علماء يتمكنون من كتابة تسلسل "الجينوم البشري" بالكامل

في عام 2003، دخل مشروع الجينوم البشري التاريخ عندما قام بتسلسل 92٪ من الجينوم البشري، ولكن على مدى عقدين تقريبًا منذ ذلك الحين، كافح العلماء لفك رموز نسبة 8٪ المتبقية الآن، وكشف فريق من حوالي 100 عالم من اتحاد التيلومير (T2T) النقاب عن الجينوم البشري الكامل - في المرة الأولى التي يتم فيها تسلسله بالكامل، كما يقول الباحثون.

وقال إيفان إيشلر، الباحث بمعهد هوارد هيوز الطبي بجامعة واشنطن وقائد البحث إن الحصول على هذه المعلومات الكاملة سيسمح لنا بفهم أفضل لكيفية تكويننا ككائن حي فردي وكيف نختلف ليس فقط بين البشر الآخرين ولكن بين الأنواع الأخرى.

ويقدم البحث الجديد 400 مليون حرف إلى الحمض النووي المتسلسل سابقًا - قيمة كروموسوم كامل سيسمح الجينوم الكامل للعلماء بتحليل كيفية اختلاف الحمض النووي بين الأشخاص وما إذا كانت هذه الاختلافات الجينية تلعب دورًا في المرض. وقال إيشلر: "اتضح أن هذه الجينات مهمة للغاية للتكيف".

"إنها تحتوي على جينات الاستجابة المناعية التي تساعدنا على التكيف والبقاء على قيد الحياة من العدوى والأوبئة والفيروسات. وتحتوي على جينات.. مهمة للغاية من حيث التنبؤ باستجابة الدواء."وأضاف أيضًا أن بعض الجينات التي تم الكشف عنها مؤخرًا مسؤولة عن جعل أدمغة الإنسان أكبر من تلك الموجودة لدى الرئيسيات الأخرى، مما يوفر نظرة ثاقبة لما يجعل البشر فريدًا. هذا الـ 8٪ المتبقي من الجينوم البشري حير العلماء لسنوات بسبب تعقيداته. لسبب واحد، أنها تحتوي على مناطق الحمض النووي مع العديد من التكرارات، مما جعل من الصعب ربط الحمض النووي معًا بالترتيب الصحيح باستخدام طرق التسلسل السابقة. اعتمد الباحثون على تقنيتين لتسلسل الحمض النووي اللتين ظهرتا خلال العقد الماضي لتحقيق هذا المشروع: طريقة أكسفورد نانوبور لتسلسل الحمض النووي، والتي يمكنها تسلسل ما يصل إلى مليون حرف DNA في وقت واحد ولكن مع بعض الأخطاء ، وتسلسل الحمض النووي PacBio HiFi الطريقة ، والتي يمكنها قراءة 20000 حرف بدقة 99.9٪.

وقال إيشلر إن تسلسل الحمض النووي يشبه حل أحجية الصور المقطوعة. يجب على العلماء أولاً تقسيم الحمض النووي إلى أجزاء أصغر ثم استخدام آلات التسلسل لتجميعها معًا بالترتيب الصحيح. يمكن لأدوات التسلسل السابقة تسلسل أجزاء صغيرة فقط من الحمض النووي دفعة واحدة. مع وجود أحجية مكونة من 10000 قطعة، من الصعب ترتيب قطع الألغاز الصغيرة بشكل صحيح عندما تبدو متشابهة، تمامًا مثل تسلسل أجزاء صغيرة من الحمض النووي المتكرر. ولكن مع وجود أحجية مكونة من 500 قطعة، يكون من الأسهل بكثير ترتيب قطع أكبر - أو في هذه الحالة ، أجزاء أطول من الحمض النووي.

ويكشف الحمض النووي عن أكبر شجرة عائلة بشرية على الإطلاق، يعود تاريخها إلى 100000 عام وكان التحدي الثاني هو العثور على خلايا تحتوي على جينوم واحد فقط. وتحتوي الخلايا البشرية القياسية على مجموعتين من الحمض النووي، نسخة من الأم ونسخة من الأب ، لكن هذا الفريق استخدم الحمض النووي من مجموعة من الخلايا تسمى الخلد المائي الكامل، والذي يحتوي على نسخة مكررة من مجموعة الأب من الحمض النووي.

الخلد المائي الكامل هو أحد المضاعفات النادرة للحمل بسبب النمو غير الطبيعي للخلايا التي تنشأ من المشيمة. يبسط هذا النهج الجينوم بحيث يحتاج العلماء إلى تسلسل مجموعة واحدة فقط بدلاً من مجموعتين من الحمض النووي. نظرًا لأن فريق البحث استخدم مجموعة مكررة من الحمض النووي، لم يتمكن العلماء من تحديد تسلسل الكروموسوم Y في الأصل.

وفقًا لمؤلف الدراسة الرئيسي آدم فيليب ، تمكن الفريق من ترتيب تسلسل الكروموسوم Y باستخدام مجموعة مختلفة من الخلايا. وقال فيليب تتوفر مجموعة كاملة من 24 كروموسومًا متسلسلًا على متصفح جينوم جامعة سانتا كروز وفك تشفير هذا التسلسل بلا فجوة له ثمن باهظ وهو أيضًا رئيس قسم المعلوماتية الجينية في المعهد القومي لأبحاث الجينوم البشري ، إن إجمالي تكلفة المشروع تبلغ بضعة ملايين من الدولارات أو أكثر.

ولكن هذا يمثل جزءًا بسيطًا من مبلغ 450 مليون دولار تقريبًا الذي كلفه مشروع الجينوم البشري لتحقيق تسلسله النهائي في عام 2003. ومع التكنولوجيا الجديدة ، أصبح التسلسل أرخص. في الوقت الحالي ، لا يزال الأمر مكلفًا للغاية ويستغرق وقتًا طويلاً بالنسبة للجميع لتسلسل الجينوم الخاص بهم. لكن الأبحاث جارية التي تستخدم هذا الجينوم لتحديد ما إذا كانت بعض الاختلافات الجينية مرتبطة بسرطانات معينة.

قال مايكل شاتز، باحث آخر في الفريق وأستاذ علوم الكمبيوتر وعلم الأحياء في جامعة جونز هوبكنز، إن معرفة الاختلافات الجينية يمكن أن يسمح للأطباء أيضًا بتصميم علاجات أفضل.