وبعد ثمانية أشهر من نشر المسودة، يتم اليوم تقديم خريطة الجينوم الكاملة - وهو إنجاز عظيم ولكن القصة لم تنته بعد. لقد انتهى فصل علم الجينوم تقريبًا، لكن فصل البروتينات - فهم تركيب البروتينات وتأثيرها - بدأ في الكتابة. فوائده الطبية هائلة لكن العلماء يحذرون من "التسمم الوراثي"
قبل ثمانية أشهر، اتصل بيل كلينتون وتوني بلير ببعضهما البعض عبر الأقمار الصناعية للإعلان عن واحد من أعظم الإنجازات العلمية في كل العصور: فك رموز الجينوم البشري أو "كتاب الحياة". لكن حيلة العلاقات العامة هذه لا تدعمها بيانات بحثية أو استنتاجات علمية. يحصل العلماء هذا الأسبوع على فرصتهم الأولى لإلقاء نظرة خاطفة على الأدلة، مع النشر الرسمي للجينوم البشري في مجلتي "Nature" و"Science".
وقد سبق للهيئتين اللتين تنافستا في فك رموز الجينوم - مشروع الجينوم البشري وشركة سيليرا الأمريكية للتكنولوجيا الحيوية - أن نشرتا عشرات المقالات العلمية. يتعلق استنتاجهم الأكثر إثارة للاهتمام بالعدد المحدود للغاية من الجينات التي يحتوي عليها الجينوم - حوالي 30 ألفًا. وهذا هو نفس عدد الفأر تقريبًا وضعف عدد الذبابة أو الدودة فقط. وتوقع معظم العلماء العثور على 100 ألف جين، وقدر البعض أن يصل عدد الجينات إلى 140 ألفاً.
من المؤكد أن انخفاض عدد الجينات سيخيب آمال أولئك الذين يعتقدون أن العدد الأكبر يشير إلى تحسن الجودة. ويقول إريك لاندر، من معهد وايتهيد لأبحاث الجينوم في الولايات المتحدة: "يُنظر إلى هذا على أنه نوع من انتهاك الكرامة الإنسانية".
ولكن يمكنك أن تنظر إلى الأمر بطريقة أخرى: إذا كان عدد الجينات اللازمة لتحديد "مواصفات" شخص ما مماثلاً لعدد الحيوانات الأخرى، فإن علم الأحياء البشري يصل إلى مستويات لا تصدق من الثراء والتعقيد.
سيتعين على علماء الأحياء التوقف عن التفكير في الجينات الفردية، التي تعطي تعليمات لتكوين البروتينات الفردية (البروتينات هي جزيئات مثل الهرمونات والإنزيمات التي تتحكم في العمليات البيولوجية). وبدلاً من ذلك، يجب أن يُنظر إلى حمضنا النووي بأكمله - الجينوم - على أنه نظام معقد للغاية.
وكما يقول كريج فينتر، رئيس شركة سيليرا: "لا توجد جينات "سيئة" أو "جيدة"، هناك فقط شبكات موجودة على مستويات مختلفة في طرق اتصال مختلفة، وفي حالات مختلفة من الحساسية للتأثيرات الخارجية. إن فكرة أن جينًا واحدًا يساوي مرضًا واحدًا، أو أن جينًا واحدًا ينتج بروتينًا مهمًا، تم طرحها من النافذة".
لا أحد يعرف عدد البروتينات الموجودة. سيتم الكشف عن الإجابة في السنوات القادمة من خلال مجال علم البروتينات المتطور - خليفة مجال علم الجينوم. لكن فينتر يقدر أن هناك حوالي 250 ألف بروتين في جسمنا - حوالي 10 لكل جين - للقيام بالعمل اللازم لحسن سير عمل الجسم.
ويقول جون سولستون، من مركز سانجر بالقرب من كامبريدج، حيث تم فك رموز ثلث الجينوم البشري، إن النتائج تثبت أننا نحقق التعقيد البشري، ليس عن طريق إضافة تعليمات إضافية لإنتاج البروتين، ولكن "من خلال زيادة تنوع واختيار الجينات". التي تتحكم في جينات أخرى." يمكن استدعاء العديد من الجينات البشرية بطرق مختلفة، ويمكن تعديل العديد من البروتينات بواسطة بروتينات أخرى دون تدخل الجينات.
يقول: "يتم إنشاء صورة معقدة للتحكم في الجينات والبروتينات، عندما يتم تشغيل وإيقاف الجينات بدقة غير عادية - أثناء تطور الإنسان من بويضة مخصبة إلى شخص بالغ، وللحفاظ على أجسامنا بشكل يومي". ريتشارد غالاغر، ناشر مجلة Nature.
وقال بعض الخبراء في وقت سابق من هذا الأسبوع إن العدد المنخفض المثير للدهشة من الجينات سيكون مفيدًا للطب، لأنه سيكون هناك عدد أقل من الجينات التي يجب فهمها. لكن المنطق المعاكس قد يكون صحيحا: فالتفاعلات المعقدة بين الجينات قد تجعل من الصعب علاج الأمراض عن طريق علاج جين واحد أو اثنين، على سبيل المثال، بالعلاج الجيني. قد تفسر هذه الحقيقة سبب كون العلاج الجيني مخيبا للآمال في التجارب السريرية على مدى العقد الماضي. إن المجال الناشئ لتقنيات الخلايا الجذعية - استبدال الخلايا الفاشلة بخلايا جديدة تتمتع بمزيد من "قوة الحياة" - قد يؤدي إلى نتائج أفضل، لأن المريض يتلقى النظام الجيني بأكمله في وقت واحد.
الجينومات التي سيتم نشرها هذا الأسبوع هي تسلسلات، تتكون من الحمل الجيني لخمسة متطوعين في حالة سيليرا، والحمولة الجينية لعشرات المتطوعين في حالة المشروع العام. يتم تمثيل جميع المجموعات العرقية الرئيسية. تظهر النتائج أن الحمض النووي لشخصين لا تربطهما صلة قرابة متطابق بنسبة 99.9% - في المتوسط، يختلف حوالي ثلاثة ملايين من الثلاثة مليارات "حرف" التي تشكل الشفرة الوراثية من شخص لآخر.
لكن الاختلافات البيولوجية أصغر مما يوحي به هذا الرقم، وفقًا لفنتر. ويتوقع أن معظم الاختلافات بين الرموز الجينية للأفراد المختلفين ليس لها أي تأثير، "وفقط حوالي 10,000 اختلاف وراثي (بين الأفراد الذين ليس لديهم علاقة عائلية) سيكون لها أهمية بيولوجية".
إن اكتشاف الاختلافات البيولوجية التي لها تأثير هو أحد المهام المهمة المتبقية لمشروع الجينوم البشري. سيكون هذا بمثابة أساس، على سبيل المثال، لعلم الصيدلة الجيني - لفهم سبب استجابة بعض الأشخاص المصابين بمرض معين بشكل أفضل من غيرهم لعلاج دوائي معين.
"إذا تمكنت من تحديد المرضى الذين قد يؤدي علاجهم إلى تفاعل سام، مقارنة بأولئك الذين قد يكون الدواء مفيدًا لهم، فسيكون هناك كنز محتمل من الأدوية التي تم اكتشافها أو تطويرها جزئيًا ولا يمكن استخدامها يقول مايك ديكستر، مدير مؤسسة ويلكوم ترست، وهي مؤسسة خيرية بريطانية، والتي ساهمت بمبلغ 210 ملايين جنيه إسترليني في المشروع العام: "حتى الآن". "المعلومات التي نجمعها الآن ستمنحنا القدرة على إجراء اختبارات تشخيصية، مما سيسمح لنا باستخدام الأدوية الموجودة بطريقة أفضل، وستمنحنا القدرة على تطوير أدوية جديدة."
هناك طريقة أخرى مهمة للبحث وهي مقارنة الجينوم البشري بالتفصيل مع جينات الحيوانات الأخرى. وستساعد الاختلافات في الكشف عن وظائف الجينات، التي لا يزال معظمها غير معروف. ويجري حاليا فك رموز جينوم الحمض النووي من قبل شركة سيليرا واتحاد من القطاعين العام والخاص، ويعتقد فنتر "أننا نعلم بالفعل أن هناك 300 جينة بشرية فقط ليس لها نظير في جينوم الفأر".
وفي الوقت نفسه، يقوم علماء الكمبيوتر بتطوير أساليب لتقليل تكلفة فك تشفير الحمض النووي بحيث يمكن فك تشفير جينومات الأفراد بشكل منتظم. إذا استمرت تقنيات التصغير والأتمتة في خفض تكاليف فك التشفير بمعامل 10 كل عقد، يعتقد غالاغر أنه بحلول عام 2020 سيكون من الممكن فك تشفير الجينومات الفردية مقابل بضعة آلاف من الجنيهات الاسترلينية لكل منها.
يشير جورج تشيرش، مدير مركز ليبر لعلم الوراثة الحاسوبية بجامعة هارفارد، إلى أن المعلومات الموجودة في جينوم واحد يمكن وضعها على قرص DVD قياسي. وهو واثق من أنه سيتم قريبًا تطوير تقنيات غير مكلفة إلى حد ما لقراءة هذه المعلومات.
وينبه الباحثون إلى ضرورة استخدام هذه المعلومات بحكمة، حيث تتأثر الصحة والسلوك والخصائص الأخرى بعوامل كثيرة. وكما استنتج علماء سيليرا في مجلة "العلم": "هناك ادعاءان كاذبان ينبغي تجنبهما: الحتمية - فكرة أن كل سمة من سمات الشخص ترتبط ارتباطًا مباشرًا بالجينوم؛ والاختزالية - والتي بموجبها، بعد أن أصبحت الشفرة الوراثية البشرية معروفة بالكامل، فهي مسألة وقت فقط قبل أن يزودنا فهمنا لوظائف الجينات والتفاعلات بينها بوصف سببي شامل للتنوع البشري.
بواسطة تمارا تروبمان
جنيف. تلقت الإنسانية اليوم "كتاب حياة" الإنسان. وهذا الكتاب - الذي يتكون من سلسلة من وحدات الحمض النووي التي تشكل الجينوم البشري - كان حتى سنوات قليلة مضت يعتبر بلدا غير معروف.
واليوم، تم العثور على 3.2 مليار وحدة من الحمض النووي - باستثناء بعض المناطق التي تحتوي بشكل أساسي على تسلسلات الحمض النووي التي لا تستطيع الآلات الحالية فك شفرتها - على شبكة الإنترنت، في قاعدة بيانات تسمى "بنك الجينات".
قال عالم الأحياء البروفيسور ديفيد بالتيمور: «في الأربعين سنة الماضية، شهدت العديد من الاكتشافات المثيرة في علم الأحياء. لكنني مازلت أشعر بالقشعريرة عندما قرأت التقارير التي تصف الجينوم الخاص بنا لأول مرة".
تم فك تسلسل الجينوم البشري من قبل جثتين: اتحاد عام من المؤسسات الأكاديمية، والشركة الأمريكية سيليرا.
وأدت التصريحات الاستفزازية لرئيس شركة سيليرا الدكتور كريج فينتر إلى خلق منافسة شديدة بين الكيانين، تجاوزت في بعض الأحيان حدود المنافسة الصحية. عاد الدكتور فنتر وأعلن ذلك يوم
وباستخدام الطريقة التي طورها، سينجح في فك رموز الجينوم أمام الاتحاد العام، وسيكون التسلسل الذي سينتجه أفضل.
من كان لديه خط أفضل حقًا؟ ومن فحص التسلسلين يتضح أن كلاهما يحتوي على عدد متطابق تقريبًا من وحدات الحمض النووي (تسلسل المشروع العام أكبر قليلاً). عند فحص الاختلافات بين التسلسلين بالتفصيل، يبدو أن تسلسل المشروع العام أكثر "معالجة". قام علماء المشروع بتحليل كمية أكبر من البيانات، واستنادا إلى هذا التحليل، استنتجوا المناطق التي توجد فيها الجينات وما هي وظيفتها المفترضة.
إن نجاح شركة سيليرا في الحصول على مسودة الجينوم خلال عام يظهر ما يمكن تحقيقه اليوم بمساعدة آلات فك التشفير الجديدة وأجهزة الكمبيوتر العملاقة والإيمان القوي للمستثمرين الأثرياء.
اعتاد الدكتور فينتر أن يقول إن فك تشفير الجينوم لن يكون إلا بمثابة بنية تحتية للغرض الرئيسي للشركة. وهذه التسمية هي المجال العلمي الجديد الذي يسمى المعلوماتية الحيوية. يستخدم الأشخاص في مجال المعلوماتية الحيوية أجهزة كمبيوتر قوية لتفسير المعلومات المكتوبة في الحمض النووي. يعد تفسير المعلومات الهائلة المكتوبة في الحمض النووي وإيجاد التطبيقات الطبية لها من أهم المجالات في علم الجينوم حاليًا. حتى بعد فك تشفير الحمض النووي، لا يزال يتعين عليك معرفة أين يبدأ الجين على طول السلسلة وأين ينتهي.
وفي هذا الصدد، فإن الجينوم يشبه رسالة من عالم آخر يجب تعلم كيفية قراءتها. الجينوم الخاص بنا، مثل أي رسالة من عالم آخر، سوف يغير عالمنا، عندما نفهم معناه الكامل. وعلى الرغم من أن دراسة الجينوم قد بدأت بالفعل، إلا أنه سوف تمر عقود قبل معرفة كل تفاصيله.
وإلى جانب تسلسل الجينوم البشري، تم أيضًا نشر خريطة تتضمن 1.42 مليون اختلاف جيني صغير. والاسم العلمي لهذه الاختلافات هو الفروع، وهي عبارة عن تغيرات في وحدة DNA واحدة. كل تغيير صغير من هذا القبيل قد يتغير بنسبة أقل من عشرة بالمائة، ولكن مثل الفوز في اليانصيب، فإن التركيبة الصحيحة من الفروع يمكن أن تمنع شخصًا معينًا من الإصابة بأمراض القلب، على الرغم من تناول الشوكولاتة والأطعمة الغنية بالدهون طوال حياته، بينما سيعاني شخص آخر من مرض القلب. نوبة قلبية في وقت مبكر من سن 35. الفصل التالي في "كتاب الحياة" سيكون التعرف على تأثير الفروع على الإنسان، ودراسة البروتينات - المواد التي ينتجها الجسم وفقا للتعليمات المكتوبة في الجينات.
{ظهر في صحيفة هآرتس بتاريخ 12/2/2001}
