مع الدود - فصل من كتاب "الخيط المشترك - الجينوم البشري"

تم نشر الكتاب مؤخرًا من قبل عليات هجيج للكتب وكتب يديعوت

הקדמה

هذه قصة مشروع غير عادي، أحد الإنجازات العلمية البارزة في نهاية القرن العشرين، تسلسل الجينوم البشري. يتم سرد القصة مرارًا وتكرارًا على صفحات الصحافة الشعبية، وغالبًا ما تكون مصحوبة بعناوين تحبس الأنفاس وادعاءات جريئة حول نهاية كل وباء ومرض. وكأن كل هذا لم يكن مثيرًا بما فيه الكفاية، أصبحت القصة أكثر إثارة عندما دخل أحد المنافسين في المعركة، وبالتالي حول التحقيق العلمي إلى "سباق".

فلماذا تحكي هذه القصة مرة أخرى؟ يبدو لنا أن نظرة داخلية فقط هي القادرة على إعطاء صورة موثوقة للتطورات الدراماتيكية التي شهدها العقد الماضي، والتي كانت معقدة للغاية بحيث لا يمكن تلخيصها في استعارة "السباق" - المريحة ولكنها مضللة - للجينوم. بصفته رئيسًا لأكبر مركز لأبحاث تسلسل الجينوم خارج الولايات المتحدة، يتمتع جون بمكانة فريدة من نوعها، مما يسمح له بإلقاء نظرة ثاقبة وثاقبة للسياسات التي تقف وراء التطور العلمي الذي كان له نفس القدر من الأهمية لرأس مال الشركات والصحة البشرية. يعد تحديد تسلسل الجينوم البشري أحدث خطوة في عملية بدأت في الثمانينيات، عندما بدأ مجالان من مجالات البحث في الاندماج معًا. أحدهما كان علم الوراثة البشرية: دراسة أنماط الوراثة، والقدرة على اكتشاف الأسباب الجينية للأمراض؛ والثاني هو علم الأحياء الجزيئي، الذي يدرس المادة التي تصنع منها الجينات: الحمض النووي، وهو الجزيء الذي يجعل الحياة ممكنة. يقوم الحمض النووي بتشفير التعليمات الخاصة بتكوين كل كائن حي كسلسلة من الجينات - باستخدام أبجدية بسيطة مكونة من أربعة أحرف.

في عام 1990، بدأ جهد دولي ممول من القطاع العام، وهو مشروع الجينوم البشري، بهدف تحديد تسلسل الحمض النووي البشري ورسم خرائط له وجعل المعلومات الواردة فيه متاحة ومجانية للمجتمع العلمي. ومما يثير الارتباك أن الناس يتحدثون أحيانًا بشكل عرضي عن "رسم خريطة" للجينوم البشري في حين أنهم يقصدون في الواقع "الأرضية". ويعود الاختلاف جزئيًا إلى مسألة الحجم، حيث يمكنك إنشاء خريطة مفيدة لمساعدتك في العثور على الجينات دون معرفة التسلسل الكامل للحروف (ثلاثة مليارات، في حالة الجينوم البشري). ولكن على الرغم من أن التسلسل هو بالفعل الخريطة النهائية، إلا أنه أيضًا أكثر من ذلك بكثير: فهو عبارة عن المعلومات البيولوجية نفسها. عندما ننتهي من فك رموز التسلسل، سيكون لدينا الهيروغليفية لعلم الأحياء في أيدينا، حتى لو لم نفهم كل شيء في البداية.

سيستغرق فك رموز المعلومات وقتًا طويلاً وسيتطلب من كل عقل حر أن يعمل. ومن الضروري أيضًا أن يكون التسلسل متاحًا للمجتمع البيولوجي بأكمله. ولا يستطيع أي شخص أو مجموعة أن يدعي بمصداقية أنه وحده يمتلك الخبرة اللازمة للقيام بذلك. عندما تأسست الشركة التجارية، والتي أصبحت فيما بعد Celera Genomics، في مايو 1998 بهدف معلن وهو أن تكون "المصدر الوحيد للجينوم والمعلومات الطبية ذات الصلة"، كان مستقبل علم الأحياء بأكمله في خطر. وذلك لأن إحدى الشركات حاولت احتكار الوصول إلى المعلومات الأساسية عن الإنسانية، وهي المعلومات التي تعتبر - أو ينبغي أن تكون - تراثًا مشتركًا للجميع.

ولا بد من القول إن الفضل الكبير في ذلك هو أن الهيئات العامة التي مولت مشروع الجينوم البشري قررت عدم التخلي عن الحملة لصالح سيليرا، بل جعل التسلسل متاحًا للجميع بشكل أسرع، حتى ولو مؤقتًا سيكون عند مستوى أقل. مستوى الدقة والاكتمال عما كان مخططا له في الأصل. وهكذا احتفل العالم وسط ضجة كبيرة باستكمال "مسودة العمل" للتسلسل في يونيو 2000؛ على الرغم من أن الأمر سيستغرق عدة سنوات أخرى قبل أن تنتهي المراكز الأرضية من مهمتها، إلا أن أي عالم في أي مكان في العالم يمكنه اليوم الوصول إلى التسلسل بحرية وبدون مقابل، وكذلك استخدام المعلومات لمواصلة اكتشافاته. لقد كتبنا هذا الكتاب حتى يتمكن الناس من فهم مدى اقتراب العالم من فقدان تلك الحرية.

لقد تغيرت الروح التي تهيمن على عالم العلوم في العقود الأخيرة، سرًا وعن غير قصد. إن ما كان ذات يوم مشروعًا مشتركًا، حيث يتم الاعتراف بالمكتشفين لاكتشافاتهم ولكن يتم توزيع نتائج أبحاثهم مجانًا، غالبًا ما يكون اليوم مقيدًا بمتطلبات المنافسة التجارية. مدفوعين بالمكاسب المالية، أو مقيدين بصفقات الرعاية، أو ببساطة من باب الحفاظ على الذات، يتاجر العديد من الباحثين باكتشافاتهم مع بقية المجتمع فقط تحت حماية قوانين براءات الاختراع أو الأسرار التجارية. ومن ناحية أخرى، لا يزال هناك العديد من الباحثين الذين يتمسكون بالمثل العليا للعلوم. ورفع هؤلاء أصواتهم احتجاجاً على الطريقة التي تسير بها الأمور. يقدم مشروع الجينوم البشري مثالاً على الاختيارات التي يواجهها العلماء الأفراد والمجتمع ككل. نأمل أن تحتوي هذه القصة على الإثارة المطلقة للاكتشاف العلمي، ولكنها أيضًا تثير التفكير فيما يتعلق بالمسؤولية الهائلة الملقاة على عاتق أولئك الذين يحملون أسرار الجنس البشري.

كلمة أو كلمتان عن "الصوت" الذي كتب به الكتاب. لقد كتبناها معًا، في شراكة كاملة قدر الإمكان. لكننا اتفقنا منذ البداية على أنه بما أننا نروي قصة جون، فيجب أن تكون القصة بضمير المتكلم - وبصوته. كان المصدر الرئيسي هو ذاكرة جون، المدعومة بملفات بريده الإلكتروني، والتي كانت في الواقع بمثابة سجل يومي للمشروع. بالإضافة إلى ذلك، أجرينا مقابلات مع العديد من الشخصيات الرئيسية الأخرى؛ وكانت وجهات نظرهم لا تقدر بثمن في ملء التفاصيل المفقودة والتحقق من ذكريات جون. والنتيجة، بأفضل ما في وسعنا، هي وصف دقيق للغاية لما حدث بالفعل.

جون سيلستون وجورجينا بيري

مقدمة: سيوسيت

"سمعت باب السجن يغلق خلفنا."

كنت أقف مع بوب ووترستون على الرصيف الأبيض الناصع لمحطة قطار صغيرة في سيراكيوز، على خط سكة حديد لونغ آيلاند، وكنا ننتظر القطار المتجه إلى نيويورك. كانت الشمس مشرقة ومشتعلة. كنا في طريقنا إلى المنزل بعد مؤتمر بيولوجيا الديدان الخيطية لعام 1989 في كولد سبرينج هاربور. كان من الصعب علي دائمًا الذهاب إلى اجتماعات الدودة - لأترك ورائي النعومة الرائعة للربيع الإنجليزي وأسافر إلى هذه الأرض ذات الظلال الحادة والتناقضات القوية. أشعر اليوم أن التحول أقل حدة من ذي قبل، لكن الفرق موجود دائمًا.

تعقد اجتماعات الدودة مرة كل عامين منذ عام 1977، إلا أن ذلك الاجتماع كان مميزًا. قام آلان كولسون بنشر اللفائف الطويلة، التي رسم عليها خريطة ورسم جينوم الدودة، عبر الجدار الخلفي لقاعة محاضرات بوش. خلال الأيام الثلاثة بأكملها من الاجتماع، كان محاصرًا من جميع الجهات من قبل الأشخاص الذين أرادوا التحقق من التفاصيل وإضافة المعلومات قبل أن يفترقوا لمدة عامين آخرين من العمل على الشيء الحقيقي في علم الأحياء - اكتشاف المكان والزمان والطريقة التي توجه بها الجينات الفردية الأداء الكامل للدودة.

وفي مرحلة معينة، رأى جيم واتسون، أحد مكتشفي الحمض النووي المزدوج، ورئيس مشروع الجينوم البشري في تلك الأيام، الخريطة. "لا يمكنك النظر إليه دون الرغبة في مواصلة ذلك، هاه؟" المدينة أظهرت خريطتنا قطعًا متداخلة من الحمض النووي للدودة، مرتبة بالترتيب الصحيح ومحاطة بعلامات موضعية متفق عليها. كان معنى أرضية الدودة هو قراءة كل حرف أو قاعدة من الحروف أو القواعد المائة في شفرتها الجينية. سيعطينا هذا الخريطة النهائية: جميع المعلومات اللازمة لإنشاء دودة. ومن حيث معرفة وفهم جينوم الدودة، سيكون الأمر مثل الفرق بين كرة المدرسة ومجموعة من خرائط المدن، مع تحديد كل شارع وكل منزل.

لاحقًا جلسنا في مكتب جيم واتسون وناقشنا كيف يمكننا القيام بذلك بالضبط. لقد توصلنا إلى اتفاق: ستقوم مختبرات بوب في سانت لويس ومختبري في كامبريدج بتسلسل ثلاثة ملايين قاعدة من أصل 100 مليون قاعدة في جينوم الدودة على مدى السنوات الثلاث المقبلة لإظهار أننا قادرون على القيام بذلك. إذا سارت الأمور على ما يرام، فسوف نتقدم بطلب للحصول على التمويل لإنهاء الباقي.

هذا ما كان يمكن أن نخطط له. ولم يكن لدينا أي وسيلة لمعرفة أننا سوف ننخرط قريباً في مشروع عاصف مثير للجدال، ولكنه ناجح في نهاية المطاف ـ وهو المشروع الذي أدى في نهاية المطاف إلى الإعلان عن مسودة تسلسل الجينوم البشري، في يونيو/حزيران 2000.

في ظهيرة ذلك اليوم من شهر مايو، بينما كنا ننتظر القطار المتجه إلى نيويورك تحت أشعة الشمس الحارقة، كانت النهاية لا تزال بعيدة. ولم يتمكن أحد حتى الآن من تسلسل أكثر من 250,000 ألف قاعدة، ناهيك عن ثلاثة أو 100 مليون قاعدة. رأى الكثيرون أن الفكرة مضيعة للوقت والموارد. ولكننا التزمنا بالقيام بذلك. في الصمت المفاجئ الذي أعقب الضجة التي سادت اجتماع الدودة، أذهلني فجأة إدراك أنه ليس هناك عودة إلى الوراء: من هنا لا يمكن للمرء إلا أن يخطو إلى الأمام. تردد صدى صوت إغلاق باب السجن في أذني. لقد كانت واحدة من أكثر اللحظات إثارة في حياتي.

مع الديدان

إذا كان هناك أي رمز مميز اعتمده الفن من مجال العلوم في القرن العشرين، فهو الحمض النووي. هناك سبب وجيه لذلك: هذا الجزيء، كما صاح فرانسيس كريك في آذان الزبائن المستمتعين في حانة إيجل في مارس 1953، يحتوي على سر الحياة. في معظم صوره، تم رسمه على شكل حلزون مزدوج، قصير وسميك إلى حد ما، حيث نادرًا ما تظهر سمته الرائعة الأخرى: فهو ضيق وطويل بشكل لا يصدق. تحتوي كل خلية في جسم الإنسان على مترين من هذا الجزيء؛ وإذا رسمنا مخططًا له على مقياس موحد، حيث سمكه يساوي سمك خيط الخياطة، فإن طول الجزيء سيكون حوالي 200 كيلومتر.

مثل ألياف القطن، يمكن لجزيئات الحمض النووي أن تلتصق ببعضها البعض وتشكل خيطًا مرئيًا، وهذا يسمح بإجراء تجربة ممتعة إلى حد ما. عندما استشارني الفنان مارك كوين (كوين) بشأن معرض الحمض النووي الخاص بمعرضه في معرض وايت كيوب في لندن عام 2000، كنت سعيدًا بتقديم المساعدة*. أعطاني عينة من حيواناته المنوية (مارك مشهور باستخدام سوائل جسمه في عمله، من أجل الكشف وتقديم نفسه؛ في عام 1991 قام بعمل قالب لرأسه باستخدام أربعة لترات ونصف من الدم المتجمد)، وقمت بتكسير خلايا الحيوانات المنوية بمنظف ومادة كيميائية خاصة تعمل على تليين غلافها الصلب. خلايا الحيوانات المنوية هي في الأساس حمض نووي مضغوط ومعبأ، ويصبح المحلول لزجًا للغاية حيث يتم إطلاق محتويات الخلايا فيه. نقلنا جزءًا من المحلول إلى أنبوب اختبار زجاجي طويل، ثم غطينا المحلول بالقليل من الكحول النظيف. مررنا عصا زجاجية عبر الكحول إلى المحلول، وحركنا بلطف ثم سحبنا العصا ببطء للأعلى وللخارج. ظهرت ألياف صغيرة وتجمعت لتشكل خيطًا ملتصقًا بالعصا. قمنا بسحبه لأعلى حتى وصل إلى نهاية أنبوب الاختبار، ثم قمنا بتوصيل السلك بالحافة. وضع مارك أنبوب الاختبار أمام سطح أسود ولامع، ووقفنا هناك واحتضننا بسعادة منظر هذا الشيء الجميل: الحمض النووي لمارك، وهو عبارة عن شبكة من الجزيئات كل منها أصغر مما يمكن رؤيته بالعين المجردة، مجتمعة كنسيج خيط واحد مشرق. سر حياته .

يمكنك إجراء تجربة مماثلة مع أي تطريز حي: حتى لو لم يكن لديك مختبر كامل في متناول اليد، يمكنك تحقيق نتائج جيدة جدًا في مطبخ منزلك، إذا كنت تستخدم البصل كمصدر للتطريز وسائل غسيل الأطباق والملح و الفودكا لتقطير الحمض النووي. سيبدو تمامًا مثل الحمض النووي البشري، والسبب في ذلك بسيط جدًا: كيميائيًا، فهو بالضبط نفس النوع من الجزيء. الحمض النووي هو الخيط المشترك الذي يربط كل كائن حي بسلف واحد.

لكن حمضك النووي يجعلك مختلفًا أيضًا عن البصلة، وعن أي شخص آخر. يحمل جزيء الحمض النووي رمزًا* يحتوي على تعليمات تحدد ما إذا كانت البويضة المخصبة ستتطور إلى إنسان أم إلى بصلة. حتى الاختلافات الأصغر في التعليمات المشفرة تحدد التنوع اللامتناهي في لون الشعر والبشرة وشكل الجسم والشخصية، مما يجعل كل واحد منا فردًا فريدًا. كل تعليم - أو حديقة - له دور في خلق الكل، والنتيجة العامة تتحدد أيضًا جزئيًا بالبيئة؛ لكن القوة المجمعة للمعلومات الموجودة في الجينوم بأكمله - التجميع الكامل للحمض النووي للكائن الحي - مذهلة حقًا. والمشروع الذي يجري تنفيذه الآن بهدف تسخير هذه القوة والاستفادة منها من خلال قراءة وفهم مجموعة التعليمات التي تخلق الإنسان - الجينوم البشري - يعد من أهم المشاريع في العلم الحديث. سوف يغير حياتنا. إن مسألة ما إذا كانت جيدة أم سيئة تعتمد على إجابة سؤال آخر: كيف سنستخدم هذه المعرفة.

ويبدو أن الجميع يفهمون هذه الحقيقة، إذا حكمنا من خلال الهيجان الإعلامي الذي صاحب الإعلان في يونيو/حزيران 2000 عن الانتهاء من مشروع الجينوم البشري. لكن على الرغم من العائدات، فإن العمل لا يزال بعيدًا عن الاكتمال. سيتم الانتهاء من عملية القراءة في الغالب في السنوات القليلة المقبلة، لكن فك التشفير والفهم سيستغرق سنوات عديدة أخرى، وسيشمل جميع علوم الحياة. إن الجيل الذي سوف يفهم الجينوم البشري حقاً ـ أو جينوم البصل ـ سوف يفهم الحياة ذاتها.

لم أكن أنوي أبدًا الدخول في السيرك متعدد الجوانب لمشروع الجينوم البشري. قبل عشر سنوات فقط، كنت سأنفجر من الضحك لو قال أحدهم إنني سأدير قريباً مركزاً للأبحاث يعمل به نحو 500 شخص، وأغوص في سياسة مشروع دولي وأشارك في حرب كلامية في وسائل الإعلام. كل ما أردت فعله هو قراءة الشفرة الوراثية للدودة الشعرية. لم يكن لدي أي فكرة أن الدودة ستقودنا مباشرة إلى الجينوم البشري. وبطبيعة الحال، فإن قراءة الحمض النووي للدودة يعد إعدادًا جيدًا لقراءة الحمض النووي لأي نوع آخر، بما في ذلك الإنسان؛ لكن عندما بدأنا بقراءة جينوم الدودة، لم نفكر في الأنواع الأخرى على الإطلاق. لقد أردنا ببساطة استكمال الخلفية للصورة المتزايدة التعقيد لبيولوجية هذا المخلوق الصغير؛ صورة تطورت على مدار الـ 25 عامًا التي سبقتها.

كان أول لقاء لي مع الدودة في عام 1969، عندما وصلت إلى مختبر البيولوجيا الجزيئية التابع لمجلس البحوث الطبية في كامبريدج - المعروف باسم LMB - للعمل كموظف في مجموعة سيدني برينر البحثية. كان سيدني مديرًا مشاركًا، مع فرانسيس كريك، لقسم بيولوجيا الخلية في المختبر. من الخارج، كانا على النقيض تمامًا - كان فرانسيس طويلًا، وشعره بلون الرمال، بينما كان سيدني قصيرًا وذو بشرة داكنة، وعيناه غائرتان تخترقان تحت حواجب كثيفة - لكن كلاهما كانا متحدثين رائعين. وُلِد سيدني وتلقى تعليمه في جنوب إفريقيا، ووصل إلى أكسفورد كطالب في عام 1952، حاصلًا على شهادة في الطب ولكنه كان مصممًا على العمل في علم الأحياء الجيني. وسرعان ما أسس مكانته بين المجموعة الدولية من العلماء الذين عملوا في علم وراثة العاثيات - وهي فيروسات صغيرة تضر البكتيريا. وكان هؤلاء العلماء هم الذين وضعوا أسس علم الأحياء الجزيئي الحديث.

في عام 1953، اكتشف فرانسيس كريك وجيم واتسون البنية الحلزونية المزدوجة للحمض النووي، وكان سيدني من بين أول من زار كامبريدج وسمعوا عن هذا الاكتشاف بشكل مباشر. انتقل للعيش بشكل دائم في كامبريدج عام 1957، وعمل مع فرانسيس على فك رموز الشفرة الوراثية وفهم الطريقة التي تترجمها الخلايا إلى جزيئات البروتين الضرورية لوظائفها المختلفة. في منتصف الستينيات، اعتقد سيدني أن الانشغال بمسألة كيفية إنتاج الجينات للبروتينات قد انتهى تقريبًا، وطلب الانتقال إلى المرحلة التالية. كانت خطته طموحة للغاية: فهم كيفية تشفير حيوان بأكمله من خلال الحمض النووي الخاص به. ومن الطبيعي أنه أراد أن يبدأ بشيء بسيط، وكان الحيوان الذي اختاره هو الدودة الشعرية. "نحن عازمون على تحديد كل خلية في الدودة وتتبع سلالات الخلايا*"، كتب سيدني في طلبه لدعم المشروع. "سوف نقوم أيضًا بالتحقيق في اتساق التطور الجنيني والتحكم الجيني في التطور من خلال البحث عن الطفرات." ذكر سيدني لاحقًا أن بعض الناس اعتقدوا أنها فكرة سخيفة تمامًا. وقال: "قال جيم واتسون في ذلك الوقت إنه لم يكن ليعطيني فلساً واحداً للقيام بذلك". "لقد ادعى أنني كنت متقدمًا على وقتي بعشرين عامًا."

لماذا اختار سيدني الدودة؟ لدى علم الأحياء تقليد طويل في دراسة الحيوانات البسيطة بهدف اكتشاف الآليات التي تعمل في جميع الكائنات الحية. عندما بدأ سيدني مشروعه، كان معظم علماء الوراثة يعملون مع الخميرة أو البكتيريا، أو مع ذبابة الفاكهة (Drosophila melanogaster). لكن أيا من هذه لم يناسب أغراضه. الخميرة والبكتيريا كائنات حية وحيدة الخلية. كان أحد الأهداف الرئيسية لبرنامجه هو اختبار كيفية توجيه الجينات للانقسامات المتعاقبة للخلايا التي تحول خلالها البويضة إلى حيوان بالغ في حيوان متعدد الخلايا. ومن ناحية أخرى، كانت الذبابة، بأعينها المعقدة، وأجنحتها، وأرجلها المفصلية، وأنماطها السلوكية المتقنة، معقدة للغاية بحيث لا يمكن الوصول إليها بشكل كافٍ لإجراء هذا النوع من التحليل الشامل الذي خطط له سيدني. لم تتم دراسة الديدان الشعرية، أو الديدان المستديرة، على نطاق واسع مثل المخلوقات المذكورة، لكنها لم تكن غير مألوفة في علم الأحياء. وهم يشكلون عائلة كبيرة تضم الأنواع الطفيلية والحرة. أصبح سيدني مهتمًا بالأنواع غير الطفيلية التي تعيش في التربة، وهي Caenorhabditis elegans: وهو اسم طويل لمخلوق صغير، يبلغ طوله حوالي ملليمتر واحد من الرأس إلى الذيل.

في البرية، تعيش C. elegans في التربة وتتغذى بشراهة على أي بكتيريا أو كائنات دقيقة أخرى يمكن أن تجدها. وينمو من بيضة إلى بالغة في ثلاثة أيام (ثلث الوقت اللازم لذبابة التخمير)، إلا عندما يكون الطعام نادرا. لذا يمكنها أن تعيش لعدة أشهر في شكل خامل* دون تكاثر. معظم البالغين ثنائيي الجنس وينتجون عدة مئات من النسل من خلال الإخصاب الذاتي. تظهر الذكور من وقت لآخر بنسبة واحد إلى عدة مئات، والتزاوج يسمح بالاختلاط الجيني. يعد هذا الخلط ضروريًا إذا أريد للأنواع أن تستمر في تطورها. تشريح الدودة بسيط للغاية، ولكن على الرغم من أنها تفتقر إلى العديد من الخصائص الفسيولوجية للحيوانات الأكثر تطورًا - مثل القلب والرئتين والعظام - إلا أنها لا تزال قادرة على القيام بالعديد من الإجراءات البسيطة: الحركة، والأكل، والتكاثر، واستشعار البيئة. وما إلى ذلك وهلم جرا. ويتكون بشكل أساسي من أنبوبين، أحدهما داخل الآخر. يشمل الأنبوب الخارجي الجلد والعضلات وأجهزة الإخراج ومعظم الجهاز العصبي. الأنبوب الداخلي هو الأمعاء. تتحرك الدودة عن طريق قبض عضلات الظهر والبطن بالتناوب، ولف جسمها في سلسلة من الالتواءات على شكل حرف S.

علاوة على ذلك: الدودة مناسبة جدًا لنوع البحث الذي تصوره سيدني. من السهل الاحتفاظ بها ونموها في المختبر، عندما تتواجد بحرية في أطباق بتري المبطنة بركيزة من البكتيريا من نوع الإشريكية القولونية (تُستخدم كغذاء للديدان). بل إنه من الممكن ترك الدودة في حالة حيوان معلق في الثلاجة لسنوات - وهو الأمر الذي يسمح لك بالحفاظ على مخزون من أنواع مختلفة من الحيوان. تتسم كل من اليرقات والبالغات بالشفافية، لذلك باستخدام المجهر المناسب لا يمكنك رؤية أعضائها الداخلية فحسب، بل يمكنك أيضًا رؤية خلاياها. عادةً ما يكون لدى الشخص ثنائي الجنس 959 خلية بالضبط، باستثناء خلايا البويضة والحيوانات المنوية. (للمقارنة: ذبابة الفاكهة لديها عدد أكبر من الخلايا في كل عين من عينيها، وجسم الإنسان لديه 100 تريليون خلية). يتكون جينوم الدودة من 100 مليون قاعدة، مقسمة على ستة أجزاء أو كروموسومات.

كان سيدني يأمل أن يتمكن من إيجاد روابط مباشرة بين جينات الدودة وتطورها من بويضة مخصبة إلى بالغة، كاستمرار مباشر لمسار البحث الكلاسيكي لعلماء الوراثة، والذي كان مستخدمًا منذ العقود الأولى من القرن العشرين. في أي نوع بيولوجي يتكاثر بسرعة - مثل الدودة أو ذبابة الفاكهة - تحدث تغيرات عشوائية في الحمض النووي تجعل الحيوان يبدو أو يتصرف بطريقة غير عادية. تُعرف هذه التغييرات بالطفرات، وتسمى الحيوانات التي تم تغييرها بالطفرات. وسرعان ما طور علماء الوراثة مجموعة متنوعة من الأساليب لزيادة معدل الطفرة الطبيعي. في الستينيات لم تكن هناك طريقة لتحليل الحمض النووي بشكل مباشر، ولكن من خلال التهجين المتبادل للطفرات ومراقبة أنماط وراثة الأجيال اللاحقة، كان من الممكن تحديد الموقع النسبي على كروموسوم الجينات الطافرة. من المحتمل أن الطفرات التي تميل إلى أن تكون موروثة معًا ستكون قريبة من بعضها البعض على الكروموسوم؛ أولئك الذين لا يرون أي صلة بينهما، من المحتمل أن يكونوا على كروموسومات مختلفة. إلى جانب رسم الخرائط الجينية، كان سيدني يأمل أنه من خلال الفحص المجهري الدقيق والكيمياء الحيوية، يمكنه اكتشاف الخطأ الدقيق في الديدان الطافرة على المستوى الخلوي.

في بداية حياته المهنية، وبمساعدة الباحثين الشباب -معظمهم أمريكيين- نجح سيدني كثيرًا في العثور على الطفرات ورسم خرائط الجينات التالفة على طول الكروموسومات؛ مما أحرج المشككين الذين زعموا أن الدودة مملة للغاية في مظهرها وسلوكها لدرجة أنها لن تتمكن أبدًا من التمييز بين المتحولين والأفراد العاديين. ولكن تبين أن الفترة الزمنية اللازمة للمشروع بأكمله كانت أطول مما توقعه سيدني. تعمل الجينات دائمًا كأوركسترا وليس كعازفين منفردين - ومن النادر جدًا العثور على خط مستقيم يمر من جين واحد إلى وظيفة واحدة. ومع ذلك، تطورت الأعمال برمتها إلى أبعاد أكبر بكثير مما كان يمكن أن يتنبأ به سيدني، حيث قاده حدسه إلى حيوان يتمتع بإمكانات بحثية هائلة.

وبطريقة نموذجية لأسلوب سيدني - في الواقع، أسلوب LMB بأكمله - تم إعطائي مساحة تبلغ حوالي متر على طاولة في مختبر مزدحم عندما وصلت، ولم يبق لي إلا أن أتدبر أمري بنفسي. يعتقد سيدني وفرانسيس أن الاكتظاظ في المختبر يشجع الناس على تكوين علاقات مع بعضهم البعض وأن "المكاتب الواسعة تشجع على إضاعة الوقت". وجدت نفسي ضمن مجموعة من الباحثين الشباب، مندهشين من حقيقة أننا كنا نتقاضى أجورنا مقابل القيام بما أردنا فعله حقًا، مع العلم أنه لن يكون هناك من نلومه سوى أنفسنا إذا فشلنا. قارنت ملاحظاتي مع شخص آخر وصل للتو، وكان مندهشًا تمامًا كما كنت مندهشًا من الفخر الذي يقترب من الغطرسة الذي التقينا به في المختبر. "الذي لا يفكر هؤلاء الناس هم؟" أتذكر القول. لكننا أدركنا تدريجيًا أن لهم الحق في أن يكونوا فخورين، ومع مرور الوقت قمنا أيضًا بتكييف القليل من هذا الفخر لأنفسنا، على الرغم من أنني شخصيًا كنت مقتنعًا بأنني لن أكون قادرًا أبدًا على أن أكون جيدًا بما يكفي لتبرير المجد الماضي لبلادنا. إل إم بي.

كان المختبر ولا يزال أحد أهم المراكز لدراسة الأساس الجزيئي للحياة. أكثر من أي مكان آخر، كان المكان الذي تم فيه اختراع البيولوجيا الجزيئية. ولا شك أن روحه الفريدة لعبت دورًا مهمًا في تشكيل تطوري كعالم. لقد نشأت نتيجة لمجموعة من الظروف المحظوظة في السنوات التي تلت الحرب العالمية الثانية. شارك العديد من العلماء من الأكاديمية في الأبحاث المتعلقة بالحرب، وكانت النتائج مذهلة: الرادار، والحوسبة عالية السرعة، والمضادات الحيوية، والتكنولوجيا النووية - كل هذه تعود أصولها إلى الأبحاث التي أجريت خلال الحرب. لقد أصبح من الواضح للحكومة في تلك الأيام أن الاستثمار في العلوم يمكن أن يؤدي إلى نتائج طويلة المدى. حتى أواخر الثلاثينيات لم تكن هناك فرص كثيرة للقيام بالبحث العلمي في بريطانيا إلا إذا كان لديك تعيين جامعي في التدريس أو دخل خاص. ولكن بعد مرور عشر سنوات، أصبح فجأة من السهل الحصول على منح سخية من الهيئات التي تمولها الحكومة، مثل مجلس البحوث الطبية أو إدارة البحوث العلمية والصناعية. جاء هذا الانفتاح المفاجئ في واحدة من أكثر الأوقات إثارة في تاريخ علم الأحياء، عندما بدأ المزيد والمزيد من الناس في تطبيق أساليب من مجال الفيزياء والكيمياء لحل المشاكل البيولوجية.

كان لورانس براج عالم فيزياء ترأس مختبر كافنديش - قسم الفيزياء بجامعة كامبريدج. كان براج، في شبابه، أحد رواد علم البلورات بالأشعة السينية (الأشعة السينية)، مما جعل من الممكن دراسة الترتيب ثلاثي الأبعاد للذرات في الجزيئات، بما في ذلك الجزيئات البيولوجية. وكان من بين أفراد طاقمه كيميائي واحد، وهو مهاجر صارم وهادئ من فيينا يدعى ماكس بيروتز. حاول بيروتز، مع زميله الشاب جون كيندرو (كيندرو)، وهو كيميائي أيضًا، فك بنية بروتين الهيموجلوبين في الدم. نجح علم البلورات بالأشعة السينية في دراسة الجزيئات الصغيرة، لكن البروتينات تحتوي على آلاف الذرات وكان التقدم بطيئًا. كان براج، وهو شخصية مؤثرة للغاية في عالم العلوم البريطانية، من المؤيدين المتحمسين لعمل بيروتز. في مايو 1947 كتب إلى سكرتير مركز موارد المهاجرين يطلب التمويل لتأسيس مجموعة بروتز "على أساس أكثر استدامة". وفي غضون أشهر، وافق مركز البحوث البحرية على دعم وحدة لدراسة التركيب الجزيئي للأنظمة البيولوجية، وعلى رأسها بيروز.

الوحدة، التي حصلت فيما بعد على الاسم الأكثر عصرية - وحدة أبحاث البيولوجيا الجزيئية - ضمت في البداية بيروتز وكندرو فقط. وسرعان ما انضم إليهم اثنان من طلاب الأبحاث، فرانسيس كريك وهيو هكسلي - وكلاهما فيزيائيان عادا إلى الحياة الأكاديمية بعد عدة سنوات من الخدمة العسكرية. وبعد مرور عامين، ومع انضمام جيم واتسون - الذي كان حينها عبقري علم الوراثة الأمريكي البالغ من العمر 22 عامًا - انفتح مجال جديد تمامًا من الاحتمالات. يقول بيروتز إن واتسون هو الذي جعلهم يدركون أن الفيزياء والكيمياء وحدهما قد لا توفر لهم جميع الإجابات.

لقد كان لوصول واتسون تأثير كهربي علينا، لأنه جعلنا ننظر إلى مشاكلنا من وجهة نظر وراثية. لم يسأل فقط "ما هو التركيب الذري للمادة الحية؟" ولكن قبل كل شيء "ما هي بنية الجين الذي يحدد هذا*؟"

لم يستغرق الأمر الكثير لإقناع فرانسيس بأن العمل على الحمض النووي أكثر أهمية، والذي كان قد بدأ في ذلك الوقت فقط في اكتساب الاعتراف باعتباره المادة التي تُصنع منها الجينات، أكثر من التركيز على البروتينات. لم يجرِ فرانسيس وجيم سوى القليل من التجارب بأنفسهما، لكنهما قرأا وتحدثا وتجادلا وقاما ببناء النماذج. وبمساعدة صورة الأشعة السينية للحمض النووي التي التقطتها روزاليند فرانكلين في كلية كينجز بلندن (التي قدمها زميل روزاليند موريس ويلكنز إلى واتسون)، توصلوا إلى استنتاج صحيح فيما يتعلق بالتركيب الحلزوني المزدوج للجزيء، ونشروه في الطبيعة عام 1953**. في ذلك الوقت كنت طالبًا في المدرسة، وكان عمري 11 عامًا، لكنني أتذكر هذه السنوات باعتبارها فترة من الإثارة الهائلة لأنه تم الكشف عن الكثير.

الحمض النووي هو جزيء طويل وضيق يتكون من سلسلة من الوحدات تسمى النيوكليوتيدات؛ يحتوي كل نيوكليوتيد على واحدة من أربع قواعد: الأدينين (A)، الجوانين (G)، السيتوزين (C) أو الثايمين (T). استنتج واتسون وكريك أن شريطي الحمض النووي يلتفان حول بعضهما البعض في بنية حلزونية مزدوجة، حيث يكون A دائمًا مقابل T، وC دائمًا مقابل G. وقد أدركا أن هذا الاقتران الأساسي يوفر الآلية التي يمكن من خلالها أن يتضاعف الحمض النووي - شرط الأساس لتطور الحياة على الأرض. باستخدام صيغة عرضية مقصودة، والتي دخلت الفولكلور العلمي، اختتم واتسون وكريك مقالتهما المؤلفة من 1,200 كلمة بجملة: "لم يمر مرور الكرام على أن طريقة الاقتران الأساسية المحددة التي حددناها تشير على الفور إلى آلية محتملة لل ازدواجية المادة الوراثية." بمعنى آخر، إذا كان لديك شريط واحد من الحمض النووي وإمدادات غير محدودة من النيوكليوتيدات الأربعة، فيمكنك صنع الشريط الثاني، ومن ذلك نسخة أخرى من الشريط الأول، وهكذا.

بعد شهر من نشر مقالتهما الأولى في مجلة Nature، واصل واتسون وكريك مقالًا آخر أكدا فيه على تضمين آخر مهم للغاية لنظريتهما: "في الجزيء الطويل، من الممكن وجود العديد من التركيبات المختلفة، لذلك يبدو من المحتمل أن التسلسل الدقيق للقواعد هو الكود الذي يحمل المعلومات الجينية." كانوا على حق؛ وقد تغيرت الأبحاث البيولوجية إلى الأبد بفضل هذه الرؤية. هذه هي النتيجة المهمة حقًا لمعرفة بنية الحمض النووي: ليس الشكل الحلزوني نفسه، ولكن الحصول على تأكيد بأن نظام نقل التعليمات لخلق الحياة من جيل إلى جيل هو نظام رقمي، وليس تناظريًا - مثل اللغة الإنجليزية، و ليس على الإطلاق مثل الرسم البياني، على سبيل المثال. ولإيصال فكرة الحيوان الذي يخرخر بهدوء بالشوارب والفراء، يستخدم أحد المتحدثين باللغة الإنجليزية كلمة قطة مكونة من ثلاثة أحرف، ومعناها واضح لكل من يفهم اللغة. من ناحية أخرى، يوضح الرسم البياني تمثيلًا بيانيًا لقطط. يسرد الحمض النووي للقطط الجينات (تعليمات إنشاء قطة) تمامًا كما تسرد الحروف الأبجدية الكلمات في اللغة. لا يوجد أي تمثيل بياني، لا شيء يشبه الرجل الصغير الملتف في رأس خلية منوية اعتقد بعض مستخدمي المجهر الأوائل أنهم يستطيعون رؤيته.

عن الكتاب

بعد مرور خمسين عامًا على الإعلان التاريخي عن اكتشاف البنية الحلزونية المزدوجة للحمض النووي في عام 1953، جاء إعلان ثوري بنفس القدر عن نهاية أحد أكبر المشاريع وأكثرها طموحًا في تاريخ العلم: بعد سبع سنوات، تم إعداد مسودة مشروع قانون الحمض النووي. تم الانتهاء من الجينوم البشري.

هل يعد الانتهاء من المشروع الضخم المتمثل في "تشريح الجينوم البشري" نقطة تحول دراماتيكية حقًا؟ وإذا كان الأمر كذلك، لمن؟ في حياة العلم؟ في حياتنا؟ في حياة كل من أحفادنا؟

يقودنا جون سيلستون، الحائز على جائزة نوبل للطب، من وراء كواليس الحملة العلمية والتجارية والأخلاقية، في طريق الإنجاز العظيم. يكشف لنا الشخصيات والسياسة والخلافات والمال الوفير وصراعات الهيبة، كشخص يحكي عن سباق بين الخير والشر.

الخيط المشترك هو الجينوم البشري

وفي الواقع، فإن القاسم المشترك هو، من بين أمور أخرى، قصة الأشخاص الطيبين الذين لا يسعون فقط إلى دفع الطب نحو الإنجازات التي لم تخطر على بالنا إلا منذ سنوات قليلة مضت، ولكن أيضًا لحمايتنا نحن مواطني هذا العالم الجديد. - والتأكد من أن الجينوم البشري سيكون دائما مفتوحا للجميع، وأن البحث العلمي لن يكون مشروطا بالربح الاقتصادي في المستقبل.

الخيط المشترك هو قصة علمية مفيدة لا مثيل لها، والتي ستأسر كل من يقف إلى جانب العلم وينزعج أيضًا من عواقب العالم التكنولوجي الجديد الذي يُدار فيه العلم: المال (الكثير من المال!)، فن الإدارة والسياسة وإشكالية العلاقة بين العلاقات العامة والحقيقة.

ترأس البروفيسور جون سيلستون الفريق البريطاني لمشروع الجينوم البشري لمدة سبع سنوات (2000-1993). لمساهمته في المشروع، حصل سيلستون على جائزة نوبل في الطب عام 2002.

جورجينا بيري صحفية علمية حائزة على جوائز. نشرت العديد من الكتب، بما في ذلك السيرة الذاتية لماكس بيروتز، أحد علماء الأحياء الرائدين في القرن العشرين، والحائز أيضًا على جائزة نوبل.

الخيط المشترك، الجينوم البشري: قصة العلم والسياسة والأخلاق بقلم جون سيلستون وجورجينا بيري، نشر عليات هاجيج وسلسلة كتب يديعوت، فلسفة وعلم، تحرير يهودا ملتزر، من الإنجليزية: دان تامير، التحرير العلمي: عدي ماركوز هيس، الغلاف: بيني هامو، 351 صفحة.

الخيط المشترك – مذكرة عن الجينوم العبري

وبما أننا لا نمتلك الجينات فحسب، بل أيضًا علم الوراثة، واليوم حتى علم الجينوم ومن يدري ماذا ينتظرنا أيضًا، فمن الواضح أن الجينوم الأجنبي هو أيضًا مجرد جينوم عبري. لكن منذ اللحظة الأولى لقراءة هذا الكتاب، عليك بالطبع أن تقرر كيفية التنقل بين القديم والمألوف (Loez)، الذي تتوالى فيه الابتكارات، وبين الجديد، "shelnu" العبري: لا لقد مرت سنوات عديدة منذ أن أصبح التسلسل الإنجليزي كلمة مقبولة حتى في اللغة اليومية للأشخاص المثقفين العاديين، وليس العلماء فقط. أتركها هكذا؟

وهنا، في السطر الثاني من الكتاب الرائع الذي أمامنا، يأتي الإعلان: "هذه قصة مشروع غير عادي، أحد الإنجازات العلمية البارزة في نهاية القرن العشرين: تحديد تسلسل الجينوم البشري ". وفي هذه النجمة، التي ليست تعليقًا من المؤلفين بل من النظام العبري، يضيف المحرر العلمي العبري - "حرزافا هو المصطلح العبري المقبول كترجمة للتسلسل: فعل إيجاد تسلسل الوحدات التي تشكل جزيء DNA".

من المؤكد أن القراء الأكبر سناً سيتذكرون الأيام المتفائلة عندما حاول هذا الجزيء أن يكون "مبتذلاً". ويمكنك بالفعل سماع تردد الأوائل الذين استخدموا المصطلح العبري، كيف أنهم يتجنبون ليس فقط اللغة الأجنبية ولكن أيضًا "ريتزوف"، ولسبب واضح ("إنه مشغول"!). ومن المؤمل أن تكون هذه الأرضية "مقبولة"، أي أن تكون قيد الاستخدام المستمر ولو بعد عقد أو عقدين، عندما يتم التعامل مع الجينوم البشري كأمر طبيعي في دراسات الطبيعة في المدرسة الابتدائية، وعندما تكون كل شابة وسيتمكن الإنسان من البحث في جوجل ومن ثم الحصول عليها باللغة العبرية.

ليس هناك ضمان لهذا. وما نحاوله في هذا الكتاب، كما هو الحال في كتبنا العلمية الشعبية الأخرى، هو أن نجد طريقنا في العالم المفاهيمي المتجدد وفقًا للمبدأ البسيط: محاولة مساعدة القارئ العبري على إيجاد طريقه بطريقة ودية، وأحيانًا بطريقة ودية. العبرية وأحيانًا بلغة أجنبية، والتي هي اليوم الإنجليزية دائمًا تقريبًا. هذه هي الملاحظات التي أضفناها، وهذا هو الملحق الخاص الذي أضافه المحرر العلمي آدي ماركيوز هيس في نهاية الكتاب. دعونا نأمل أن يساعد هذا.

النظام، كتب العلية