شهد الربع الأخير من القرن الماضى تقدماً هائلاً فى تطبيقات الهندسة الوراثية، فقد ظهرت للمرة الأولى الحيوانات العبر جنية Transonic animals، وهى الحيوانات التي نقلت إليها جينات من كائنات غريبة عنها فى الماضى، كان التزاوج بهدف التحسين الوراثى يحدث فقط بين أفراد السلالة أو النوع الواحد لأن هناك حواجز أو عوائق BArriers بين الأنواع يصعب اختراقها. إلا أن العلماء تمكنوا فى السنوات الأخيرة من التغلب على هذه العوائق باستخدام البيوتكنولوجيا الحديثة، بل وأمكنهم تبادل المادة الوراثية بين أجناس وأنواع مختلفة تماما، وكأن الحدود الفاصلة بين الكائنات الحية على اختلاف أنواعها من حيوانات وحشرات ونباتات... الخ، قد اختفت إلى الأبد. وبناء عليه فقد تولدت كائنات لم تعرفها الطبيعة من قبل.
فى منتصف الثمانينات من القرن الماضى ظهر أول تقرير (Hammer et al. 1985) يصف تكوين حيوانات عبر جينية من حيوانات المزرعة (أرانب، أغنام، خنازير). وتوالت التجارب فى هذا المجال لتشمل الماشية والماعز والدجاج و 35 نوعا من الأسماك
(Christ & Schurkens, 2003). وعلى الرغم من هذه التطورات إلا أن أهداف التحسين أو التحوير الوراثى Genetic modification باستخدام البيوتكنولوجيا الحديثة هى نفسها تقريبا الأهداف التى كنا نسعى لتحقيقها بطرق التربية التقليدية، فكلاهما يسعى إلى تحسين إنتاجية الحيوانات وكفاءة تحويل الغذاء، زيادة قدرة الحيوانات على مقاومة المرض، زيادة قدرة الحيوانات على التأقلم للظروف البيئية، تحسين أو تغيير خصائص المنتجات الحيوانية. إلا أن التحوير الجينى باستخدام التكنولوجيا الحديثة يتميز بخاصيتين جديدتين لا نستطيع تحقيقهما بالطرق القديمة :
1- سرعة الحصول على الصفات المرغوبة.
2- نقل صفات معينة (جينات) بين أنواع لاتمت لبعضها بصلة قرابة، الأمر يؤدى إلى تكوين الحيوانات العبر جينية.
والتجارب تجرى حالياً على قدم وساق لتحويل حيوانات المزرعة إلى مصانع بيولوجية تنتج فى ألبانها بروتينات صيدلانية مفيدة، والبداية كانت كالعادة مع الفئران حينما تم إدخال الجين الذى يشفر (يكود) لهرمون النمو coding for hGH البشرى فى جينوم الفئران، وبالفعل تمكنت الغدد الثديية فى الفئران من التعبير عنه وإفراز الهرمون البشرى فى ألبانها. وتوالت التجارب منذ ذلك الحين على إدخال جينات موجهة Genes with site Directed promoters فى حيوانات المزرعة لانتاج ببتيدات وبروتينات صيدلانية فى ألبانها، وحينما تتزاوج هذه الحيوانات فإنها تمرر جيناتها لأبنائها، فتنتج الإناث منهم ألبانا تحتوى على هذه المركبات.
ولكن من أهم عيوب تكنولوجيا نقل الجينات فى الوقت الحالى أنها مكلفة، ومضيعة للوقت ومنخفضة الكفاءة حيث تتسبب فى نفوق أعدادا كبيرة من الأجنة أو المواليد ، بالإضافة إلى حدوث كثير من التشوهات الخلقية أثناء إجراء التجارب. أضف إلى ذلك الأخطار التى قد تنجم عن الحيوانات المعدلة وراثيا فى حالة هروبها واختلاطها بالحيوانات الموجودة بالبيئة الطبيعية، وما يصاحب ذلك من انتشار الجينات الغريبة، الأمر الذى يؤدى إلى اختلال التوازن البيئى وقد يؤدى فى الحالات الشديدة إلى القضاء على الحيوانات الطبيعية، خاصة إذا كانت الحيوانات المعدلة وراثيا تتمتع بمميزات تنافسية أقوى.
وهناك شكوك أيضا عند بعض الناس فى الغذاء أو الدواء الذى تنتجه تلك الحيوانات. بالإضافة إلى خشيتهم من تسرب منتوجات غير تغذوية (non-food products) إلى موائد طعامهم فتصيبهم بالمرض أو بالتسمم. وسنناقش فى هذا المقال بشئ من التفصيل أهداف وفوائد التحوير الوراثى Genetic modification فى حيوانات المزرعة والأسماك، ثم المخاطر البيئية والصحية التى قد تنشأ بسبب هذه العمليات.
أولاً - أهداف الهندسة الوراثية فى حيوانات المزرعة :
توفير الغذاء لملايين الجوعى والمحرومين فى شتى أنحاء المعمورة هو الهدف الأساسى المعلن من وراء تطوير الحيوانات العبر جينية، تأتى بعد ذلك الأهداف الطبية والعلاجية مثل زراعة الأعضاء وانتاج المركبات الصيدلانية وعمل نماذج أو موديلات من الحيوانات كبدائل للبشر تستخدم فى دراسة الأمراض البشرية وطرق علاجها. من الطبيعى أن نسعى إلى زيادة انتاج الغذاء فى العالم ليواكب الزيادة المضطردة فى عدد السكان. ولكن، هل كمية الغذاء التى تنتج فى هذا العالم(Output) هى العامل لنسبة الجوع أو سوء التغذية؟ من المخجل أن نعرف أن الإنتاج العالمى من الغذاء يكفى لسد حاجة الـ 6 ملايين إنسان الموجودين على سطح هذا الكوكب، إنتاج الحبوب وحده cereal production alone إذا ماتم توزيعه بالعدل يكفى لسد حاجة جميع السكان من الطاقة" تقرير عن منظمة الـFAO العالمية.
المشكلة إذن ليست مشكلة إنتاج ولكنها، ويا للأسف، مشكلة توزيع، ولإدراك حجم الفجوة الاستهلاكية الضخمة بين البلدان المتقدمة والبلدان النامية يكفى أن نشير إلى أن البلدان المتقدمة الغنية تضم فقط 20% من مجموع السكان فى العالم ومع ذلك فإنها تستهلك حوالى 86% من الاستهلاك العالمى، وفى المقابل فان أفقر 20% من سكان العالم يستهلكون فقط 1.3% من الاستهلاك العالمى. ورغم تصاعد النشاط الاقتصادى الذى يقدر حاليا بنحو 30 تريليون دولار سنوياً، إلا أن حوالى 1.2 بليون شخص فى العالم يعيشون على أقل من دولار واحد يومياً. الصفات التى يسعى العلماء لتغييرها- باستثناء تركيب اللبن- كلها صفات معقدة مثل النمو والتمثيل الغذائى، هذا بالإضافة إلى أن أنواع الحيوانات Breeds التى تم تطويرها تحت نظام الزراعة المكثفة وصلت حاليا إلى أقصى معدلات الإنتاج تقريبا نتيجة عمليات الانتخاب والتحسين على مدى عشرات السنوات. فمثلاً البقرة الحلابة تحت ظروف الزراعة الكثيفة تنتج الآن حوالى 6400 كجم من اللبن فى الموسم الواحد، بل أن البقرة المتميزة من نوع الهولشتين يمكن أن تعطى حوالى 8000�10.000 كجم فى الموسم موازنة ب 2000-3000 كجم فقط منذ حوالى 70 عاما مضت.
وبالمثل كانت الدجاجة البياضة تعطى حوالى 70 بيضة فى العام ، وصلت حاليا إلى أكثر من 300 بيضة سنوياً. أما كتاكيت اللحم أو المشويات broilers فتصل حاليا إلى عمر التسويق والذبح بعد حوالى 6 أسابيع موازنة ب 12 أسبوع منذ 30 عاما مضت. ولذلك فانه من غير المحتمل أن يتم إدخال جين غريب إلى جينوم الحيوان ليزيد من سرعة نمو الحيوان أو يحسن من إنتاجية دون أن يلحق به الأذى والضرر. وفى هذا الشأن يقول الدكتور كيفين وارد (Kevin Ward, CSIRO, 1999) من استراليا : أنه عند محاولة تحسين إنتاجية حيوانات المزرعة بطريقة نقل الجينات فانه لابد أن يتبع ذلك تغيير فى بعض النظم الفسيولوجية فى الحيوان مما يؤثر على التوازن الدقيق delicate balance فى البيئة الداخلية للجسم والذى استقر خلال عقود طويلة من الانتخاب والتحسين، ولذلك فإن جينوم الحيوان بوضعه الحالى يحتوى على التوليفة المثلى من الجينات optimized gene combinations والتى يصعب تغييرها أو تعديلها دون الإضرار بصحة الحيوان وحياته.
1- تحسيـن إنتاجية الحيوانات :
أ- زيادة سرعة النمو فى الحيوانات : معظم أبحاث نقل الجينات فى حيوانات المزرعة تركزت حول زيادة سرعة النمو، أولاها بسبب أهميتها من الناحية التجارية، وثانيها لأن هرمونات النمو استخدمت فى تجارب سابقة مع الفئران. لقد حاول العلماء نقل الجينات التى تشفر (تكود) لهرمون النمو بين حيوانات داخل النوع الواحد أو بين الأنواع المختلفة من الحيوانات على أمل أن يؤدى ذلك إلى زيادة سرعة نمو المواليد ووصولها بالتالى إلى الوزن المناسب للذبح أو التسويق فى عمر مبكر نسبياً- ومن المعروف أن هرمون النمو Growth hormone أو السوماتوتروبين Somatotropin من الهرمونات القوية التى تفرزها الغدة النخامية، وتؤثر فى نمو الهيكل العظمى والعضلات فى الحيوانات الصغيرة، كما أن له تأثيراً كبيراً فى تمثيل الكربوهيدرات والدهون بالجسم- وفعلاً أبدت بعض الحيوانات العبر جينية زيادة فى سرعة النمو، وزيادة فى نسبة اللحم/الدهن، وزيادة فى كفاءة تحويل الغذاء، ولكن كل ذلك لم يحدث بدون مقابل، بل إن المقابل كان باهظاً، فعندما تم تطوير أول خنزير عبر جينى بإدخال جين إضافى إلى جيناته، ويعرف بخنزير بلتسفيل Beltsville pig نسبة إلى المنطقة التى نشأ فيها.. يقول الباحثون أن هذه الخنازير العبر جينية أصيبت بأمراض لا حصر لها : قرحات فى المعدة، أضرار لحقت بالكلى والكبد أمراض فى المفاصل والأرجل، فقدان التوازن، زيادة القابلية للإصابة بالالتهاب الرئوى، ضعف الرؤية، مرض السكر، أمراض جلدية بالإضافة إلى الكسل وفقدان الرغبة الجنسية.
وفى المقابل نشرت مجموعة بحثية أخرى تقريراً يقول أن نقل جين هرمون النمو إلى الخنزير أدى إلى زيادة سرعة نموه دون أن يلحق به أضراراً خطيرة، ولكنهم اعترفوا بأن الخنزير العبر جينى الوحيد الذى أمكنهم تطويره لم يعش أكثر من 18 أسبوعا فقط، اضطروا بعدها إلى إنهاء حياته بسبب إصابته بالالتهاب الرئوى Pneumonia ، وفى آخر التقارير الواردة من المجموعة البحثية التابعة لوزارة الزراعة الأمريكية والتى طورت خنزير بلتسفيل، قالوا أنه أمكنهم إدخال جين عامل النمو الشبيه بالأنسولين (IGF-1) Insulin-like Growth Factor إلى جينات الخنزير.
ويعرف عامل النمو IGF-1 بأنه عبارة عن سلسلة ببتيدية واحدة مكونة من 70 حمضاً أمينياً، ويتم تخليقه أساساً فى الكبد بالإضافة إلى بعض الأنسجة الأخرى، وإليه يعزى معظم تأثيرات هرمون النمو أى أنه يفرز استجابة لتأثير هرمون النمو ثم يقوم هو بالتأثيرات أو النشاطات المطلوبة فى الخلايا. وكان يسمى قديما بالسوماتوميدين Somatomedins . وقد أدعى بعض الباحثين إمكان استخدامه كدواء أو علاج تكميلى لتنشيط كثير من الوظائف الحيوية مثل زيادة نمو العضلات وحماية العظام والمفاصل وتحسين الأداء الجنسى والنوم والمناعة والوظائف العصبية. إلا أن الدراسات أشارت إلى أن المستويات المرتفعة منه تؤدى للإصابة ببعض الأورام السرطانية خاصة سرطان البروستاتا.
وقد كانت تجارب إدخال الجين الخاص بعامل النمو IGF-1 إلى الخنازير مضنية للغاية، فبعد حقن 1207 من الأجنة الأولية Zygotes بالجين المذكور، أسفر ذلك عن ولادة 17 خنزيراً عبر جينى فقط، 6 منهم ماتوا قبل أن يصلوا إلى تمام النضج. أما المتبقون فقد ولدوا أصحاء، ولكنهم لم يظهروا أى زيادة فى سرعة النمو، بل ازدادت نسبة اللحم/الدهن فى الإناث منهم فقط. وقد أجرى هؤلاء الباحثون تجارب مماثلة على الأغنام وقالوا إن استجابتهم كانت أكبر من الخنازير وصحتهم كانت أفضل. أما الأغنام العبر جينية التى تحتوى على جين هرمون النمو (بشرى أو بقرى) فقد أصيبت بمجموعة من الأمراض على رأسها السكر، وجميعها ماتت فى عمر مبكر.
* حيوانات ضخمة وعضلات شوارتزنجر: فى عام 1997م نجح فريق من العلماء بقيادة ماك فيرون وزميله لى McPherron & Lee بجامعة جونز هوبكنز، من اكتشاف الجين المسئول عن تنظيم كتلة العضلات فى الجسم أو مضاعفة العضلات Double muscling كما يسمونه، هذا الجين يشفر لبروتين يسمى مايوستاتين Myostatin يقع ضمن مجموعة من عوامل النمو تسمى TGF-b، وأحياناً يشار إليه بعامل النمو الثامن GDF-8 عندما قاموا بإبطال مفعول الجين الذى يكود للمايوستاتين فى الفئران حصلوا على فئران عبر جينية تبلغ مرتين إلى ثلاث مرات حجم الفئران العادية، وقد علق أحدهم على ذلك بقوله: عندما ضربنا جين الميايوستاتين حصلنا على فأر يشبه شوازنجر � الممثل القوى العضلات المعروف، حاكم ولاية كاليفورنيا حالياً.
وتجدر الإشارة إلى أنه يوجد نوعان من الماشية هما الماشية البلجيكية الزرقاء والبيدمونتيز Belgian Blue & Piedmontese تظهران نفس الصفة أى "العضلات المضاعفة" بسبب حدوث طفرة فى الجين الذى يكود لبروتين المايوستاتين أدت إلى إبطال مفعوله knock-out gene، الأمر الذى يؤكد أن هذا الجين يقوم بنفس الوظيفة البيولوجية � توقيف بناء العضلات- فى كل من الفئران والماشية.. هذا الاكتشاف قد يفتح الطريق أمام تطوير حيوانات لإنتاج اللحم القليل الدسم.
وفى الإنسان قد يؤدى توقيف هذا الجين إلى علاج أمراض مثل ضمور العضلات Muscular dystrophy، وتقول إحدى النظريات أن زيادة إفراز المايوستاتين ربما تكون السبب فى عدم جدوى التمرينات الرياضية عند بعض المتمرنين فى رياضات كمال الأجسام أو رفع الأثقال مثلاً، بالإضافة إلى ما أثير من جدل حول إمكان استخدام مثبطات المايوستاتين من جانب بعض الرياضيين للفوز فى المسابقات الرياضية.
ب- زيادة سرعة النمو فى الأسماك : حققت تجربة السالمون سريع النمو التى أجرتها شركة أكوا بونتى فارم AQUA Bounty Farm نجاحاً كبيراً فى هذا المجال، والشركة الآن فى انتظار الموافقة على إنتاجه تجارياً. وقد بدأت القصة عام 1994م حينما اشترك علماء من كندا والولايات المتحدة وسنغافورة وأمكنهم تطوير سلالة من السالمون العبر جينى الذى يفوق السالمون العادى فى الحجم بأكثر من 10 مرات ويصل إلى وزن التسويق (3-4.5 كجم) فى خلال 14 شهراً أو أقل (أقل من نصف المدة العادية تقريباً). وسر نجاح هذه التجربة أنها اعتمدت على نقل جين هرمون النمو من أسماك السالمون نفسها، وليس من الثدييات كما كان يحدث فى التجارب السابقة. ففى هذه التجربة تم حقن جين هرمون النمو بواسطة الحقن المجهرى فى حوالى 3000 بويضة مخصبة، تم توقيفها فى مرحلة الكيسة الأورمية Blastocyst (جنين أولى، عبارة عن كرة مجوفة فى قاعدتها كتلة من الخلايا)، وبعد عام أظهرت حوالى 6.2% من أسماك السالمون العبر جينى زيادة كبيرة فى سرعة النمو، وفى سرعة النضج الجنسى، وأمكنها توريث صفات النمو السريع للأجيال التالية. ورغم ذلك، فقد دلت النتائج على أن التكنيك المستخدم فى تطوير هذه السلالة كان ضعيفاً وكفاءته منخفضة. بالإضافة إلى أن إدخال الجينات بطريقة عشوائية فى جينومات الأجنة يؤدى إلى إعاقة التعبير عن بعض الجينات الأصلية، وما يعقب ذلك من أضرار على الحيوان نفسه. وفى مناطق أخرى من العالم (مثل إنجلترا وتايلاند) يجرى حالياً تطوير أسماك سريعة النمو من البلطى Tilapia الذى يعتبر من أهم مصادر الغذاء فى كثير من دول أفريقيا وآسيا .
