مشروع الجينوم البشري

مشروع جينوم بشري

Human Genome Project - Projet génome humain

مشروع الجينوم البشري

تمتلك الخلية الجسمية somatic cell عند الإنسان 46 صبغياً (كروموزوماً) chromosomes  [ر: الصبغي (كروموزوم)] مرتبة في أشفاع (أزواج). أما الخلية التناسلية gamete فتحتوي على نصف العدد المذكور. وترقم أزواج هذه الصبغيات تنازلياً من الرقم 1 إلى الرقم 22 حسب أحجامها، حيث الصبغي رقم 1 أكبرها، أما الصبغيان المتبقيان، وهما صبغيا الجنس sex chromosomes، فيرمز لهما بـ XX عند الأنثى وXY عند الذكر (وهما على عكس ذلك عند الطيور). ومع أن الصبغيات يختلف بعضها عن بعض، من حيث الأبعاد والأشكال والمورثات (الجينات)[ر] genes التي تمتلكها، إلا أن كلاً منها يتكون أساساً من الحمض الريبي النووي المنقوص الأكسجين deoxyribonucleic acid (الدنا DNA) وبروتينات هستونية histones. ويتكون الدنا من سكر الريبوز المنقوص الأكسجين deoxyribose، ومن جزيئات الفوسفات وأربع قواعد (أسس) آزوتية هي: الأدنين adenine (A) والغوانينguanine (G)  والسيتوزين cytosine (C) والتيمين thymine (T). وتترتب هذه المكونات على  شريطين متجاورين من النوويدات (النُكليوتيدات) nucleotides، ملتفين على هيئة سلم حلزوني ومرتبطين بروابط هدروجينية بين القواعد: الأدنين مع التيمين والغوانين مع السيتوزين (الشكل 1).

الجينوم (أو الأطلس الوراثي) genome هو مجموع المادة الوراثية التي يمتلكها الكائن الحي؛ ويمكن أن يكون حجمه صغيراً مثل جينوم الفيروس HIV المسبب لمرض نقص المناعة المكتسب (الإيدز AIDS) ويبلغ 9750 قاعدة آزوتية، أو كبيراً يبلغ نحو 3 مليارات قاعدة أو أكثر، كما هي الحال عند الإنسان والفأر وغيرهما.

والمورثات هي الوحدات الحيوية لانتقال الصفات من جيل إلى آخر، سواء كانت صفات بسيطة نسبياً مثل لون العيون أو الشعر، أم كانت أكثر تعقيداً مثل صفات الذكاء أو قدرة الدم على نقل الأكسجين، أوصفات بالغة التعقيد مثل إنتاج الحليب من الثدييات، والتي يتحكم فيها عدد كبير من المورثات، إضافة إلى العوامل البيئية المحيطة بالأفراد التي تمتلكها. والمورثات هي أجزاء من الدنا ترمِّز (تشفِّر) لوظائف كيمياوية معينة، هي إنتاج البروتينات (الأنزيمات، الهرمونات). ومع أن جميع المورثات توجد في كل من هذه الخلايا، إلا أن كل «نموذج» من الخلايا «يَقرأ» مورثات معينة وحسب، ومن ثم يقوم بوظائف محددة. فمثلاً، تُفرز خلايا جزر لانغرهانس Langerhans islets  في المعثكلة (البنكرياس) هرمون الأنسولين insulin  لاحتوائها على المورثات الخاصة بهذه الوظيفة من مورثات الجينوم. وعندما تتقدم الخلايا في عمرها فإن كثيراً من المورثات يصير أقل نشاطاً أو غير فعّال.

يتحدد تركيب البروتين الذي تُرمِّز لإنتاجه مورثة ما بترتيب القواعد الآزوتية الأربع في الدنا، ويُحدِّد هذا التركيب (أي تسلسل الأحماض الأمينية amino acids فيه) الوظيفة التي يقوم بها. ومن ثم فإن «الشفرة الوراثية genetic code» تحدد البروتينات التي تُكوِّنها الأنسجة المختلفة ووظائفها المختلفة. فهي - أي الشفرة الوراثية - اللغة التي تستخدمها الخلايا الحية لتحويل المعلومات المخزًّنة في الدنا إلى المعلومات اللازمة لبناء البروتينات. ويقوم حمض آخر اسمه الحمض الريبي النووي ribonucleic acid (الرنا RNA)، يصنِّعه الدنا، بترجمة الرسالة المشفرة من أبجدية الدنا ذات الأحرف (القواعد) الأربعة إلى أبجدية البروتين المعقدة (أحماضه الأمينية).

وإذا حدث خطأ بمعلومات الدنا لمورثة ما (كما يحدث في حالة الطفرات mutations مثلاً)، فإن تلك المورثة لن تعمل على نحو طبيعي، وقد تنجم عن ذلك أمراض وراثية قد تكون أحياناً مميتة.

الدنا DNA إذن هو المكوِّن الأساس للصبغيات في جميع الكائنات الحية، ورغم بساطة تركيبه الكيمياوي، فإنه يُعدُّ «كتاب الحياة» book of life لما يحتويه من بيانات خاصة بتكوين الفرد والحفاظ عليه وتنظيم وظائفه وتناسله، وغير ذلك من وظائف مهمة ترتبط بحياته وصحته ومرضه.

لمحة تاريخية

في عام 1911، أدرك ألفريد ستورتيفَنت Alfred Sturtevant ـ وكان آنذاك طالب دراسات عليا في مختبر العالم الشهير تومَس هنت مورغن Thomas Hunt Morganـ أن بالإمكان وضع خريطة لمواقع مورثات ذبابة الخل[ر] Drosophila melanogaster، التي كان مورغن ومساعدوه يتتبعون باهتمام الطفرات الخاصة بها. وفي العقود التي تلت ذلك، تحققت قفزات علمية مهمة في مختلف مجالات علم الوراثة وتطبيقاته، وكان منها وضع خرائط صبغية محدودة في عدد من الكائنات الحية (الشكل 2).

الشكل (2)

في منتصف السبعينيات من القرن العشرين، طوَّر فردريك سانغر Frederick Sanger تقانات مهمة لتحديد تتابعات sequences الدنا، ومن ثم حصل على جائزة نوبل في الكيمياء عام 1980. وبعد ذلك أمكن تطوير تقانات دقيقة لأتمتة هذه العمليات، مما شجع العلماء على التفكير في تنفيذ مشروع الجينوم البشري Human Genome Project (HGP)، وفي عام 1985 اقترح ثلاثة علماء، كل على حدة، مشروعات لتحديد تتابعات القواعد في جينوم الإنسان، وهم: روبرت سِنشايمَر Robert Sinsheimer من جامعة كاليفورنيا، وريناتو ديلبيكو Renato Dulbecco من معهد سولك Salk Institute والحائز جائزة نوبل، وتشارلز ديليسي Charles DeLisi من وزارة الطاقة الأمريكية U.S.Department of Energy (DOE)، وهذا ماعُرف فيما بعد باسم مشروع الجينوم البشري. وقد اهتمت تلك الوزارة بهذا المشروع، ويعزو بعضهم سبب ذلك إلى ماكانت تهتم به من حيث دراسة آثار الإشعاع على الجينوم وسبل حمايته منها، كما اهتم به عدد كبير من الهيئات العلمية والعلماء في كثير من البلدان. وفي عام 1990 وضعت هذه الوزارة والهيئات العلمية المتعاونة معها خطة السنوات الخمس الأولى من المشروع (1991- 1995) وكان مخططاً له أن يُنفّذ في 15 سنة، لكن التقدم التقني السريع مكّن من تنفيذه قبل موعده بأربع سنوات.

تسلَّم قيادة فريق المشروع العالم جيمس واتسون Watson James، الذي كان اكتشف التركيب الحلزوني (اللولبي) المزدوج للدنا في عام 1953، بالتعاون مع فرنسيس كريك Francis Crick، وأدار المشروع إلى حين استقالته  في عام 1992، وعُيِّن بديلاً منه فرنسيس كولينز Francis Collins عام 1993 لإدارة المركز الوطني لأبحاث الجينوم البشري National Center for Human Genome Research (NCHGR)، وفي عام 1997 تحوّل اسم هذا المركز إلى المعهد الوطني لأبحاث الجينوم البشري National Human Genome Research Institute.

مشروع الجينوم البشري هو مشروع أمريكي دولي، تعاونت في تنفيذه وزارة الطاقة مع عدد من الجامعات والمختبرات العلمية في الولايات المتحدة الأمريكية، وأسهمت في تنفيذه هيئات علمية عدة في بلدان أخرى، مثل المملكة المتحدة واليابان وفرنسا وألمانيا والصين وغيرها. وقد سار العمل فيه على نحو جيد، واكتشفت في أثناء ذلك تقنيات متطورة مهمة ساعدت على تنفيذه بأفضل وجه ممكن.

وفي 1 كانون الأول/ديسمبر عام 1999 كان الصبغي البشري رقم 22 أول صبغي حُددت قواعد الدنا فيه بأكملها. كما حُددت في أثناء تنفيذ المشروع التتابعات في عدد من الحمّات viruses والبكتريا والخميرة وغيرها.

في الوقت ذاته، نفذت شركة خاصة تدعى سيليرا جينومِكس Celera Genomics  مشروعاً مماثلاً، وأُعلن عن انتهاء العمل الأولي في كل منهما في حزيران/يونيو عام 2000. وفي منتصف شهر شباط/فبراير 2001، نُشرت مسودة draft نتائج مشروع وزارة الطاقة في مجلة نيتشر Nature (الطبيعة)، ومشروع شركة سيليرا جينومكس في مجلة سيانس Science (العلم)، وهاتان  المجلتان العلميتان المرموقتان مشهورتان في العالم أجمع، وحدَّدت النسخة المنشورة تتابعات نحو 90% من المليارات الثلاثة من أزواج القواعد الآزوتية في الدنا.

وللدلالة على أهمية هذا المشروع وضخامته، يمكن تصور أن الجينوم كتاب ضخم يتألف من 23 فصلاً (تدعى صبغيات أو كروموزومات)، وأن كل فصل يتألف من قصص هي المورثات تتألف من مناطق تدعى إكسونات exons، وهي مناطق فعالة في الترميز، تفصل بينها مناطق فارغة تدعى إنترونات introns (الشكل 3)، وهذه المورثات مكونة من تتابعات القواعد الآزوتية. وقد قُدِّر أنه إذا رغب شخص في كتابة «حروف» الدنا، أي تتابعات قواعده الآزوتية، بمعدل «حرف» في الميليمتر، فإن النص الناتج سيكون بطول نهر الدانوب تقريباً.

أهداف المشروع:

وُجِّه العمل في هذا المشروع لتحقيق أهداف كانت مرجوَّة لعشرات السنين، وهي أساساً الآتية:

ـ تحديد تتابعات المليارات الثلاثة من أزواج القواعد الآزوتية (A, C, G, T) في الدنا، التي توفِر جميع التعليمات الدقيقة اللازمة لتحديد صفات الكائن الحي وللحفاظ عليه ولتكاثره، سواء كان إنساناً أم نباتاً أم حيواناً أم كائنات دنيا.

ـ تحديد المورثات في جينوم الإنسان.

ـ حفظ المعلومات المكتسبة في قواعد بيانات databases خاصة، وجعلها متاحة للباحثين، وهذا أمر عظيم الأهمية والفائدة.

ـ تحسين التقانات المستخدمة في تحليل البيانات.

ـ نقل التقانات المرتبطة بالمشروع إلى القطاع الخاص.

تنفيذ المشروع

ليست تتابعات القواعد التي حُددت في هذا المشروع خاصة بأي إنسان معين، فقد استخدم الباحثون عينات كثيرة من الدنا أُخذت من عدد كبير من الناس، ذكوراً وإناثاً، وحفظت هوياتهم سرية للغاية. وبما أن جميع الناس يشتركون بالمجموعات الأساسية من المورثات، وكذلك في بقية مناطق الدنا في صبغياتهم، فإنه يمكن عدّ هذه التتابعات «المرجعية» ممثلة لكل إنسان.  وفي مشروع وزارة الطاقة، جُمعت عينات من الدم من الإناث ومن النطاف من الذكور. ومن المعروف أن من الأسهل استخدام النطاف في هذه التحاليل من استخدام أي خلايا أخرى، ويعود السبب إلى الارتفاع الكبير لنسبة الدنا إلى البروتين في النطاف التي توفر جميع الصبغيات بما فيها أعداد متساوية من صبغيات الجنس[ر]. واستخدمت أيضاً كريات دموية بيضاء من النساء كيلا تكون التحاليل مقصورة على جنس واحد. أما في مشروع شركة سيليرا جينومِكس فقد خُلطت عينات كثيرة من الدنا من متبرعين donors (واهِبين) كثيرين، لاستخدامها في التحاليل، وكان الواهبون ينتمون إلى أصول أوربية وآسيوية وإفريقية ومن الأمريكيتين.

الخطوة التنفيذية الأولى هي تحديد تتابعات الدنا DNA sequencing، وهي تعيين أزواج قواعد النوويدات nucleotide bases المتتالية على امتداد شريط الدنا. وفي عام 1977، بعد مضي 24 عاماً على اكتشاف تركيب الدنا تم تطوير طريقتين لتحديد هذه التتابعات، هما الطريقة الكيمياوية لماكسام - جلبرت Maxam-Gilbert، والطريقة الإنزيمية (أو طريقة إنهاء السلسلة chain termination) لسانغر Sanger ، وهي الطريقة الأكثر استعمالاً، وتعتمد على إمكان فصل الشرائط الإفرادية من جزيئات الدنا وذات الأطوال المختلفة بنوويد واحد، بعضها عن بعض، باستخدام الرحلان الكهربائي على هلام من عديد الأكريلَميد polyacrylamide gel.

تدعى أشداف fragments الدنا المراد تعيين تتابعاتها بقوالب الدنا DNA templates، وتُعَدُّ بعد فصل شريطي الدنا في كل منها بعضهما عن بعض، ومن ثم تستخدم الأشرطة (القوالب) الإفرادية في التحليل، فتقطع إلى قطع صغيرة مختلفة الأطوال. وبعد ذلك توصل قطع قصيرة قليلة النوويدات oligonucleotides إلى الموقع نفسه من كل شريط قالب، فتعمل كبادئ primer لاصطناع synthesis أشرطة دنا جديدة مكملة complementary للقوالب المستخدمة.

تحتاج هذه التقنية إلى أربعة تفاعلات نوويدية - واحد لكل من الأدنين A، والسيتوزين C، والغوانين G، والتيمينT- تُنفّذ على أربع عينات متطابقة من الدنا، ومن ثم فإن تفاعلات تعيين تتابعات القواعد في النوويدات تحتاج إلى المكونات الآتية لتكوين شريط الدنا الجديد ووسمه:

ـ قالب الدنا

ـ بادئ موسوم بجزيء ذي إشعاع خفيف أو مادة كيمياوية مطلقة للضوء.

ـ بوليميراز الدنا DNA  polymerase، وهو إنزيم يساعد على عملية تكوين الدنا الجديد.

ـ أربع ديوكسي نوويدات(C, A, G, T) deoxynucleotides.

ـ ثنائي ديوكسي نوويد dideoxynucleotide واحدة (ddTTP أو ddGTP أو ddATP أوddCTP) (الشكل 4).

بعد إضافة الديوكسي نوويد الأول إلى التتابع المكمل المتنامي (المتزايد)، فإن بوليميراز الدنا يتحرك على امتداد القالب، مستمراً في إضافة قاعدة بعد الأخرى، ويستمر ذلك حتى إضافة ثنائي ديوكسي النوويد فيتوقف استمرار استطالة قالب الدنا. ويعود ذلك إلى كون الثنائي ديوكسي النوويد ناقصاً لمجموعة هدروكسيل مهمة هي OH-’ 3(وهي ضرورية لتكوين الاتصال مع النوويد التالي). تضاف كمية قليلة من ثنائي الديوكسي نوويد إلى كل تفاعل، وهذا يُعطي التفاعلات المختلفة فرصة الاستمرار لفترات مختلفة من الزمن، وحتى يحدث بالمصادفة، أن يُدخِل بوليميراز الدنا ثنائي ديوكسي نوويد، فيتوقف التفاعل. ومن ثم تتكون مجموعة من الأشرطة الجديدة المختلفة الأطوال.

تلي ذلك قراءة التتابعات الجديدة المتكونة، وتُفصل الأشداف حسب أحجامها، جنباً إلى جنب، باستخدام الرحلان الكهربائي على هلام من عديد الأكريلَميد، وبهذا فإن «عائلة» الجزيئات التي تكونت بوجود ddATP تصطف على الهلام، وبجانبها «العائلات» الثلاث الأخرى التي تكونت بفعل كل من ddGTP، ddCTP، ddTTP، وذلك في خطوط متتالية (الشكل5). وبعد إجراء عمليات الرحلان الكهربائي فإن تتابعات الدنا تُقرأ مباشرة من مواقع الأشرطة المتكونة على الهلام (الشكل 6). 

طُورت هذه الطريقة للاستعمال المؤتمت بالحاسوب على نطاق واسع. في إحدى هذه الطرائق - وتسمى التحديد الدوار للتتابعات  cycle sequencing- يوسم ثنائي ديوكسي النوويد، وليس البادئات، بصباغات مشعة مختلفة الألوان، ومن ثم يمكن تنفيذ جميع المعاملات في أنبوبة واحدة، ثم تفصل على الهلام في الخط نفسه. وحينما يمر كل شدف DNA موسوم في دارة كاشفة detector في أسفل الهلام، يُسجل اللون، ويُعاد تركيب التتابع من الألوان المسجلة التي تمثل كل نوويد فيه (الشكل 7).

ليس من الضروري أن يقرأ الفنيون العاملون في التحليل تتالي القواعد من الهلام، إذ يمكن أن يفعل ذلك الحاسوب بدلاً منهم. والشكل (8) يبين مثالاً لذلك، يُلاحظ فيه أنه مخطط أربعة ألوان في «خط» واحد من الهلام (عينة واحدة)، محدّد من الأقل إلى الأكبر، ويقوم الحاسوب بتفسير هذه الألوان وطباعة القواعد المتتابعة في أعلى المخطط.

أهم نتائج المشروع

حصل الباحثون على نتائج علمية قيِّمة في أثناء تنفيذ المشروع، يمكن إيجاز أهمها في الآتي:

ـ حُددت تتابعات أزواج القواعد في دنا الإنسان بدقة عالية، وكذلك قسم كبير من مورثاته.

ـ تختلف الجينومات في أحجامها؛ فأصغرها حجماً في بعض البكتريا يبلغ نحو 600 ألف من القواعد، وقد بلغ حجم جينوم الإنسان نحو 3.16 ملياراً منها، وبلغ جينوم الفأر المخبري نحو 2.6 مليار. وباستثناء الكريات الدموية الحمراء فإن جميع خلايا الإنسان تمتلك جينوماً.

ـ يقدر متوسط حجم المورثة بنحو 3000 قاعدة، وتختلف أحجام المورثات كثيراً بعضها عن بعض، ويبلغ حجم أكبر مورثة معروفة نحو 2.4 مليون قاعدة.

ـ لا تُعرف وظائف نحو 50٪ من المورثات المكتشفة حتى اليوم.

ـ إن تتاليات القواعد هي ذاتها في نحو 99.9٪ من جميع الناس، وعلى هذا فإن الاختلافات بين إنسان وآخر لاتزيد على 0.1٪ منها.

ـ يُقدَّر أن المورثات تشغل نحو 2٪ فقط من الجينوم البشري، وهي التي تُرمِّز التعليمات الخاصة بتكوين البروتينات المختلفة، أما ماتبقى من مناطق الصبغيات فإنها لا تُرمِّز لتكوين البروتينات.

ـ هنالك تتابعات متكررة repeat sequences لاتُرمِّز لتكوين بروتينات، ويدعونها «دنا تافه» junk DNA. وهي تبلغ نحو 50٪ من الجينوم البشري، في حين لاتزيد في بعض الديدان على 7٪، وفي حشيشة الخردل على 11٪، وفي الذبابة على 3٪.

ـ يُعتقد بغياب وظائف مباشرة للتتابعات المتكررة، أنها تلقي الضوء على تركيب الصبغيات وديناميكيتها. وعلى مر الزمن فإن هذه التتابعات قد تُغيِّر الجينوم بوساطة إعادة ترتيبه، مما قد يؤدي إلى تكوين مورثات جديدة أو تحوير مورثات موجودة.

ـ تتكون المناطق الغنية بالمورثات من الصبغيات (يسميها بعضهم «مراكز المدينة» urban centers) أساساً من دنا غني بـ C وG. أما المناطق الفقيرة بالمورثات (صحارى deserts) فتتكون أساساً من دنا غني بـ A وT. ويمكن عادة مشاهدة مناطق الصبغيات الغنية بـ GC وAT بوساطة المجهر أشرطة فاتحة وغامقة.

ـ تلاحظ غالباً مناطق تمتد إلى نحو 30000 زوج من القواعد C وG، متكررة عدة مرات، مكوِّنة «جزراً» تعمل كحواجز بين المورثات والدنا «التافه»، ويعتقد أن هذه «الجزر» تساعد على تنظيم نشاط المورثات.

ـ إن مايزيد على 40٪ من بروتينات الإنسان تشابه أو تماثل بروتينات ذبابة الخل أو الدودة.

ـ يبدو أن المورثات تتمركز في مناطق عشوائية على امتداد الجينوم، تفصل بينها مناطق واسعة من دنا لايرمز لتكوين البروتين.

ـ يمتلك الصبغي رقم 1 (وهو الأكبر عند الإنسان) أكبر عدد من المورثات (2968 مورثة)، في حين لايمتلك الصبغي Y أكثر من 231 مورثة.

ـ تم تحديد مورثات وتتابعات معينة فيها مرتبطة بأمراض وتشوهات وراثية عدة، مثل سرطان الثدي وأمراض العضلات والصمم والعمى وغيرها، وكان من آخر ما تم نشره عن ذلك، ما أعلنه باحثون في كانون الثاني/يناير 2006 في مجلة Nature Genetics من أن تغيراً في مورثة واحدة يمكن أن يُعرِّض نحو 40٪ من الأوربيين الشماليين والأمريكيين السود الممتلكين لهذه الطفرة للإصابة بالنموذج 2 من داء السكري diabetes، وشوهدت طفرات مشابهة في أناس في أرجاء مختلفة من العالم. وقد سُميت هذه المورثة TCF7L2، وتوجد في الذراع q من الصبغي العاشر، ويتوقع العلماء الاستفادة من هذه المعلومات لتطوير وسائل سهلة للكشف عن احتمال تعرض الإنسان للإصابة بالمرض، وكذلك تطوير وسائل «إفرادية» ناجعة للوقاية منه، وأدوية جديدة لمعالجته.

تمكن الباحثون من تحديد نحو 3 ملايين موقع في جينوم الإنسان، توجد فيها اختلافات في قاعدة واحدة من الدنا، أُطلق عليها اسم تعدد أشكال أحادية النوويد single nucleotide polymorphisms (SNPs)، يبين الشكل (9) مثالاً لها. وقد يتمكنون في المستقبل من تطوير وسائل تحديد التتابعات المرتبطة بأمراض شائعة مثل أمراض القلب والأوعية الدموية والتهاب المفاصل arthritis والسرطانات.

ـ تبين أن عدد المورثات الإنسانية أقل بكثير مما كان يُعتقد سابقاً، ففي تشرين الأول/أكتوبر 2004، بلغ عدد المورثات المكتشفة 19599 مورثة، وحددت 2188 شدفة من الدنا يُعتقد أنها، قد تكون مورثات قادرة على ترميز بروتينات. وهذه الأعداد ماتزال قيد التدقيق والمراجعة. ويبن الجدول (1) بعض البيانات الخاصة بأعداد القواعد والمورثات في الجينوم على ضوء مكتشفات المشروع.

ـ يشير كثير من العلماء إلى أن مفتاح تعقيد جينوم الإنسان يكمن في كيفية استعمال أجزاء المورثات لبناء منتجات مختلفة، وليس في عدد المورثات. وهنالك أيضاً أسباب أخرى مرتبطة بآلاف التحويرات الكيمياوية التي تحدث للبروتينات ولتعليمات البرمجة الخاصة بالآليات التنظيمية التي تتحكم في هذه العمليات.

ـ أوضحت البيانات المنشورة في مجلة Nature عام 2003 أن التتابعات التي تم تحديدها قد شملت أكثر من 99٪ من مناطق الجينوم المحتوية على مورثات، وأن دقة تحديد قواعدها كانت 99.999٪، أي إن الخطأ لم يتجاوز قاعدة آزوتية واحدة من كل 100.000 زوج من القواعد.

ـ وفَّر المشروع معلومات جديدة بشأن مايدعى الشدف المتضاعفة segmental duplicates، وهي قطع كبيرة من الدنا متطابقة غالباً. ويعرف عدد من الأمراض الوراثية الإنسانية المرتبطة بطفرات في مناطق هذه الشدف، مثل تناذر ويليَمزWilliams syndrome  وغيره. وقد تبين أن هذه التضاعفات تؤلف نحو 5.3٪ من الجينوم البشري، مقابل نحو 3٪ من جينوم الفأر و1- 2٪ من جينوم الجرذ. ويختلف انتشار هذه المناطق كثيراً في صبغيات الإنسان، وأقصاها في الصبغي Y إذ تصل نسبتها إلى أكثر من 25٪ من طوله. ويتمركز بعض التضاعفات قرب السنترومير centromere والقسيم الانتهائي (التيلومير) telomere من الصبغيات، إذ تقوم، كما يرى بعضهم،  بتكوين مورثات ذات وظائف جديدة.

ـ استخدم باحثون نتائج مشروع الجينوم البشري لتعيين 33 مورثة حصل فيها حديثاً طفرة أو أكثر وتوصيفها، مما سبّب إيقاف عملها، أو «موتها». ودعيت «مورثات كاذبة» pseudogenes. وقد قورنت هذه المورثات بمثيلاتها في الشمبانزي فوجد أن 27 مورثة منها في هذا النوع كانت أيضاً غير عاملة، في حين كانت خمس مورثات منها غير نشيطة في الإنسان وناشطة عند الشمبانزي.    

ـ من جهة أخرى، تحسنت كثيراً دراسة العلاقات بين التتاليات المتجاورة، بحيث إن «الحرف» من الدنا يتوفر اليوم على قطعة ممتازة النوعية من الدنا، مؤلفة من نحو 38.5 مليون زوجٍ من القواعد المستمرة، في حين لم يكن هذا العدد يتجاوز 81500 زوجٍ من القواعد في النسخة الأولى (المسودة) من المشروع عام 2001. ويساعد الحصول على قطع من الدنا ذات تتابعات مستمرة من دون تغيير على تحسين فرص الحصول على المورثات وقطع الدنا المجاورة لها والتي يمكن أن تساهم في تنظيم عملها.

ـ تم نشر نتائج هذا المشروع المهم في شبكة الإنترنت، وكان هذا إنجازاً بالغ الأهمية، أتاح للعلماء في جميع أنحاء العالم الاطّلاع عليها والاستفادة العلمية منها ومحاولة تتبع عشرات الأمراض الوراثية في فترات زمنية قصيرة، في حين كان ذلك يحتاج إلى سنوات عدة باستخدام الوسائل التقليدية. ومع استمرار تدفق المعلومات حول المورثات المسؤولة عن أمراض مهمة مثل مرض باركنسون Parkinson s disease والسكري والسمنة الفائقة وأمراض القلب والسرطانات، فقد بدأ ذلك يوفر المعلومات اللازمة لتصنيع العلاجات المناسبة لها. فمثلاً: وفرت المكتشفات الوراثية عن مرض باركنسون للباحثين معلومات مهمة عن وظائف (فيزيولوجية) الدماغ، وزاد ذلك من أمل توفير لقاح فعّال لهذا المرض وغيره في المستقبل.

الآفاق المستقبلية

أدرج أحد منشورات مشروع الجينوم البشري بضع كلمات كان ذكرها ونستون تشرشل عام 1942، أي بعد ثلاث سنوات من بدء الحرب العالمية الثانية، على أنها يمكن أن تصف عصر هذا المشروع: «الآن ليست النهاية، وليست حتى بداية النهاية. بل لربما إنها نهاية البداية». وقد شبَّه بعضهم الخريطة الوراثية الأولى التي وضعها ستورتيفَنت برحلة الطيران الأولى للأخوين رايت Wright brothers في مدينة كيتي هوك Kitty Hawk الأمريكية، في حين شُبِّه مشروع الجينوم البشري ببرنامج أبوللو Apollo الذي أوصل الإنسان إلى القمر.

لقد كان اكتشاف تتابعات القواعد في الدنا الخطوة الأولى في تفهم كيف يمكن للبيانات المرمَّزة في الدنا أن تنفذ كل الأمور المرتبطة بتحديد صفاته المختلفة وفي تكوين بروتيناته الكثيرة ورقابة عمل وظائف جسمه. ويجري العمل الجاد في بلدان عدة في بحوث جينومية كثيرة، كما تُرسم خطط بحوث أخرى لتوسيع الاستفادة من الدراسات الجينومية وتطبيقاتها، ومن أهمها مايأتي:

ـ تضع مكتشفات مشروع الجينوم البشري وبياناته أسساً جيدة لمكتشفات جديدة مهمة في حقل العلاج الدوائي الجينومي[ر: علم الأدوية الجينومي]، وسيحقق ذلك انقلاباً كبيراً في مجالات التشخيص المرضي والمعالجة. ويتوقع في أثناء عقدين من الزمن أن يكون للإنسان بطاقة إلكترونية صغيرة تحتوي على بيانات جينومه، يُفيد منها طبيبه في معرفة الأمراض التي يمكن أن تصيبه، أو تشخيص مرض قد يعتريه، وتحديد علاج قد يحتاج إليه.

ـ  وستفيد البيانات في تحديد أفضل وسائل المعالجة الوراثية gene therapy. ويتوقع العلماء أن تُجرى المعالجة الوراثية في المستقبل القريب لتصحيح المورثات الشاذة ذاتها بحيث لا ينقل الفرد مورثات غير طبيعية إلى نسله.

ـ يُشبِّه بعضهم جينوم الإنسان بموقع أثري بالغ القدم، ويقولون: إن دراسات التتابعات فيه وفي جينومات أنواع أخرى ستوفر معلومات قيِّمة عن تاريخ الإنسان ونشوئه.

ـ توفر نتائج المشروع آمالاً كثيرة بشأن التوصل إلى اكتشاف أسرار الدماغ الإنساني وعمله، إلى جانب اكتشاف المورثات التي تؤثر في سلوكية الإنسان وشخصيته.

ـ ومع تزايد المعلومات الخاصة بصفات الإنسان والمورثات التي تسببها، سواء كانت صفات بسيطة أم معقدة، فإن احتمالات الوصول إلى إمكانات التحكم في مورثات النسل وصفاته قد تصير ميسورة. وبديهي أن هنالك كثيرين ممن يعترضون على هذا الأمر، لأسباب دينية وأخلاقية واجتماعية، والذي يعيد إلى الأذهان ذكريات قاسية لما جُرِّب في بعض البلدان في منتصف القرن العشرين، وعُرف باسم «تحسين النسل» eugenics.

ـ متابعة تحديد مواقع المورثات في الصبغيات ووظائفها والعناصر التي تنظمها ضمن الجينوم.

ـ تطوير تقنيات أفضل لدراسة المورثات والدنا على نطاق واسع وتطوير طرائق تخزين البيانات وتحسين كفاءتها.

ـ اكتشاف المخطط ثلاثي الأبعاد  3 dimensions للبروتينات وتحديد وظائفها في الصحة والمرض.

ـ تحديد كيفية التآثر (التفاعل) interaction بين الدنا والبروتينات، وبينها وبين البيئة وأدوارها في تكوين الوظائف الحية المختلفة.

ـ تنفيذ دراسات «إيقاف» لبعض المورثات knockout studies في الكائنات الحية وتحرّي ما ينجم عن ذلك من تغيرات يمكن أن تُلقي ضوءاً على وظائفها.

ـ مقارنة تتاليات القواعد في دنا أنواع حيوانية مختلفة، ومقارنتها بمثيلتها عند الإنسان، لتحديد المورثات المتماثلة والمختلفة فيما بينها. وقد صارت هذه الدراسات واحدة من الاستراتيجيات المهمة في تحديد مورثات الإنسان وتفسير وظائفها.

ومن المفيد الإشارة إلى أنه تم تحديد التتابعات في دنا الشمبانزي الذي يعد الحيوان الأقرب إلى الإنسان، وقد وُجدت فروق مهمة بين جينومينهما، بالرغم من تطابق نحو 96٪ من مورثاتهما. وتبيَّن افتقار الشمبانزي إلى 53 مورثة يمتلكها الإنسان، منها مايسبب مرض ألزهايمر والداء السكري.

ـ متابعة تحديد التباينات variations الجينومية بين البشر، وبين السلالات البشرية، وتعرّف أهميتها في تحديد الارتباط بين الوراثة والأمراض أو العاهات التي تصيب الناس. ويُؤمل أن توفر هذه التباينات في يوم من الأيام بيانات مفيدة حول التحري المبكر والتشخيص والمعالجة، ومدى تعرض الإنسان لمرض معين، والاستعداد الوراثي للإصابة بالأمراض ومدى استجابة المرضى لعلاجات معينة.

ـ ستكون الدراسات الوظيفية المنهجية الواسعة - الجينومية الوظيفية functional genomics - بالغة الأهمية في القرن الواحد والعشرين. 

ـ تقصِّي كيفية تفاعل المورثات والجينات معاً ومع البيئة لتكوين منظومات حية معقدة.

ـ تطوير البحوث الجينومية المكروبية لتكوين موارد جديدة للطاقة biofuels وتطوير تقنيات بيئية لمراقبة الملوثات pollutants وتحريها والتخلص منها.

ـ دراسة آثار التعرض للإشعاعات والكيمياويات والذيفانات المسببة للسرطان وأخطارها.

ـ دراسة هجرات الكائنات الحية التي حدثت عبر التاريخ وشؤون التطور في الإنسان والحيوان.

ـ التوسع في دراسات الانتساخ transcription متضمنة تحاليل متقدمة للرنا المرسال messenger RNA المنتسخ من الدنا لتحري متى تُظهر المورثات آثارها، وأين تفعل ذلك، وتحت أي شروط.

ـ الاستفادة من البحوث الجينومية في أمور الطب الشرعي [ر:البصمة الوراثية].

ـ تطوير تقنيات وراثية متقدمة لتكوين محاصيل نباتية مقاومة للآفات المختلفة والجفاف، وكذلك تطوير عروق حيوانية وداجنة ومائية متميزة بمقاومة الأمراض والطفيليات والإنتاج الوفير.

ـ تحسين نوعيات المنتجات الغذائية وغير الغذائية.

ـ إنتاج لقاحات يمكن إعطاؤها للإنسان ضمن غذائه.

الشؤون الأخلاقية والقانونية والاجتماعية لمشروع الجينوم البشري

منذ بداية هذا المشروع، اهتم المخططون بأمور ونتائج وانعكاسات عديدة يمكن أن تنجم عنه، ولاسيما فيما يتعلق بالأمور الدينية والأخلاقية والقانونية والاجتماعية. وخُصصت ميزانية جيدة لدراساتها من قبل فرق عمل تضم خبراء ذوي اختصاصات مناسبة، وتستمر هذه الدراسات مع استمرار العمل في الدراسات الجينومية.

أسامة عارف العوا

البصمة الوراثية ـ الجينات (المورثات -) ـ ذبابة الخل ـ صبغيات الجنس ـ علم الأدوية الجينومي ـ كريك (فرنسيس -) ـ مورغن (توماس -) ـ الهندسة الوراثية ـــ الوراثية (المعالجة -).

- NATHAN AASENG, Genetics: Unlocking the Secrets of Life (Oliver  Pr. Inc.1996).

- T. A. BROWN, DNA Sequencing : The Basics (Oxford University Press 2005).

- F. Scott Kieff, Perspectives on Properties of the Human Genome Project, Volume 50, Advances in Genetics (Academic Press 2003).

- MICHEAL A. PALLADINO, Understanding the Human Genome Project (Benjamin Cummings 2001).   

- J AMES TORIELLO, The Human Genome Project, Library of Future Medicine, (Rosen Publishing Group 2002).

- THOMAS WILKIE, Perilous Knowledge: The Human Genome Project and its Implications (University of California Press 1994).

التصنيف : الزراعة و البيطرة

النوع : صحة

المجلد: المجلد الثامن عشر

رقم الصفحة ضمن المجلد : 673

آخر أخبار الهيئة :

معجم المصطلحات

الأطلس الجغرافي

البحوث الأكثر قراءة

اصدارات الموسوعة العربية

أسماء الباحثين

هل تعلم ؟؟

• - هل تعلم أن الأبلق نوع من الفنون الهندسية التي ارتبطت بالعمارة الإسلامية في بلاد الشام ومصر خاصة، حيث يحرص المعمار على بناء مداميكه وخاصة في الواجهات

• - هل تعلم أن الإبل تستطيع البقاء على قيد الحياة حتى لو فقدت 40% من ماء جسمها ويعود ذلك لقدرتها على تغيير درجة حرارة جسمها تبعاً لتغير درجة حرارة الجو،

• - هل تعلم أن أبقراط كتب في الطب أربعة مؤلفات هي: الحكم، الأدلة، تنظيم التغذية، ورسالته في جروح الرأس. ويعود له الفضل بأنه حرر الطب من الدين والفلسفة.

• - هل تعلم أن المرجان إفراز حيواني يتكون في البحر ويتركب من مادة كربونات الكلسيوم، وهو أحمر أو شديد الحمرة وهو أجود أنواعه، ويمتاز بكبر الحجم ويسمى الش

• هل تعلم أن الأبسيد كلمة فرنسية اللفظ تم اعتمادها مصطلحاً أثرياً يستخدم في العمارة عموماً وفي العمارة الدينية الخاصة بالكنائس خصوصاً، وفي الإنكليزية أب

• - هل تعلم أن أبجر Abgar اسم معروف جيداً يعود إلى عدد من الملوك الذين حكموا مدينة إديسا (الرها) من أبجر الأول وحتى التاسع، وهم ينتسبون إلى أسرة أوسروين

• - هل تعلم أن الأبجدية الكنعانية تتألف من /22/ علامة كتابية sign تكتب منفصلة غير متصلة، وتعتمد المبدأ الأكوروفوني، حيث تقتصر القيمة الصوتية للعلامة الك

شراء النسخة الورقية