يعد فك التشفير الكامل الآن لجينوم الدودة الخيطية تمرينًا مثاليًا للمعركة الكبرى حول الجينوم البشري
لا يتصدر مشروع الجينوم عنوانًا رئيسيًا في الصفحة الأولى من صحيفة هآرتس كل يوم. حدث ذلك يوم الجمعة الماضي، بفضل إنجاز لا يفهم معناه بسهولة حتى من يثق بالجينوم البشري وعواقبه. لماذا انزعجت وكالات الأنباء من إعلان «رسم خريطة لجميع جينات الدودة المستديرة»؟ لماذا كان ذلك مبررا لإصدار عدد خاص من مجلة "العلم"، الصحيفة العلمية المرموقة في العالم؟
يهدف مشروع الجينوم إلى فك الشفرة الوراثية للكائنات الحية. ويبشر المشروع، الذي تستثمر فيه المليارات في جميع أنحاء العالم، بثورة غير مسبوقة في الطب والزراعة والتكنولوجيا الحيوية. أحد أهدافه المهمة هو فك رموز "حروف" الحمض النووي الثلاثة مليارات التي تشكل الجينوم البشري. وهي تصف بلغة كيميائية كل تفاصيل جسمنا، من عدد أصابع اليد إلى لون الشعر، والميل إلى الإصابة بمرض السكري إلى ثنايا الدماغ. ولكن هل يمكننا أن نتعلم شيئًا ونصف عن كل هذه الأمور من خلال الدراسات التي تتناول دودة صغيرة؟
الدودة الخيطية (Cynorbeditis elegans، وهو اسم يعني الدودة الجديدة الأنيقة) هي واحدة من أبسط المخلوقات التي تعيش على الأرض اليوم وأكثرها أدنى مرتبة. C. elegans، كما يُطلق عليها باختصار، تعيش وتتكاثر على أكمل وجه في التربة الرطبة من حولنا وتفترس البكتيريا المتوافرة هناك. الديدان الخيطية صغيرة جدًا لدرجة أنه عند النقطة في نهاية هذه الجملة، يمكن لخمسة من حجمها أن تتلوى بسهولة. يُحسب لها أنها كانت تاج الخليقة منذ حوالي 600 مليون سنة. في مليارات السنين التي سبقت ذلك، كانت جميع الكائنات على الأرض أحادية الخلية. في لحظة معينة، وهي اللحظة الأكثر أهمية في المسار الذي أدى في النهاية إلى تطور الإنسان، بدأت الخلايا الفردية في تكوين مستعمرات، ثم شكلت أجسامًا منظمة متعددة الخلايا مثل الديدان الخيطية.
ويمكن تشبيه هذه اللحظة الرائعة في تطور الحياة بتذوق شجرة المعرفة.
وكانت الديدان الخيطية من أوائل المخلوقات التي طورت الجهاز العصبي، مما أدى في النهاية إلى ظهور الوعي. في المقابل، تخلت المخلوقات متعددة الخلايا الأولى عن الحياة الأبدية: ظهر التكاثر الجنسي بمساعدة الحيوانات المنوية والبويضات، ومعها - الموت الحتمي للأب والأم. تمثل الديدان الخيطية مرحلة مبكرة في هذه العملية وهي خنثى - ذكر وأنثى في جسد واحد. وإذا كانت الديدان الخيطية مجرد نموذج جميل لفهم بنية الحياة وتطورها المبكر، كما ذكر العالم البريطاني سيدني برينر لأول مرة، فمن الصعب الافتراض أنه كان من الممكن استثمار عشرات الملايين من الدولارات في فك نصها الجيني. وكان أحد الأسباب وراء هذا الاستثمار الضخم هو الاعتراف بأن فك رموز جينوم الديدان الخيطية من شأنه أن يشكل "تمريناً أولياً" مثالياً للمعركة الكبرى حول الجينوم البشري. على الرغم من أن الإنسان أثقل من الدودة بمليار مرة، إلا أن جينوم الديدان الخيطية أصغر بثلاثين مرة فقط من جينوم الإنسان. وبعبارة أخرى، فإن كثافة المعلومات بوحدات البت لكل جرام من الوزن أكبر بمليون مرة في الديدان الخيطية الصغيرة مقارنة بتاج الخلق الحالي.
وفي الواقع، فإن الديدان الخيطية أقرب إلى الإنسان مما قد يتخيله المرء بمجرد مقارنة أطوال نصوصها الجينية. في الديدان الخيطية، تكون المعلومات أكثر تركيزًا ويحتوي الجينوم على عدد أقل من التسلسلات "التي لا معنى لها". لذلك، إذا أحصينا الجينات (أجزاء المعلومات التي تشفر وحدات بنية البروتين وعمله) فسنرى أن الجينوم البشري يحتوي في الواقع على معلومات مفيدة أكثر بأربعة إلى خمسة أضعاف فقط. علاوة على ذلك، هناك تطابق مدهش في أنواع الجينات لدى الديدان الخيطية والبشر؛ يتم تلخيص الاختلافات في التغييرات التسلسلية التي لا تغير الوظيفة إلى حد كبير. وينعكس التشابه أيضًا في حقيقة أن الدودة لها بنية جسمية أساسية تشبه تلك الموجودة في الكائنات العليا. فخلاياها الألف، التي لا يمكن تمييز كل منها تقريبًا عن تريليونات الخلايا الموجودة في جسم الإنسان، تقوم ببناء الجهاز العصبي والحواس والعضلات والأعضاء الهضمية والأعضاء الجنسية. من المفترض أن كل جين بشري تقريبًا لديه جين مقابل في الديدان الخيطية، وأنه يُسمح للبشر بالحصول على عدة إصدارات من أنواع كثيرة من الجينات تحت تصرفهم، مما سمح بمرونة كبيرة أثناء التطور وإنشاء هياكل معقدة مثل الإنسان. العين أو الدماغ.
استغرق فك تشفير جينوم الديدان الخيطية حوالي عشر سنوات. في بداية المشروع، كان هناك من يمزحون حول العلماء الذين يترأسونه - جون سيلستون من معهد زنجر في إنجلترا، وروبرت ووترستون من جامعة واشنطن في سانت لويس في الولايات المتحدة - الذين اختاروا تكريس كل جهودهم من أجل مشروع جديد. دودة صغيرة. لكن البسمة مُحيت من وجوه المستهزئين خلال العقد. ومع تقدم المشروع، تم فحص النتائج الجزئية التي تم الحصول عليها بالتفصيل وتم توضيح التشابه المذهل بين الجينات الخيطية والجينات البشرية. تم اكتشاف العديد من جينات الديدان الخيطية المماثلة
يشبه إلى حد كبير أولئك الذين تسبب عيوبهم أمراضًا للإنسان مثل السرطان أو الزهايمر. كما تم اكتشاف الجينات المسؤولة عن شيخوخة الدودة وسلوكها الاجتماعي، ويمكن العثور على نظيراتها أيضًا في البشر. وفي كثير من الحالات، أتاحت دراسة الطفرات الجينية في الديدان الخيطية تسليط الضوء على وظائف غير معروفة للجينات لدى البشر. وهكذا أصبح من الواضح بما لا يدع مجالاً للشك أن كل دولار يُستثمر في الحروف الجينية للدودة يولد أرباحًا كبيرة في صناعات التكنولوجيا الحيوية والطبية الحيوية ويساهم في صحة الإنسان ورفاهه.
وفي ضوء كل هذا يمكن للمرء أن يفهم الأهمية الهائلة لهذا الإنجاز العلمي. وينبغي التأكيد على أن هذا ليس "رسم خرائط" للجينات الـ 19 ألف الموجودة في الديدان الخيطية؛ تم الانتهاء من هذه المهمة في الغالب منذ سنوات مضت، ويمكن مقارنتها بترقيم صفحات الموسوعة. الإنجاز الكبير هو قراءة تسلسل (أو "تسلسل") النص الجيني الكامل - ما يقرب من مائة مليون حرف أو قواعد الحمض النووي. جميع المعلومات متاحة للجمهور، ويمكن الحصول عليها وتحليلها عبر الإنترنت. وهذه هي المرة الأولى التي يتم فيها القيام بذلك في كائن متعدد الخلايا
أي. إن أكبر جينوم تم تسلسله حتى الآن (منذ حوالي عامين) هو جينوم الخميرة وحيدة الخلية، ويحتوي على 13 مليون حرف فقط. ومن المتوقع أنه باستخدام أساليب مماثلة، سيتم الانتهاء من تسلسل الجينوم البشري، الذي يحتوي على ثلاثة مليارات حرف وحوالي 80 ألف جين، في غضون ثلاث إلى أربع سنوات.
استنادًا إلى جينوم الديدان الخيطية، سيكون من الممكن لأول مرة الحصول على صورة دقيقة لمخطط التدفق المعقد بشكل لا نهائي لحيوان متعدد الخلايا وللطريقة التي تتطور بها خلية واحدة (أيضًا عند البشر) إلى جنين وشخص بالغ. كون. وسوف يتطلب هذا سنوات عديدة أخرى من البحث، مع استخدام أفضل الإبداعات في علم الوراثة الجزيئية والمعلوماتية الحيوية (وهو الموضوع الذي يجمع بين علم الأحياء والحوسبة). سيكون من الممكن أيضًا فهم مكان الإنسان في "شجرة الحياة" - الرسم البياني الذي يصف التطور من البكتيريا الأولى إلى الوقت الحاضر. صحيح أننا مثقفون ندرس النيماتودا ونستمتع بثمارها، لكن فك شفرة جينوم النيماتودا يأمرنا أيضًا بالتواضع أمام أشكال الحياة الأخرى، حتى لو كانت بحجم رأس الدبوس - يتجسد فيها عالم كامل .
