تم نشر المسودة الأولى لـ “pangenome” البشري ، مضيفةً الملايين من “اللبنات الأساسية” إلى الجينوم المرجعي البشري
نشر العلماء أول “بانجينوم” بشري – وهو تسلسل جيني كامل يتضمن الجينومات ليس من فرد واحد فقط ، بل من 47.
ينحدر هؤلاء الأفراد البالغ عددهم 47 شخصًا من جميع أنحاء العالم ، وبالتالي يزيدون بشكل كبير من تنوع الجينومات الممثلة في التسلسل ، مقارنةً بتسلسل الجينوم البشري الكامل السابق الذي يستخدمه العلماء كمرجع للدراسة. تم إصدار أول تسلسل للجينوم البشري مع بعض الفجوات في عام 2003 و فقط “بلا فجوة” في عام 2022. إذا كان الجينوم البشري الأول عبارة عن سلسلة خطية بسيطة من الشفرة الجينية ، فإن pangenome الجديد هو سلسلة من المسارات المتفرعة.
الهدف النهائي لاتحاد مرجع Human Pangenome ، الذي نشر المسودة الأولى من pangenome يوم الأربعاء (10 مايو) في المجلة طبيعة (يفتح في علامة تبويب جديدة)، هو تسلسل ما لا يقل عن 350 فردًا من مجموعات سكانية مختلفة حول العالم. على الرغم من أن 99.9٪ من الجينوم هو نفسه من شخص لآخر ، إلا أن هناك تنوعًا كبيرًا موجودًا في 0.1٪ الأخيرة.
“بدلاً من استخدام تسلسل جينوم واحد كنظام إحداثيات خاص بنا ، يجب أن يكون لدينا بدلاً من ذلك تمثيل يعتمد على جينومات العديد من الأشخاص المختلفين حتى نتمكن من التقاط التنوع الجيني لدى البشر بشكل أفضل ،” ميليسا جيمريك (يفتح في علامة تبويب جديدة)، الباحث في علم الوراثة في جامعة كاليفورنيا ، سان دييغو ، والذي لم يشارك في المشروع ، قال لـ Live Science.
متعلق ب: يوجد أكثر من 150 جينًا “مصنوعًا من الصفر” في الجينوم البشري. 2 فريدة تمامًا بالنسبة لنا.
مرجع للصحة
تم الانتهاء من أول تسلسل كامل للجينوم البشري في عام 2003 من قبل مشروع الجينوم البشري واستند إلى الحمض النووي لشخص واحد. في وقت لاحق ، تمت إضافة أجزاء وقطع من حوالي 20 فردًا آخر ، لكن 70٪ من التسلسل الذي يستخدمه العلماء لقياس التباين الجيني لا يزال يأتي من شخص واحد.
يستخدم علماء الوراثة الجينوم المرجعي كدليل عند ترتيب أجزاء من الرموز الجينية للأشخاص ، آريا مسرات (يفتح في علامة تبويب جديدة)، طالبة دكتوراه في مختبر جيمريك شاركت في تأليف افتتاحية حول البحث الجديد معها في مجلة Nature ، وفقًا لـ Live Science. إنهم يطابقون قصاصات الحمض النووي التي تم فك تشفيرها حديثًا مع المرجع لمعرفة كيفية ملاءمتها داخل الجينوم ككل. يستخدمون أيضًا الجينوم المرجعي كمعيار لتحديد الاختلافات الجينية – إصدارات مختلفة من الجينات التي تختلف عن المرجع – والتي قد تكون مرتبطة بالظروف الصحية.
ولكن مع وجود مرجع واحد في الغالب من شخص واحد ، فإن العلماء ليس لديهم سوى نافذة محدودة من التنوع الجيني للدراسة.
تضاعف مسودة pangenome الأولى الآن عدد المتغيرات الجينومية الكبيرة ، والمعروفة باسم المتغيرات الهيكلية ، التي يمكن للعلماء اكتشافها ، وبذلك يصل عددهم إلى 18000. هذه هي الأماكن في الجينوم حيث تم حذف أجزاء كبيرة أو إدخالها أو إعادة ترتيبها. تضيف المسودة الجديدة أيضًا 119 مليون زوج أساسي جديد ، مما يعني “الأحرف” المزدوجة التي تشكل تسلسل الحمض النووي ، و 1115 طفرة جديدة لتكرار الجينات إلى الإصدار السابق من الجينوم البشري.
“إن فهم هذه الاختلافات بين الجينومات وفهرستها حقًا هو ما يسمح لنا بفهم كيفية عمل الخلايا وبيولوجيتها وكيفية عملها ، بالإضافة إلى فهم الاختلافات الجينية وكيفية مساهمتها في فهم الأمراض التي تصيب الإنسان” ، هذا ما قاله مؤلف مشارك في الدراسة كارين ميغا (يفتح في علامة تبويب جديدة)قال عالم الوراثة بجامعة كاليفورنيا ، سانتا كروز ، في مؤتمر صحفي عقد في 9 مايو.
يمكن أن يساعد pangenome العلماء في الحصول على فهم أفضل للحالات المعقدة التي تلعب فيها الجينات دورًا مؤثرًا ، مثل التوحد والفصام واضطرابات المناعة و مرض القلب التاجي، قال الباحثون المشاركون في الدراسة في المؤتمر الصحفي.
على سبيل المثال ، من المعروف أن جين البروتين الدهني A هو أحد أكبر عوامل الخطر للإصابة بأمراض القلب التاجية لدى الأمريكيين من أصل أفريقي ، لكن التغييرات الجينية المحددة التي ينطوي عليها الأمر معقدة وغير مفهومة بشكل جيد ، كما يقول مؤلف مشارك في الدراسة ايفان ايشلر (يفتح في علامة تبويب جديدة)قال الباحث في علم الجينوم بجامعة واشنطن في سياتل للصحفيين. مع pangenome ، يمكن للباحثين الآن إجراء مقارنة أكثر شمولاً للاختلاف في الأشخاص المصابين بأمراض القلب والذين لا يعانون منها ، وقد يساعد ذلك في توضيح مخاطر إصابة الأفراد بأمراض القلب بناءً على المتغيرات الجينية التي يحملونها.
متعلق ب: ما لا يزيد عن 1.5٪ من الجينوم الخاص بنا هو “ بشري فريد ”
فهم متنوع
استخدمت مسودة pangenome الحالية بيانات من المشاركين في مشروع 1000 Genomes ، والذي كان أول محاولة لتسلسل الجينوم من عدد كبير من الأشخاص من جميع أنحاء العالم. وافق المشاركون المشمولين على أن تكون تسلسلهم الجيني مجهول الهوية وإدراجها في قواعد البيانات المتاحة للجمهور.
استخدمت الدراسة الجديدة أيضًا تقنية تسلسل متقدمة تسمى “التسلسل طويل القراءة” ، على عكس تسلسل القراءة القصيرة الذي جاء من قبل. قال إيشلر إن تسلسل القراءة القصيرة هو ما يحدث عندما ترسل الحمض النووي الخاص بك إلى شركة مثل 23andMe. قرأ الباحثون أجزاء صغيرة من الحمض النووي ثم قاموا بتجميعها معًا في مجموعة كاملة. يمكن لهذا النوع من التسلسل التقاط قدر مناسب من التباين الجيني ، ولكن يمكن أن يكون هناك تداخل ضعيف بين كل جزء من أجزاء الحمض النووي. من ناحية أخرى ، فإن تسلسل القراءة الطويلة يلتقط أجزاء كبيرة من الحمض النووي دفعة واحدة.
في حين أنه من الممكن تسلسل الجينوم بتسلسل قصير القراءة بحوالي 500 دولار ، فإن تسلسل القراءة الطويلة لا يزال مكلفًا ، حيث يكلف حوالي 10000 دولار للجينوم ، كما قال إيشلر. ومع ذلك ، فإن السعر ينخفض ، ويأمل فريق pangenome في تسلسل مجموعات الجينومات التالية بنصف تلك التكلفة أو أقل.
يعمل الباحثون على تجنيد مشاركين جدد لمواصلة سد فجوات التنوع في pangenome ، المؤلف المشارك في الدراسة ايمير كيني (يفتح في علامة تبويب جديدة)قال أستاذ الطب وعلم الوراثة في معهد الصحة الجينومية في كلية إيكان للطب في ماونت سيناي في مدينة نيويورك للصحفيين. نظرًا لأن المعلومات الجينية حساسة ولأن القواعد المختلفة تحكم مشاركة البيانات والخصوصية في بلدان مختلفة ، فإن هذا عمل دقيق. قال كيني إن القضايا تشمل الخصوصية والموافقة المستنيرة وإمكانية التمييز على أساس المعلومات الجينية.
بالفعل ، يكشف الباحثون عن عمليات جينية جديدة باستخدام مسودة pangenome. في ورقتين بحثيتين نُشرتا في دورية Nature جنبًا إلى جنب مع العمل ، نظر الباحثون في الأجزاء شديدة التكرار من الجينوم. كانت هذه الأجزاء تقليديا صعبة الدراسة ، عالم الكيمياء الحيوية بريان ماكستاي (يفتح في علامة تبويب جديدة) من جامعة أيرلندا الوطنية في غالواي لـ Live Science ، لأن تسلسلها عبر تقنية القراءة القصيرة يجعل من الصعب فهم كيفية ملاءمتها معًا. تسمح تقنية القراءة الطويلة بقراءة أجزاء طويلة من هذه التسلسلات المتكررة مرة واحدة.
وجدت الدراسات أن في نوع واحد من التسلسل المتكرر (يفتح في علامة تبويب جديدة)، المعروفة باسم الازدواج القطاعي ، هناك قدر أكبر من التباين المتوقع ، وهو آلية محتملة للتطور طويل الأمد للوظائف الجديدة للجينات. في نوع آخر من التسلسل المتكرر (يفتح في علامة تبويب جديدة) وهو المسؤول عن بناء الآلات الخلوية التي تنتج بروتينات جديدة ، ومع ذلك ، يبقى الجينوم مستقرًا بشكل ملحوظ. سمح pangenome للباحثين باكتشاف آلية محتملة لكيفية بقاء هذه الأجزاء الرئيسية من الحمض النووي متسقة بمرور الوقت.
قال ماكستاي: “هذه مجرد البداية”. “سيكون هناك الكثير من البيولوجيا الجديدة التي ستخرج من هذا.”
