لماذا يعدل العلماء فيروسات المختبر لجعلها أكثر عدوى

تستكشف بعض دراسات “اكتساب الوظيفة” كيف يمكن لمُمْرض خطير أن يعبر حواجز الأنواع لبدء تفشي المرض. هم لا يخلو من الجدل

يتضمن صندوق أدوات علم الأحياء الدقيقة تقنيات لإحداث طفرات في الفيروسات تمنح الميكروبات قوى جديدة. يقوم العلماء بإجراء هذه التلاعبات لأسباب عديدة ، بما في ذلك الرغبة في فهم كيفية تهرب الميكروبات من الكشف عن طريق أنظمتنا المناعية. لكن إضافة القدرة إلى العامل الممرض ينطوي على مخاطر واضحة ، خاصة إذا كان هذا “اكتساب الوظيفة” ينطوي على ضراوة أو عدوى. الهروب من المختبر ، عن طريق الصدفة أو التصميم ، هو احتمال. فلماذا تفعل ذلك؟ يجادل بعض الباحثين بأن العمل يمكن أن يقدم نظرة خاطفة على ما يمكن أن يفعله الفيروس قبل أن ينتقل إلى العالم الطبيعي ويشكل تهديدًا للناس.

أدى الجدل حول أبحاث اكتساب الوظيفة إلى ظهور أوراق أكاديمية ومؤتمرات وحتى وقف اختياري في عام 2014 ، عندما أوقفت الحكومة الأمريكية التمويل مؤقتًا لمدة ثلاث سنوات حتى يمكن اتخاذ خطوات لضمان سلامة الإجراء. يستمر الجدل حول تجارب اكتساب الوظيفة في المراحل الأخيرة من الوباء حيث تتحول الأفكار إلى “المرحلة التالية” أو الفعل الثاني المحتمل لـ COVID-19. يجب أن يتصارع صانعو السياسات العلمية لتحديد الحالات النادرة التي تفوق فيها فوائد التجارب التي تعزز قدرة الفيروس على البقاء والازدهار لدى المضيفين البشريين أي مخاطر.

غالبًا ما تتعطل المناقشات التقنية المكثفة حول تعريف اكتساب الوظيفة. في الآونة الأخيرة ، كانت الدلالات في مقدمة ومركز النقاش حول ما إذا كان العمل الممول من المعاهد الوطنية للصحة في معهد ووهان لعلم الفيروسات (WIV) في الصين يشكل بحثًا عن اكتساب الوظيفة ، وهو خلاف نفته الوكالة الأمريكية. كان WIV أيضًا محور نزاع متجدد حول ما إذا كان SARS-CoV-2 ، الفيروس الذي يسبب COVID-19 ، قد هرب من منشأته.

فيما يلي بعض الإجابات الأساسية على الأسئلة حول سبب تلقي مصطلح تقني غامض الكثير من الاهتمام الآن.

ما هي مكاسب البحث الوظيفي؟

تعتبر تقنيات تحسين بعض جوانب أداء الكائن الحي شائعة في البحث ويتم تطبيقها على كل شيء بدءًا من الفئران وحتى الحصبة. أحد التطبيقات النموذجية لهذا النهج هو تعديل جينات الفأر لإنتاج المزيد من البروتين الذي يحد من ترسب الدهون.

لكن ليس هذا هو نوع دراسة اكتساب الوظيفة الذي يثير مخاوف العلماء والمنظمين. الممارسات عالية الخطورة هي تلك التي تخلق طفرات لفحص ما إذا كان العامل الممرض يصبح أكثر عدوى أو مميتًا كوسيلة لتقدير التهديدات المستقبلية.

يعترف بعض الخبراء بالاختلافات الحاسمة بين نوعي الدراسات. أحد المصطلحات المقترحة لتمثيل المجموعة الفرعية الأكثر تهديدًا في هذا البحث هو “مسببات الأمراض الوبائية المحتملة” ، كما يقول مارك ليبسيتش ، أستاذ علم الأوبئة في كلية هارفارد تي إتش تشان للصحة العامة. ويضيف أن هذه العبارة “تفرد الاسم وسبب القلق”. لم يتم التعرف عليه في الاستخدام الشائع ، ومع ذلك ، فإنه يعرض فقط حوالي 8500 نتيجة في بحث Google ، مقارنة بـ 13.4 مليون لـ “اكتساب الوظيفة”.

يقول ليبسيتش إن إجراء هذا التمييز مهم لعدة أسباب. عندما أوقفت حكومة الولايات المتحدة عام 2014 على “اكتساب البحوث الوظيفية” ، لم تحمل بعض الدراسات المتأثرة أي خطر واضح لحدوث جائحة.

ما هو الغرض من هذا البحث؟

إن معرفة ما يجعل الميكروب أكثر خطورة يمكّن من إعداد تدابير مضادة ، كما يقول ليبسيتش ، وهو واحد من 18 موقعًا على خطاب 14 مايو ، المنشور في مجلة Science ، والذي يدعو إلى التحقيق في انتشار معمل SARS-CoV-2 باعتباره واحدًا من عدة إجراءات محتملة. تفسيرات لأصول جائحة COVID-19. ويشير إلى صعوبات دراسة الفيروسات لتطوير اللقاحات والعلاجات دون إجراء تجارب على فأر أو في حيوانات أخرى غير بشرية. يقول ليبسيتش إن هناك “مسارًا مباشرًا من إجراء هذا البحث إلى اكتساب فوائد الصحة العامة” ، مما يتيح تحقيق التوازن بين المخاطر والفوائد المحتملة.

تخلق النسخة الأكثر خطورة من أبحاث اكتساب الوظيفة فيروسات بقدرات لا تمتلكها في الطبيعة. في دراستين منفصلتين في عام 2011 ، فعل العلماء ذلك بشكل مشهور ومثير للجدل مع فيروس الأنفلونزا H5N1 ، أو “إنفلونزا الطيور” ، مما أدى إلى نسخة قادرة على الانتقال عبر الهواء بين القوارض. لا يمتلك الفيروس الموجود بشكل طبيعي هذه القدرة. أدى تسهيل انتقال العدوى من الثدييات إلى الثدييات إلى إطلاق أجراس الإنذار وأثار نقاشًا حول تعليق الولايات المتحدة.

في عام 2015 ، صمم الباحثون ممرضًا هجينًا يجمع سمات فيروس السارس الأصلي (SARS-CoV) الذي أصاب البشر في أوائل العقد الأول من القرن الحادي والعشرين بفيروس كورونا الخفافيش. لا يمكن لمعظم فيروسات الخفافيش أن تصيب الخلايا المبطنة للجهاز التنفسي البشري. كانت هذه التجربة تهدف إلى محاكاة ما يمكن أن يحدث إذا كان نوع ثالث بمثابة وعاء خلط للفيروسات البشرية والخفافيش لتبادل المواد الجينية. وكانت النتيجة عامل ممرض يمكن أن يدخل الخلايا البشرية ويسبب أيضًا المرض في الفئران. كانت ردود الفعل على هذا العمل مستقطبة ، كما أوضح الخبراء في مقال نُشر عام 2015 في مجلة Nature: قال أحدهم إن كل ما فعله البحث هو خلق “خطر جديد غير طبيعي” بين الجمهور المتواجد بالفعل ، بينما أكد آخر أنه أظهر احتمالية أن يصبح فيروس الخفافيش “خطرًا واضحًا وقائمًا”.

يجادل الخبراء في المعسكر الأخير بأن دراسات فيروس اكتساب الوظيفة يمكن أن تنذر بما سيحدث في النهاية في الطبيعة. تسريع الأمور في المختبر يعطي الباحثين أدلة مباشرة حول كيفية تطور الفيروس. يمكن أن تقود مثل هذه الأفكار إلى تنبؤات حول السلوكيات الفيروسية المستقبلية من أجل البقاء متقدمًا على مسببات الأمراض.

يقول ليبسيتش إن هذا الحساب يجب أن يتم على أساس كل حالة على حدة. ويضيف: “لا توجد إجابة واحدة تناسب الجميع”. لكن السؤال الرئيسي الذي يجب معالجته في هذا الحساب المعقد هو “هل هذا العمل ذو قيمة كبيرة للصحة العامة لدرجة أنه يفوق المخاطر على الصحة العامة عند القيام به؟”

كان ليبسيتش “صريحًا جدًا” ، على حد تعبيره ، بشأن دراسة الأنفلونزا-النمس ، وقاد الجهود من أجل وقف عام 2014 على عمل مماثل لاكتساب الوظيفة. يقول: “لقد فعلت ذلك لأنني اعتقدت أننا بحاجة إلى محاسبة حقيقية للفوائد والمخاطر”. “كان لدي رأي مفاده أن الفوائد كانت صغيرة جدًا ، ولا يزال لدي هذا الرأي.”

تم رفع الوقف في عام 2017. وافقت لجنة مراجعة حكومية أمريكية لاحقًا على استئناف التمويل لمزيد من الدراسات المعملية التي تتضمن تعديلات اكتساب الوظيفة لفيروسات أنفلونزا الطيور في القوارض. تضمنت شروط الموافقات ، وفقًا للتقارير ، تدابير سلامة معززة ومتطلبات إعداد التقارير.

بالنسبة إلى SARS-CoV-2 ، الفيروس الأكثر إلحاحًا في الوقت الحالي ، أصدرت المعاهد الوطنية للصحة بيانًا في 19 مايو مفاده أنه لا الوكالة ولا المعهد الوطني للحساسية والأمراض المعدية “وافقوا على أي منحة من شأنها أن تدعم” المكاسب - بحث وظيفي عن فيروسات كورونا كان من شأنه أن يزيد من قابليتها للانتقال أو قدرتها على الوفاة بالنسبة للإنسان.

ما هي المخاطر؟

قد تكون التنبؤات المستندة إلى دراسات اكتساب الوظيفة افتراضية ، لكن الانتهاكات المعملية في الولايات المتحدة ليست كذلك. الانتهاكات الجسيمة غير شائعة ولم ينتج عنها مطلقًا إطلاق أحد مسببات الأمراض في المجتمع. لكن عام 2014 أظهر لماذا قد يكون الخطأ البشري أكبر بطاقة جامحة في التخطيط لهذه التجارب.

عرّضت عدة حوادث معملية في ذلك العام الباحثين للخطر وأطلقت موجات من القلق. لم تكن هذه الحوادث حوادث مؤسفة تتعلق بالمكاسب الوظيفية ، لكنها أظهرت التهديدات المحتملة التي يشكلها مختبر السلامة الأحيائية - سواء من الإهمال أو المخالفات. في عام 2014 ، علم حوالي 75 موظفًا في أتلانتا في المراكز الأمريكية لمكافحة الأمراض والوقاية منها بشأن تعرضهم المحتمل للجمرة الخبيثة بعد تجاهل ممارسات السلامة. أيضًا ، تم العثور على العديد من قوارير الجدري المجففة بالتجميد التي تم نسيانها منذ فترة طويلة - وهو مُمْرِض يُعتقد منذ فترة طويلة أنه يتم تخزينه في مكانين فقط ، أحدهما في روسيا والآخر في الولايات المتحدة - أثناء تنظيف المخزن البارد في المعاهد الوطنية للصحة في ذلك العام. وأصدرت مراكز مكافحة الأمراض والوقاية منها أخبارًا مرة أخرى بعد شهر ، بعد أن أرسلت قوارير من فيروس إنفلونزا حميد نسبيًا ملوث بفيروس إنفلونزا الطيور H5N1 الأكثر فتكًا. كان السبب المحتمل ، كما ورد في Science ، هو أن الباحث كان “مرهقًا ومسرعًا لعقد اجتماع معمل.”

شارك مايكل إمبريال ، أستاذ علم الأحياء الدقيقة وعلم المناعة ونائب الرئيس المشارك للبحث والامتثال في جامعة ميشيغان ، في تأليف مقال افتتاحي لعام 2020 حول دراسات اكتساب الوظيفة قال إن مفتاح التخطيط لها هو امتلاك آليات مناسبة درء تهديدات الأذى العرضي أو المتعمد. ويقول: “إذا تم تطبيق إجراءات السلامة الحيوية المناسبة وتم استخدام الاحتواء المناسب ، فيمكن التخفيف من المخاطر بشكل كبير”. تمتلك مختبرات مستوى السلامة الحيوية 4 (BSL-4) أعلى احتياطات الاحتواء المعمول بها ، والولايات المتحدة لديها حاليًا 13 أو أكثر من هذه المرافق المخطط لها أو قيد التشغيل. يتم إجراء الأبحاث حول فيروس كورونا الجديد في المختبرات بدرجة واحدة: BSL-3.

في افتتاحيتها ، كتب إمبريال وشريكه في تأليف المقال أرتورو كاساديفال ، رئيس تحرير mBIO ، أنه حتى التنبؤ بمستوى التهديد الناتج عن إطلاق عرضي أمر صعب. بعد نشر دراسات انتقال الفيروس من نمس إلى نمس لفيروس H5N1 المهندَس ، حاولت مجموعتان التكهن بما كان سيحدث لو هرب هذا الفيروس إلى البشر. كتب أحد الفريقين ، إمبريال وكاساديفال ، تنبأ “بمستوى عالٍ للغاية” من انتقال العدوى. وخلص الآخر ، من أحد المعامل المشاركة في عمل أنفلونزا النمس ، إلى خلاف ذلك.

في سياق جائحة COVID-19 ، كتب مؤلفو الافتتاحية ، أن مصدر العامل الممرض - سواء من الطبيعة أو من المختبر - لا يغير الطريقة التي يجب أن يستعد العالم للاستجابة لها. لكن تجارب اكتساب الوظيفة يجب أن تحكمها الشفافية في تخطيط البحث ، و “إعادة تكريس” للسلامة الحيوية وبرنامج مراقبة قوي لالتقاط الانتهاكات.

ما هي التقنيات البديلة المتاحة لاختبار تهديد فيروسي محتمل؟

يقول إمبيريال إنه إذا كان الفيروس قد انتقل بالفعل من مضيف حيواني إلى البشر ، فقد يكون البحث عن اكتساب الوظيفة غير ضروري. ويقول: “في هذه الحالات ، قد تكون هناك نماذج حيوانية تعمل كبديل مفيد للإنسان” في اختبار تأثيرات الفيروس.

يمكن للباحثين أيضًا اختبار قدرة بروتينات الفيروس على التعامل مع أنواع مختلفة من الخلايا. يمكن للبرامج أن تتنبأ بكيفية تفاعل هذه البروتينات مع أنواع مختلفة من الخلايا أو كيف يمكن ربط تسلسلها الجيني بسمات فيروسية معينة. أيضًا ، إذا استخدم الباحثون الخلايا في طبق المختبر ، فقد تكون الفيروسات مصممة بحيث لا تتكاثر.

خيار آخر هو البحث عن فقدان الوظيفة. يعد استخدام إصدارات من فيروس ذات إمكانات مُمْرِضة أقل طريقة أخرى لكشف أسرار ذلك الميكروب. ومع ذلك ، يمكن أن تكون الأشكال عالية الإمراض مختلفة تمامًا عن نظيراتها الأقل تهديدًا - على سبيل المثال ، قد تختلف في عدد مرات تكرارها - مما قد يحد من فائدة مثل هذه الدراسات.