الجينوم : ملحمة الحمض النووي

الجينوم : يتكون جينوم PhiX174 من 5386 نيوكليوتيد فقط (اللبنات الأساسية للحمض النووي ) و 11 جينًا – لا شيء مقارنة بالجينومات التي تم تحليلها اليوم. ومع ذلك ، تسبب تسلسل هذا الفيروس البكتيري في عام 1977 ، على حساب عدة أشهر من العمل ، في إحداث ضجة كبيرة. لقد أثبت أن هناك أخيرًا أدوات لقراءة الحمض النووي . لفهم المقدار المتوقع من هذه الأدوات ، يتعين علينا الرجوع إلى الوراء قبل ذلك بكثير.

فهم آليات الوراثة

إن فهم آليات الوراثة لا يرجع إلى الأعمال الوحيدة ، وإن كانت رائعة ، للراهب النمساوي جريجور مندل. مثل أي علم ، تم بناء علم الوراثة خطوة بخطوة ، من المعرفة المكتسبة عبر القرون من قبل “الهجينين” ومن خلال ظهور الأساليب الإحصائية. لذلك كان مندل ، باستخدام البازلاء ، قادرًا على العمل على عينات كبيرة جدًا. مكنته خططه التجريبية الصارمة من وضع قوانينه الشهيرة في عام 1865 والتي تحدد الطريقة التي تنتقل بها الخصائص الوراثية من جيل إلى آخر. لم يتم فهم هذه النتائج أو قبولها في ذلك الوقت. تم عرضها مرة أخرى بعد خمسة وثلاثين عامًا في نباتات أخرى ، وكذلك ذبابة الفاكهة ، ثم الفئران.

فتح ظهور علم الوراثة الحديث أسئلة أساسية: ما هو الدعم الجزيئي المسؤول عن هذه الآليات؟ ما هي الطبيعة البيوكيميائية لنظام المعلومات الحي؟ كيف كان يعمل؟ كيف تم نقلها إلى الجيل القادم؟ صدرت العديد من الفرضيات في بداية العشرون عشر قرن في جو عاطفي. هنا تطرقنا إلى قلب الحياة ، وقلب أصولنا ، وهويتنا ، وتميز كل واحد. بعد إثبات أن نظام المعلومات هذا تنقله الكروموسومات ، حددت تجربتان رائعتان للغاية طبيعة الجزيء الداعم للوراثة.

إقرأ أيضا:ما هو الزرنيخ

الجينوم عام 1928

و dna ، دعم الوراثة
في عام 1928 ، كان فريدريك جريفيث ، عالم الأحياء الدقيقة الإنجليزي ، يبحث عن لقاح ضد المكورات الرئوية. كان تحت تصرفه سلالتان ، إحداهما قاتلة في الفئران والأخرى غير خبيثة. مستوحى من عمل باستور ، حقن جريفيث الفئران ببكتيريا حية غير ضارة أو بكتيريا فتاكة تقتل الحرارة.

لم تقتل أي من هذه الاستعدادات الفئران. من ناحية أخرى ، تسبب حقنها بالتتابع أو معًا في موتهم. بالإضافة إلى ذلك ، فإن البكتيريا غير الخبيثة ، التي أصبحت قاتلة فيما بعد ، تنقل الآن صفة الضراوة هذه إلى نسلها: عامل “محوّل”. ينتقل من السلالة الخبيثة المقتولة إلى السلالة غير الضارة وتعديل وراثة هذه البكتيريا. تم تكرار التجربة في عام 1944 من قبل أوزوالد أفيري وكولين ماكليود وماكلين مكارثي ، من معهد روكفلر ، نيويورك. لقد استبدلوا البكتيريا الفتاكة المقتولة بمستخلصات عالية النقاء من هذه البكتيريا القاتلة (البروتينات ، الدهون ، الكبسولات ، الأحماض النووية). كان عامل تعديل الوراثة موجودًا فقط في المستخلص الذي يحتوي على الأحماض النووية فقط ، وبشكل أساسي حمض الديوكسي ريبونوكلييك أوdna .

كان الحمض النووي معروفًا بالفعل

في ذلك الوقت ، كان الحمض النووي معروفًا بالفعل ، لكن تركيبته – تكرار أربعة عناصر – بدا بسيطًا جدًا بحيث لا يلعب دورًا في وراثة هذه البكتيريا. كان يُعتقد أنه يساهم في بنية الكروموسومات ، مثل الأكتين في الهيكل العظمي للخلايا. علاوة على ذلك ، لم يكن معروفًا أن الحمض النوويكانت موجودة في معظم الكائنات الحية الدقيقة. يبدو أن الثراء والتعقيد الهائل لعالم البروتينات يتوافق بشكل أفضل مع التنوع غير العادي للكائنات الحية. لذلك كانت صرخة عامة تقريبًا ولم يفز Avery أبدًا بجائزة نوبل! تطلب الأمر تدخل علماء الفيزياء من “مجموعة العاثيات” (ألفريد هيرشي ، ماكس ديلبروك ، سلفادور لوريا) ، وهي شبكة غير رسمية من العلماء ، وعملهم الرائع لإنهاء الجدل حول طبيعة الجزيء الداعم للوراثة.

إقرأ أيضا:ما هو الواي فاي

الجينوم : بدأت العديد من المعامل في دراسة الحمض النووي

اتخذت هذه الخطوة الحاسمة ، بدأت العديد من المعامل في دراسة الحمض النووي وفحص الأسئلة التي لا حصر لها والتي ظهرت ، والتي تمت الإجابة على أولها – حول هيكلها – في عام 1953 (جيمس واتسون ، فرانسيس كريك): الحمض النووي هو حلزون مزدوج غالبًا ما يكون طويلًا جدًا ، من من بضعة آلاف إلى عدة مليارات من العناصر ، تتكون من أربعة قواعد (A ، C ، T ، G) منظمة بطريقة خطية دقيقة ، مما يشير إلى نظام تشفير المعلومات في القاعدة 4. هذا الهيكل مزدوج الحلزون ، ويتألف من اثنين من خيوط من الحمض النوويالتكميلي .

اقترح أيضًا آلية لإدامة هذا الجزيء خلال الأجيال المتعاقبة. حصل هذا العمل الاستثنائي على جائزة نوبل في عام 1962. وعلى مدى العقود التالية ، تم توضيح البنية الدقيقة للجينات “الطبيعية” ، وطبيعة الآفات التي يمكن أن تغير خصائصها ، وتنظيم تعبيرها ، ونظام الترميز الجيني / البروتيني ، النسخ المتماثل ، إلخ. تدريجيًا ، تم إنشاء الروابط بين علم الوراثة وعالم الجين ، لا سيما في مجالين من مجالات الطب ، الأمراض النادرة والسرطان. و dna أصبح نجم المؤتمرات والمنشورات لا تعد ولا تحصى، ومصدرا للكثير من جائزة نوبل.

إقرأ أيضا:ما معنى رأس المال غير الملموس؟

تحديد الجزيئات التي يمكن استخدامها في هندسة الحمض النووي

خلال هذا البحث أيضًا ، تم تحديد الجزيئات التي يمكن استخدامها في هندسة الحمض النووي (إنزيمات التقييد ، ligase ، النسخ العكسي ، PCR ، ومؤخراً ، CRISPR-Cas9 ، إلخ). تدريجيًا ، أتاح صندوق أدوات قوي جدًا تطوير البيولوجيا الجزيئية الأساسية ، من ناحية ، حيث يقوم الفرد بعزل جين أو تضخيمه أو تمييزه أو تعديل جينوم خلية أو عضو أو كائن حي ، ومن ناحية أخرى ، الهندسة الوراثية مع مهنة تطبيقية أكثر ، لا سيما من خلال إنشاء شركات التكنولوجيا الحيوية. جزيئات الدواء مثل الأنسولين ، ثم الأجسام المضادة ، التي يستحيل تصنيعها كيميائيًا ،الحمض النووي (جزء من الحمض النووي المستخرج من أحد الأنواع يمكن قراءته واستخدامه بواسطة نوع آخر). أظهرت التجارب الأصلية لجريفيث وأفيري وزملائهم الطريق.

عصر علم الجينوم

سرعان ما أصبح واضحًا تمامًا أن المفتاح لفهم آلية الكائنات الحية ، وخاصة تطور الحمض النووي وفقًا للأنواع ، يكمن في قدرتنا على تحديد ترتيب العناصر المكونة للجزء ، والأفضل من ذلك ، الجينوم. أصبح تسلسل الحمض النووي قضية حرجة. بالإضافة إلى ذلك ، فإن حجم العديد من الجينومات جعل من الضروري وجود طرق بسيطة وسريعة. تم اقتراح اثنين في النصف الثاني من السبعينيات ، أحدهما من قبل البريطاني فريدريك سانجر (حصل بالفعل على جائزة نوبل في عام 1958 لعمله في تركيب الأنسولين) ، والآخر من قبل الأمريكي والتر جيلبرت. وهكذا في عام 1977 تم ترتيب جينوم العاثيات. ولدت طريقة سانجر!

تسلسل الجينوم الأكثر تعقيدًا ظهر في أوائل الثمانينيات

كان هذا الجينوم الأول صغيرًا ، لكن الطموح لتسلسل الجينوم الأكثر تعقيدًا ظهر في أوائل الثمانينيات ، وفي عام 1985 اقترح بعض العلماء تسلسل الجينوم البشري. بدأ هذا المشروع الفرعوني في ذلك الوقت (المدة المخطط لها: 15 سنة ، التكلفة: 3 مليارات دولار) في عام 1990 ، مصاحبة لـ 16 مختبرا في العالم ، بما في ذلك Genoscope of Evry ، وانتهت في عام 2003 (في الواقع 2006). خلال هذه الفترة ، تطور أداء التسلسل بشكل كبير. اليوم ، يتم إجراء تسلسل الجينوم البشري في غضون أيام قليلة – غدًا في غضون ساعات قليلة – مقابل 1000 دولار. لذلك ، يمكن أن تصبح معرفة الجينوم البشري الكامل جزءًا من الممارسة الروتينية في المستشفى. هذا هو هدف خطة France Médecine Génomique 2025 ، التي تم إطلاقها في 22 يونيو 2016. ستتيح الموارد التقنية الموزعة على اثنتي عشرة منصة إقليمية ، في غضون خمس إلى سبع سنوات ، تسلسل مئات الآلاف من الجينوم في علم الأورام وفي مجال الأمراض النادرة ، ثم في جميع القطاعات الطبية التي تتطلب ذلك. وهكذا يظهر ما يسمى بالطب الدقيق الجديد ، حيث ستتيح التقنيات الرقمية دمج جميع البيانات السريرية للمريض ومقارنة ملفه بآلاف الآخرين من أجل تحسين التشخيص واختيار العلاج.

علم الجينوم

لقد فتح علم الجينوم أيضًا الأبواب في العديد من القطاعات وهو بالفعل أصل الاقتصاد البيولوجي الذي يعطل النماذج الاقتصادية ويعدل ميزان القوى بين البلدان. استثمرت صناعة المستحضرات الصيدلانية في علوم الحياة لاستخدام العقاقير البيولوجية أو لإنتاج جزيئات كيميائية معقدة بواسطة البيولوجيا التركيبية ، ولا سيما في العلاج المناعي للورم. تلعب التكنولوجيا الحيوية البيئية دورًا كبيرًا في سياسة التنمية المستدامة. تطهير المواقع الملوثة ، معالجة وإعادة تدوير النفايات والروائح ، معالجة المياه ، مراقبة مسببات الأمراض في البيئة ، كلها تستدعي النهج الجينومية لتحسين الإجراءات أو تحديد الجينات والمسارات الأيضية المعنية.in vivo سوف تتسارع بشكل أكبر من خلال طرح مشاكل أخلاقية هائلة!

تعيدنا Metagenomics ، وهي قائمة جرد للكائنات الحية الدقيقة في أنظمة بيئية غير معروفة تمامًا حتى الآن ، إلى عصر الاستكشافات العظيمة. و وبيجل يسمى اليوم تارا . يسافر هذا المركب الشراعي في المحيطات ويجمع عينات من العوالق ويرسم خرائط لتوزيع الكائنات الحية الدقيقة البحرية حول العالم – بينما يساعد في مراقبة النظم البيئية البحرية ومكافحة الاحتباس الحراري.

تسلسل جينوم البونوبو

قام فريق دولي بقيادة كاي بروفر ، من معهد ماكس بلانك للأنثروبولوجيا في لايبزيغ ، ألمانيا ، بتسلسل جينوم Ulindi ، أنثى بونوبو في حديقة حيوان لايبزيغ. أظهرت النتائج أن جينوم البونوبو (Pan paniscus) يختلف بنسبة 1.3 في المائة عن جينوم البشر. في عام 2005 ، أظهر علماء الوراثة أن الشمبانزي هو أقرب حيوان للإنسان ، ويقدر الفرق بين جينوماتهم بنسبة 1.3٪. يجب علينا الآن اعتبار البونوبو أقرب إلى البشر مثل الشمبانزي. بالإضافة إلى ذلك ، فإن جينوم البونوبو مشابه جدًا لجينوم الشمبانزي (99.6٪ تماثل).

تتيح التحليلات الجينية التي أجريت فهمًا أفضل للتاريخ التطوري للإنسان والبونوبو والشمبانزي. كان الإنسان قد تباعد عن الرئيسين الآخرين بين خمسة وسبعة ملايين سنة مضت. كان الشمبانزي والبونوبو قد انفصلوا عن أنفسهم قبل مليوني عام ، ربما أثناء تكوين نهر الكونغو. يدعم هذه الفرضية التوزيع الجغرافي للنوعين: يعيش البونوبو حصريًا في جنوب النهر ، في موائل نائية ومعزولة ، بينما يحتل الشمبانزي شمال وشرق النهر ، وكذلك الغابات الاستوائية في إفريقيا . من الغرب.

في حين أن هناك الكثير من القواسم المشتركة بين الشمبانزي والبونوبو ، إلا أنها تتميز بسلوكها الاجتماعي وحجمها. ذكر الشمبانزي هو نوع من العزلة والعدوانية ، ويدافع عن هيمنته. يمكنه إنشاء تحالفات لمهاجمة الجماعات المتنافسة. يتصرف البونوبو بشكل أكثر سلمية وغالبًا ما يحل النزاعات من خلال الجماع. نجد كل هذه السلوكيات في البشر. إذن ، هل هو أقرب إلى الشمبانزي أم البونوبو؟ تعد دراسة تسلسلات الحمض النووي الأخرى ضرورية لتوضيح الاختلافات والتشابه بين البشر والبونوبو والشمبانزي.

فك جينوم الطماطم

قام اتحاد دولي بتسلسل جينوم طماطم هاينز 1706 ، المستخدمة في الزراعة ، والأنواع البرية ، Solanum بيمبينيليفوليوم . ما يقرب من 35000 جين تنتشر على 12 كروموسوم تختلف 0.6 في المائة فقط. ستكون هذه النتائج بمثابة مرجع لفهم الآليات التطورية للنباتات وأيضًا تفتح آفاقًا لتحسين خصائص الأنواع المزروعة ، مثل طعمها أو مقاومتها للأمراض.