نوع مقاله : مقاله مروری
کلیدواژهها
موضوعات
هک زیستی: معرفی، زمینهها و کاربردها
شمس الضحی ابوالمعالی1* و کوثرشریفی2
1 ایران، سمنان، دانشگاه سمنان، دانشکده علوم، گروه زیست شناسی
2 ایران، سمنان، دانشگاه سمنان، دانشکده زیست فناوری، گروه زیست فناوری
تاریخ دریافت: 19/04/1403 تاریخ پذیرش: 14/10/1403
چکیده
جنبش هک زیستی که از همگرایی زیستشناسی و هک پدید آمده است، جنبشی در حال رشد است که افراد را به مدیریت زیستشناسی خود تشویق میکند. این جنبش نمونهای از مردمی کردن علم است که به افراد قدرت میدهدتا با رویکردی نوآورانه سلامت خود را ارزیابی و در خارج از چارچوبهای نهادی سنتی در تحقیقات علمی شرکت کنند. این جنبش به وسیله پیشرفتهای فناوری که آزمایشهای ژنتیکی و زیستی را در دسترستر میکند، تقویت شده است. جنبش هک زیستی طبیعت را با فناوری پیشرفته ترکیب میکند و ابزارهای بی نظیری برای خود بهینه سازی، افزایش طول عمر، و بهبود عملکرد ذهنی و فیزیکی ارائه میدهد که هر کدام افراد را قادر میسازد تا مرزهای توانایی انسانی را پشت سر بگذارند. در این مقاله مفهوم اصلی هک زیستی و زمینههای متنوع آن مورد بررسی قرار گرفتهاند. همچنین ضمن بررسی مزایا و خطرات بالقوه این جنبش، نیاز به چارچوبهای نظارتی پیرامون این جنبش نیز برجسته شدهاند.
واژگان کلیدی: هک زیستی، زیست شناسی DIY، هک زیستی بیماریزا، هک عصبی، علوم شهروندی
* نویسنده مسئول، پست الکترونیکی: s_abolmaali@semnan.ac.ir
مقدمه
واژه هک زیستی یا" DIY Bio " (Do It Yourself Biology) که از همگرایی زیستشناسی و هک پدید آمده است، جنبشی در حال رشد است که افراد را به زیستشناختی خود تشویق میکند و ارتباط نزدیکی با جامعه علمی شهروندی دارد. باور این جنبش بر این است که افراد باید آزادی کاوش و اصلاح زیستی خود، به منظورهای بهبود، پیشگیری از بیماری یا صرفا از روی کنجکاوی را داشته باشند .[21]
ظهور هک زیستی پس از تمایل به مردمی و قابل دسترس کردن علم، منجر به شکل گیری یک جامعه بزرگ از هکرهای زیستی شده که روشها، تجربیات و یافتههای خود را آشکارا در بسترهای شبکههای بینالمللی به اشتراک میگذارند و فرهنگ همکاری و علم با منبع باز را میپرورند. هکرهای زیستی، اغلب با آموزش علمی غیر رسمی، در گسترهای از فعالیت ها از آزمایش بر روی خود با اصلاح رژیم غذایی و شیوه زندگی تا تلاش برای مهندسی ژنتیک و اصلاح بدن با فناوری شرکت دارند. به عبارت بهتر هکرهای زیستی کارهایی را که تا مدتی پیش فقط در دانشگاهها، پژوهشگاهها، صنعت و با حمایتهای کلان دولتی و غیردولتی امکانپذیر بود، در خانه انجام میدهند. ]26 ،14[
درک وسعت هک زیستی به علت این که بسیاری از هکرهای زیستی در خانه فعالیت دارند و اطلاعاتی از این فعالیتها منتشر نمیشود چالش برانگیز است. بهطوریکه اگر تجهیزات و دانش لازم در دسترستر شود ممکن است علاقه مندان بیشتری هم پیدا کند. در حال حاضر وب سایت و انجمن DIY Bio بیش از 2000 عضو در سراسر جهان دارد و برخی از این اعضا آزمایشگاههای مستقلی را از داخل خانه خود اداره میکنند]27[، [DIYbio.org].
در این مقاله مروری" هک زیستی" از جنبههای مختلف ژنتیکی، بیماری، غذایی و عصبی مورد بررسی و کاربردها و آینده هک زیستی بیان میگردد.
زمینههای هک زیستی و فناوری های به کار رفته در آن
هک زیستی ژنتیکی به آزمایشهای ژنتیک مولکولی اشاره دارد که خارج از آزمایشگاههای سنتی نهادی توسط افرادی با سطح آموزش علمی کم انجام میگیرد. نمونهای از فعالیتهای این حوزه میتواند تزریق مواد ژنتیکی به خود به منظور تغییر فاکتورهای رشد عضلانی یا درمان بیماری هایی مانند HIV یا تبخال باشد. همچنین اصلاح ژنتیکی باکتریها و مخمرها و گیاهان و جانوران از نمونههای هک زیستی ژنتیکی میباشد]27[.
جوزیا زاینر پایهگذار شرکت" The Odin" و برایان هانلی، میکروبیولوژیست دکترا، از جمله افرادی هستند که با ژن درمانی انسانی DIY آزمایش کردهاند. همچنین دیوید ایشی از آزمایشات خود در زمینه مهندسی ژنتیکی ماستیفها با واسطه اسپرم برای رسیدگی به بیماریهای ژنتیکی شایع گزارش داده است و سباستین کوچیوبا یک اتاق خواب اضافی را به آزمایشگاهی برای مهندسی گیاهان و استفاده از CRISPR تبدیل کرده است]11[. این پیشگامان اولیه روندهایی را ایجاد میکنند که ممکن است مسیری را برای هکرهای زیستی آینده نشان دهد. در حالی که هک زیستی ژنتیکی نویدبخش نوآوری است اما خطراتی مانند نگرانیهای ایمنی و احتمال آسیب عمومی را به همراه دارد و چارچوب نظارتی پیرامون هک زیستی ژنتیکی هنوز به طور کامل توسعه نیافتهاند. در ایالات متحده هر گونه استفاده از فناوری CRISPR در انسان تحت حوزه نظارتی FDA قرار میگیرد. با این حال FDA هنوز تمام قدرت نظارتی خود را در این زمینه اعمال نکرده است و بسیاری از هکرهای زیستی از مقررات FDA بیاطلاع هستند ]22[.
برخی از جوامع هک زیستی دستورالعملهای اخلاقی و آییننامههای ایمنی خود را اتخاذ کردهاند. به عنوان مثال گروه بینالمللی ساخت ژن، گروهی از تامینکنندگان تجاری مواد ژنتیکی، آییننامههایی را برای غربالگری سفارشها و راستیآزمایی مشتریان در تلاش برای جلوگیری از استفادههای خطرناک توسعه دادند. برای مثال، آییننامهها میتوانند تامینکنندگان را ملزم به رد سفارشهای تحویل به آدرس خانه یا صندوقهای پست کنند. همینطور مسابقه بینالمللی ماشینهای مهندسی ژنتیکی "iGEM" الزام تطابق با یک برنامه سختگیرانه اخلاق زیستی را در اجرا دارد]27[.
هک عصبی
هک عصبی شامل استفاده از روشها و ابزارهای مختلف برای تقویت تواناییهای شناختی، خلق و خو و عملکرد کلی ذهنی است. جامعه هک عصبی دارای فرهنگ خودآزمایی و خودسازی است وکاربران اغلب روشها و نتایج خود را بهصورت برخط گزارش و به یک پایگاه دانش جمعی اضافه میکنند. این زمینه از هک زیستی همپوشانی قابل توجهی با جنبش خود کمی( QS ) (Quantified self movement) دارد که در آن افراد به جنبههای مختلف زندگی خود برای افزایش بهرهوری و عملکرد توجه دارند. از روشها و ابزارهای پرکاربرد در این حوزه میتوان روش تحریک جریان مستقیم جمجمهای (tDCS) (Transcranial Direct-Current Stimulation)، استفاده از نوتروپیکها، دستگاههایEEG و دستکاری محور روده- مغز را مثال زد ]25[.
تحریک جریان مستقیم جمجمهای (tDCS) : این روش شامل اعمال جریان الکتریکی کم به پوست سر برای تحریک فعالیت مغز است که عوارض جانبی شایعی از جمله گزگز، سردرد، سرگیجه و قرمزی پوست را به همراه دارد]19[.
نوتروپیکها: داروهای هوشمند یا مکملهای غذایی دارای مجوز و فاقد مجوز هستند که با هدف تقویت عملکرد شناختی عرضه و جامعه قابل توجهی در مورد استفاده از آنها در محیطهای مجازی با یکدیگر بحث و تبادل نظر دارند]16[.
دستگاههای EEG : این دستگاهها که ابتدا برای برنامههای مهار ذهن استفاده میشدند، اکنون برای بهینهسازی مغز و سلامتی در دسترس بوده، فعالیت مغز را اندازهگیری و به کاربران بازخورد میدهند]25[.
دستکاری محور روده-مغز: این روش شامل دستکاری مسیر پیامرسانی دو طرفه بین میکروبیوم روده و دستگاه عصبی و توسعه فعالکنندههای میکروبی/دارویی هدفمند عملکرد عصبی میباشد. تحقیقات اخیر نشان دادهاند که میکروبیوم روده نقش مهی در تنظیم عملکرد طبیعی دستگاه اعصاب مرکزی (CNS) (Central nervous system) دارد. باکتریهای روده با روشهای مختلفی از جمله عصب واگ، اسیدهای چرب با زنجیره کوتاه (SCFAs)( Short-chain fatty acids) ، سایتوکاینها و انتقال دهندههای عصبی با دستگاه اعصاب مرکزی ارتباط برقرار میکنند]12[.
در جدول 1 خلاصهای از راهبردهای درمانی جدید که ارتباط روده و مغز را هدف قرار میدهند آمده است. این راهبردها دارای مزایایی در درمان انواعی از اختلالات نظیرافسردگی، اضطراب، اوتیسم، آلزایمر و صرع هستند. با این حال تحقیقات در این زمینه در مراحل اولیه بوده و برای توسعه درمانهای ایمن و موثر، تحقیقات بیشتری مورد نیاز است.
جدول 1: راهبردهای درمانی که ارتباط روده و مغز را هدف قرار می دهند]2[
|
مزایای بالقوه |
سازوکار عمل |
توضیحات |
راهبرد درمانی |
|
در درمان انواع اختلالات عصبی و روانپزشکی از جمله افسردگی، اضطراب، اوتیسم و بیماری آلزایمر موثر هستند. |
میتوانند به بازگرداندن تعادل باکتریهای روده و بهبود سلامت روده کمک کنند. |
میکروارگانیسمهایی زنده شبیه باکتریهای مفیدی هستند که به طور طبیعی در روده یافت میشوند. |
پروبیوتیکها |
|
سلامت روده را بهبود میبخشد و التهاب را کاهش میدهد و همچنین به عنوان یک درمان بالقوه برای انواع اختلالات عصبی و روانی مورد بررسی قرار میگیرند. |
به رشد باکتریهای مفید در روده کمک میکنند. |
فیبرهای غیر قابل هضم که باکتریهای مفید روده را تغذیه میکنند. |
پری بیوتیکها |
|
به عنوان یک درمان بالقوه برای انواع اختلالات عصبی و روانپزشکی نمورد بررسی قرار گرفته است. |
میتواند به بازگرداندن تعادل باکتریهای روده و بهبود سلامت روده کمک کند. |
روشی که در آن مدفوع از یک اهدا کننده سالم به روده فرد مبتلا به میکروبیوم بیمار پیوند زده میشود. |
پیوند میکروبیوتای مدفوع FMT ( Fecal microbiota transplant) |
|
ممکن است مزایایی برای افسردگی مقاوم به درمان، صرع و درد مزمن ارائه دهد. رابطه بین افسردگی، التهاب، سندرم متابولیک و بیماری قلبی ممکن است با واسطه عصب واگ باشد. |
التهاب را کاهش میدهد، خلق و خو را بهبود میبخشد و میکروبیوتای روده را تعدیل میکند. تحریک عصب واگ دهانه چپ رحم یک درمان تائید شده برای صرع و افسردگی مقاوم به درمان است. |
دستگاه غیر تهاجمی یا کاشته شده با جراحی که عصب واگ را تحریک میکند و بر فعالیت مغز و عملکرد روده تاثیر میگذارد. |
تحریک عصب واگ VNS ( Vagus Nerve Stimulation) |
هک زیستی بیماریزا (Pathogenic biohacking)
هک زیستی بیماریزا به راهبردهایی اشاره دارد که توسط بیماریزاها به نفع خود و در طول عفونت برای دستکاری و تاثیر بر فرآیندهای سلولی میزبان استفاده میشود. این راهبردها شامل تغییر بیان ژن میزبان و پاسخ های ایمنی از طریق روشهای مختلف است. با استفاده از باکتری Listeria monocytogenes به عنوان یک بیماریزای مدل برای دستکاری پاسخهای رونویسی میزبان میتوان راهبردهای موثر جدیدی برای مبارزه با عفونتهای باکتریایی و توسعه درمانهای مبتنی بر هک زیستی بیماریزا ایجاد کرد]9[.
راهبردهای Listeria monocytogenes برای دستکاری رونویسی میزبان
L. monocytogenes از یک رویکرد چند وجهی برای براندازی دفاع میزبان و ایجاد یک محیط مساعد برای بقا و تکثیر خود استفاده میکند. یکی از راهبردهای کلیدی آن شامل دستکاری رونویسی میزبان است. این باکتری از طریق ترکیبی از سازوکارهای مستقیم و غیرمستقیم به این امر دست مییابد و پاسخهای ایمنی ذاتی و تطبیقی را هدف قرار میدهدکه در اینجا به شناخته شده ترین آنها اشاره میشود]9[.
القای اینترفرون نوع I توسط L. monocytogenes: یک شمشیر دو لبه
از اینترفرونهای نوعI ، اینترفرون β، که از اجزای حیاتی پاسخ ضد ویروسی میباشند، یک آبشار از رویدادهای پیامرسانی را فعال میکنند که منجر به بیان ژنهای تحریک شده با اینترفرون (ISGs) (Interferon-stimulated genes) میشوند. ژنهای تحریک شده با اینترفرون طیف گستردهای از فعالیتهای ضد ویروسی، از جمله مهار تکثیر ویروسی و ترویج فعال سازی سلولهای ایمنی را برعهده دارند. با این حال، نقش اینترفرون در عفونتهای باکتریایی پیچیدهتر است و میتواند برای میزبان مفید و یا مضر باشد. اینترفرون β میتواند به پاکسازی برخی از عفونتهای باکتریایی کمک کند اما القای آن توسط L. monocytogenes نشان دهنده یک شمشیر دو لبه است که در نهایت از القای آن برای بقا و بیماریزایی خود کمک میگیرد. القای اینترفرون β باعث آپوپتوز سلولT و تضعیف پاسخ ایمنی تطبیقی، سرکوب کموکاینهایی نظیر CXC و کاهش نفوذ نوتروفیلها و کاهش گیرنده IFN-γ در ماکروفاژها شود]9[.
فعالسازی رونویسی میزبان ناشی از فاکتور بیماریزا
L. monocytogenes همچنین دارای مجموعهای از فاکتورهای بیماری زا و پروتئینهای باکتریایی است که مستقیماً به بیماریزایی کمک میکنند. این عوامل نه تنها تهاجم و بقای باکتری را تسهیل میکنند، بلکه به طور فعال مسیرهای پیامرسانی میزبان و فاکتورهای رونویسی را دستکاری میکنند و بر پاسخ رونویسی میزبان به عفونت تأثیر میگذارند. لیستریولیزین O (LLO ) (Listeriolysin O)، اینترنالین B(InlB) (Internalin B) و پروتئین چسبندگی لیستریا( LAP) (Listeria adhesion protein) نمونهای از این فاکتورها هستند که ساز و کار عملکرد این عوامل در شکلهای 1،2،3 آمده است]9[.
LLO میتواند باعث فعالسازی سریع NF-κB در سلولهای اندوتلیال شود که منجر به تنظیم مولکولهای چسبندگی و سایتوکاینهای خاص میشود. با این حال، LLO همچنین میتواند باعث دفسفوریلاسیون و غیرفعالسازی پروتئینهای MAPK p38 و ERK1/2 شود و از فعالسازی فاکتورهای رونویسی پاییندستی مانند c-Jun جلوگیری کند و به طور بالقوه پاسخهای التهابی راکاهش دهد]9[.
InlB یک پروتئین سطحی است که با اتصال به گیرنده c-MET میزبان مسیرهای پیامرسانی متعددی از جمله آبشارهای PI3K، AKT، JNK و MAPK را فعال میکند و با فعال سازی مسیرهای پیامرسانی منجر به بقا مانند فعال سازی NF-κB، روند مرگ سلولی را مسدود و بقای درونسلولی باکتری را تقویت میکند.
InlB همچنین میتواند باعث پخش مجدد SIRT2 در کروماتین میزبان شود. این تغییر منجر به استیلزدایی H3K18 و تأثیر بالقوه بر بیان ژنهای دخیل در پاسخهای ایمنی میشود]9[.
شکل2: تاثیر InlB بر رونویسی میزبان] 9 با تغییر[
شکل3 : تاثیر LAP بر رونویسی میزبان ]8[
LAP یک پروتئین سطحی است که چسبندگی و انتقال
L. monocytogenes را از طریق اپیتلیوم تقویت میکند. پروتیین LAP به باکتریها کمک میکند تا به دیواره روده بچسبند و از آن عبور کنند، که گامی مهم در ایجاد عفونت است. LAP به پروتئین Hsp60 میزبان متصل میشود، که پیامرسانی NF-κB پیش التهابی را فعال میکند. درحالی که NF-κB به طور کلی با مبارزه با عفونت مرتبط است، با این حال، L. monocytogenes هوشمندانه از این پاسخ سوء استفاده میکند. در واقع فعال شدن NF-κB منجر به فعال شدن کیناز زنجیره سبک میوزین(MLCK) (Myosin light-chain kinase) میشود و باعث افزایش نفوذپذیری اپیتلیال میشود. به این ترتیبL. monocytogenes راحتتر از سد رودهای عبورمیکند و به صورت گستردهتر پخش میشود ]8،9[.
بسته به زمینه خاص و مسیرهای پیامرسانی هدف، پاسخهایی که توسط این عوامل بیماریزا ایجاد میشوند، میتوانند دفاع میزبان را تقویت یا سرکوب کنند. به عنوان مثال، فعالسازی NF-κB ناشی از LLOدر ابتدا میتواند سلولهای ایمنی را به خدمت گیرد، اما مهار بعدی پیامرسانی MAPK میتواند پاسخ التهابی را کاهش دهد یا اینکه فعالسازی مسیرهای حامی بقا توسط InlB میتواند بقای درون سلولی L. monocytogenes را تقویت نماید، اما تأثیر آن بر تغییرات فراژنتیکی میتواند بیان ژن را به روشهایی تغییر دهد که به نفع بیماریزا باشد. در نتیجه، توانایی این باکتری برای دستکاری رونویسی میزبان گواهی بر سازگاری قابل توجه و ظرفیت آن برای براندازی دفاع میزبان است. با هدف قرار دادن مسیرهای پیامرسانی کلیدی و فاکتورهای رونویسی، L. monocytogenes میتواند یک محیط مساعد برای بقا و تکثیر خود ایجاد کند که تائیدی بر تعامل پیچیده بین میزبان و بیماریزا در طول عفونت میباشد]9[.
دستکاری فراژنتیک: یک راهبرد بلند مدت
تغییرات پروتئینهای هیستون درمیزبان سلولهای یوکاریوتی مانند کلیدهای خاموش و روشن مولکولی در تنظیم بیان ژن نقش دارند و پروتئین فعالکننده LntA باکتری L. monocytogenes و سم LLO تولید شده توسط این باکتری میتوانند با تأثیرگذاری بر فرآیندهای فراژنتیکی میزبان خود، امکان نظارت بر القا و سرکوب پاسخ ایمنی سلول میزبان را فراهم کنند، که این توانایی در بهینه سازی شرایط برای مراحل خاص عفونت یا تاگسازی (colonization) بافتهای خاص حائز اهمیت است]9[.
سم LLO تولید شده توسط L. monocytogenes میتواند تغییرات کلی در استیلاسیون و فسفوریلاسیون هیستون ایجاد کند که منجر به سرکوب ژن های خاص درگیر در پاسخ التهابی نظیرCXCL2 و DUSP4 میشود (شکل 5- الف).
پروتئین فعالکننده LntA باکتری L. monocytogenes هم میتواند با اتصال به BAHD1 باعث حذف مهارآن از روی ISGs و القای بیان ژن وابسته به IFN-λ شود و بر پاسخ ایمنی میزبان به بیماریزاهای باکتریایی تأثیر گذارد (شکل 5- ب).
|
الف |
|
ب |
شکل 5- الف. تاثیر سم LLO بر پروتئینهای هیستون، ب. تاثیر پروتئین LntA بر پروتئینهای هیستون ]9[
تحقیقات نشان دادهاند که، حذف BAHD1 یا بیان پیوسته LntA، بیماریزایی باکتری را کاهش میدهد. بنابراین، به نظر میرسد که LntA نقش مهمی در تنظیم دقیق پاسخهای رونویسی وابسته به IFN-λ در نقاط خاص در طول فرآیند عفونت دارد]9[.
پیچیدگی هک زیستی بیماریزا
در عفونت، میزبان به حفظ تعادلی پیچیده بین مبارزه با عفونت و کاهش آسیب جانبی، میپردازد. اینترنالین B به عنوان یک عامل بیماریزای کلیدی مثالی واضح از پیچیدگی هک زیستی بیماریزا میباشد. این پروتئین در تعامل با گیرنده سلول میزبان Met باعث ایجاد آبشارهای پیامرسانی تقویت کننده بقا و تکثیر میشود. به این صورت میتواند با فراهم کردن محیطی برای تکثیر و گسترش به باکتری کمک کند. در این موارد، تشخیص اینکه آیا یک پاسخ رونویسی عمداً به عنوان وسیلهای برای دستکاری میزبان فعال میشود یا خیر، دشوار است]9[.
سطح دیگری از پیچیدگی، تأثیراتی است که L. monocytogenes بر میکروبیوم روده میگذارد. پیشرفتهای اخیر نشان داده است که میکروبیوم روده میتواند با تعدیل تغییرات فرارونویسی و فراژنتیکی میزبان بر هموستاز و ایمنی روده تأثیر بگذارد. از آنجا که L. monocytogenes به تولید باکتریوسینهایی معروف است که باکتریهای دیگر را میکشد تا عفونت خود را گسترش دهد، ممکن است با هدف قرار دادن باکتریهای خاصی از میکروبیوم روده میزبان، بر پروفایل رونویسی میزبان خود نیز تأثیر بگذارد]9[.
کاربردهای درمانی هک زیستی بیماری زا
با درک بهتر ارتباط بین بیماریهای عفونی باکتریایی و فراژنوم، فرصتهایی برای کاربردهای درمانی ایجاد میشود. حذف سریع تغییرات فراژنتیک ناشی از باکتریها در میزبان ممکن است از عفونتهای مزمن و برخی سرطانها جلوگیری کند ]4[. همچنین درمانهای ضد میکروبی، که به جای کشتن مستقیم باکتریها، فاکتورهای بیماریزایی آنها را هدف قرار میدهد، میتواند رویکردی برای توسعه درمانی باشد که احتمال کمتری برای مقاومت دارویی دارد]5،6[.
علاوه بر موارد فوق پروتئینهای موثر باکتریایی، که برای تعدیل پاسخهای ایمنی میزبان تکامل یافتهاند، برای درمان بیماریهای التهابی مورد توجه بسیاری از محققین قرارگرفتهاند]23[. همچنین تحقیقات در حال انجام در مورد بیماریزاهای مهندسی ژنتیکی شده که قادر به رساندن داروها به هدف و عبور دادن آنها از موانع سلولی و دفاع ایمنی هستند از دیگر کاربردهای درمانی هک زیستی بیماریزا میباشند.[1]
هک زیستی سلامتی
به نوعی از هک زیستی اشاره دارد که دانش بیوشیمی متابولیک را برای به حداکثر رساندن طول عمر به کار میگیرند. در واقع به وسیله روشهای موجود در این حوزه سامانه پیامرسانی انرژی بدن را میتوان برای غلبه بر بیماریهای مزمن، افزایش آنتیاکسیدانها،. بهینه سازی متابولیسم و حمایت از سلامت هک کرد]7،15.[ بدن انسان متشکل از سخت افزارها (ژنها) و نرم افزارهایی (اعصاب) است که تحریک آنها توسط محرکهای خاص و تحت شرایط خاصی، میتواند باعث برنامه ریزی مجدد بدن و یادگیری رفتار متفاوت شود]20[.
به عنوان مثال از آنجایی که بیماریهای مزمن مانند بیماری های قلبی عروقی، سرطان و دیابت نوع 2 با افزایش سطح انسولین (Hyperinsulinemia) مرتبط هستند که آنتی اکسیدانها را کاهش میدهد و تنش اکسیداتیو را افزایش میدهد، فراهم کردن شرایطی از قبیل کتوزیس، انسولین پایین، محدودیت کالری و بتا هیدروکسی بوتیرات بالا برای مقابله با این قبیل بیماریها مفید است. رژیم روزه داری و یا مصرف غذاهایی که تولید انسولین را به حداقل میرسانند سامانه پیام رسانی انرژی بدن را هک کرده و به سبب کاهش کاتابولیسم آنتی اکسیدانها و مدیریت تنش اکسیداتیو عملکرد میتوکندری را بهبود میبخشد و سلامت سلولی و طول عمر را ارتقا میدهد[7].
هک زیستی زنجیره غذایی
هک زیستی زنجیره غذایی به استفاده از دانش بیوتکنولوژی برای مقابله با بحران جهانی غذا با ایجاد محصولاتی مقاوم در برابر تغییرات آب و هوایی، بیماریها و ماندگاری طولانیتر اشاره دارد. هدف این رویکرد نوآورانه افزایش امنیت و پایداری غذایی با توسعه گیاهانی که میتوانند با شرایط متغیر محیطی سازگار شوند و همچنین کاهش ضایعات مواد غذایی است]24.[
از مهمترین و جدیدترین فناوریها در این حوزه فناوری CRISPR است. دانشمندان با ویرایش ژنوم گیاهان به کمک فناوری CRISPR، محصولاتی را تولید کردهاند که به خشکی، تنش شوری و گرمای شدید مقاوم بوده و آنها را با شرایط متغیر محیطی تطبیق میدهند. همچنین از فناوری CRISPR میتوان برای توسعه محصولات زراعی با کاهش حساسیت به آسیب و فساد استفاده شود و در نتیجه ضایعات مواد غذایی و ردپای کربن مرتبط با آنها را کاهش داد]24.[
مقررات ارگانیسمهای ویرایش شده توسط CRISPR در سطح جهانی متفاوت است، برخی از کشورها با آنها متفاوت از GMO های معمولی رفتار میکنند که بر پذیرش و استفاده از آنها در کشاورزی تأثیر میگذارد]24[.
کاربردهای هک زیستی
در زمینههای متعدد هک زیستی کاربردهای متنوعی از هک زیستی برای اهداف متفاوت وجود دارد. به عنوان مثال هکرهای زیستی از تغییرات ژنتیکی، تغییرات رژیم غذایی و تنظیم شیوه زندگی، از جمله مکملها و نوتروپیکها برای بهینه سازی سلامتی، افزایش طول عمر و مقابله با بیماری های مرتبط با پیری استفاده میکنند. ورزشکاران و علاقه مندان به تناسب اندام نیز روشهای هک زیستی، از جمله تغییرات ژنتیکی و تغییرات رژیم غذایی، برای بهبود رشد، استقامت و زمان بهبودی ماهیچهها را بکار میبندند ]13،3[. فناوری پوشیدنی نیز به هکرهای زیستی کمک میکند تا معیارهای فیزیولوژیکی مانند تغییرات ضربان قلب و الگوهای خواب را نظارت و راهبردهای تمرین و بازیابی را برای عملکرد بهتر تنظیم کنند]25،21[.
علاوه بر موارد فوق هکرهای زیستی میتوانند با تجزیه و تحلیل دادههای ژنتیکی، برنامههای بهداشتی شخصی سازی شدهای ایجاد کنند که به استعدادهای ژنتیکی خاص یا نگرانیهای سلامتی میپردازد. این رویکرد امکان مدیریت موثرتر شرایط سلامت و بهینه سازی راهبردهای سلامتی را فراهم میکند. به طور کلی بسیاری از هکرهای زیستی درگیر علوم شهروندی، انجام آزمایشها و پروژههای تحقیقاتی هستند که به جامعه علمی گستردهتر کمک میکند. این رویکرد مردمی امکان ظهور دیدگاههای متنوع و ایدههای نوآورانه را مهیا میکند و اغلب به سؤالاتی میپردازد که تحقیقات سنتی ممکن است نادیده گرفته باشند]17، 22[.
آینده ی هک یستی
شرایط اضطراری جوامع را وادار میکند تا کاراییها و نوآوریهایی را در نظر بگیرند که در غیر این صورت ممکن است انگیزه یا وقت لازم را نداشته باشند. سرعت و مقیاس همهگیری کووید-19 شکنندگی و نارسایی نظامهای بهداشتی را در سراسر جهان برجسته کرده است. این مشکلات حاکی از اجتنابناپذیر بودن تحقیقات غیر نهادی (Non-establishment)، از جمله تحقیقات DIY، و نقش بالقوهای که چنین تحقیقاتی میتواند در برآوردن نیازهای بهداشت عمومی در طول همهگیریها و در شرایط عادی ایفا کنند هستند]22[. از طرفی توسعه مداوم ابزارهای زیست فناورانه مقرون به صرفه و کاربرپسند احتمالاً دامنه هک زیستی را افزایش خواهند داد. همانطورکه فناوریهای ویرایش ژنوم مانند CRISPR در دسترستر میشوند، افراد فرصتهای بیشتری برای انجام آزمایشها و اصلاح مواد ژنتیکی بدون نیاز به آموزش یا منابع گسترده خواهند داشت]25،10[.
نوآوریها در زست فناوری، از جمله دستگاههای توالی یابی ژنومی قابل حمل و نرم افزارهای پیشرفته بیوانفورماتیک، آزمایشهای پیچیدهتری را تسهیل میکند که هکرهای زیستی را قادر میسازند تا دادههای ژنتیکی را تجزیه و تحلیل کنند و آزمایشها را با دقت و کارایی بیشتر انجام دهند]10[. پذیرش اجتماعی هک زیستی نیز احتمالاً با درگیر شدن افراد بیشتری در این شیوهها تکامل خواهد یافت. پویشهای آموزشی عمومی ممکن است به ابهامزدایی از هک زیستی و رفع نگرانیهای مربوط به ایمنی و اخلاق کمک کنند. این آموزشها امکان گفتوگوی آگاهانهتر در مورد مزایا و خطرات هک زیستی را فراهم مینمایند ]17، 10[. همچنین تشویق کارگزاریهای نظارتی به تعامل با جوامع هک زیستی برای درک بهتر شیوهها و دیدگاههای آنها میتواند منجر به مقررات مؤثرتری شود که نگرانیهای بهداشت عمومی را با میل به نوآوری متعادل میکند]27[.
نتیجه گیری
کاوش در هک زیستی یک جنبش چند وجهی را نشان میدهد که چشمانداز آزمایشهای زیستی و مدیریت سلامت شخصی را تغییر میدهد. همانطور که افراد به طور فزایندهای درگیر هک زیستی ژنتیکی، هک زیستی بیماریزا و هک عصبی میشوند، پیامدهای آن برای سلامت و جامعه بارزتر میشود.
انگیزههای این جنبش متنوع است، از میل به خودمختاری شخصی و خودسازی تا شک و تردید نسبت به نهادهای علمی سنتی را شامل میشود. این تنوع نشاندهنده گرایشهای اجتماعی گستردهتر به سمت فردگرایی و مدیریت سلامت خودگردان است. این جنبش کاربردهای عملی گستردهای در سلامت و تندرستی، بهبود عملکرد و پزشکی شخصی دارد. همانطور که افراد با تغییرات ژنتیکی، نوتروپیکها و درمانهای جایگزین آزمایش میکنند، توانایی راهحلهای نوآورانه برای چالشهای سلامتی همچنان در حال رشد است.
علیرغم وجود تعهد، هک زیستی نگرانیهای اخلاقی و ایمنی قابل توجهی را ایجاد میکند. فقدان نظارت رسمی در بسیاری از فعالیتهای هک زیستی، خطرات مرتبط با رضایت آگاهانه، سلامت عمومی و احتمال تغییرات مضر را به همراه دارد و پرداختن به این نگرانیها با تکامل جنبش حیاتی خواهد بود. در واقع آیندهی هک زیستی احتمالاً با پیشرفتهای زیست فناورانه، چارچوبهای نظارتی در حال تحول و تغییر ادراک عمومی شکل خواهد گرفت و با ادامه رشد این جنبش، گفتگو و همکاری مداوم بین بیوهکرها، تنظیمکنندهها و جامعه علمی برای عبور از پیچیدگیها و چالشهای پیش رو امری ضروری خواهد بود.
مجله زیست شناسی ایران