة واحدة لن تغير العالم، يعتقد العديد من الخبراء أن هذا النوع من التحرير الجيني الدقيق الممكن الآن سيطلق ثورة خضراء جديدة في الزراعة - وليس في وقت قريب جدًا. وبالفعل، يخسر المزارعون في العالم ما يصل إلى 25% من محاصيلهم بسبب الجفاف والإجهاد الحراري. ومع استمرار تغير المناخ في التفاقم، فإن عدد فشل المحاصيل سوف يرتفع. لكن الباحثين مثل ليبمان بدأوا في تصميم محاصيل يمكنها تحمل درجات الحرارة المرتفعة وإنتاج المزيد من الغذاء باستخدام كميات أقل من المياه والمواد الكيميائية. وهذا يمكن أن يحدث الفارق بين عالم يتمتع بالأمن الغذائي وعالم أكثر رعبا. في الواقع، دراسة حديثة نشرت في المجلة البحوث المعدلة وراثيا وجدت أن غالبية الخبراء الـ 114 الذين شملهم الاستطلاع (مزيج من العلماء والباحثين ومحترفي التكنولوجيا الحيوية والمسؤولين الحكوميين) يعتقدون أن تحرير الجينات لديه القدرة على تحسين غلات المحاصيل والجودة والقدرة على التكيف مع المناخ والأمن الغذائي العالمي، ويوافق 68٪ منهم على أنه يمكن أن يساعد تقليل البصمة البيئية للزراعة.

البحوث المعدلة وراثيا

يعتقد غالبية الخبراء الذين شملهم الاستطلاع والبالغ عددهم 114 خبيرًا أن تحرير الجينات لديه القدرة على تحسين غلات المحاصيل والجودة والقدرة على التكيف مع المناخ والأمن الغذائي العالمي، ويوافق 68% منهم على أنه يمكن أن يساعد في تقليل البصمة البيئية للزراعة.

- بحوث الجينات

عندما جلست القرفصاء لأتفحص العناقيد اللامعة من الفاكهة القرمزية، شعرت بأول تموجات التحول النموذجي في رأسي. لقد كنت دائمًا متشككًا بشأن الكائنات المعدلة وراثيًا. ولكن كلما تحدثت مع ليبمان وغيره من المهتمين بالنباتات، وتعرفت على تقنيات مثل كريسبر، كلما بدأت أتساءل عما إذا كانت الكائنات المعدلة وراثيًا القديمة مجرد مرحلة مراهقة غريبة من التكنولوجيا، وما إذا كان هذا الجيل الأخير من النباتات قد يصنع بالفعل نباتاتنا. الإمدادات الغذائية أكثر استدامة وآمنة ولذيذة.

يميل زاكاري ليبمان إلى إنتاج الطماطم المعدلة وراثيًا في الدفيئة الضخمة في مختبره. حاليًا، يقوم بزراعة أكثر من عشرة أصناف، بالإضافة إلى الكرز، بالإضافة إلى العديد من أنواع المنتجات الأخرى قيد العمل.

جذور التعديل الوراثي

لا يدرك معظم الناس أن تبني شركة مونسانتو العملاقة للهندسة الوراثية في السبعينيات والثمانينيات كان من المفترض أن يساعد المزارعين على تحرير اعتمادهم على المواد الكيميائية. لقد أصبحت المخاطر المثيرة للقلق الناجمة عن مادة الـ دي.دي.تي والمبيدات الحشرية الأخرى واضحة، وبدأ العلماء في شركة مونسانتو في تجربة طرق لاستخدام علم الوراثة لدمج الأشكال الطبيعية لمكافحة الآفات في المحاصيل. وكان أول نجاح لهم هو الذرة والقطن المعدل وراثيا، الذي يحتوي على جين من بكتيريا التربة الموجودة بشكل طبيعي ( عصية ثورينجينسيس ) مما جعل المحاصيل سامة لبعض الديدان التي تصيبها، ولكن لم يكن لها أي تأثير على الحشرات أو الثدييات الأخرى. أدت المحاصيل المعدلة وراثيا إلى خفض كمية المبيدات الحشرية التي كان على المزارعين استخدامها في هذه المحاصيل بنسبة تصل إلى 99٪.

ولو استمرت شركة مونسانتو في هذا المسار، لكان تاريخ الكائنات المعدلة وراثيًا مختلفًا تمامًا. لكن بدلًا من ذلك، ركزت الشركة اهتمامها على جعل المحاصيل مقاومة لمبيدات الأعشاب الشهيرة Roundup، عن طريق إدخال جين من بكتيريا أخرى. تم إطلاق الذرة الحقلية Roundup Ready (المزروعة لتغذية الماشية والإيثانول والأغذية المصنعة، بدلاً من الذرة الحلوة) وفول الصويا في التسعينيات. أحبهم المزارعون. بدلاً من مكافحة الحشائش الشاقة وغير الدقيقة، يمكنهم فقط رش محاصيلهم بالجليفوسات (المادة الكيميائية النشطة في Roundup) وقتلهم جميعًا. اليوم، معظم حقول الذرة وفول الصويا المزروعة في أمريكا الشمالية جاهزة للتقرير، وقد انفجر الاستخدام العالمي للغليفوسات.

يشعر العديد من المستهلكين بالقلق بشأن تأثير كل بقايا مبيدات الأعشاب على صحتهم وبيئتهم، ولكن هناك مصدر قلق آخر أكثر أهمية. إن أخذ جين من كائن حي مثل البكتيريا ونقله إلى كائن مختلف تمامًا مثل نبات الذرة يبدو أمرًا مخيفًا. هل يمكن أن تكون هناك عواقب غير مقصودة لخلط الجينات بطرق لم تكن الطبيعة تسمح بها أبدًا؟ وعلى الرغم من تأكيدات العلماء بأن الكائنات المعدلة وراثيا آمنة للأكل، فإن العديد من المستهلكين لا يريدون أي جزء منها. لكن ذلك لم يمنع الذرة وفول الصويا والكانولا المعدلة وراثيا من الاستيلاء على الإمدادات الغذائية، حيث تكون غير مرئية إلى حد ما ويتم تناولها كل يوم. ومع ذلك، ظلت الفواكه والخضروات دون تغيير إلى حد كبير. قد يتكلف تطوير كائنات معدلة وراثيًا ورعايتها مئات الملايين من الدولارات من خلال العقبات التنظيمية الشديدة التي تفرضها وزارة الزراعة الأمريكية على المحاصيل المعدلة وراثيًا. وبالنظر إلى ردة الفعل العامة المحتملة، فإن القليل من الشركات مستعدة للمخاطرة بها.

يمكنك تجميد فطيرة اليقطين كوستكو

ولكن عندما قرأ ليبمان الأبحاث الأولى عن تقنية كريسبر، عرف أن تربية المحاصيل قد تغيرت إلى الأبد. 'أخذت ورقة لاصقة وكتبت 'المروج كريسبر' وألصقتها على مكتبي. كانت هناك أشياء كنت أرغب دائمًا في تجربتها، لكنني دفعتها إلى الجزء الخلفي من ذهني لأنه لم تكن هناك أدوات للقيام بها. بمجرد ظهور الدراسات، ذهبت تلك الأفكار - مثل المروج كريسبر - إلى المقدمة. قال بينما كنا نفحص العشرات من الطماطم المعدلة وراثيا في دفيئة كولد سبرينج هاربور: 'إنه وقت مثير للغاية'.

وأوضح أن كل جين في النباتات والحيوانات يأتي مع قطعة من الحمض النووي تسمى المحفز، والتي تتحكم في طاقة هذا الجين. فإذا كان الجين هو السيارة فإن المروج هو دواسة البنزين. وباستخدام تقنية كريسبر للتلاعب بالمروجين، تمكن ليبمان من جعل أي جين يعمل بسرعة، أو ببطء، أو لا يعمل على الإطلاق. سيكون القيام بذلك أسهل بكثير، والأهم من ذلك أنه لن يكون هناك أي جينات غريبة في النبات، لأنه سيقوم بتعديل الحمض النووي الخاص بالطماطم. كل هذه التغييرات كانت أشياء قد تحدث بشكل طبيعي إذا كان المربي محظوظًا جدًا. كان ليبمان يأمل أن يؤدي هذا إلى جعل المحاصيل المعدلة وراثيا أقل إثارة للقلق بالنسبة للمستهلكين والمنظمين الفيدراليين.

في العام الماضي، أكدت وزارة الزراعة الأمريكية أنها لن تعامل هذه المحاصيل بشكل مختلف عن تلك التقليدية، مشيرة إلى أن 'وزارة الزراعة الأمريكية لا تنظم أو لديها أي خطط لتنظيم النباتات التي كان من الممكن تطويرها من خلال تقنيات التربية التقليدية'، لأن الوكالة تعتبر هذه النباتات التي تم إنشاؤها حديثًا 'لا يمكن تمييزها عن تلك التي تم تطويرها من خلال طرق التربية التقليدية'. وهذا يقلل بشكل كبير من الوقت والمال اللازمين لطرح أغذية معدلة وراثيا في الأسواق، مما يجعلها قابلة للتطبيق بالنسبة للمحاصيل المتخصصة الصغيرة والشركات المستقلة، مما يعني أننا سنرى الكثير منها. بالفعل في الأعمال: الكاكاو والموز المقاومان للأمراض، وحبوب القهوة الخالية من الكافيين، والفراولة والطماطم ذات النكهة المعززة، والفطر والتفاح غير البني، وغيرها الكثير. (راجع 'تسوق البقالة على وشك التغيير' أدناه.)

بعض المحاصيل الواعدة المُعدلة جينيًا تأتي من كاليكست، وهي شركة في ولاية مينيسوتا تستخدم تقنية مشابهة لـ كريسبر، تسمى TALEN. في فبراير، بدأت الشركة في بيع أول طعام معدل جينيًا، وهو زيت فول الصويا المسمى كالينو المصنوع من فول الصويا ولكن يحتوي على صورة دهنية مشابهة لزيت الزيتون. وتشمل المحاصيل الأخرى التي يجري تطويرها في كاليكست القمح الذي يحتوي على نسبة عالية من الألياف، والبرسيم الحجازي الذي يمكن للماشية هضمه بسهولة أكبر (مما يؤدي إلى انخفاض انبعاثات غاز الميثان)، وزيت الكانولا الذي يحتوي على تركيبة دهنية أكثر صحة، والبطاطس التي يمكنها تحمل التخزين البارد بشكل أفضل.

لكن هل سيأكلها الناس؟ لا يزال العديد من المستهلكين ومجموعات المناصرة متشككين بشدة بشأن تحرير الجينات. في استطلاع أجراه مركز بيو للأبحاث عام 2018، قال 59% من المشاركين إنهم يعتقدون أن الأطعمة المعدلة وراثيًا ستؤدي إلى مشاكل صحية، واعتبرها 56% ضارة بالبيئة. (على الرغم من أن 76% قالوا إنهم قادرون على زيادة الإمدادات الغذائية العالمية). وتقود منظمة أصدقاء الأرض المعركة ضد كريسبر على الجانب غير الربحي، والتي نشرت تقريرًا في عام 2018 بعنوان الكائنات المعدلة وراثيا في الزراعة: المخاطر والعواقب غير المتوقعة . وكما أوضحت دانا بيرلز، المؤلفة المشاركة للتقرير، 'إن تقنيات الهندسة الوراثية الجديدة مثل تحرير الجينات محفوفة بالمخاطر... [وهذه] الكائنات المعدلة وراثيًا الجديدة يجب تقييمها بشكل صحيح من حيث التأثيرات الصحية والبيئية قبل دخولها إلى السوق ونظامنا الغذائي.' ومن بين المخاوف التي يفصّلها التقرير أن تقنية كريسبر قد تخلق تغييرات أو أخطاء جينية غير مقصودة، أو تغير جينات مهمة بطريقة لها آثار تتعلق بالسلامة على صحة الإنسان والبيئة.

هل هي حقًا أكثر خطورة من المحاصيل التقليدية؟ ليس بالضرورة. وكما أشار لي ليبمان، فإن نوع التغييرات التي تجريها تقنية كريسبر هي بالضبط ما كان يحدث في محاصيلنا منذ آلاف السنين، مما أدى إلى ثمار أو بذور أكبر، وعائدات أفضل ونمو أكثر قابلية للتنبؤ به. تحدث الطفرات في كل مرة يتكاثر فيها الكائن الحي: من بين مليارات حروف الحمض النووي في جينومه، يتم نسخ الآلاف منها بشكل خاطئ، وفي بعض الأحيان تكون النتائج مذهلة. وهذا ما يدفع التطور. وقال ليبمان إن القلق بشأن جين واحد معدل ليس له أي معنى. إنها طفرة واحدة في بحر من الطفرات الموجودة بالفعل. 'كل نبات تأكله يحتوي على آلاف الطفرات الجديدة'، هز كتفيه. 'ما هو شعورك؟'

ميجان ج. بالمر، دكتوراه

'نحن نميل إلى التقليل من مخاطر التقنيات المألوفة والإفراط في تقدير مخاطر التقنيات الجديدة.'

— ميغان ج. بالمر، دكتوراه

وتوافق على ذلك ميغان جيه. بالمر، الحاصلة على درجة الدكتوراه، وهي باحثة بارزة في مركز ستانفورد للأمن والتعاون الدولي، وهي خبيرة في تقييم مخاطر التقنيات الجديدة. قالت لي: 'الخطر نسبي'. 'نحن نميل إلى التقليل من مخاطر التقنيات المألوفة والإفراط في تقدير مخاطر التقنيات الجديدة. يمكن للاستيلاد التقليدي أن يُحدث طفرات عشوائية أكثر مما يفعله تحرير الجينات. وقال بالمر إننا بحاجة أيضًا إلى النظر في السياق المتغير الذي نقوم من خلاله بتقييم التقنيات الجديدة: 'نحن نعلم أننا سنواجه جميع أنواع المخاطر في المستقبل، مثل تلك المصاحبة لتغير المناخ'. إذا كانت هذه التقنيات قد تساعد في إدارتها، فهذا اعتبار مهم.

ما وراء الطماطم والفطر

وبغض النظر عن عدد الخبراء الذين يؤكدون سلامة الأطعمة المعدلة وراثيا، فإن عامل الزحف يلوح في الأفق بالنسبة للمستهلكين. ولهذا السبب فإن الكائنات الحية المهندسة الواعدة في الزراعة قد تكون تلك التي لا يضطر الناس إلى تناولها على الإطلاق. إنه ميكروب يسمى 'ثبت'، وهو ما عالج به المزارع تشاد روبيلكي، من داكوتا الشمالية، بذور القمح قبل زراعتها هذا الربيع.

يزرع روبيلك 3000 فدان من القمح القاسي وفول الصويا وعباد الشمس والكانولا والكتان على أرض تعود ملكيتها لعائلته منذ أجيال. لكنه جزء من موجة جديدة من المزارعين الشباب المهتمين بالبيئة والمتمرسين في مجال التكنولوجيا الذين يغيرون الأمور في الغرب الأوسط، ويعتقد أن برنامج Proven يمكن أن يقلل بشكل كبير من استخدام الأسمدة النيتروجينية، والتي تعد واحدة من أكبر المشاكل البيئية للزراعة.

يعتبر النيتروجين ضروريًا لنمو النباتات، وتتطلب محاصيلنا سريعة النمو إمدادات مكثفة منه. ولكن فقط حوالي نصف الكمية البالغة 120 مليون طن متري من الأسمدة التي يتم استخدامها كل عام يمكن استخدامها فعليًا في المحاصيل. قال روبيلك: 'ربما يكون إدخال النيتروجين إلى الأرض هو أكبر صداع يواجهه المزارع'. 'غالي. والوصول إلى المرحلة الصحيحة هو أمر أقرب إلى المستحيل. إذا كانت الظروف رطبة جدًا، فإنها تتدفق إلى الأنهار، حيث تسبب مناطق ميتة تخنق الحياة في البحار التي تصب فيها. وإذا كانت الظروف جافة جدًا، فإنها تتبخر في الهواء وتتحول إلى أحد غازات الدفيئة الرئيسية. وفقًا لتقديرات وكالة حماية البيئة، ينتج استخدام الأسمدة 74% من إجمالي انبعاثات أكسيد النيتروز في الولايات المتحدة، وهو شكل ضار بشكل خاص من غازات الدفيئة (أقوى 300 مرة من ثاني أكسيد الكربون). ومع ذلك، فإن التخلي عن هذا الأسمدة ليس خيارًا حاليًا؛ وبدونها، لن ننتج سوى نصف كمية الغذاء، وقد يعاني 3 مليارات شخص في جميع أنحاء العالم من الجوع.

ثبت قد يغير ذلك. في غرفة النمو المضاءة بالفلورسنت في شركة ناشئة في بيركلي بولاية كاليفورنيا تدعى Pivot Bio، قمت بفحص العشرات من نباتات الذرة وفول الصويا في صناديق مملوءة بالرمال. كانت تعيش بشكل تكافلي على جذورها ميكروبات مثبتة (تم تطبيقها على البذور). لقد تم تصميمها لسحب النيتروجين من الهواء بشكل مستمر - وهو أمر لا تستطيع معظم النباتات القيام به بمفردها - وتغذيته بالملعقة مباشرة إلى جذور النباتات. في العالم الطبيعي، تقوم بعض الميكروبات بذلك بكميات متواضعة، لكن تحرير الجينات دفع العملية إلى مستويات أعلى. ومع نمو النباتات، تستعمر الميكروبات وتوفر نظامًا غذائيًا ثابتًا من النيتروجين دون فقدان أي شيء منه في الماء أو الهواء. وعلى الرغم من عدم قدرته على إنتاج ما يكفي من النيتروجين ليحل محل استخدام الأسمدة تمامًا، إلا أن تأثيره قد يكون هائلاً.

لقد لفت ذلك انتباه تشاد روبيلك. لقد تم بيعي! وقال: 'إن شيئًا غير كيميائي ويمكن أن يساعد البيئة يمكن أن يكون لاعبًا كبيرًا في مزرعتنا'. 'إذا تمكنا من استخدام الميكروبات للحصول على نتوء النيتروجين عندما نحتاج إليه دون الحاجة إلى استخدامه بأنفسنا، فقد يخفف ذلك 50٪ من احتياجاتنا من الأسمدة.' وهذا بدوره من شأنه أن يقلل بشكل كبير من جريان النيتروجين وانبعاثات الغازات الدفيئة. وبحلول منتصف الصيف، كان قد رأى بالفعل نتائج في محاصيله من القمح أيضًا. وقال روبيلك: 'عندما أخذنا عينات، أظهرت كل عينة فرقا ملحوظا عن القمح غير المعالج'. 'كان القمح المثبت أطول بشكل ملحوظ وكان له كتلة جذر أكبر. لقد كان الأمر مثيرًا وآمل أن تؤدي هذه النتائج إلى عائد أكبر في النهاية.

تشير الأبحاث التي أجرتها شركة Pivot Bio إلى أنه إذا اعتمد ثلث مزارعي الذرة في أمريكا نظام Proven، فإن ذلك سيكون بمثابة غاز مسبب للاحتباس الحراري لإبعاد ما يقرب من 1.5 مليون سيارة عن الطريق ويمكن أن يمنع 500 ألف طن متري من النترات من التسرب إلى المجاري المائية. عندما جلست مع الرئيس التنفيذي لشركة Pivot Bio، كارستن تيمي، الحاصل على دكتوراه، على طاولة اجتماعات بالقرب من غرف النمو، أخبرني أن هذا جيد جدًا حتى الآن: 'في عام 2018، قمنا باختبار Proven مع بضع عشرات من المزارعين. قلنا: 'جرب منتجنا وانظر ما هو رأيك.' لقد قام كل واحد منهم بالتسجيل بالفعل ليكون عميلاً تجاريًا هذا العام. لقد أذهلنا الأمر. يمكن للشركة إنتاج ما يكفي فقط لتزويد بضع مئات من المزارعين في عام 2019، ولكن مع دعم مستثمرين مثل Bill Gates' Breakthrough Energy Ventures، تتوقع Temme التوسع إلى الآلاف في عام 2020.

لدى شركة Pivot Bio العديد من المنافسين في مجال 'البيولوجيا' الهندسية، وهي الميكروبات والإنزيمات التي تدعم النباتات بطرق مختلفة. وبينما يحاول العديد حل مشكلة الأسمدة، يهدف البعض الآخر إلى مساعدة النباتات على تحمل الإجهاد الناتج عن الحرارة أو الجفاف. وأوضح تيمي أن 'الميكروبات تشبه امتداد الجهاز المناعي للنبات'. 'يمكنهم مساعدتها على مقاومة تغير المناخ وجعل النظام الزراعي بأكمله أكثر مرونة واستدامة.' ويجري تصميم مواد بيولوجية أخرى لمكافحة الأعشاب الضارة. وقال روبيلك إنه عندما يحدث ذلك، سيكون في الصف الأول: 'نحن لا نحب استخدام مبيدات الأعشاب بقدر ما لا تحبون أن تسمعوا عنها!'

نحو نظام غذائي أكثر تنوعا

بقدر ما يكون ليبمان متحمسًا للطماطم الجديدة التي يصنعها، فإن أكثر ما يثير اهتمامه في تقنية كريسبر ليس الطماطم على الإطلاق. قال لي: «تعال وانظر إلى هذا»، وهو يقودني إلى جزء آخر من الدفيئة حيث يهيمن سياج متناثر على أحد الجدران. 'أنت تنظر إلى الجد البري للطماطم. في بيئتها الأصلية في أمريكا الوسطى والجنوبية، الطماطم ليست سنوية. إنها نبات طويل القامة، كثيف الأشجار، وخشبي معمر. رفع ورقة ليكشف عن نوبين أخضر صغير. 'هل ترى هذه الفاكهة الصغيرة هنا؟' لن يصبح أكبر من قطعة رخام صغيرة.

على مدى آلاف السنين، تمكن المزارعون من زيادة حجم الطماطم عن طريق الانتقاء المستمر للنباتات ذات الطفرات التي تنتج ثمارًا أكبر - ولكن حتى عشرينيات القرن العشرين، كانت معظم الطماطم مترامية الأطراف. ثم اكتشف أحد المزارعين في فلوريدا نبتة ذات طفرة غريبة جعلتها مضغوطة وكثيفة الثمار، مما أدى إلى ظهور صناعة الطماطم الحديثة. فجأة أصبح من الممكن زراعتها كمحاصيل صفية وحصادها بسهولة. تنحدر معظم الأصناف التجارية من هذا النبات الأصلي.

زاكاري ليبمان، دكتوراه

وقال: 'من بين مئات الآلاف من الأنواع النباتية، هناك عشرات الآلاف صالحة للأكل'. 'ربما نأكل بضع مئات.'

– زاكاري ليبمان، دكتوراه.

وأخبرني ليبمان أن هذا هو الحال بالنسبة لمعظم محاصيلنا الغذائية. واعتمد كل منها على طفرات نادرة لتحويلها إلى شيء يمكن زراعته. وقال: 'من بين مئات الآلاف من الأنواع النباتية، هناك عشرات الآلاف صالحة للأكل'. 'ربما نأكل بضع مئات.' وبعبارة أخرى، مقابل كل حبة طماطم أو خرشوف يتم تدجينها، هناك 500 فاكهة وخضروات برية صالحة للأكل لم تعد كذلك. ومقابل كل جين مفيد قمنا بصياغته في الزراعة، هناك 500 جين آخر يجلس على الهامش. من يدري ما هي الطرق الجديدة لمعالجة الجفاف والحرارة والأمراض والآفات والتغذية والنكهة وغيرها من التحديات المستقبلية التي يمكن العثور عليها في كل تلك الحكمة الطبيعية المتراكمة؟

'نحن نفتح هذه الخزانات من التنوع الجيني في الطبيعة!' صاح ليبمان وهو يدفعني عبر الدفيئة لألقي نظرة على شجيرتين متراميتي الأطراف. 'أعتقد أن هناك إمكانية حقيقية لجعل هذا محصول التوت الرئيسي.' كانت تتدلى تحت أوراق إحدى النباتات فوانيس ورقية، يحمل كل منها ثمرة واحدة صغيرة. لقد كانت عبارة عن نباتات برية لذيذة تنتج بشكل طبيعي ثمرة واحدة فقط لكل فرع. قال ليبمان: 'أنا أحب نكهة هذه الأشياء'. 'لكنهم أسوأ المنتجين الذين يمكن تخيلهم ويستغرقون وقتًا طويلاً ليؤتيوا ثمارهم.' انه كابوس. ولكن يمكننا أن نجعلها أكثر إحكاما، وتزهر بشكل أسرع، وتحصل على ثمار أكثر تركيزا.'

بالتأكيد، إنها مجرد حبة كرز (حسنًا، ربما حبة كرز لذيذة)، ولكن إذا تمكنت تقنية كريسبر من وضعها في السوبر ماركت بسعر مناسب، فمن يدري ما الذي قد تضيفه أيضًا إلى ذخيرتنا؟

التقط ليبمان ثمرة كرز، وقشر الفانوس، وناولني إياه. 'شمها.' إنهم جيدون جدًا. كل تلك الروائح الأناناس والفانيليا. واقفًا هناك في تلك الحديقة الزجاجية، حملت الفاكهة إلى أنفي وتساءلت عما إذا كنت سأتناول قضمة منها. كانت رائحتها غريبة ولكنها مغرية، جديدة ولكن مألوفة للغاية، مثل شيء من ماضينا البدائي. لقد كنت في كل شيء.

كريسبر: وأوضح

الرسم التوضيحي لجينغ تشانغ.

كريسبر هو الاختصار الجذاب لمصطلح غير جذاب بالتأكيد: التكرارات العنقودية القصيرة المتناوبة المنتظمة والمتباعدة بانتظام. في عام 2012، اكتشف فريق من العلماء في جامعة كاليفورنيا، بيركلي، بقيادة الدكتورة جنيفر دودنا، أستاذة الكيمياء والبيولوجيا الجزيئية والخلوية، كيفية استخدام كريسبر لإجراء تعديلات جينية مستهدفة في أي كائن حي تقريبًا. ويعمل تحرير الجينات على الحيوانات أيضًا. لدى الباحثين خطط كبيرة للأبقار عديمة القرون (التي لن تضطر إلى الخضوع لإزالة قرون مؤلمة ومكثفة)، والدجاج المحصن ضد أنفلونزا الطيور، والخنازير التي لا تصاب بمتلازمة الخنازير التناسلية والتنفسية (التي تكلف المزارعين الأمريكيين مليارات الدولارات) دولار سنويا). على عكس النباتات، تنظم إدارة الغذاء والدواء الأمريكية تعديل الجينات في الحيوانات - فهي تطبق حاليًا نفس القواعد التي تطبقها على الكائنات المعدلة وراثيًا - مما يجعل طرح معظمها في الأسواق مكلفًا للغاية ويستغرق وقتًا طويلاً. فيما يلي نظرة أكثر تفصيلاً على كيفية عمل التكنولوجيا لتحرير الجينات.

1. يحدد العلماء الجين الخاص بالصفة التي يريدون تعديلها.

2. يقومون بعد ذلك بتصميم شريط من الحمض النووي الريبوزي الموجه (جزيء يمكنه تحديد موقع وقراءة المعلومات الجينية الموجودة في الحمض النووي) لمطابقة التسلسل الدقيق للحمض النووي في ذلك الجين. إن الإنزيم - عادةً ما يسمى Cas9 - الذي يعمل كنوع من المقص الجزيئي، مرتبط بالحمض النووي الريبي (RNA).

3. تتم إضافة بنية كريسبر إلى أنبوب اختبار أو طبق بتري مع الخلية المراد تحريرها.

4. يقوم الحمض النووي الريبوزي المرشد بالبحث في جينوم الخلية حتى يجد التسلسل المطابق للحمض النووي - مثل اختيار مشتبه به من تشكيلة الشرطة (الكبيرة جدًا) - ثم يتم قفله.

5. يقوم 'مقص' Cas9 بعد ذلك بقص الحمض النووي عند تلك النقطة بالضبط. إذا أراد العلماء ببساطة تعطيل الجين، فهذا يكفي. لكن يمكنهم أيضًا إجراء تعديل عن طريق إضافة قطعة جديدة من الحمض النووي مع تسلسل السمة الجديدة التي يريدونها.

6. تحتوي الخلايا على إنزيمات إصلاح طبيعية تعمل على إعادة ربط خيوط الحمض النووي المكسورة ببعضها البعض. إذا تمت إضافة قطعة جديدة من الحمض النووي، فسيتم خياطتها في الفجوة، مما يؤدي إلى تغيير الجين.

7. عندما تتكاثر الخلايا، سيكون لديها جميعًا الحمض النووي الجديد وتعبر عن السمة المطلوبة.

4 طرق لتصنيع أصناف المحاصيل الجديدة

كيف يختلف تحرير الجينات عن الكائنات المعدلة وراثيًا وطرق تربية النباتات الأخرى

التربية التقليدية

أول من شغل: منذ أن بدأ الإنسان بزراعة النباتات (منذ حوالي 23000 سنة).

كيف يعمل: يقوم المربون بتلقيح نوعين من نفس النوع. تحتوي البذور الناتجة على مزيج من الجينات من الوالدين، إلى جانب طفرات عشوائية طبيعية. يقوم المربون بزراعة هذه النباتات واختيار النباتات ذات السمات المرغوبة أكثر. تتضمن هذه الطريقة أيضًا أنواعًا هجينة، والتي بدأت في عشرينيات القرن العشرين: حيث يتم تهجين نباتين مختلفين تمامًا لإنتاج ذرية تحمل سمات من كلا الوالدين، مثل تهجين ليمونة مع برتقال ماندرين لصنع ليمون ماير. (من ناحية أخرى، يتم نشر الإرث من خلال التلقيح المفتوح - السماح للنباتات بالذهاب إلى البذور ثم حفظ تلك البذور وإعادة زراعتها. وفي بعض الأحيان، تحدث طفرات طبيعية ويختار المزارعون السمات التي يحبونها ويزرعون تلك الأصناف الجديدة).

عدد الجينات المتأثرة: عدد قليل من الجينات لجينومات بأكملها.

قوانين فيدرالية: لا أحد.

يستخدم على: تقريبا كل ما نأكله.

هل يوجد سكر في الكوكا صفر

الطفرات

أول من شغل: الخمسينيات

كيف تعمل: تتعرض البذور للإشعاع و/أو المواد الكيميائية لإنتاج طفرات في جيناتها، ثم تنبت. يختار المربون النتائج الأكثر إثارة للاهتمام (والتي لا يمكن التنبؤ بها) ويقومون بتهجينها مع الأصناف الموجودة.

عدد الجينات المتأثرة: مئات إلى الآلاف.

قوانين فيدرالية: لا أحد.

يستخدم على: العديد من الأطعمة الشائعة، مثل الجريب فروت الأحمر والأرز والكاكاو والشعير والقمح والكمثرى والبازلاء والفول السوداني والنعناع.

التعديل الجيني (المعروف أيضًا باسم الكائنات المعدلة وراثيًا أو المعدلة وراثيًا)

أول من شغل: الثمانينيات

كيف تعمل: يقوم مهندسو الوراثة بعزل جين كامل من نوع واحد وإدخاله في نوع مختلف تمامًا.

عدد الجينات المتأثرة: واحد إلى ثمانية.

قوانين فيدرالية: عالي

يستخدم على: المحاصيل مثل الذرة الحقلية وفول الصويا والكانولا والباذنجان والبابايا.

تحرير الجينات

أول من شغل: 2010s

كيف تعمل: يستخدم مهندسو الوراثة تقنية كريسبر أو الأدوات الجزيئية الأخرى لإجراء تغييرات محددة في الحمض النووي للخلايا النباتية الفردية.

عدد الجينات المتأثرة: واحد أو أكثر.

قوانين فيدرالية: لا أحد

يستخدم على: حوالي 25 نوعاً من الأطعمة حتى الآن، منها الأرز والذرة والقمح والحمضيات والبطاطس والقهوة.

تسوق البقالة على وشك التغيير

هذه بعض الأطعمة المعدلة وراثيا التي يمكنك رؤيتها خلال السنوات القليلة القادمة:

الموز المقاوم للأمراض

لماذا: لحماية كافنديش، وهو صنف الموز التجاري الرئيسي، من الدمار الناجم عن الأمراض، بما في ذلك مرض يسببه فطر يسمى فيوزاريوم.

فول الصويا المقاوم للجفاف

لماذا: للحفاظ على إنتاج الغذاء العالمي خلال فصول الصيف الأكثر حرارة وجفافًا.

طماطم مدمجة وعالية الإنتاجية

لماذا: لتعزيز الزراعة العمودية وتقليل متطلبات الأراضي في المزارع التقليدية، وزيادة الإنتاجية، وتقليل الأميال الغذائية، وتحسين القدرة على تحمل الجفاف.