لماذا ضرب الانتهاء من تسلسل الحمض النووي لبكتيريا السل على وتر حساس، وما هي الضجة التي تدور حولها عالم الجينوم؟
ملحوظة 27/2/2021: من النجاحات العلمية لمكافحة وباء كورونا فك رموز التسلسل الجينومي للفيروس وحتى مقارنته بالفيروسات المماثلة في الحيوانات. متناسين أن هذه القدرة جديدة. في التسعينيات، استغرق الأمر عدة أشهر لفك رموز الجينوم حتى لمخلوق بسيط مثل الفيروس، ناهيك عن البكتيريا الأكثر تعقيدًا. استغرق فك رموز الجينوم البشري عشر سنوات - لشخص واحد (كريج فينتر). اليوم، مقابل مائة دولار، يمكنك الحصول على ملف تعريف جينومي يصف الأمراض الوراثية التي يحملها الشخص، بالإضافة إلى أصلها.
لقد هزم العلم كورونا بمساعدة التقنيات المتطورة في ذلك الوقت. والذين فشلوا بالمناسبة هم السياسيون.
تم نشر المقال بتاريخ 19 يونيو 1997 بإذن المؤلف:
علم هذا الأسبوع أن العلماء في مركز سانجر في إنجلترا ومعهد باستور في فرنسا أكملوا القراءة البيوكيميائية لتسلسل الحمض النووي الكامل لبكتيريا السل. في حد ذاته، لم يعد "تسلسل" جينوم البكتيريا خبرًا مثيرًا في عالم العلوم. لأنه في السنوات الثلاث الماضية، تم بالفعل فك رموز حوالي اثنتي عشرة موسوعة وراثية لمختلف البكتيريا. العناوين الرئيسية التي تلقاها الحدث كانت لثلاثة أسباب. أولاً، ينتمي الجينوم المتسلسل إلى بكتيريا مشهورة. هذه هي بكتيريا السل المعروفة باسمها اللاتيني MICOBACTERIUM TUBERCULOSIS وتعتبر السبب الرئيسي للوفاة خاصة في العالم الثالث. ثانيًا، جينوم هذه البكتيريا كبير نسبيًا، حيث يحتوي على 4.4 مليون قاعدة حمض نووي - وهو ثاني أطول الجينومات البكتيرية التي تم تسلسلها حتى الآن. وثالثًا، حدث النشر في نهاية سباق رائع: هُزمت مجموعة بحثية أخرى، وهي مجموعة رائد التسلسل البكتيري، كريج فنتر من الولايات المتحدة، بالقرب من خط النهاية.
يُعرف فينتر بأنه مثير للمشاكل في عالم الجينوم. أسس بشكل مستقل مؤسسة أبحاث خاصة في واشنطن، TIGR، عند بوابتها تمثال نمر يرمز إلى الروح القتالية. قبل بضع سنوات، أطلق فنتر، خلافاً لنصيحة كل خبراء الجينوم في العالم، مشروعاً للتسلسل السريع والمستهدف لتلك النسب القليلة من الجينوم البشري التي تشفر البروتينات نفسها. ويقال ضده أنه يطمع في زينة الكعكة وأن هذا ينتهك روح مشروع الجينوم، لأنه يجب أن يشمل أيضًا الأقسام الوسيطة، الأرض المجهولة لعلم الأحياء.
قبل نحو شهر، أطلق فينتر قنبلة جديدة: إذ أعلن عن إنشاء شركة ستقوم بتسلسل الجينوم البشري بأكمله في ثلاث سنوات بدلاً من سبع، وبعُشر السعر. كان عالم الجينوم بمثابة اختراع: هل كان من الممكن لشخص واحد أن يهزم حوالي عشرين مركزًا للجينوم في العالم؟ لم تهدأ العاصفة بعد، ولكن يبدو أنه سيتم التوصل أخيراً إلى حل وسط بين أساليب فينتر والطرق المقبولة، وأن ذلك سيكون في مصلحة الجميع. وفي عام 1995، كان فينتر أيضًا أول من تجرأ، خلافًا لرأي الكثيرين، على مهاجمة "ضربة واحدة" جينومًا كاملاً للبكتيريا. كان التحدي الرئيسي هو الحوسبة وقد واجهته TIGR بنجاح. اتضح أن فنتر كان على حق في تصرفاته حتى الآن، واليوم يسير الكثيرون على خطاه، بما في ذلك جهود التوسع الضخمة في شركات التكنولوجيا الحيوية التي تقع أبحاث الجينوم على رأس جدول أعمالها التجاري. وبوسعنا أن نؤكد بكل ثقة أن شجاعة فنتر قبل ثلاث سنوات أدت بشكل مباشر إلى النجاح الحالي في مسألة مرض السل أيضاً.
البكتيريا هي أبسط الكائنات الحية التي تتمتع بالقدرة على العيش بشكل مستقل. وهذا على النقيض من الفيروسات، التي ليس لها حياة خاصة بها، وكل نشاطها يعتمد على الخلية المضيفة التي تعيش فيها. تعمل البكتيريا ككائن حي لكل شيء: تجمع وتحلل آلاف المواد، وتبني نفسها، وتتواصل مع بيئتها وتنتج ذرية بالانقسام. وسوف يتجلى صغر حجم البكتيريا إذا قيل أنه عند النقطة في نهاية هذه الجملة يمكن جمع "عرض" لحوالي مائة ألف منها. ويحتوي جينوم البكتيريا، وهو البرنامج الجيني الذي يمكّنها من بنائها ووظائفها، على عدة ملايين من الحروف الكيميائية. وهذا الكم من المعلومات يعادل النص الكامل لصحيفة "هآرتس" لمدة أسبوع كامل! لو كانت لدينا طريقة التصغير الرائعة هذه تحت تصرفنا اليوم، لكان بإمكاننا إنتاج قرص مضغوط للمعلومات يحتوي على حوالي مائة مليون غيغابايت، مقارنة ببضعة غيغابايت في التقنيات الحالية.
لماذا تحتاج البكتيريا، وهي خلية واحدة صغيرة، إلى الكثير من المعلومات؟ ما هو الشمال في جينوم البكتيريا؟ أسئلة كهذه هي القوة الدافعة وراء عمل مئات العلماء ليلًا ونهارًا، لإتقان الروبوتات والحوسبة الفائقة والتساؤل عن معنى تسلسل الحمض النووي الناتج. إنهم يدرسون التركيبة الشاملة لآلاف الجينات في شبكة كيميائية منطقية، كل مكون شمالي منها عبارة عن "آلة" بروتينية معقدة. إن تنسيق كل هذه العناصر داخل البكتيريا أكثر تعقيدًا بكثير من آليات الطائرات المقاتلة المتقدمة. إذا فهمنا هذا الأمر فهمًا كاملًا، ولو بطريقة بسيطة، فربما نعرف سر الحياة. لا ينبغي لنا أن نتوقع أن يحدث هذا فور الانتهاء من فك تشفير التسلسل: فمن المتوقع عقود عديدة من العمل التجريبي والنظري المكثف. لكن قراءة نص الحمض النووي شرط أساسي لبدء رحلة الاكتشاف الرائعة. وماذا عن علاج مرض السل والأمراض البكتيرية الأخرى؟ يحتوي جينوم البكتيريا المعينة على معلومات أساسية حول الخصائص الخاصة للكائن الحي الغازي. تستطيع بكتيريا السل الدفاع عن نفسها لسنوات عديدة ضد آلية الهجوم المناعي المتطورة التي طورتها كائنات متفوقة في حربها ضد الغزاة الأجانب. تقوم البكتيريا "بخداع" جهاز المناعة لدينا باستخدام أساليب مشابهة إلى حد ما لتلك التي يستخدمها فيروس الإيدز. وفي الدراسة الجديدة، تم اكتشاف أدلة على أن مئات البروتينات الشمالية في جينوم البكتيريا تشارك في الدفاع الذي طورته، وسيمكن فهمها من إتقان هجومنا المضاد باستخدام أساليب كيميائية حيوية غير تقليدية، بما في ذلك مكونات اللقاح الجديدة. علاوة على ذلك: فحتى أدوية المضادات الحيوية من الأنواع المعروفة لدينا تستهدف أهدافًا بروتينية محددة في البكتيريا، والمعرفة التي تم الحصول عليها ستمكننا من إيجاد وصفات جديدة، لا تملك البكتيريا أي مقاومة ضدها.
ويحتوي الجينوم البشري على نحو ثلاثة مليارات قاعدة، أي أنه أكبر بنحو ألف مرة من حجم البكتيريا. ومع بداية الألفية القادمة، ومع اكتمال المرحلة الأولى من مشروع الجينوم البشري، سيوضع أمامنا نص الحمض النووي البشري، وهو ما يعادل نحو عشرين عاماً من أعداد الصحف اليومية. وسيتم تحقيق هذا الهدف من خلال التعاون الدولي وأيضا من خلال المنافسة المثمرة بين الأطراف المعنية، بما في ذلك تلك التي تكافح الآن لفك رموز بكتيريا السل. إذا كان الفهم الكامل للبكتيريا يستغرق عقودًا، فإن كشف أسرار الإنسان قد يستغرق مئات السنين. نفس التقنيات، ونفس المهارات الوراثية والكيميائية الحيوية وعلوم الكمبيوتر، التي ستساعدنا في فهم البكتيريا، ستخدمنا بأمانة أيضًا في الرحلة المستقبلية الطويلة لفهم أنفسنا.
