چکیده
دانش توالی‌یابی DNA یک ضرورت انکارناپذیر در تحقیقات دنیای امروز به شمار می‌رود که کاربردهای فراوانی در زمینه‌های متعددی مانند تشخیص پزشکی، بیوتکنولوژی، پزشکی قانونی، ویروس‌شناسی و زیست‌شناسی سیستماتیک دارد. با تکمیل پروژه بین‌المللی توالی‌یابی کل ژنوم انسان در سال 2003، جهش سریعی در پیشرفت دانش ژنتیکی به وجود آمد و منجر به ظهور نسل جدید توالی‌یابی ژنومی (Next Generation Sequencing: NGS) شد.[1] با راه‌اندازی این تکنیک در سال 1393 در ایران [2] و پس از آن، انجام پروژه‌های ملی مانند پایگاه داده ژنوم قومیت‌های ایرانی (ایرانوم) و واریته‌های ایرانی (واریوم) از یک طرف و از طرف دیگر، افزایش نیاز به توالی‌یابی در حوزه‌های سلامت و پیشگیری از بیماری‌ها، محیط‌زیست و نژادهای بومی گیاهی و جانوری و تحقیقات زیستی، این سوال پیش می‌آید که ظرفیت داخلی به چه میزان پاسخگوی این نیاز است و چه تهدیداتی پیش روی ارسال نمونه‌های زیستی به خارج کشور برای تعیین توالی وجود دارد.
اقدامات انجام شده در حیطه تعیین توالی
ثبت توالی کامل ژنوم باکتری‌های بومی ایران، پروژه ایرانوم، راه‌اندازی سیستم آنالیز کمی جوامع میکروبی و برگزاری سیمنارهای دستاوردهای توالی‌یابی در حوزه‌های درمانی و بالینی از جمله اقداماتی است که طی دهه 90 صورت گرفته است که در ادامه گوشه‌ای از نتایج این اقدامات ارائه شده است.
1- ثبت نخستين تعيين توالي كامل ژنوم باكتریهای بومي ايران در مرکز ملی زیست فناوری (National Center for Biotechnology Information) در سال 1391 توالي‌يابي ژنوم دو باكتري شورپسند بومی ایران با نام‌هاي علمی Oceanimonas sp. GK1و Nesterenkonia sp. Strain: F توسط مركز ملي ذخاير ژنتيكي و زيستي ايران انجام و نتايج آن در پایگاه داده مرکز ملی زیست فناوری (National Center for Biotechnology Information: NCBI) ثبت و در ژورنال معتبر بين‌المللي Journal of Bacteriology چاپ و گزارش شد. اجرای این پروژه به طور کامل در داخل کشور صورت گرفته است.[3, 4]
2- پروژه ایرانوم
»ایرانوم» با هدف ایجاد پایگاه داده انواع جمعیت سالم ایرانی با استفاده از توالی‌یابی کل اگزوم 800 نفر با رده سنی بالای 35 سال که دو نسل قبل آن‌ها سابقه هیچ نوع بیماری نداشته‌اند از هشت گروه نژادی عمده در ایران شامل عرب، آذری (ترک)، بلوچ، کرد، لر، فارس ساکنان جزایر خلیج فارس و ترکمن در مرکز تحقیقات ژنتیک دانشگاه علوم بهزیستی و توانبخشی با مشارکت معاونت علمی و فناوری ریاست جمهوری و معاونت تحقیقات و فناوری وزارت بهداشت انجام شد و در دی ماه سال 1396 فاز نخست آن به بهره‌برداری رسید.
در پایگاه داده «ایرانوم» تعداد یک میلیون و 368 هزار و 380 واریانت به ثبت رسیده که 30 درصد این تغییرات ژنتیکی معادل 422 هزار ژن در هیچ جمعیت دیگر مشاهده نشده و مختص ایران است. از داده‌های این پایگاه داده از طریق وب‌سایت ایرانوم به آدرس http://www.iranome.ir برای بررسی تغییرات ژنتیکی بیماری‌زا، بروز بیماری‌ها و معلولیت‌های مختلف استفاده می‌شود. همچنین داده‌های این پایگاه داده قابل استفاده برای تمامی مراکز تحقیقاتی علوم پایه، پزشکی و پزشکی فردمحور (Precision Medicine) در کشور است. [5]
3- راه‌اندازی سیستم آنالیز کمی جوامع میکروبی
در سال 1394 مرکز ملی ذخایر ژنتیکی و زیستی ایران، سیستم آنالیز کمی و فیلوژنتیکی داده‌های متاژنوم (Quantitative Insights Into Microbial Ecology:QIIME) را بر پایه تعیین توالی DNA راه‌اندازی کرد. در این سیستم با استفاده از متاژنومیکس بر پایه توالی‌یابی و آنالیز DNA استخراج شده به طور مستقیم از نمونه‌های محیطی، شناسایی میکروارگانیسم‌ها بدون نیاز به کشت صورت می‌گیرد. [6]
4- برگزاری سمینارهای دستاوردهای توالی‌یابی نسل جدید در حوزه درمانی و بالینی
پس از راه‌اندازی تکنیک توالی‌یابی در داخل کشور و ارائه خدمات توالی‌یابی مرتبط با تشخیص بیماری‌های ژنتیکی در داخل در فواصل یک ساله، گزارش دستاوردهای بکارگیری توالی‌یابی نسل جدید در بیماران مبتلا به گروه‌های مختلف معلولیت‌ها و بیماری‌های ژنتیکی در قالب سمینارهای ژنتیک بالینی در مرکز درمان پژوهشگاه ابن سینا ارائه می‌شود. در هر سری گزارش، یکی از گروه‌های عمده معلولیت‌ها انتخاب شده و اساتید بالینی مرتبط با آن گروه در مورد جنبه‌های بالینی بیماری در کنار اساتید ژنتیک مسلط به تکنیک توالی‌یابی نسل جدید به بحث در مورد بیماران شناسایی شده می‌پردازند. این سمینارها ارائه‌کننده مدل موفقی از بکارگیری تکنیک‌های پیشرفته و به روز ژنتیک در بالین است و موفقیت چشمگیر این گروه در تشخیص ژنتیکی بیماری‌ها را نشان می‌دهد. به عنوان یک نمونه از تاثیر این سیمنارها، می‌توان به تشخیص 316 ژن از طریق این تکنیک در داخل کشور که حدود 90 درصد از بیماران مبتلا به بیماری‌های ژنتیکی چشم را شامل می‌شود، اشاره کرد. [7]
مراکز ارائهدهنده خدمات تعیین توالی در کشور
با پیشرفت‌های چشمگیر محققان داخلی در به‌کارگیری تکنیک‌های توالی‌یابی در داخل کشور، اکنون بسیاری از مراکز دانشگاهی و خصوصی در حوزه درمان و تحقیقات ارائهدهنده این نوع از خدمات هستند که در ادامه به آن اشاره می‌شود.
1- مراکز دانشگاهی و تحقیقاتی
آزمایشگاه مرکزی و پردیس علوم دانشکده زیست‌شناسی دانشگاه تهران، انستیتوپاستور ایران و دانشکده علوم دانشگاه شهید مدنی آذربایجان (تربیت معلم آذربایجان) آماده ارائه تعیین توالی قطعات ژنی با طول کمتر از 700 جفت باز است. همچنین خدمات توالی‌یابی نسل جدید در مرکز جامع خدمات ژنتیکی دانشگاه علوم بهزیستی و توانبخشی و دانشگاه علوم پزشکی شهید بهشتی ارائه می‌شود. مرکز ملی ذخایر ژنتیکی و زیستی ایران نیز تعيين توالی كل ژنوم (Whole Genome Sequencing)میکروارگانیسم‌ها را ظرف مدت سه تا شش ماه انجام می‌دهد.
2- کلینیک‌های درمانی و آزمایشگاه‌ها
کلینیک‌های درمانی و آزمایشگاهی با هدف تشخیص بیماری‌های وراثتی، ناباروری، ناهنجاری‌های جنین قبل از تولد و لانه‌گزینی اقدام به ارائه تکنیک توالی‌یابی ژنوم کرده‌اند که شامل موسسه پزشکی نسل امید، درمانگاه تخصصی ژنتیک دکتر فقیهی در شیراز، مرکز پاتولوژی و ژنتیک کریمی‌نژاد- نجم‌آبادی، کلینیک ناباروری بیمارستان پیامبران، آزمایشگاه ژنتیک پزشکی تهران، آزمایشگاه ژنتیک پزشکی دکتر زینلی و آزمایشگاه غربالگری نیلو است.
3- شرکت‌های دانش بنیان
شرکت‌های دانش بنیان فزا پژوه، ویستا ژن آنزیم، سیناکلون، پیشگامان ژن، توپاز ژن کاوش و گروه ژنتیک کدون نیز تعیین توالی با روش Sanger و نسل جدید را در داخل کشور ارائه می‌دهند.
نگرانی از ارسال بی‌ضابطه
با وجود این مراکز و پیشرفت‌هادر انجام توالی‌یابی، کشور هنوز به خودکفایی در این زمینه نرسیده است و بسیاری از نمونه‌های ژنتیکی به خارج از کشور ارسال می‌شود که در این بین نمونه‌های تحقیقاتی سهم قابل توجهی دارند. بنابراین، بررسی تهدیدات پیشرو و لزوم اقدامات مناسب برای ساماندهی ارسال نمونه‌های ژنتیکی امری ضروری به نظر می‌رسد.
ارسال بی‌ضابطه نمونه‌های ژنتیکی به خارج از کشور برای انجام انواع آزمایشات مولکولی به دلیل آسیب‌ها و خطرات پیش رو همواره جزو نگرانی‌های صاحبنظران بوده است. قرارگیری محتویات ژنی در اختیار شرکت‌های خارجی به‌خصوص به منظور توالی‌یابی یکی از راه‌های سرقت ژنتیکی است [8]، چراکه با تعیین نقشه ژنی نمونه زیستی (گیاهی، جانوری، میکروارگانیسم و انسانی)، بسیاری از اطلاعات به عنوان ذخایر ژنتیکی کشور در اختیار شرکت‌های خارجی گذاشته می‌شود و از آنجایی که ایران به عنوان یک جمعیت متنوع به حساب می‌آید، تعیین چند شکلی‌های تک نوکلئوتیدی (تفاوت یافت شده در یک نوکلئوتید نسبت به موقعیت مشابه آن در توالی DNA) و پلی مورفیسم تک نوکلئوتیدی یا SNP تغییرات و تنوع‌های توالی طبیعی با دانسیته بالا در ژنوم‌ها) به مثابه اشتراک نقشه استراتژیکی و امنیتی یک کشور در تمام حوزه‌های زیستی است که می‌تواند مورد اهداف سودجویانه اعم از مالکیت برای به ثبت رساندن نمونه‌هاي بذر گياهان، باكتري‌ها، مخمرها و دیگر میکروارگانیسم تا تضعيف نسل يا ظرفيت ايجاد خسارات اقتصادي با رشد و توسعه آفات دست ساخته و باكتري‌ها و ويروس‌هاي بيماري‌زا قرار گیرد. [9] همچنین در حوزه سلامت متخصصان خارجی که از تفاوت‌های ژنومیک جمعیت ایرانی بی‌اطلاع هستند، ممکن است تفاوت‌ها را بیماری فرض کرده و در نتیجه، تشخیص اشتباه یا نامناسب داشته باشند. علاوه بر این، افزایش اطلاعات بانک‌های ژنی خارجی باعث وابستگی داخلی در مدیریت بیماری‌ها خواهد شد. [10]
ضرورت اعتماد به توان و دانش داخلی
با پیشرفت روش‌های توالی‌یابی و کاربردهای فراوان آن، امروزه این تکنیک یکی از روش‌های مرسوم آزمایشگاهی در حوزه درمان، تشخیص و پیشگیری از بیماری‌ها، شناسایی، تبارزایی و بهبود نژادهای گیاهان، جانوران و میکروارگانیسم‌ها، ردیابی مواد ژنتیکی در مواد غذایی وارداتی و امنیتی غذایی است.
با پیشرفت تکنیک‌های مهندسی ژنتیک و پزشکی در داخل کشور، تقاضا برای استفاده از این تکنیک افزایش یافته است. همچنین دستگاه‌های مبتنی بر توالی‌یابی نسل جدید، امکان توالی‌یابی کم‌هزینه و سریع را فراهم آورده‌اند. با توجه به این مزیت‌ها، موسسات تحقیقاتی، آزمایشگاه‌ها و مراکز ارائهدهنده خدمات ژنتیکی و مراکزی که داده‌های توالی‌یابی را برای کاربردهای تحقیقاتی یا تجاری موردنظر خود تولید می‌کنند در حال نوسازی تجهیزاتشان هستند. در حال حاضر، مراکز معدودی توانسته‌اند دستگاه‌های نسل جدید را تهیه کنند. تجهیزات موجود بیشتر در اختیار بخش خصوصی است و برخی مراکز تحقیقاتی و دانشگاهی نیز در تلاش هستند این دستگاهها را خریداری کنند. در کنار این مراکز، شرکت‌های واسطه‌ای شکل گرفته‌اند که نمونه‌ها را به مراکز خدمات توالی‌یابی خارجی به‌خصوص موسسه BGI در چین و شرکت ماکروژن در کره جنوبی ارسال می‌کنند. برخی از آزمایشگاه‌های تشخیص طبی داخلی این خدمات را با مشارکت شرکت‌ها و موسسه‌ها واسطه‌ای مانند BGI ارائه می‌دهند. [11]
پیشرفت‌های بیوتکنولوژی و حوزه فناوری DNA گره ناگستنی با مباحث امنیتی و ضدامنیتی دارد، بنابراینوضع قوانین، وجود دستگاه‌های نظارتی و افزایش زیرساخت‌های داخلی برای مبارزه با تهدیدات پیش رو و تبدیل آن‌ها به فرصت امری ضروری به نظر می رسد. در سال 1393 مدیرکل آزمایشگاه مرجع سلامت «دستورالعمل صدور مجوز برای ارسال نمونه‌های آزمایشگاهی به خارج از کشور به منظور تشخیص پزشکی» را به معاونت‌های درمان دانشگاه‌های علوم پزشکی کشور ابلاغ کرد و تمامی آزمایشگاه‌های متقاضی ارسال نمونه‌های بالینی به خارج از کشور مکلف به اخذ مجوز از این اداره کل شدند. در این دستورالعمل، ارسال نمونه‌ها با مقاصد پژوهشی توسط مراکز تحقیقاتی و آموزشی معاف شده و در حیطه اختیارات معاونت تحقیقات و فناوری ذکر شده است [12] به طوری که اکنون با یک جست‌وجوی ساده اینترنتی، می‌توان شرکتی برای ارسال نمونه به خارج پیدا کرد. بنابراین، با توجه به وضع کنونی کشور و اهمیت این فناوری، پیشنهاد می‌شود علاوه بر بازنگری در قوانین موجود و تمرکز بر یک پارچه‌سازی مدیریت نمونه‌های زیستی با بهره‌گیری و افزایش توان داخلی و بومی‌سازی، نه تنها نیاز کشور بلکه نیاز منطقه را در این حوزه برطرف کرد که لازمه آن برنامه‌ریزی‌های بلندمدت و کوتاه مدت در مدیریت این فناوری است.
منابع:
[1] K.A. Berglund EC, Syvänen AC, Next-generation sequencing technologies and applications for human genetic history and forensics, Investigative Genetics, 24 (2011) 1.
[2] س. غفاری, راه اندازی نخستین آزمایشگاه نسل جدید تعیین توالی های ژنتیکی در ایران, http://ghaffari.ir/?p=471, 1393.
[3] R.A. Laleh Parsa Yeganeh, Sajjad Sarikhan, Hossein Mousavi, Mohadeseh Ramezani, Mohammad Ali Amoozegar, Abolhassan Shahzadeh Fazeli, Ghasem Hosseini Salekdeh, Complete Genome Sequence of Oceanimonas sp. GK1, a Halotolerant Bacterium from Gavkhouni Wetland in Iran, Journal of Bacteriology 194 (2012) 2123-2124.
[4] ثبت نخستين تعيين توالی كامل ژنوم باكتریهای بومی ايران در NCBI، باشگاه خبرنگاران جوان, (1391)، برگرفته از https://www.yjc.ir/00G0KS
[5] ز. بال, . پروژه ایرانوم افتتاح شد/ جمع آوری داده‌های ژنوم ۸۰۰ ایرانی, خبرگزاری مهر, (1396).
[6] راه اندازی سیستم جدید آنالیز کمی جوامع میکروبی در کشور, خبرگزاری ایلنا, (1394) برگرفته از http://www.irna.ir/fa/News/81629658
[7] با محوریت بیماری های ژنتیکی چشمNGS گزارش نتایج 4 ساله اولین تجربه راه اندازی نسل جدید خبرگزاری مهر, http://www.iransepid.ir/News/13384.html : خبرگزاری مهر برگرفته از (1397).
[8] ز. طباخی, ع. علوی, اهداف سرقت ذخایر ژنتیکی ایرانیان, روزنامه کیهان, (1393) 6.
[9] J. Petro, T. Plasse, J. McNulty, Biotechnology: Impact on biological warfare and biodefense, Biosecurity and Bioterrorism, 1 (2003(
[10] س.ر. غفاری, لزوم تمرکز بر انجام "توالی یابی نسل جدید" در داخل ایران, خبرگزاری دانشجویان ایران (ایسنا), (1395) https://www.isna.ir/news/95110704835
[11] ج. خضری, ی. خوشنویس, نسل جدید توالی‌یابی همگرایی فناوری‌های زیستی، اطلاعات و نانو, توسعه و صنعت, (1396) http://sowt.ir/?p=12653
[12] دستورالعمل ارسال نمونه های ازمایشگاهی به خارج از کشور،معاونت درمان وزارت بهداشت: (1396) http://ta.mui.ac.ir/%D8%AF%D8%B3%D8%AA%D9%88%D8%B1%D8%A7%D9%84%D8%B9%D9%85%D9%84%20%D8%A7%D8%B1%D8%B3%D8%A7%D9%84%20%D9%86%D9%85%D9%88%D9%86%D9%87%20%D9%87%D8%A7%DB%8C%20%D8%A7%D8%B2%D9%85%D8%A7%DB%8C%D8%B4%DA%AF%D8%A7%D9%87%DB%8C%20%D8%A8%D9%87%20%D8%AE%D8%A7%D8%B1%D8%AC%20%D8%A7%D8%B2%20%DA%A9%D8%B4%D9%88%D8%B1%2096