يوجد أكثر من 150 جينًا “مصنوعًا من الصفر” في الجينوم البشري. 2 فريدة تمامًا بالنسبة لنا.
البشر و الشمبانزي انفصلنا عن سلف مشترك منذ ما يقرب من 6 ملايين سنة ، عندما أنشأنا فروعًا منفصلة على شجرة الحياة التطورية. أظهرت دراسة جديدة أن البشر استمروا في ولادة جينات جديدة تمامًا بعد هذا الانقسام ، والتي نشأ بعضها من مناطق الجينوم التي كان يُعتقد منذ فترة طويلة أنها “خردة”.
في البحث الجديد الذي نشر الثلاثاء (20 كانون الأول) في المجلة تقارير الخلية (يفتح في علامة تبويب جديدة)قام العلماء بمسح الجينوم البشري بحثًا عن دليل على “ولادة” جينات جديدة تمامًا. على وجه التحديد ، بحثوا عن ما يسمى جينات de novo التي لا تنشأ من خلال العملية المعتادة ، حيث تلتقط الجينات التغييرات في الحروف ، أو الطفرات ، حيث تقوم الخلايا بعمل نسخ من جيناتها. الحمض النووي. يؤدي هذا الحمض النووي المعدل إلى ظهور إصدارات مختلفة من البروتينات عن تلك التي تم إنشاؤها من النسخة الأصلية للجين.
في المقابل ، تنشأ جينات de novo تلقائيًا من قصاصات الحمض النووي التي لا ترمز للبروتينات ولكنها قد ترمز للجزيئات التي تعمل على تشغيل الجينات أو إيقاف تشغيلها أو تؤدي وظائف أخرى في الخلية. وهكذا ، عندما تقوم جينات de novo بتشفير البروتينات ، فإنها نوعًا ما تقوم بتطوير هذا الرمز “من الصفر” ، بدلاً من التكرار على الحمض النووي المشفر للبروتين الموجود بالفعل في الخلية.
كشفت الدراسة الجديدة عن 155 من هذه الجينات البشرية المصنوعة من الصفر والتي ترمز جميعها لبروتينات دقيقة ، أو بروتينات دقيقة ، يحتوي الكثير منها على أقل من 100 حمض أميني ، وهي اللبنات الأساسية للبروتينات. “وجدنا اثنين خاصين تمامًا بالإنسان” ، مما يعني أنهما لم يظهرا في أي من جينومات الحيوانات الأخرى التي تمت دراستها ، المؤلف الأول نيكولاوس فاكيرليس (يفتح في علامة تبويب جديدة)، باحث مبتدئ في مركز أبحاث ألكسندر فليمنغ للعلوم الطبية الحيوية في أثينا ، اليونان ، قال لـ Live Science. ظهر هذان الجينان بعد انفصال البشر عن الشمبانزي.
متعلق ب: كم من الوقت تستغرق الأنواع الجديدة لتتطور؟
تشير البيانات المبكرة من تجارب الأطباق المعملية إلى أن 44 على الأقل من هذه البروتينات البالغ عددها 155 بروتينًا – بما في ذلك البروتينان الخاصان بالبشر – قد تلعب أدوارًا مهمة في نمو الخلايا ، ولكن هذا سيحتاج إلى التحقق منه في الدراسات المستقبلية. قال فاكيرليس: “السؤال هو ما إذا كان هذا التأثير الذي نراه على مستوى ثقافة الخلية يترجم إلى شيء حقيقي على مستوى الكائن الحي”.
بدأ فاكيرليس وفريقه البحث عن جينات دي نوفو في مجموعة بيانات متاحة للجمهور. صدر لأول مرة في عام 2020 ووصفه في المجلة علم (يفتح في علامة تبويب جديدة)، تحتوي مجموعة البيانات على معلومات حول مئات المقتطفات قصيرة الطول من الحمض النووي التي ترمز للبروتينات الدقيقة. تعتبر مقتطفات الحمض النووي هذه “غير متعارف عليها” ، بمعنى أن اللبنات الأساسية الخاصة بها تصطف في تسلسلات غير عادية لا تُرى عادةً في الجينات المشفرة للبروتين. أجرى الفريق المسؤول عن مجموعة البيانات أيضًا تجارب لمعرفة ما إذا كانت هذه البروتينات الدقيقة تؤدي أدوارًا مهمة في الخلايا ووجدوا أن بعضها يبدو مفتاحًا لنمو الخلايا ، على الأقل في أطباق المختبر.
قال فاكيرليس لـ Live Science: “بدون مجموعة البيانات هذه ، ستكون دراسة مثل تلك التي قمنا بها مستحيلة”. من الناحية التاريخية ، اعتبر العلماء مثل هذه التسلسلات فائقة القصر والحمض النووي والبروتينات الصغيرة التي تشفرها غير مهمة إلى حد كبير – غير مهمة مقارنة بالبروتينات الكبيرة الأكثر شيوعًا. وقد تم تحدي هذه الفكرة منذ ذلك الحين ، لأن الأساليب الحديثة تسمح للعلماء الآن بدراسة البروتينات الدقيقة والحمض النووي المرتبط بها بسهولة أكبر.
مع مجموعة البيانات الثرية في متناول اليد ، عمل الفريق بشكل عكسي لتقدير متى تم تقديم كل قصاصة من الحمض النووي المشفر للبروتينات لأول مرة إلى النسب التطوري للبشر. للقيام بذلك ، بحثوا عن نفس مقتطفات الحمض النووي في جينومات 99 نوعًا من الفقاريات الأخرى ، بما في ذلك الشمبانزي والغوريلا والخيول ، التماسيح و خلد الماء. قال فاكيرليس: “نحن نعلم العلاقات التطورية بين هذه الحيوانات ، ونعلم أن الإنسان والشمبانزي قريبان من بعضهما البعض أكثر من الإنسان والغوريلا ، إلى آخره”.
متعلق ب: قد تدفع المناطق المظلمة من الجينوم تطور أنواع جديدة
مع الأخذ في الاعتبار هذه العلاقات ، استخدم الفريق طرقًا حسابية لدحر الساعة التطورية وتحديد سلف الإنسان الذي حمل أولاً كل جين مشفر للبروتينات الدقيقة. يمكنهم بعد ذلك النظر إلى الأسلاف الأقدم الذين لم يحملوا الجين ومعرفة ما إذا كان هذا الجين قد نشأ على الأرجح من جديد – من تسلسلات غير مشفرة للبروتين.
بالإضافة إلى ذلك ، نظر الفريق في البيانات من معظم الأنواع المائة لمعرفة الجينات التي يتم تشغيلها بالفعل في حيوانات مختلفة ، وبالتالي ، يتم استخدامها بنشاط لصنع البروتينات. قال فاكيرليس: “إذا لم يتم التعبير عنها ، فلن تفعل شيئًا”.
تشير الدراسة إلى أن بعض الجينات الـ 155 de novo الموجودة في الجينوم البشري تعود إلى أصل الثدييات ، بينما ظهر البعض الآخر مؤخرًا.
ومع ذلك ، فإن البحث لديه بعض القيود. على سبيل المثال ، لم تكن بيانات التعبير الجيني متاحة لجميع الأنواع المائة ، لذا فإن هذا يثير بعض عدم اليقين بشأن متى أصبح كل جين نشطًا داخل سلالة الإنسان. قال فاكيرليس إن هناك أيضًا بعض عدم اليقين بشأن ما إذا كانت الجينات الـ 44 التي تم تحديدها على أنها مهمة لوظيفة الخلية في أطباق بتري تُحدث فرقًا في الكائنات الحية.
حول هذه النقطة ، على الرغم من ذلك ، “من المحتمل أن يكون هناك بعض الإيجابيات الخاطئة ، ولكن الكثير من السلبيات الكاذبة ، إذا كان عليّ أن أخمن” ، كما أشار. بعبارة أخرى ، من المحتمل أن هناك بعض البروتينات الدقيقة التي بدت غير مهمة لنمو الخلايا في دراسات الأطباق المختبرية الأولية ولكن وظائفها الحقيقية لم يتم الكشف عنها بعد – “مما يعني أن هناك الكثير لاكتشافه” ، كما قال.
