نحن نعلم أن الفرق بين Cabernet-Sauvignon و Chardonnay هو الأحمر مقابل عنب النبيذ الأبيض. لكن كيف حدث هذا التغيير؟ كان الجين القافز هو الذي حث العنب الأحمر على إنتاج صنف ذو بشرة بيضاء عن طريق تغيير تسلسل أحد جيناته. لقد أتضح أن نفس عناصر الحمض النووي التي تسببت في هذا التغيير موجودة أيضًا في البشر.
من المحتمل أن تكون الجينات القافزة في جينومنا منذ آلاف السنين. إنهم سكان هادئون ، يجلبون التنوع الجيني والتطور لآلاف الأنواع. ومع ذلك ، يمكن أن يكونوا أيضًا حاملي الأخبار السيئة. في بعض الأحيان ، تكون الحركة المفاجئة لهذه العناصر حول جينومنا هي التي يمكن أن تكون أحد الأسباب الرئيسية للمرض .
من أين تأتي جينات القفز؟
الجينوم البشري ضخم. في الواقع ، فإن وضع كل خيوط الحمض النووي من جسمك من طرف إلى طرف سيصل إلى نهاية النظام الشمسي. الجينوم مثير للاهتمام لدرجة أنه في عام 2001 ، تم إطلاق مشروع الجينوم البشري الطموح ، بهدف تسلسل وفهم ما كان يفعله كل جين في جسم الإنسان. عند اكتماله في عام 2003 ، مشروع الشفرة الوراثية البشرية اكتشفوا أنه على الرغم من الحجم الهائل للجينوم البشري ، فإن الجينات التي ترمز للبروتين والتي لها دور وظيفي في تشكيل هوية الخلية كانت 2٪ فقط! نسبة 98٪ المتبقية كانت لغزا ، ولذلك أطلق عليها اسم جينوم الظلام.
يتكون الحمض النووي في كل كائن حي من أربعة تركيبات كيميائية فقط ، تسمى الأحماض النووية ، والتي اختصرها العلماء باختصار A ، T ، C ، G. بشكل فردي ، المواد الكيميائية ليس لها أي غرض ، ولكن عند ربطها معًا في خيوط طويلة من الحمض النووي تسمى الكروموسومات ، توفير التعليمات المشفرة لهوية كل خلية في الجسم كله. تخيل أن كل من هذه الأحماض النووية الأربعة يمثل أحرفًا في الأبجدية. الحروف وحدها لا تحمل أي معنى. ومع ذلك ، عندما يتم دمج هذه الأحرف في كلمات وجمل لإنشاء الحمض النووي الكامل ، فإنها تبدأ في الشعور. باستخدام أحدث تقنيات التسلسل ، يهدف مشروع الجينوم البشري إلى قراءة جميع الحروف ، من طرف إلى طرف ، في كتاب الحمض النووي البشري. اكتشف مشروع الجينوم البشري أن معظم الحمض النووي في الجينوم المظلم لم يكن صعبًا للغاية في التسلسل فحسب ، بل كان من المستحيل أيضًا تفسير الوظيفة التي كان يقوم بها هذا الحمض النووي في الخلايا.
تم إطلاق موسوعة عناصر الحمض النووي ( ENCODE ) من هذه النتائج والتي تهدف إلى تحديد ما كان يفعله هذا الجينوم الغامض في خلايانا.
كانت إحدى النتائج الرئيسية لمشروع ENCODE هي أن أحد المساهمين الرئيسيين في Dark Genome كان نوعًا فريدًا من العناصر يسمى الينقولات ، أو الجين القافز. في الواقع ، تم وصف هذه الجينات القافزة بالفعل من قبل الحائزة على جائزة نوبل باربرا مكلينتوك قبل 50 عامًا ، على الرغم من أن نظرياتها كانت موضع شك خلال تلك الفترة!
الينقولات استثنائية. لديهم القدرة الحصرية على التحرك حول الجينوم ونقل تسلسل الحمض النووي الخاص بهم. بالنسبة للعديد من أنواع الينقولات ، تحدث هذه الحركة من خلال جزيء وسيط عالي التخصص. من خلال استراتيجية شبيهة بـ “النسخ واللصق” أو “القص واللصق” ، اعتمادًا على نوع الينقولات ، يمكن للجين القافز نسخ تسلسله مرة أخرى إلى الجينوم في مكان بديل. تخيل جملة واحدة في كتاب ، تم نسخها ولصقها آلاف المرات مرارًا وتكرارًا من خلال الكتاب. باستخدام عينيك ، سيكون من المستحيل تخمين عدد المرات التي تم نسخ الجملة فيها ، ومن أي جزء من الكتاب نشأت جملة واحدة. آلة التسلسل ليست أفضل في هذا التحدي! من السهل أن ترى كيف يمكن اعتبار هذا التسلسل غير هام.
لكن الينقولات بعيدة كل البعد عن الخردة. يمكن أن تكون قدرة الينقولات على نسخ نفسها حول الجينوم مفيدة للغاية ، حيث تجلب التنوع وتعزز التطور. من المحتمل أن تكون حركة الينقولات هي التي دفعت نشاط الجينات المطلوبة للخطوات الأولى للتطور الجنيني الطبيعي. من المحتمل أيضًا أنها لعبت دورًا في تطور المشيمة ، وهي عضو مؤقت ينفرد به التطور الجنيني للثدييات.
لكن يمكنهم أيضًا جلب الفوضى.
تم اكتشافهم لأول مرة ليكونوا سبب المرض في شخصان غير متصلين كان كلاهما مصابًا بمرض دم حاد في عام 1988. وجد الباحثون أن الينقولات قد قفز مباشرة إلى منتصف جين التخثر المسمى “F8”. تخيل كما لو أن جملة واحدة ، الينقولات ، قد أدخلت نفسها في منتصف جملة أخرى ، الجين ، في كتاب الحمض النووي. الكلمات لم تعد منطقية. يُعتقد أن ما يقرب من نصف السرطانات التي تصيب الإنسان قد يكون سببها الينقولات لتغيير جملة الحمض النووي لجين ترميز البروتين الصحي إلى شيء لا معنى له. غالبًا ما تكون جينات ترميز البروتين الصحية نوعًا من الجينات يسمى “مثبط الورم”. عندما يدخل الينقولات في هذا النوع من الجين ، فإنه يعطل وظيفته المعتادة ، ويحوله من كونه مثبطًا إلى السماح بتطور الورم. وجدت الدراسات التي أجريت على الجين “APC” ، الذي يتأثر بشكل شائع في سرطانات القولون ، هذا بالضبط ؛ قفز الينقولات إلى منتصف هذا الجين وأدى إلى تعطيل وظيفته الطبيعية.
على الجانب الآخر ، تم إثبات أن بعض أنواع الينقولات تمنع حدوث ذلك تطور السرطان. أ دراسة حديثة باستخدام خلايا سرطان الدم ، وجد أن نشاط الينقولات في الواقع يثبط تقدم سرطان الدم النخاعي الحاد. عندما منع العلماء نشاط الينقولات ، وجدوا أن تطور سرطان الدم ، وبالتالي تشخيص المريض المحتمل ، كان في الواقع أسوأ.
يمكن تحقيق علاجات وعلاجات جديدة لأمراض مثل السرطان من خلال فهم وتفسير فوائد ونشاط وآليات الجينوم المظلم ، وقدرة الينقولات الموجودة داخل هذا الحمض النووي على التحرك. سيعني أيضًا معرفة المزيد عن دور الينقولات في الأمراض الوراثية والخصوبة. يتكهن العلماء حاليًا بأن مدى نشاط الينقولات في بويضات الإناث يمكن استخدامه بواسطة المبيض كطريقة لمراقبة الجودة.
لتحقيق أكثر العلاجات فعالية ، نحتاج إلى أن نكون قادرين على قراءة كتاب الجينوم البشري بمزيد من التفصيل. في عام 2021 ، حدث تغيير في التسلسل لم يخضع لمراجعة الأقران دراسة تم إصداره ، مضيفًا 200 مليون حمض نووي مذهل ، تحتوي على 115 جينًا جديدًا ، إلى البيانات من مشروع الجينوم البشري ، باستخدام أحدث استراتيجيات تسلسل الحمض النووي الأكثر حداثة ومعاصرة. الآن ، بدلاً من تسلسل الأحرف المفردة في كل مرة ، يمكننا ترتيب فقرات أو صفحات كاملة من كتاب الحمض النووي دفعة واحدة ، مما يتيح للعلماء إجراء تخمينات أكثر دقة حول وظيفة وأصل التسلسل المتكرر الموجود في الجينوم المظلم.
لكن ما يمكننا التأكد منه هو أن الحمض النووي غير المرغوب فيه بعيد كل البعد عن الخردة. في الواقع ، قد يساهم الحمض النووي غير المرغوب فيه في بعض أهم تسلسلات الحمض النووي التي يمكن أن تطلبها خلاياك على الإطلاق. لقد بدأنا للتو في معرفة السبب.