تم الانتهاء من رسم خريطة الجينوم البشري، وأصبح البشر متطابقين في 99.9 بالمائة من جيناتهم.

نشر العلماء اليوم أول تحليل مفصل للجينوم البشري

اكتمل فك رموز الجينوم: البشر متطابقون في 99.9% من المادة الوراثية

جميع التعليمات اللازمة لتكوين إنسان مكتوبة على عدد صغير للغاية من الجينات، ضعف العدد المطلوب لتكوين دودة أو ذبابة. وذلك بحسب أول تحليل تفصيلي للجينوم البشري الكامل، نشر أمس في صحيفة «واشنطن بوست». ويظهر المنشور أيضًا أن المئات من هذه الجينات تنشأ من البكتيريا التي اخترقت أجسام البشر القدماء منذ ملايين السنين، وتركت بقايا الحمض النووي الخاص بهم في المادة الوراثية البشرية.

ومع ذلك، فإن النتيجة الأكثر إثارة للإعجاب، وفقا للباحثين، هي مدى قلة الجينوم البشري - الذي يتكون من 23 زوجا من الكروموسومات التي تحتوي على الخطة الرئيسية لحياة الإنسان - المخصصة بشكل مباشر لخلق البشر، وكم من العناصر البيولوجية الأخرى يحدث النشاط، الذي لا علاقة له بالوظيفة البشرية، في مناطق مختلفة من الجينوم.

ووفقا للنتائج، فإن التعليمات الجينية لتكوين الإنسان موجودة في أقل من ثلاثة سنتيمترات من ملف الحمض النووي - وهو الجزيء الوراثي المصنوع على شكل حلزون مزدوج - والذي يبلغ طوله مترين. هذا الملف معبأ في كل خلية في الجسم تقريبًا. أما بقية الجينوم فهو مليء بالكيانات الحياتية الغريبة التي غزت واستقرت داخل الجينوم، بما في ذلك القطع المجهرية من الحمض النووي الغريب الذي يتغذى مثل الطفيليات على الحمض النووي البشري، وحتى القطع الأصغر التي تتغذى على هذه الطفيليات.

ورغم أن الباحثين عرفوا بوجود مثل هذه الكائنات في الجينوم البشري، إلا أنهم الآن فقط تمكنوا من فهم مدى شيوعها، وكيفية توزيعها بين الجينات، وكيف تطورت هذه المجتمعات المعقدة على مدى ملايين السنين داخل الخلايا البشرية. تظهر النتائج الجديدة أن الجينوم البشري هو أكثر بكثير من مجرد سلسلة من العلامات البيولوجية المكتوبة على ملف ملفوف من الحمض النووي. إنها بيئة بيئية نابضة بالحياة وديناميكية - عالم مليء بالمخلوقات الصغيرة.

ومن المتوقع اليوم أن يصف العلماء أحدث نتائج الأبحاث في مؤتمر صحفي سيعقد في واشنطن، وسيتم نقله عبر الإنترنت إلى بقية دول العالم.

واكتشف الباحثون، الذين قاموا بفلترة المادة الوراثية باستخدام محركات البحث المحوسبة، أكثر من 40 جينة تسبب أمراضا لم تكن معروفة حتى الآن. تسبب هذه الجينات أنواعًا مختلفة من الصرع والصمم وعمى الألوان وضمور العضلات. ومن المتوقع اكتشاف مئات الجينات الأخرى في السنوات المقبلة، وسيؤدي اكتشافها إلى تسريع تطوير أدوية جديدة واختبارات تشخيصية.

المناطق الأخرى من الجينوم هي في الواقع "برية" وراثية، حيث لا تصادف العين جينًا واحدًا مرتبطًا بالوظيفة البشرية. ومع ذلك، هناك حياة هناك. وكما هو الحال مع الجينات، فإن الكائنات التي تعيش في هذه المناطق من الجينوم البشري تتكون أيضًا من الحمض النووي. ولكنها لا تحتوي على رسائل مشفرة لإنتاج أي مادة مفيدة لجسم الإنسان.

معظم هذه الكيانات قادرة على البقاء والتكاثر داخل الجينوم البشري، لكنها تعتمد على الجينوم لدرجة أنها لا تستطيع تركه. الكيانات الأخرى هي في الواقع بقايا الجينات التي خلفتها فيروسات ما قبل التاريخ. وقد تم توريث هذه البقايا من جيل بشري إلى آخر، في حين أنها تتدهور تدريجياً.

والآن يقوم علماء الوراثة بتوسيع وتحليل البقايا الجينية، التي يوجد بعضها في هذه المادة الوراثية البشرية وما قبل الإنسان منذ أكثر من 500 مليون سنة. ومن خلال هذه الدراسات، يتعلم علماء الوراثة كيف أدت الابتكارات الجينية أثناء التطور إلى الاختراقات التي سمحت للفقاريات المبكرة بالتطور إلى البشر.

يشارك آلاف الباحثين في مشروع الجينوم الدولي. وفي الولايات المتحدة، ترأستها المعاهد الوطنية للصحة ووزارة الطاقة، بالتعاون مع شركة سيليرا جينوميكس الخاصة. وفي حفل احتفالي أقيم في البيت الأبيض في يونيو/حزيران 2000، أعلن رئيسا الفريقين - العام والخاص - أن كلاً منهما اكتشف، على حدة، ترتيب جميع "الحروف" الثلاثة مليارات تقريباً من الشيفرة الكيميائية الحيوية التي يشكل الجينوم.

يجيب البحث على أسئلة قديمة، بما في ذلك سبب كون حاسة الشم لدى الإنسان بدائية جدًا مقارنة بالثدييات الأخرى. اتضح أنه في العشرة ملايين سنة الماضية، فقدت الكائنات التي سبقت الإنسان أكثر من نصف آلاف الجينات المرتبطة بالرائحة التي كانت لدى أسلافهم، ربما للتركيز على الرؤية والحواس الأخرى.

ويثير البحث أيضًا أسئلة جديدة وصعبة: على سبيل المثال، كيف يمكن أن يكون البشر - على الرغم من كل عواطفهم ومخاوفهم وقدراتهم على خلق الفن والموسيقى والثقافة والحرب - على حالهم بفضل 30 ألف جينة فقط، فقط؟ خمسة أضعاف عدد الجينات في خميرة الخبز.

على الرغم من أن هذا يبدو متناقضًا، إلا أن تعقيد الجينوم يرتبط في الواقع بحقيقة أن البشر لديهم عدد قليل من الجينات. والتقدير البالغ 30 ألفاً، الذي نقل فيه الفريقان، هو تقدير تقريبي. ومن الصعب تحديد الجينات الفعلية في المادة التي يتكون منها الجينوم، وقد يزيد عددها بعدة آلاف مع استمرار البحث. لكن العدد النهائي سيكون أقل بكثير من التقديرات السابقة التي كانت تضم قبل عام واحد فقط نحو 80 ألف حديقة.

ويثير هذا التقييم سؤالاً حول كيف يمكن لـ 30 ألف "جملة" من التعليمات المشفرة أن تأمر بإنتاج مئات الآلاف من المكونات، التي تشكل معًا جسم الإنسان. الجواب الرئيسي بحسب العلماء هو أن ما يقرب من 30 ألف مادة (معظمها بروتينات)، والتي تنتجها 30 ألف جينة بشرية، يتم تقطيعها إلى قطع أصغر بعد تكوينها، ثم تقوم هذه القطع بتغيير أماكنها ويتم لصقها معًا في وصلات جديدة. .

وكما يمكن تجميع العديد من الجمل المختلفة من عدد محدود من الكلمات، فيمكن إنتاج عشرة بروتينات مختلفة أو أكثر من التعليمات داخل جين واحد معين. وفي المقابل، فإن الجينات المنفردة في الكائنات الحية البسيطة، مثل الذباب والديدان، تنتج عادة بروتينًا واحدًا.

لقد أظهرت مقارنة الجينوم البشري مع جينومات المخلوقات الأبسط للباحثين بتفاصيل غير مسبوقة كيف ساعدت بعض الابتكارات الجينية الفقاريات المبكرة على التطور. في إحدى الحالات، قامت بعض الجينات، التي يبدو أنها ساعدت الذباب والديدان في مكافحة البكتيريا الغازية، بتكرار نفسها وإعادة ترتيب نفسها داخل المادة الوراثية للفقاريات - التي كانت في خضم عملية تطورية، أدت في النهاية إلى إنشاء البشر. الأنواع البشرية - حتى أصبحت مجموعة من الجينات التي تشفر جهاز المناعة البشري.

ولكن على الرغم من الإبداع التطوري الذي أدى إلى ولادة الجنس البشري، فإن التنوع بين الإنسان والإنسان محدود بشكل مدهش. يتشابه البشر مع بعضهم البعض في حوالي 99.9% من مادتهم الوراثية. وهذا يدل على قصر الوقت الذي مضى منذ خلق الجنس البشري، وقلة الوقت المتاح له للتنويع.

أسئلة كثيرة لا تزال دون حل. أحد الأسباب هو سبب موت بعض الطفيليات الوراثية، بينما يزدهر البعض الآخر. يبدو أن ثقافات بأكملها قد ارتفعت وسقطت داخل الجينوم البشري، وتستمر في القيام بذلك. وقال روبرت ووترستون، مدير مركز الجينوم بجامعة واشنطن: "إنها وجهة نظر متواضعة". ووفقا له، فإن الشخص الذي يدرس الجينوم البشري يشعر أنه لم يعد مركز الاهتمام؛ ولم يعد الإنسان هو السبب والهدف لكل شيء.

أصل الطفرات عند الرجال

إحدى نتائج أبحاث الجينوم قد تغذي الحروب بين الجنسين: اكتشاف أن خلايا الحيوانات المنوية هي المصدر الأساسي للطفرات الجينية لدى البشر. ومن ثم، فإن الرجال هم المصدر الرئيسي للأخطاء الجينية في النسل، ولكنهم أيضًا مصدر رئيسي للابتكار التطوري.

الباحثون ليسوا متأكدين من سبب تحميل الخلايا المنوية للأخطاء الجينية. ومن الممكن أن عملية تكوين الخلايا المنوية تتضمن انقسامات عديدة للخلايا، بينما تتكون البويضة نتيجة انقسام واحد فقط. مع كل انقسام للخلية، تتاح للكروموسومات فرصة جديدة للكسر أو التحور.

كافح الباحثون لتحديد ما إذا كان ينبغي إلقاء اللوم على الرجال أو الثناء عليهم بسبب خلاياهم المنوية المتعددة الطفرات. عادة ما تسبب الطفرات أضرارًا، وفي أفضل الأحوال ليس لها أي تأثير. وعلى أية حال، فإن الذكور هم الذين يتسببون في أعمال شغب جزيئية واسعة النطاق. ومن ناحية أخرى، تعتمد الأنواع المختلفة على الطفرات لتتطور وتجدد نفسها، لذلك يمكن النظر إلى الذكور على أنهم المبدعون العظماء في الجنس البشري.

النقاط الرئيسية للدراسة

* جميع التعليمات اللازمة لخلق الإنسان مكتوبة على عدد محدود من الجينات

* أصل مئات الجينات في البكتيريا التي اخترقت أجسام الإنسان القديم

* تعليمات صنع الإنسان وجدت على بعد أقل من ثلاثة سنتيمترات من ملف DNA

* الجينوم مليء بالكيانات التي تسللت إليه، وفيها قطع من الحمض النووي الغريب

* تم اكتشاف أكثر من 40 جينا تسبب أمراضا مثل الصرع والصمم.
{ظهر في صحيفة هآرتس بتاريخ 12/2/2001}

تطوير الأدوية الوراثية

ومع الكشف عن تدميري "المخططات المعمارية" للتسلسل الجيني البشري، أُعطيت اليوم الإشارة لبدء سباق الباحثين وعلماء الكيمياء الحيوية والصيدلانيين لتطوير أدوية تعتمد عليها. هذه خريطة كاملة للجينوم البشري العالمي، نشرتها الهيئتان اللتان رسمتا قاعدة البيانات، والتي تم تعريفها على أنها "مجموعة التعليمات لإنشاء شخص كامل". وهذا بالطبع هو المشروع العالمي لرسم خرائط الجينوم البشري (HGP)، الذي يعمل تحت إشراف المعاهد الوطنية الأمريكية للصحة (NIH)، والشركة التجارية الأمريكية Celera Genomics (CRA).
وأعلن الكيانان عن الخريطة الكاملة (لكل شركة ونسختها) في مؤتمر صحفي عقد في واشنطن. وستنشر نتائج المشروع العالمي في مجلة "نيتشر" البريطانية، بينما ستنشر نتائج سيليرا في مجلة "ساينس" الأمريكية المنافسة.

ويعد نشر خريطة الجينوم الكاملة خطوة مكملة لإعلان يونيو 2000، عندما قدمت الهيئتان "مسودة" خريطة الجينوم البشري. والآن تم الانتهاء من أعمال جمع بيانات الشفرة الوراثية البشرية - 3 مليارات "حرف" تمثل تسلسلات القواعد الكيميائية، وتشفر المعلومات الأساسية لبناء جسم الإنسان ونشاطه. لم يتم إعطاء العدد الكامل للجينات التي يرسمها كل جسم بدقة، لكن من المعروف أن الجينوم البشري يحتوي فقط على حوالي 40-30 ألف جين (على عكس التقديرات السابقة التي تحدثت عن 100-60 ألف جين).

ويجب أن يشكل نشر البيانات أساسًا لأبحاث الأمراض وتطوير أدوية جديدة على أساس وراثي. بعد نشر خريطة الجينوم البشري الكاملة، لا تزال هناك حاجة إلى خطوات بحثية إضافية: تحديد دور كل جين وتأثيرات طفراته، وتحديد الاختلافات الصغيرة فيه (SNPs)، وكذلك تحديد عمليات البروتين.

المعلومات التي تم جمعها كجزء من المشروع العالمي متاحة للجمهور مجانًا، ويتم بثها كل 24 ساعة من خلال GenBank، قاعدة بيانات المشروع على الإنترنت. وتقوم شركة Celera، التي تخطط للاستفادة من النتائج، بتسويق المزيد من البيانات المعالجة، والتي تدعي أنها أكثر فائدة.

قدم العلماء اليوم (الاثنين 12/02/2001) معلما تاريخيا في مؤتمر صحفي عقد في واشنطن، حيث نشروا نتائج أول تحليل تفصيلي أجري على الجينوم البشري الكامل، الذي تم الانتهاء من رسم خرائطه العام الماضي. وينبغي أن تكون النتائج ثورة في فهم أصل الأمراض وعلاجها.

وقال الدكتور فرانسيس كولينز من المعهد الوطني لأبحاث الجينوم البشري في واشنطن، إن الدراسة غير عادية في اكتشافاتها والسرعة التي كشف بها العلماء على الأقل عن جزء من سر علم الوراثة. وقال "إن هذه الاكتشافات تسبق وقتها بنحو خمس سنوات عما كان متوقعا، وها نحن هنا".

وتظهر النتائج الجديدة أنه على الرغم من الإبداع التطوري الذي أدى إلى ولادة الجنس البشري، فإن التنوع بين البشر محدود للغاية. يتطابق البشر من جميع أنحاء العالم مع بعضهم البعض في حوالي 99.9% من مادتهم الوراثية. وهذا يدل على قصر الوقت الذي مضى منذ خلق الجنس البشري، وقلة الوقت المتاح له للتنويع.

علاوة على ذلك، فإن جميع التعليمات اللازمة لإنشاء إنسان مكتوبة على عدد صغير للغاية من الجينات - فقط ضعف عدد الجينات اللازمة لإنشاء دودة أو ذبابة.

كما تبين أن أصل المئات من هذه الجينات هو من البكتيريا التي اخترقت أجسام الإنسان القديم منذ ملايين السنين، وتركت بقايا الحمض النووي الخاص بها في المادة الوراثية البشرية.
وقال كولينز، مدير المعهد الوطني لأبحاث الجينوم البشري في بيثيسدا، وأحد كبار العلماء في مشروع الجينوم البشري الدولي: «لقد أطلقنا على الجينوم البشري اسم «كتاب الحياة»، لكنه في الحقيقة عبارة عن ثلاثة كتب». "هذا كتاب تاريخ، ولكنه أيضًا قائمة أجزاء تحتوي على تعليمات التشغيل والدليل الطبي الأكثر تفصيلاً على الإطلاق."

ووفقا للنتائج الجديدة، فإن التعليمات الجينية لتكوين الإنسان موجودة في أقل من ثلاثة سنتيمترات من ملف الحمض النووي - وهو الجزيء الوراثي المصنوع على شكل حلزون مزدوج - والذي يبلغ طوله مترين. هذا الملف معبأ في كل خلية في الجسم تقريبًا. أما بقية الجينوم البشري فهو مليء بالكيانات الحياتية الغريبة التي غزت واستقرت داخل الجينوم، بما في ذلك القطع المجهرية من الحمض النووي الغريب الذي يتغذى مثل الطفيليات على الحمض النووي البشري، وحتى القطع الأصغر التي تتغذى على هذه الطفيليات.

واكتشف باحثو الجينوم، الذين قاموا بفلترة المادة الوراثية البشرية باستخدام محركات البحث المحوسبة، أكثر من 40 جينا تسبب أمراضا لم تكن معروفة حتى الآن. تسبب هذه الجينات أنواعًا مختلفة من الصرع والصمم وعمى الألوان وضمور العضلات. ومن المتوقع اكتشاف مئات الجينات الأخرى في السنوات المقبلة، وسيؤدي اكتشافها إلى تسريع تطوير أدوية جديدة واختبارات تشخيصية.

يجيب البحث على بعض الأسئلة القديمة، بما في ذلك سبب كون حاسة الشم لدى الإنسان بدائية للغاية مقارنة بالثدييات الأخرى. اتضح أنه في العشرة ملايين سنة الماضية، فقدت الكائنات التي سبقت الإنسان أكثر من نصف آلاف الجينات المرتبطة بالرائحة التي كانت لدى أسلافهم، ربما للتركيز على الرؤية والحواس الأخرى.