أيقول فريق دولي من العلماء إنه قام بترتيب تسلسل الجينوم البشري بأكمله ، بما في ذلك الأجزاء التي لم يتم العثور عليها في تسلسل الجينوم البشري الأول قبل عقدين من الزمن.
هذا الادعاء ، إذا تم تأكيده ، يتجاوز الإنجاز الذي وضعه قادة مشروع الجينوم البشري و Celera Genomics في حديقة البيت الأبيض في عام 2000 ، عندما أعلنوا عن تسلسل المسودة الأولى للجينوم البشري. هذه المسودة التاريخية ، وتسلسل الحمض النووي البشري اللاحقة ، أخطأت جميعًا حوالي 8 ٪ من الجينوم.
يملأ تسلسل الجينوم الجديد هذه الفجوات باستخدام التكنولوجيا الجديدة. ومع ذلك ، فإن لها قيودًا مختلفة ، بما في ذلك نوع خط الخلية الذي استخدمه الباحثون لتسريع جهودهم.
الإعلانات
كان العمل مفصلة 27 مايو في ما قبل الطباعة، مما يعني أنه لم يخضع بعد لمراجعة الأقران.
قالت كارين ميغا ، الباحثة في جامعة كاليفورنيا ، سانتا كروز ، التي شاركت في قيادة الاتحاد الدولي الذي أنشأ التسلسل: “إنك تحاول فقط البحث في هذا المجهول الأخير للجينوم البشري”. “لم يتم القيام به من قبل والسبب في عدم القيام به من قبل هو أنه صعب.”
الإعلانات
وأكدت ميغا أنها لن تعتبر الإعلان رسميًا حتى تتم مراجعة الورقة ونشرها في مجلة طبية.
يقول الباحثون إن الجينوم الجديد يمثل قفزة إلى الأمام ، وقد أصبح ذلك ممكنًا بفضل تقنيات تسلسل الحمض النووي الجديدة التي طورتها شركتان من القطاع الخاص: باسيفيك بايوسينسز في مينلو بارك ، كاليفورنيا ، والمعروف أيضًا باسم باكبيو ، وأكسفورد نانوبور ، من أكسفورد ساينس بارك ، المملكة المتحدة. تتمتع تقنياتهم الخاصة بقراءة الحمض النووي بمزايا محددة للغاية مقارنة بالأدوات التي لطالما اعتبرت المعايير الذهبية للباحثين.
وصف إيوان بيرني ، نائب المدير العام للمختبر الأوروبي للبيولوجيا الجزيئية ، النتيجة بأنها “جولة فنية قوية”. وأشار إلى أن أوراق الجينوم الأصلية تمت صياغتها بعناية لأنها لم تتسلسل كل جزيء DNA من طرف إلى آخر. “ما فعلته هذه المجموعة هو إظهار أنها يمكن أن تفعل ذلك من طرف إلى طرف.” وقال إن هذا مهم للبحث في المستقبل لأنه يظهر ما هو ممكن.
وصف جورج تشيرش ، عالم الأحياء في جامعة هارفارد ورائد التسلسل ، العمل بأنه “مهم جدًا”. قال إنه يحب أن يلاحظ في محادثاته أنه حتى الآن لم يقم أحد بتسلسل الجينوم الكامل للفقاريات – وهو شيء لم يعد صحيحًا ، إذا تم تأكيد العمل الجديد.
سؤال واحد مهم لم يتم الإجابة عليه: ما مدى أهمية هذه الأجزاء المفقودة من اللغز البشري؟ وقال الكونسورتيوم إنه زاد عدد قواعد الحمض النووي من 2.92 مليار إلى 3.05 مليار ، بزيادة 4.5٪. لكن عدد الجينات زاد بنسبة 0.4٪ فقط ، ليصل إلى 19969. وأكد الباحثون أن هذا لا يعني أن العمل لا يمكن أن يؤدي أيضًا إلى رؤى جديدة أخرى ، بما في ذلك تلك المتعلقة بكيفية تنظيم الجينات.
لم يكن تسلسل الحمض النووي المستخدم من شخص ، ولكن من الخلد المائي ، وهو نمو في رحم المرأة يحدث عندما تخصب الحيوانات المنوية بويضة لا تحتوي على نواة. هذا يعني أنه يحتوي على 23 كروموسومًا ، مثل الحيوانات المنوية أو البويضة ، وليس 46.
اختار الباحثون هذه الخلايا ، التي تم حفظها في المختبر ، لأن هذا جعل الجهد الحسابي لإنشاء تسلسل الحمض النووي أبسط. يحتوي مشروع الجينوم الأصلي الذي تم إنشاؤه في عام 2003 أيضًا على 23 كروموسومًا فقط ، ولكن نظرًا لأن تقنيات تسلسل الحمض النووي أصبحت أرخص وأبسط ، فقد مال الباحثون إلى تسلسل جميع الكروموسومات الـ 46.
ألين مارديس ، المدير التنفيذي المشارك لمعهد الطب الجينومي في مستشفى نيشن وايد للأطفال ، قلقة من أن المعلومات الجينية الجديدة قد تتغير بسبب الاحتفاظ بخطوط الخلايا هذه في المختبر “إلى حد كبير هو المخلفات التي تتراكم مع انتشار سلالة خلوية على مدى سنوات عديدة في الثقافة “.
وقالت ميغا إن الدراسات التي أجريت على خط الخلية أظهرت أنها تشبه الخلايا البشرية ، وأن الباحثين استخدموا الخلايا التي ظلت مجمدة ، ولم تنتشر لسنوات عديدة. ووافقت على أن الخطوة التالية هي أن تحاول المجموعة ترتيب جميع الكروموسومات الـ 46 ، المعروفة باسم الجينوم ثنائي الصبغيات.
لماذا استغرق الأمر 20 عامًا حتى يتم تسلسل آخر 8٪ من الجينوم ، حتى مع انخفاض تكلفة تسلسل باقي الجينوم من 300 مليون دولار إلى 300 دولار؟ الجواب له علاقة بالطريقة التي تعمل بها تقنيات تسلسل الحمض النووي.
تأخذ أجهزة تسلسل الحمض النووي الحالية ، التي تصنعها شركة Illumina ، أجزاء صغيرة من الحمض النووي ، وتفك تشفيرها ، وتعيد تجميع اللغز الناتج. يعمل هذا بشكل جيد مع معظم الجينوم ، ولكن ليس في المناطق التي يكون فيها رمز الحمض النووي هو نتيجة أنماط التكرار الطويلة. إذا كان الكمبيوتر العملاق يحتوي على أجزاء صغيرة فقط ، فكيف يمكنه تجميع تسلسل DNA الذي يكرر “AGAGAGA” لقواعد على قواعد؟ هذا ما بدا عليه 8٪ من الجينوم المفقود.
من بين هذه المناطق “التي لا يمكن رسمها” واحدة من أكثر الهياكل المعروفة في علم الأحياء. إذا سبق لك أن نظرت إلى الكروموسومات (فكر في العودة إلى علم الأحياء في المدرسة الثانوية) ، فإنها تبدو مثل الأوتار التي تم عقدها معًا. هذه العُقد عبارة عن وحدات مركزية ، وهي حزم من الحمض النووي التي تربط الكروموسومات ببعضها البعض. يلعبون دورًا رئيسيًا في انقسام الخلايا. وهي مليئة بالتكرارات.
في الواقع ، كانت الكواكب هي التي جذبت ميغا لتريد رؤية هذه المناطق المفقودة.
“لماذا المناطق التي تعتبر أساسية جدًا للحياة ، وهي أساسية جدًا لكيفية عمل الخلية ، موضوعة فوق أجزاء من جينومنا تتكرر هذه البحار العملاقة المترادفة؟” تتذكر أنها طلبت عندما كانت طالبة تخرج.
كان هذا السؤال هو الذي دفعها ، في نقاش مع آدم فيليب ، الباحث في المعاهد الوطنية للصحة ، إلى اقتراح بدء مبادرتهم الحالية ، المسماة تيلومير 2 تيلومير كونسورتيوم ، بعد التيلوميرات ، وهي نهايات الكروموسوم ، في 2019. وقعوا على إيفان إيشلر ، عالم الأحياء بجامعة واشنطن الذي كان قلقًا بشأن الأجزاء المفقودة من الجينوم لسنوات ، كمؤلف مشارك.
كان العمل ممكنًا لأن تقنيات Oxford Nanopore و PacBio لا تقطع الحمض النووي إلى قطع صغيرة من الألغاز. تقوم تقنية Oxford Nanopore بتشغيل جزيء DNA عبر ثقب صغير ، مما ينتج عنه تسلسل طويل جدًا. تستخدم تقنية PacBio الليزر لفحص نفس تسلسل الحمض النووي مرارًا وتكرارًا ، مما ينتج عنه قراءة يمكن أن تكون عالية الدقة. كلاهما أغلى من تقنية Illumina الحالية.
الشركات في سباق ساخن. بالنسبة لهذا المشروع ، يقول الباحثون ، أثبتت دقة تقنية PacBio أنها لا تقدر بثمن ، واستخدموا Oxford Nanopore لإنهاء بعض المجالات. لكن أكسفورد نانوبور كان يعد بالفعل بتكنولوجيا جديدة أكثر قابلية للاستخدام. قال مايكل شاتز ، الأستاذ المساعد في جامعة جونز هوبكنز: “في الوقت الحالي ، يتمتع PacBio بالميزة ولكن ليس من الواضح إلى متى سيتمكنون من الاحتفاظ بها”.
تحدث جميع الباحثين عن رؤية للمستقبل حيث بدلاً من استخدام جينوم مرجعي واحد ، سيقومون بتجميع المئات من الجينومات المختلفة والكاملة والمترابطة والمتنوعة عرقياً ، ويمكن استخدامها كمراجع. تساعد ميغا في قيادة هذا العمل أيضًا. وهذه مجرد خطوة في هذا الاتجاه.
لكن حتى الآن ، كما يقول شاتز ، كانت هناك دائمًا أسئلة حول ما هو مفقود. الآن لدينا البيانات الصحيحة في النهاية. “لدينا التكنولوجيا المناسبة.”
“هواة الإنترنت المتواضعين بشكل يثير الغضب. مثيري الشغب فخور. عاشق الويب. رجل أعمال. محامي الموسيقى الحائز على جوائز.”
