تويت
ملأ العلماء ملايين القطع المفقودة من الحمض النووي، ما أسفر عن أكبر تسلسل للجينوم، كامل وخال من الفجوات، باستثناء صبغي واحد صغير.
تحقق هذا العمل البطولي بفضل تقنيات التسلسل الجيني المتطورة باستمرار، وبتعاون أكثر من 100 عالم، ما أدى إلى وضع معيار جديد لفهم التنوعات الجينية البشرية بكل عظمتها.
صحح الفريق أيضًا آلاف الأخطاء البنيوية في الجينوم المرجعي السابق الأكثر اكتمالًا. لا يُمكن التقليل من شأن هذا الإنجاز، فهو يضم إمكانية هائلة لفهم أفضل للأمراض والتطور البشري!
يقول آدم فيليبي، عالم المعلوماتية الحيوية في المعهد الوطني لأبحاث الجينوم البشري في الولايات المتحدة: «كان الانتهاء من إيجاد التسلسل الجينومي البشري بنحو صحيح مثل وضع نظارة جديدة على أعيننا، فاستطعنا أن نرى كل شيء بوضوح، وأصبحنا أقرب إلى الفهم الكامل».
منذ أكثر من 30 عامًا، انطلق مشروع الجينوم البشري، وأصبحت تقنيات التسلسل الجيني ومسارات معالجة البيانات أسرع وأرخص وأكثر دقة من ذي قبل، ما سمح للباحثين بأخذ العينات ومقارنة المزيد من الجينومات كل عام.
ولكن ظل نحو 8% من الحمض النووي مفقودًا من أحدث تسلسل مرجعي يستخدمه العلماء قالبًا لتجميع عينات الحمض النووي المتسلسلة.
بحث العلماء عن تلك الأجزاء من الجينوم البشري، التي كانت غير قابلة للتسلسل والترتيب، بهدف تجميع الجينوم المرجعي الأكمل، وشاركوا ما وجدوه ضمن مجموعة من ستة أوراق بحثية نُشرت في مجلة ساينس – Science.
أضافت جهود البحث الهائلة نحو 200 مليون زوج من القواعد من المعلومات الوراثية إلى الجينوم البشري، أي ما يعادل صبغيًا كاملًا. معظم هذه القواعد وُجِدت في القُسيمات الانتهائية (التيلوميرات) والقبعات الواقية في نهاية كل صبغي، وفي الأجزاء الوسطى الكثيفة من الصبغيات، المسماة القُسيمات المركزية.
يقول المهندس الطبي الحيوي وينستون تيمب من جامعة جونز هوبكنز: «أخيرًا، من طرف إلى طرف، ومن قُسيم انتهائي إلى آخر، لدينا اليوم جينوم بشري مكتمل يمكننا النظر إليه».
من الغريب أننا اعتقدنا بوجود العديد من الفجوات في الجينوم البشري، والملايين من القواعد المفقودة. ولكن ذلك في الواقع تعبير عن الجمال الفاتن والتعقيد المطلق لمكونات الحمض النووي داخل خلايانا، التي ترمز كل التفاصيل الحميمة للحياة.
يقول عالم المعلوماتية الحيوية ديفيد هوسلير في معهد سانتا كروز لدراسة علم الجينوم التابع لجامعة كاليفورنيا: «لقد فهمنا علم الأحياء والأمراض عند الإنسان بدرجة كبيرة بامتلاك 90% من الجينوم البشري، ولكن العديد من المفاهيم المهمة ظلت مختبئة خارج حدود العلم، إذ لم نكن نملك التكنولوجيا الكافية لقراءة تلك الأجزاء من الجينوم».
وضع العلماء أول خارطة للجينوم البشري منذ عقود مضت، بتجميع قراءات قصيرة من الحمض النووي، التي ضمت عدة مئات من القواعد في كل مرة، ومكّنتهم التسلسلات طويلة القراءة من فهم القطع المتكررة من الحمض النووي غير المقروءة سابقًا، التي طالما عرقلت البحث.
تقول عالمة الوراثة كارين ميغا في جامعة كاليفورنيا في سانتا كروز، رئيسة فريق البحث: «تُعد هذه الأجزاء من الجينوم البشري التي لم نتمكن من دراستها لأكثر من 20 عامًا مهمة جدًا لفهم كيفية عمل الجينوم وآليات الأمراض الوراثية، والتنوع البشري والتطور».
يمكن للجينوم عديم الفجوات الجديد (الذي اكتمل حاليًا ليضم أكثر من ثلاثة مليارات قاعدة) أن يُلقي الضوء على كيفية انفصال أزواج الصبغيات وانقسامها دون أية عوائق، وآليات الجينات القافزة التي تنتقل حول الجينوم، والدور الحاسم المحتمل للامتدادات الطويلة للحمض النووي المضاعف.
يقول عالم الأحياء التطورية راجيف ماكوي من جامعة جونز هوبكنز: «بعد كشف هذه الأجزاء الجديدة من الجينوم، نعتقد أننا سنرى تنوعًا جينيًا يساهم في العديد من السمات المختلفة ومخاطر الأمراض».
بدلًا من كون الجينوم فسيفساء من التسلسلات التي جمعها عدة أفراد، جمع العلماء الجينوم المرجعي الجديد باستخدام نوع خاص من خط الخلية الذي يحتوي على نسختين متطابقتين من كل صبغي، على النقيض من معظم الخلايا البشرية، التي تحمل نسختين مختلفتين قليلًا.
إذن ما زال أمامنا الكثير من العمل لننجزه لاعتماد الجينوم المرجعي، إذ ما زال الصبغي Y غير مكتمل، ولكن المجموعة تقترب أكثر من معرفة تسلسل آخر نيوكليوتيد من الحمض النووي.
لدى الباحثين آمال كبيرة في أن يمهد الجينوم شبه الكامل الطريق نحو تمثيل أشمل للتنوع البشري. إجمالًا، ما زال المجال يكافح حول كيفية حل المشكلات التاريخية في علم الجينوم، والافتقار إلى التنوع في الدراسات الجينية، الذي يهدد بتفاقم التباينات في الرعاية الصحية.
مع ذلك، استخدم العلماء بالفعل التسلسل المرجعي شبه الكامل للكشف عن أكثر من مليوني متغير غير معروف سابقًا في الجينوم البشري، وكلها يثري فهمنا حول كيفية مساهمة الاختلافات الجينية الفردية في أمراض معينة.
سيتضح هل بإمكان الطب الفردي أن يفي حقًا بوعده بتقديم علاجات مستهدفة وميسورة التكلفة تعتمد على التركيب الجيني للفرد؟ إن الباحثين متحمسون منذ الآن لمعرفة النتائج.
يقول فيليبي: «عند تسلسل الجينوم لشخص ما في المستقبل، سنستطيع تحديد جميع المتغيرات في حمضه النووي، واستخدام هذه المعلومات لتوجيه رعايته الصحية».
تحقق هذا العمل البطولي بفضل تقنيات التسلسل الجيني المتطورة باستمرار، وبتعاون أكثر من 100 عالم، ما أدى إلى وضع معيار جديد لفهم التنوعات الجينية البشرية بكل عظمتها.
صحح الفريق أيضًا آلاف الأخطاء البنيوية في الجينوم المرجعي السابق الأكثر اكتمالًا. لا يُمكن التقليل من شأن هذا الإنجاز، فهو يضم إمكانية هائلة لفهم أفضل للأمراض والتطور البشري!
يقول آدم فيليبي، عالم المعلوماتية الحيوية في المعهد الوطني لأبحاث الجينوم البشري في الولايات المتحدة: «كان الانتهاء من إيجاد التسلسل الجينومي البشري بنحو صحيح مثل وضع نظارة جديدة على أعيننا، فاستطعنا أن نرى كل شيء بوضوح، وأصبحنا أقرب إلى الفهم الكامل».
منذ أكثر من 30 عامًا، انطلق مشروع الجينوم البشري، وأصبحت تقنيات التسلسل الجيني ومسارات معالجة البيانات أسرع وأرخص وأكثر دقة من ذي قبل، ما سمح للباحثين بأخذ العينات ومقارنة المزيد من الجينومات كل عام.
ولكن ظل نحو 8% من الحمض النووي مفقودًا من أحدث تسلسل مرجعي يستخدمه العلماء قالبًا لتجميع عينات الحمض النووي المتسلسلة.
بحث العلماء عن تلك الأجزاء من الجينوم البشري، التي كانت غير قابلة للتسلسل والترتيب، بهدف تجميع الجينوم المرجعي الأكمل، وشاركوا ما وجدوه ضمن مجموعة من ستة أوراق بحثية نُشرت في مجلة ساينس – Science.
أضافت جهود البحث الهائلة نحو 200 مليون زوج من القواعد من المعلومات الوراثية إلى الجينوم البشري، أي ما يعادل صبغيًا كاملًا. معظم هذه القواعد وُجِدت في القُسيمات الانتهائية (التيلوميرات) والقبعات الواقية في نهاية كل صبغي، وفي الأجزاء الوسطى الكثيفة من الصبغيات، المسماة القُسيمات المركزية.
يقول المهندس الطبي الحيوي وينستون تيمب من جامعة جونز هوبكنز: «أخيرًا، من طرف إلى طرف، ومن قُسيم انتهائي إلى آخر، لدينا اليوم جينوم بشري مكتمل يمكننا النظر إليه».
من الغريب أننا اعتقدنا بوجود العديد من الفجوات في الجينوم البشري، والملايين من القواعد المفقودة. ولكن ذلك في الواقع تعبير عن الجمال الفاتن والتعقيد المطلق لمكونات الحمض النووي داخل خلايانا، التي ترمز كل التفاصيل الحميمة للحياة.
يقول عالم المعلوماتية الحيوية ديفيد هوسلير في معهد سانتا كروز لدراسة علم الجينوم التابع لجامعة كاليفورنيا: «لقد فهمنا علم الأحياء والأمراض عند الإنسان بدرجة كبيرة بامتلاك 90% من الجينوم البشري، ولكن العديد من المفاهيم المهمة ظلت مختبئة خارج حدود العلم، إذ لم نكن نملك التكنولوجيا الكافية لقراءة تلك الأجزاء من الجينوم».
وضع العلماء أول خارطة للجينوم البشري منذ عقود مضت، بتجميع قراءات قصيرة من الحمض النووي، التي ضمت عدة مئات من القواعد في كل مرة، ومكّنتهم التسلسلات طويلة القراءة من فهم القطع المتكررة من الحمض النووي غير المقروءة سابقًا، التي طالما عرقلت البحث.
تقول عالمة الوراثة كارين ميغا في جامعة كاليفورنيا في سانتا كروز، رئيسة فريق البحث: «تُعد هذه الأجزاء من الجينوم البشري التي لم نتمكن من دراستها لأكثر من 20 عامًا مهمة جدًا لفهم كيفية عمل الجينوم وآليات الأمراض الوراثية، والتنوع البشري والتطور».
يمكن للجينوم عديم الفجوات الجديد (الذي اكتمل حاليًا ليضم أكثر من ثلاثة مليارات قاعدة) أن يُلقي الضوء على كيفية انفصال أزواج الصبغيات وانقسامها دون أية عوائق، وآليات الجينات القافزة التي تنتقل حول الجينوم، والدور الحاسم المحتمل للامتدادات الطويلة للحمض النووي المضاعف.
يقول عالم الأحياء التطورية راجيف ماكوي من جامعة جونز هوبكنز: «بعد كشف هذه الأجزاء الجديدة من الجينوم، نعتقد أننا سنرى تنوعًا جينيًا يساهم في العديد من السمات المختلفة ومخاطر الأمراض».
بدلًا من كون الجينوم فسيفساء من التسلسلات التي جمعها عدة أفراد، جمع العلماء الجينوم المرجعي الجديد باستخدام نوع خاص من خط الخلية الذي يحتوي على نسختين متطابقتين من كل صبغي، على النقيض من معظم الخلايا البشرية، التي تحمل نسختين مختلفتين قليلًا.
إذن ما زال أمامنا الكثير من العمل لننجزه لاعتماد الجينوم المرجعي، إذ ما زال الصبغي Y غير مكتمل، ولكن المجموعة تقترب أكثر من معرفة تسلسل آخر نيوكليوتيد من الحمض النووي.
لدى الباحثين آمال كبيرة في أن يمهد الجينوم شبه الكامل الطريق نحو تمثيل أشمل للتنوع البشري. إجمالًا، ما زال المجال يكافح حول كيفية حل المشكلات التاريخية في علم الجينوم، والافتقار إلى التنوع في الدراسات الجينية، الذي يهدد بتفاقم التباينات في الرعاية الصحية.
مع ذلك، استخدم العلماء بالفعل التسلسل المرجعي شبه الكامل للكشف عن أكثر من مليوني متغير غير معروف سابقًا في الجينوم البشري، وكلها يثري فهمنا حول كيفية مساهمة الاختلافات الجينية الفردية في أمراض معينة.
سيتضح هل بإمكان الطب الفردي أن يفي حقًا بوعده بتقديم علاجات مستهدفة وميسورة التكلفة تعتمد على التركيب الجيني للفرد؟ إن الباحثين متحمسون منذ الآن لمعرفة النتائج.
يقول فيليبي: «عند تسلسل الجينوم لشخص ما في المستقبل، سنستطيع تحديد جميع المتغيرات في حمضه النووي، واستخدام هذه المعلومات لتوجيه رعايته الصحية».