تغییر ساختار ژنتیکی پشه‌آنوفل برای مقابله با مالاریا

ظاهرش را پشه ای آرد به چرخ                  باطنش باشد  محیط هفت چرخ

اصولاً قرار‌نبودکه من درمورد مالاریا مطلبی بنویسم، ولی دوست‌عزیزم آقای‌مهندس اردوان‌سیف‌بهزاد پیشنهاد‌کردند که با‌توجه به فرارسیدن روز جهانی مالاریا، اشاره به اهمیت شعار آن در هفته‌نامه «پزشکی‌امروز»، می‌تواند مورد‌توجه خوانندگان محترم قرار‌گیرد. اما ایشان معتقد بودند که فقط یک فرصت ۳‌روزه  برای ارائه مقاله وجود‌دارد که البته زمانی کافی و مناسب برای بررسی و ارائه این موضوع مهم نبود. بنابراین، در‌این‌نوشته به ویرایش ژنوم‌ پشه‌آنوفل با قیچی ویرایشی کریسپر(CRISPR) اشاره‌می‌شود و شرح تکنیک‌های این عمل و نتایج آن به تهیه مقاله دیگری در‌آینده واگذار می‌گردد.

سازمان بهداشت جهانی (World Health Organization :WHO)، روز ۲۶‌ماه آوریل هر‌سال میلادی راکه مصادف با ۵ ‌اردیبهشت‌ماه سال‌خورشیدی می‌باشد، روز مالاریا نام‌گذارده تا با یادآوری آن، تلاش بیشتری برای پیشگیری و کنترل این بیماری انجام گردد. در شعار این‌روز خاطرنشان می‌گردد که برای بهتر زیستن باید به مالاریا پایان داده شود. مالاریا به‌عنوان یک بیماری انگلی خطرناک، یکی‌از مشکلات بزرگ بهداشتی کشورهای گرمسیری را تشکیل‌می‌دهد. در‌واقع مرگ‌ومیر حدود یک‌میلیون‌ انسان درسال، موضوعی است که نمی‌توان نسبت به آن کم‌توجه بود.

اگرچه سازمان بهداشت‌جهانی به تعداد ۴۳۸۰۰۰ مرگ‌و‌میر ناشی‌از مالاریا در‌سال‌۲۰۱۵ اشاره کرده‌است، اما مؤسسات مسئول کنترل بیماری، تعداد مرگ‌و‌میرها را بیش‌از ۷۲۰۰۰۰ ‌مورد گزارش نموده‌اند. البته حدود ۹۰درصد‌از مرگ‌و‌میرهای ناشی‌از مالاریا در کشورهای آفریقایی رخ‌می‌دهد و متأسفانه ۷۲درصد‌از مرگ‌و‌میرهای ناشی‌از مالاریا مربوط به کودکان زیر ۵‌سال گزارش شده‌است‌. در‌سال ۲۰۱۶ حدود نیم‌میلیون کودک زیر ۵‌سال به‌سبب بیماری مالاریا جان خود را از‌دست‌داده‌اند. این آمار نشان‌می‌دهد که از‌هر‌۱۰‌مورد مرگ کودکان،۱‌مورد به‌علت مالاریا بوده‌است‌.

بیماری مالاریا و نشانه‌های آن از هزاران سال پیش مورد‌توجه پزشکان و اندیشمندان قرار‌گرفته است‌. همانطور‌که در مقاله طب‌سنتی چین نوشتـم، چندقرن پیــش‌از میـلاد‌مسیح‌، به درخــواست هوانگ‌تی‌(Huang Ti) امپراطور متفکر و مبتکر چین، کتاب نئی‌چینگ‌(Nei Ching) نوشته‌شد که به‌عنوان قانونی‌پزشکی، منبع پژوهش‌های فراوان در‌مورد طب‌سوزنی گردید. در کتاب نئی‌چینگ، برخی‌از نشانه‌های بیماری مالاریا شرح‌داده شده‌است. در‌ پزشکی‌سنتی هند نیز، سوسروتا (Sushruta)، فیلسوف و پزشک‌هندی که حدود ۷۲۰۰ سال پیش‌از‌ میلاد‌مسیح زندگی می‌کرده و به پدر‌جراحی شهرت دارد، به شرح نشانه‌های این بیماری پرداخته‌است‌. بسیاری ازاین پزشکان‌سنتی در سده‌های پیش‌از میلاد‌مسیح داروهایی را نیز برای درمان مالاریا معرفی‌نموده‌اند. در‌گذشته‌، برای درمان مالاریا که آن‌را  با‌نام تب‌نوبه‌، تب‌و‌لرز، تب‌دوره‌ای و تب‌متناوب و بعدها بیماری پالودیسم می‌شناختند‌، از ده‌ها داروی گیاهی استفاده می‌نمودند. در‌عین‌حال بسیاری‌از اندیشمندان سده‌های گذشته نیز به نقش مناطق باتلاقی در بروز بیماری مالاریا توجه‌داشتند.

بسیاری‌از پژوهشگران تلاش‌کردند تا با شناخت عامل این بیماری به موفقیت‌های بیشتری برای درمان آن  نائل‌گردند. سرانجام چارلز‌لوئیس آلفونس‌لاورن{Charles Louis Alphonse Laveran (18‌June 1845‌تا‌y18‌Ma 1922)}، جراح فرانسوی  که در ارتش خدمت‌می‌کرد، در‌سال‌۱۸۸۰ میلادی وجود انگل مالاریا در خون افراد مبتلا به بیماری را توضیح‌داد و در‌عین‌حال دریافت که پس‌از درمان بیمار با ‌Quinine، انگل مولد بیماری در خون‌بیمار ناپدید می‌گردد. کینین که در درمان مالاریای ناشی‌از Plasmodium falciparum مؤثر واقع‌می‌شد که در‌برابر Chloroquine مقاوم بود، پوست‌درختی به‌نام چینچونا (Cinchona) است که بومی آمریکای‌مرکزی می‌باشد و در کشور پرو به‌عنوان دارویی تب‌بر شناخته‌می‌شد. کینین دارویی است که با تخریب پلاسمودیوم‌ها و مرگ تک‌یاخته‌ها، به درمان بیماری کمک‌نموده و اثرات ضدالتهابی نیز نشان‌می‌دهد.

لاورن برای کشفیات خود، در‌سال۱۹۰۷‌ برنده جایزه ‌نوبل فیزیولوژی و پزشکی گردید. البته این پزشک فرانسوی به یک نوع انگل بیماری مالاریا توجه داشت و معتقد بود Oscillaria malariae که بعد Plasmodium malariae نامیده‌شد، تنها پارازیت بیماری مالاریا است‌، در‌حالی‌که درآینده اشکال دیگر بیماری و عامل آنها شناخته و تشریح شدند. کشف انتقال انگل مالاریا توسط پشه، با پژوهش‌های رونالد‌راس (Ronald Ross) (۱۸۵۷تا۱۹۳۲) انجام‌شد.

رونالد‌راس در اوت سال‌۱۸۹۷ توضیح داد که انگل مالاریا از افراد بیمار، توسط پشه‌ها به افراد سالم انتقال می‌یابد. رونالد‌راس، پزشک بریتانیایی خدمات پزشکی کشور‌هند، در تحقیقات بعدی روی مالاریای پرندگان، نشان‌داد که پشه‌ها می‌توانند انگل مالاریا را از پرنده‌ای به پرنده دیگر انتقال‌دهند که این‌کار مستلزم وجود چرخه جنسی‌(اسپروگونی) در پشه آنوفل بود. او نیز به‌دلیل پژوهش‌ها و کشف مهم خود درسال۱۹۰۲، جایزه نوبل فیزیولوژی و پزشکی را دریافت‌کرد.  

بنابراین مشخص‌‌شد که بیماری مالاریا ناشی‌از وجود انگل‌هایی از جنس‌Plasmodium است که پس‌از نیش‌زدن پشه‌های آلوده گونه ‌Anopheles در انسان بروز‌می‌کند‌. درواقع این پشه همان قاتلی است که درطول تاریخ با نیش‌زدن و خونخواری خود میلیون‌ها انسان را به‌کام مرگ فرستاده است‌. البته مسئول این کشتار، پشه ماده آنوفل می‌باشد که طبق آماری که سازمان جهانی بهداشت ارائه نموده‌است، در‌سال‌۲۰۱۵ میلادی ۲۱۴میلیون‌تَن از مردم‌جهان را به مالاریا مبتلا‌کرده‌است. در تصویر۱ می‌توان انگل Plasmodium را که در بزاق پشه ماده حرکت‌می‌کند، مشاهده‌نمود.

هنگامی‌که پشه ماده آنوفل که به انگل  مولد مالاریا آلوده‌شده‌ انسان را نیش‌می‌زند، اسپروزوئیت‌های (Sporozoite) موجود در غدد‌بزاقی پشه‌آنوفل به انسان منتقل‌می‌گردد. این اسپروزوئیت‌ها به یاخته‌های کبد (Hepatocyte) فرد وارد‌می‌شوند و در‌طی‌زمان مرحله شیزونت(Schizont) خارج گویچه سرخی (Exoerythrocytic schizonts) را طی‌می‌کنند. حدود ۲هفته طول‌می‌کشد تا یاخته‌های کبدی پاره‌شده و انگل‌های غیرجنسی یعنی مروزوئیت‌ها (Merozoites) آزاد و وارد جریان خون گردند.

بر‌حسب گونه انگل ۳ ‌تا‌ ۱۴ روز زمان می‌برد تا گامتوسیت‌ها(Gametocyte‌) ظاهر‌شوند‌. باید توجه‌داشت که درطول دوره‌ای که گامتوسیت‌های آلوده‌کننده در خون انسان وجود دارند، پشه‌هایی که انسان بیمار را نیش‌می‌زنند آلوده‌ گشته و مدتی پس‌از خونخواری، گامت‌های نر و ماده با‌هم یکی‌شده  و در دیواره معده پشه به اووسیست‌(Oocyte) تبدیل‌می‌شود و کیست اسپروزوئیت ایجادنموده و  با نیش‌زدن پشه، چرخه بیماری آغاز‌می‌گردد‌.  

چنانچه پشه آنوفل ماده سالم از خون بیمار تغذیه‌کند (تصویر۲) سلول‌های جنسی وارد بدن پشه‌شده و چرخه جنسی انگل شروع‌می‌گردد. در معده پشه، سلول‌های‌جنسی‌نر و ماده بایکدیگر لقاح پیدا‌می‌کنند و به سلول تخم‌(Zygot) تبدیل می‌‌گردند. سپس سلول تخم دراز و متحرک می‌شود که در این حالت به آنها اووکینت(Ookinete) می‌گویند. اووکینت‌ها در دیواره معده پشه رشد‌می‌کنند و به اووسیست‌(Oocyte) تبدیل‌می‌شوند‌. پس‌از رشد اووسیست‌ها، اسپروزوئیت‌ها آزاد ‌می‌گردند‌. این اسپروزوئیت‌ها پس‌از وارد‌شدن به غدد‌بزاقی پشه و نیش‌زدن پشه آنوفل ماده برای خونخواری،  فرد سالم را به مالاریا مبتلا‌می‌نمایند‌.

مالاریای فالسی پاروم(Falciparum malaria)، شدیدترین نوع مالاریا می‌باشد که با مرگ‌و‌میر زیادی همراه بوده‌است‌. این  بیماری با تب، لرز، عرق، سردرد و عوارض متعدد دیگر مانند آنسفالیت حاد و نیز اغما، احتمال مرگ بیمار را افزایش‌می‌دهد‌. یرقان و قهوه‌ای یا سیاه‌شدن رنگ ادرار نیز در بیماران مشاهده‌می‌شود.

Plasmodium vivax ،Plasmodiu falciparum ،Plasmodium malariae و Plasmodium Ovale شکل‌های مهم بیماری مالاریا هستند. صدها سال کوشش شده‌است تا راهی قطعی و مطمئن برای پیشگیری، کنترل و درمان بیماری مالاریا بیابند و از میزان مرگ‌و‌میر افراد بکاهند.

استفاده‌از داروهایی مانند داروی کلروکین (Chloroquine) یا آمودیاکواین(Amodiaquine) و پریماکواین‌(Primaquine)، به‌منظور پیشگیری و درمان مالاریا و نیز استفاده‌از سموم مختلف و حشره‌کش‌ها جهت مقابله با پشه آنوفل و یا پاکسازی محیط‌زیست ازجمله اقداماتی می‌باشد که انجام‌شده است.

تردیدی نیست که با انجام برنامه‌های متعدد (استفاده‌از پشه‌‌بند‌ها،‌ حشره‌کش‌ها‌، به‌کارگیری مواد‌شیمیایی دافع پشه‌ها و داروهای مختلف) برای کنترل بیماری مالاریا و درمان آن، از شدت و گسترش این بیماری در بسیاری‌از مناطق جهان کاسته شده‌است.

در سال‌های اخیر، گروهی از دانشمندان آمریکایی که برای کنترل بیماری مالاریا تلاش‌می‌کردند، به این نکته پرداختند که اگر در پروتئین ویژه‌ای اختلال ایجاد‌نمایند، پشه‌های ماده آنوفل پس‌از نیش‌زدن و خوردن خون بیمار به‌سرعت می‌میرند و از گسترش بیماری مالاریا پیشگیری‌می‌شود‌. برای این منظور در پژوهش‌های خود، پیشگیری از هضم خون در معده پشه‌ها را مدنظر قرار‌دادند و در تحقیقات خود خاطرنشان‌نمودند که اگر با مسدود‌کردن فرایند سلولی پشه‌ها (انتقال وزیکول)، حشره نتواند آنزیم گوارنده را در روده خود آزاد‌کند و خون را در معده خود هضم‌نماید، خواهد‌مرد‌. انجام این پژوهش‌ها نشان‌می‌داد که با این تکنیک پشه‌هایی که پس‌از نیش‌زدن انسان خون او‌را مکیده‌اند، ظرف ۴۸‌ساعت می‌میرند و با‌توجه به اینکه پشه‌های آنوفل ماده عامل نیش‌زدن و انتقال بیماری مالاریا می‌باشند، عمل قطع هضم خون در آنها که برای تولیدمثل به پروتئین خون نیاز دارند، می‌تواند با کاهش جمعیت پشه‌ها همراه باشد و از انتقال و گسترش بیماری مالاریا پیشگیری نماید. در‌واقع با وارد‌کردن ژنی به بدن پشه آنوفل، عمل هضم خون در معده پشه متوقف‌می‌گردد و خون مکیده‌شده می‌تواند آخرین شام پشه باشد(پشه‌ها در غروب و شامگاه انسان را نیش‌می‌زنند‌)‌.

راه دیگری که مورد‌توجه دانشمندان قرار‌گرفت، مقاوم‌سازی پشه‌های‌آنوفل دربرابر انگل مالاریا بود. دراین‌مسیر با تغییر کارکرد معده پشه‌ها، از تشکیل انگل پیشگیری‌شده و می‌تواند گسترش بیماری مالاریا را کاهش‌دهد. دانشمندان با این اندیشه به ویرایش ژنتیکی پشه آنوفل پرداختند و با امید واردکردن یک ژن مقاوم به DNA پشه، در‌صدد بودند تا صفت ژنتیکی جدید را به نسل‌های بعدی پشه‌ها انتقال‌دهند. اگر انجام چنین تکنیکی در طبیعت عملی‌شود، پشه‌های اصلاح‌شده با نیش‌زدن انسان بیمار نیز عامل انتقال بیماری مالاریا نخواهند بود. پشه ماده آنوفل، مالاریا را انتقال‌می‌دهد اما خودش به بیماری مبتلا‌نمی‌شود‌. ژنی به‌نام SPRN6 وجود دارد که سبب ایجاد مقاومت پشه دربرابر این بیماری می‌گردد. این ژن در پشه‌های‌آنوفل خاموش است، اما پس‌از آلوده‌شدن پشه‌ها به انگل مالاریا، این ژن روشن و فعال‌می‌گردد. بررسی‌هایی‌که برای دستکاری ژنSPRN6 انجام‌شده‌است، نشان‌داده که ژن SPRN6 یک پروتئین ویژه ایمنی را رمزگشایی نموده و به انگل مالاریا کمک‌می‌کند تا در روده پشه زنده‌بماند. دانشمندان با روش‌های تغییر ژن و قیچی کریسپر{(CRISPR) وسیله‌ای برای بریدن و چسبانیدن ژن درDNA می‌باشد} توانستـند با پــدیده ژن درایو‌(Gene drive) به ویرایشDNA بپردازند وتوالی‌هایDNA را در پشه‌ها تغییر‌دهند. با انجام این تکنیک صفات ژنتیکی ویرایش‌شده در نسل‌های‌آینده به ارث خواهد رسید که این تکنیک‌می‌تواند به تولید پشه‌های‌آنوفل مقاوم‌به بیماری مالاریا بی‌انجامد. پژوهشگران آمریکایی با استفاده‌از چاقوی ژنتیکی کریسپر (تصویر۳)، توانستند با برداشتن ژن و ایجاد تغییراتی در ژنوم پشه، احتمال زنده ماندن انگل مالاریا را کاهش‌دهند.

باید توجه‌داشت که با ابتلای ۲۱۶‌میلیون مورد بیماری مالاریا و مرگ‌و‌میر صدها هزار بیمار درسال۲۰۱۶ دراثر مالاریا و توجه به این نکته که هم‌اکنون نیز حدود نیمی‌از جمعیت جهان، در‌معرض خطر ابتلا به مالاریا قراردارند و پشه‌های ماده «Anopheles gambiae» عامل اصلی انتقال بیماری هستند، استفاده‌از فن‌آوری کریسپر(CRISPR/Cas9)  برای خلق پشه‌های مقاوم به مالاریا اهمیت بسزایی ‌دارد که در‌مقاله دیگری به این تکنیک و پیامدهای آن و نیز دو تحول دیگر پرداخته‌می‌شود.