لماذا فك تشفير الجينوم البشري بأكمله هو اختراق لعلاج الأمراض

قام فريق من العلماء بتجميع المستوى الجيني الكامل للحياة البشرية عن طريق إضافة القطع المفقودة إلى اللغز. التي بدأت تقريبا منذ أكثر من عقدين.

في بحث نُشر في مجلة Science، وصفت مجموعة الباحثين الدوليين التسلسل الأول للجينوم البشري بأكمله، أي المجموعة تعليمات لبناء والحفاظ على إنسان. كان العمل السابق، الذي عقد في جميع أنحاء العالم، غير مكتمل لأن تقنيات تسلسل الحمض النووي في ذلك الوقت لم تكن قادرة على قراءة بعض المناطق الجينومية. حتى بعد التحديثات، كان حوالي 8٪ من الجينوم مفقودًا.

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، السرطان وأمراض القلب.

استخدمت شركات Pacific Biosciences (PACBio) ومقرها كاليفورنيا وأكسفورد نانوبور ومقرها المملكة المتحدة تقنيات مختلفة معًا لفك شفرة تلك الجينات المفقودة بنسبة 8٪. استخدم PacBio نظامًا يسمى HiFi، حيث يتم تداول أزواج القاعدة، حرفيًا مثل الدوائر، حتى تتم قراءتها بالكامل وبدقة عالية، ومن هنا جاء الاسم. يعود تاريخ النظام إلى بضع سنوات من الاستخدام ويمثل خطوة كبيرة إلى الأمام في «القراءة» من حيث الطول والدقة لأطول التسلسلات.

وفي الوقت نفسه، تستخدم أكسفورد نانوبور التيار الكهربائي في أجهزتها الخاصة. يتم الضغط على خيوط الزوج الأساسي من خلال نانو بور مجهري، جزيء واحد فقط في كل مرة، حيث يضربهم تيار لمراقبة نوع الجزيء الذي هم عليه. عن طريق إزالة كل جزيء، يمكن للعلماء تحديد الخيط بأكمله.

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 هذه الأزواج التي تم تحديدها بأحرف 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.

يمتلك البشر 46 كروموسومات، في 23 زوجًا، تمثل عشرات الآلاف من الجينات الفردية. يتكون كل جين من عدة أزواج أساسية تتكون من الأدينين (A)، الثيامين (T)، الجوانين (G)، والسيتوزين (C). هناك المليارات من أزواج القاعدة في الجينوم البشري. لكن الجينوم الذي تسلسله الباحثون لم يأت من شخص، ولكن من شامة هيداتيفورم، كتلة نادرة أو نمو يتشكل داخل الرحم في بداية الحمل. يتشكل هذا النسيج عندما تقوم الحيوانات المنوية بتخصيب بويضة بدون نواة، لذلك تحتوي على 23 كروموسوم فقط، مثل الأمشاج (الحيوانات المنوية أو البويضة)، بدلاً من 46 الموجودة في الحمض النووي للخلية البشرية. تعمل هذه الخلايا على تبسيط الجهد الحسابي ولكن يمكن أن تكون قيدًا.

وأوضح العلماء أن عملهم زاد عدد قواعد الحمض النووي من 2.92 مليار إلى 3.05 مليار، بزيادة قدرها 4.5٪، وأن عدد البروتينات المشفرة للجينات زاد بنسبة 0.4٪ فقط، إلى 19,969. وفقًا للخبراء، قد يؤدي العمل أيضًا إلى معرفة جديدة أخرى، بما في ذلك تلك المتعلقة بكيفية تنظيم الجينات.

يصل العلم بشكل متزايد إلى المعرفة حول الإنسانية بعمق ودقة أكبر. بعد تسلسل الجينوم البشري بأكمله سيساعد على تجنب الأمراض المختلفة. وأيضًا، فإن فهم آليات منشأ علم الأمراض سيساعد على تطوير أدوية أكثر مباشرة ودقة ضد الأمراض بحيث يكون لها معدل انتشار أقل «، أوضح الدكتور خورخي دوتو، وهو مرجع عالمي كعالم وراثة، لـ Infobae، الذي لديه خبرة واسعة في الولايات المتحدة وأوروبا.

وأضاف: «هذه المعلومات الكاملة ستسمح لنا باتخاذ قرارات أفضل بشأن أجسامنا، لأنها تغير تصور الجهل الذي كان لدينا. على سبيل المثال، قرار الأطعمة التي نحتاج إلى تناولها لتعزيز دفاعاتنا. في الميكروبيوم لدينا هو 80٪ من جهاز المناعة لدينا. معرفة المزيد عن الميكروبيوتا وما هي البروبيوتيك، وهي بكتيريا حية، نحتاج إلى دمجها سيساعدنا على تعديل عمل جهاز المناعة لدينا وجعله أكثر فعالية، والذي يمكن أن يكون أكثر دقة لتقليل الالتهاب على المستوى الجزيئي في أجسامنا في مواجهة المرض».

أشار Dotto أيضًا إلى التحسينات في سلوك الجلد والجهاز التناسلي الأنثوي. واختتم المتخصص المؤسس لـ «مركز علم الوراثة»، وهي شركة مكرسة للطب الدقيق والتغذية والأداء الرياضي العالي: «علينا مساعدة الناس على الحصول على مرض أقل، وهذا العمل من التسلسل الجيني الكلي سيساعدنا على القيام بذلك».

قال إيفان إيشلر، الباحث في جامعة واشنطن الذي شارك في هذا المشروع ومشروع الجينوم البشري الأصلي: «بعض الجينات التي تجعلنا بشرًا بشكل لا لبس فيه كانت في الواقع في هذه المادة المظلمة للجينوم «وكانت مفقودة تمامًا». «لقد استغرق الأمر أكثر من 20 عامًا، لكننا نجحنا أخيرًا». يعتقد الكثير من الناس - بما في ذلك طلاب Eichler - أن المشروع قد اكتمل بالفعل. «كنت أعلمهم وقالوا: «انتظر دقيقة. أليست هذه المرة السادسة التي تغني فيها النصر؟ «قلت، «لا، هذه المرة فعلنا ذلك حقًا! قالت كارين ميغا، مؤلفة واحدة من ست دراسات منشورة: «نحن نوسع فرصنا لفهم الأمراض البشرية».

تحقيق لمدة عقدين

يختتم هذا البحث عقودًا من العمل. تم الإعلان عن المسودة الأولى للجينوم البشري في حفل أقيم في البيت الأبيض عام 2000 من قبل رؤساء كيانين متنافسين: مشروع دولي ممول من القطاع العام بقيادة وكالة تابعة للمعاهد الوطنية للصحة في الولايات المتحدة، وشركة خاصة، سيليرا جينومكس، ومقرها في ولاية ماريلاند.

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, الأمر الذي سيدفع في النهاية إلى اعتماد حزمة T2T-CHM13 المعروضة هنا,» أضاف Dotto.

أكمل علماء من اتحاد تيلومير - إلى تيلومير (T2T) أول تسلسل كامل حقًا قدره 3,055 مليار زوج أساسي (bp) لجينوم بشري، وهو ما يمثل أكبر تحسن في الجينوم المرجعي البشري منذ إطلاقه الأولي.

قال الباحثون إن الجينوم الجديد هو قفزة إلى الأمام، أصبحت ممكنة بفضل تقنيات تسلسل الحمض النووي الجديدة التي طورتها شركتان من القطاع الخاص: العلوم الحيوية في المحيط الهادئ في كاليفورنيا، والمعروفة أيضًا باسم PACBIO، وشركة أكسفورد نانوبور البريطانية. تتمتع تقنياتها لقراءة الحمض النووي بمزايا محددة للغاية مقارنة بالأدوات التي لطالما اعتبرت أساسية للباحثين.

استمر في القراءة: