على الرغم من أنها كانت مكتملة تقريبًا لعقود، إلا أن العلماء يقولون إنهم تمكنوا أخيرًا من إنهاء فك تشفير الجينوم البشري، وهي مجموعة التعليمات لبناء إنسان والحفاظ عليه.
تم تجميع هذه الخطة الوراثية، وفقًا للمشاركين في الدراسة المنشورة يوم الخميس في مجلة Science، بالكامل. وصف فريق دولي التسلسل الأول لجينوم بشري كامل. كان الجهد السابق، الذي تم الاحتفال به في جميع أنحاء العالم، غير مكتمل لأن تقنيات تسلسل الحمض النووي في ذلك الوقت لم تستطع قراءة أجزاء معينة منه. حتى بعد التحديثات ، كان حوالي 8٪ من الجينوم مفقودًا.
قال إيفان إيشلر، الباحث في جامعة واشنطن الذي شارك في الجهد الحالي ومشروع bالجينوم البشري الأصلي: «بعض الجينات التي تجعلنا بشر فقط كانت في الواقع في هذه» المادة المظلمة للجينوم «وتم تجاهلها تمامًا». واكد «ان الامر استغرق اكثر من 20 عاما ولكننا نجحنا اخيرا».
يعتقد الكثيرون، بما في ذلك طلاب إيكلر، أن الأمر قد انتهى. «كنت أعلمهم وقالوا: «انتظر دقيقة. أليس هذا مثل المرة السادسة التي يعلنون فيها النصر؟ قلت، «لا، هذه المرة نحن حقا، حقا فعلت ذلك!
قال العلماء إن هذه الصورة الشاملة للجينوم ستعطي البشرية فهمًا أكبر لتطورنا وبيولوجيتنا، بينما تفتح الباب أيضًا للاكتشافات الطبية في مجالات مثل الشيخوخة والأمراض التنكسية العصبية والسرطان وأمراض القلب.
وقالت bكارين ميغا، مؤلفة إحدى الدراسات الست التي صدرت يوم الخميس: «نحن ببساطة نوسع فرصنا لفهم الأمراض البشرية».
يتوج البحث عقودًا من العمل. تم الإعلان عن المسودة الأولى للجينوم البشري في حفل أقيم في البيت الأبيض عام 2000 من قبل قادة كيانين متنافسين: مشروع دولي ممول من القطاع العام بقيادة وكالة تابعة لوزارة التجارة الأمريكية وشركة خاصة، Celera Genomics، ومقرها في ولاية ماريلاند.
كتب العلماء في يونيو الماضي، في مقال نشر على البحث: «أكمل اتحاد التيلومير - إلى التيلومير - تيلومير - تيلومير (T2T) أول تسلسل كامل حقا 3.055 مليار زوج أساسي (bp) من الجينوم البشري، وهو ما يمثل أكبر تحسن في الجينوم المرجعي البشري منذ إطلاقه الأولي». الخادم BioRXIV، منذ ذلك الحين لم تتم مراجعته من قبل الأقران، والذي حدث أخيرًا الآن.
قال الباحثون في ذلك الوقت إن الجينوم الجديد هو قفزة إلى الأمام، وهو ما أصبح ممكنًا بفضل تقنيات تسلسل الحمض النووي الجديدة التي طورتها شركتان من القطاع الخاص: العلوم الحيوية في المحيط الهادئ في كاليفورنيا، والمعروفة أيضًا باسم PACBio، و Bالبريطانية أكسفورد نانوبور. تتمتع تقنياتها لقراءة الحمض النووي بمزايا محددة للغاية مقارنة بالأدوات التي لطالما اعتبرت أساسية للباحثين.
كتب الباحثون: «لم يتم تجاهل هذا 8٪ من الجينوم بسبب عدم أهميته، ولكن بسبب القيود التكنولوجية». «لقد أدى التسلسل عالي الدقة للقراءة الطويلة أخيرًا إلى القضاء على هذا الحاجز التكنولوجي، مما سمح بدراسات شاملة للتباين الجينوم عبر الجينوم البشري. ستتطلب مثل هذه الدراسات بالضرورة جينوم مرجعي بشري كامل ودقيق، والذي سيؤدي في النهاية إلى اعتماد مجموعة T2T-CHM13 المعروضة هنا».
يتكون الجينوم البشري من حوالي 3.1 مليار وحدة فرعية من الحمض النووي، وأزواج القاعدة الكيميائية المعروفة بالحروف A و C و G و T. الجينات هي سلاسل من أزواج الحروف هذه التي تحتوي على تعليمات لصنع البروتينات، اللبنات الأساسية للحياة. يمتلك البشر حوالي 30,000 جين، منظمة في 23 مجموعة تسمى الكروموسومات الموجودة في نواة كل خلية.
حتى الآن «الفجوات الكبيرة والمستمرة التي كانت على خريطتنا، وهذه الفجوات تقع في مناطق مهمة للغاية»، قال ميغا.
عملت ميغا، باحثة علم الجينوم في جامعة كاليفورنيا-سانتا كروز، مع آدم فيليب من المعهد الوطني لأبحاث الجينوم البشري لتنظيم فريق العلماء للبدء من الصفر بجينوم جديد بهدف تسلسل كل شيء، بما في ذلك القطع المفقودة. المجموعة, سميت للأقسام في نهايات الكروموسومات, تسمى التيلوميرات, يُعرف باسم تيلومير إلى تيلومير كونسورتيوم, أو T2T.
يضيف عمله معلومات وراثية جديدة إلى الجينوم البشري، ويصحح الأخطاء السابقة، ويكشف عن امتدادات طويلة من الحمض النووي المعروف أنها تلعب دورًا مهمًا في كل من التطور والمرض. تم نشر نسخة من البحث العام الماضي قبل مراجعتها من قبل زملائه العلماء.
قال عالم الوراثة تينغ وانغ من كلية الطب بجامعة واشنطن في سانت لويس، الذي لم يشارك في التحقيق: «أود أن أقول إن هذا تحسن كبير في مشروع الجينوم البشري»، الذي يضاعف تأثيره.
قال إيكلر إن بعض العلماء كانوا يعتقدون أن المناطق غير المعروفة تحتوي على «قمامة». لكن «البعض منا اعتقد دائما ان هناك ذهبا في تلك التلال».
وقال إنه اتضح أن الذهب يتضمن العديد من الجينات المهمة، مثل تلك الضرورية لجعل دماغ الشخص أكبر من دماغ الشمبانزي، مع المزيد من الخلايا العصبية والوصلات.
للعثور على مثل هذه الجينات، احتاج العلماء إلى طرق جديدة لقراءة اللغة الوراثية الخفية للحياة. تتطلب قراءة الجينات قطع خيوط الحمض النووي إلى قطع من مئات إلى آلاف الحروف. تقرأ آلات التسلسل الحروف على كل قطعة ويحاول العلماء وضع القطع بالترتيب الصحيح. هذا صعب بشكل خاص في المناطق التي تتكرر فيها الرسائل.
قال العلماء إن بعض المناطق كانت غير مقروءة قبل التحسينات في آلات تسلسل الجينات التي تسمح لهم الآن، على سبيل المثال، بقراءة مليون حرف من الحمض النووي بدقة في وقت واحد. يسمح ذلك للعلماء برؤية الجينات ذات المناطق المتكررة على أنها سلاسل أطول بدلاً من شظايا اضطروا لاحقًا إلى تجميعها معًا.
كان على الباحثين أيضًا التغلب على تحد آخر: تحتوي معظم الخلايا على جينومات لكل من الأم والأب، مما يخلط بين محاولات تجميع الأجزاء بشكل صحيح. قام باحثو T2T بحل هذا باستخدام خط خلية من «الخلد الهيداتيفورم الكامل»، وهي بويضة مخصبة غير طبيعية لا تحتوي على أنسجة جنينية وتحتوي على نسختين من الحمض النووي للأب ولا شيء من الحمض النووي للأم.
ستكون الخطوة التالية هي رسم خريطة المزيد من الجينومات، بما في ذلك تلك التي تتضمن مجموعات من الجينات من كلا الوالدين. لم يقم هذا الجهد بتعيين أحد الكروموسومات الـ 23 الموجودة في الرجال، والتي تسمى كروموسوم Y، لأن الخلد يحتوي على X واحد فقط.
وقال وانغ انه يعمل مع مجموعة T2T فى كونسورتيوم مرجع بانجينوم البشرى الذى يحاول توليد جينومات او قالب «مرجعي» ل 350 شخصا يمثلون اتساع التنوع البشرى.
«لدينا الآن جينوم صحيح ونحن بحاجة إلى القيام بالكثير، وأكثر من ذلك بكثير،» قال إيتشلر. «هذه هي بداية شيء رائع حقًا في مجال علم الوراثة البشرية.»
في تقدم ملحوظ آخر في علم الوراثة، أنشأ علماء في فبراير الماضي من جامعة أكسفورد أول شجرة عائلة للبشرية. أوضح أنتوني وايلدر وونز، باحث ما بعد الدكتوراه في معهد برود في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا وهارفارد، وهو طالب دكتوراه سابق في البيانات الكبيرة: «إن الخلفية النظرية للأنساب على مستوى الجينوم، والتي تصف كيف ورثنا الجينات من أسلافنا، تطورت على مدى العقود الثلاثة الماضية». معهد (BDI) من جامعة أكسفورد والمؤلف الرئيسي للبحث-. ومع ذلك، فإن تقدير هذا الهيكل حقًا هو مشكلة إحصائية صعبة للغاية».
كانت الصعوبات المرتبطة بدمج مجموعات البيانات الضخمة من عدد كبير من قواعد البيانات المختلفة عائقًا رئيسيًا أمام هذا الجهد البحثي, حتى الآن. أبلغ وايلدر وونز، وهو مؤلف رئيسي آخر لهذه الدراسة الجديدة التي أجريت خلال الفترة التي قضاها في BDI، عن «طريقة جديدة للجمع بسهولة بين الملايين من التسلسلات الجينومية من السكان القدامى والحديثين».
جنبا إلى جنب مع زملائه، استخدم Wohns هذه الطريقة لإنشاء «المسودة الأولى» لشجرة عائلة الإنسانية. وأوضح: «ابتكرنا خوارزمية جديدة تستنتج العلاقات الجينية دون الحاجة إلى مقارنة كل تسلسل الحمض النووي مع بعضها البعض ودمجها مع خوارزمية أخرى تضع التواريخ على الأسلاف المشتركين من خلال معاملة جميع النسب كشبكة واحدة». بالإضافة إلى ذلك، من خلال تقدير علم الأنساب الكامل للبشرية، تمكنا من إنشاء خوارزميات سمحت لنا باستخدام الجينوم بأكمله لتقدير متى وللمرة الأولى، حيث عاش أسلافنا».
استمر في القراءة
ما هو سر أقدم الناس على هذا الكوكب للعيش لفترة أطول وأفضل؟