الجينات البشرية وفائدتها في علاج الأمراض الوراثية

تطور كبير ومهم يشهده العلم الحديث بمختلف فروعه، ومنها علم الوراثة الحديث الذي شهد في السنوات الاخيرة اهتماماً خاصاً في سبيل الوصول إلى نتائج إضافية فيما يخص انتقال الصفات الوراثية. إضافة إلى معالجة بعض المشكلات والأمراض الوراثية وغيرها، كما يقول بعض الخبراء.

علم الوراثة، كما يشير بعض المصادر، هو العلم الذي يدرس المورثات (الجينات) والوراثة وما ينتج عنه من تنوع الكائنات الحية.

ويرى بعض العلماء ان الفترة السابقة شهدت نجاحاً كبيراً في هذا المجال، خصوصا وان الابحاث الحالية تعتمد وبشكل كبير على استخدام وسائل علمية حديثة ومتطورة، اسهمت بتغيير الكثير من النتائج السابقة ومنها إجراء تعديلات وراثية ستؤدي إلى عصر جديد في العلاج الجيني.

إذ يحمل الإنسان ما بين 50 ألفاً و100 ‏ألف عامل وراثي (جين)، وترتبط حالته الصحية بالمعلومات المسجلة في هذه الجينات الوراثية، إذ ان ‏‏الجينات هي المسؤولة عن الطبعة المبدئية من حياة الإنسان، فهي تساعده في تحديد كل شيء، بدءا من لون بشرته وشعره وحتى مدى حساسيته تجاه الأمراض أو مقاومته لها، وكذلك تتحكم الجينات في نمو الجسد ووظائفه أساسا عن طريق تقديم شفرة، أو برنامج عمل يمكّن الخلايا من تصنيع البروتينات التي تحتاجها لإنجاز مهام معينة.

وفي هذا الشأن كشف فريق من الباحثين الدوليين يستخدم تقنية التسلسل الجيني المتقدمة، النقاب عن طفرة جينية منفردة مسؤولة عن خلل نادر في الدماغ أصاب عائلات في تركيا على مدى نحو 400 عام. ويظهر هذا الاكتشاف الخلل الجيني الذي ورد في ورقتين منشورتين في نشرة “سل” (الخلية) القدرة المتنامية للأدوات الجديدة في الكشف عن أسباب الأمراض التي حيرت الأطباء في السابق.

وقال الباحثون إن الاكتشاف الجديد ساعد على تقديم نظرة ثاقبة للاضطرابات العصبية الأكثر شيوعا مثل مرض “لو جيريج” المعروف اختصارا باسم (إيه.إل.إس)، إلى جانب تمكين الأسر المتأثرة بهذا الجين من إجراء فحوص جينية للأبوين لضمان ألا يصاب الأبناء بتلك الاضطرابات. وجاءت التقارير من فريقين مستقلين من العلماء، أحدهما بقيادة باحثين من كلية بيلور للطب و الأكاديمية النمساوية للعلوم، والآخر بقيادة جامعة ييل وجامعة كاليفورنيا في سان دييجو والمركز الطبي الأكاديمي في هولندا.

و ركز الفريقان على عائلات في شرق تركيا يشيع فيها زواج الأقارب. وركز الفريقان بشكل خاص على العائلات التي يعاني أبناؤها من اضطرابات عصبية غير مبررة، من المحتمل أن تكون ناجمة عن عيوب وراثية. والرضع الذين يعانون من هذا الاضطراب تكون لديهم عادة أدمغة صغيرة ومشوهة و يصابون بضعف متفاقم فى العضلات ولا يتكلمون، وهم معرضون لنوبات على نحو متزايد.

وعلى صعيد متصل لا تزال الأسباب التي تحتّم على البعض استخدام اليد اليمنى وعلى آخرين اليد اليسرى، غير واضحة، ولكن علماء من بريطانيا، تمكنّوا من استثناء العامل الجيني الذين قالوا إن لا علاقة قوية له بهذه المسألة. وقال الباحثون، إن دراسة شملت الخارطة الجينية “جينوم” لأربعة آلاف توأم، فشلت في التوصل إلى عامل جيني قوي، يحدد ما إذا كان شخص ما “عسراوياً” أو “يمينياً”.

وأوضح الباحثون في دراسة نشرت في دورية “الوراثة”، أنه لو كانت اليد المستخدمة تحدد بسبب عامل جيني واضح، فلا بد من ملاحظة متغيرات في المنطقة الخاصة بالانتقال بين اليد اليمنى إلى اليسرى أو العكس، من الخارطة الجينية، وذلك لم يحصل. وتتناقض الدراسة مع أبحاث سابقة، أشارت إلى علاقة بين اليد المستخدمة، وشبكة من الجينات تتصل في تحديد اليمين واليسار لدى الأجنة. وأشار الباحثون إلى أن أية عوامل جينية، ربما تدخل في تحديد اليد الطاغية، هي ضعيفة وغير مؤثرة بشكل كبير، وتحدثوا عن احتمال وجود عدة عوامل جينية صغيرة بدل عامل كبير واضح.

خارطة طريق

في السياق ذاته نجح فريق دولي كبير من العلماء في رسم أوضح صورة، حتى الآن، عن كيفية تنظيم عمل الجينات البشرية داخل طائفة هائلة من أنواع الخلايا في جسم الإنسان، وهو الجهد الذي سيساعد الباحثين في رصد الجينات المرتبطة بالأمراض. وفي دراستين رئيسيتين نشرت نتائجهما في دورية “نيتشر” وضع فريق البحث خريطة توضح كيفية تحكم شبكة من الموصلات داخل الحمض النووى الريبوزي (دي.ان.ايه) في مكان وزمان تشغيل الجينات وايقافها عن العمل.

واستعان مشروع انطلق منذ ثلاث سنوات ويطلق عليه اسم (فانتوم 5) بإشراف مركز “رايكن” لتكنولوجيا علوم الحياة في اليابان بأكثر من 250 عالما من 20 دولة ومنطقة. وقال أليستير فورست المنسق العلمي لمشروع (فانتوم 5): “الانسان كائن يتكون من مجموعات معقدة من الخلايا تتألف من 4000 نوع أصلي من أنماط الخلايا. وهذا التنوع البديع من صور الخلايا يتيح لنا فرصة الرصد والتفكير والتحرك والمتابعة لمكافحة العدوى. وجميع هذه السمات مبرمجة داخل نفس الطاقم الوراثي (الجينوم)”.

والجينوم هو مجموع الجينات (المورثات) والمعلومات الوراثية في الكائن الحي. وأوضح فورست ان التباين بين أنواع الخلايا يرجع إلى أي قطاع من الجينوم تستخدمه هذه الخلايا. وعلى سبيل المثال فإن خلايا المخ تستخدم جينات مختلفة كل الاختلاف عما تستخدمه خلايا الكبد ، لذا فإن عملها يختلف تماما بنفس القدر. وأضاف فورست: “في برنامج “فانتوم 5″ بحثنا للمرة الأولى بصورة منهجية وعلى وجه الدقة ما هي الجينات التي تستخدمها جميع انواع الخلايا تقريبا في الجسم البشري”.

وتصدى الفريق البحثي لدراسة أضخم مجموعة من أنماط الخلايا والأنسجة في البشر والفئران حتى الآن كي يتسنى لهم تحديد مواضع نقاط التوصيل داخل الجينوم التي تنشّط عمل الجينات أو تثبيطها. ووضع فريق البحث خريطة تفصيلية توضح متى وأين تنشط هذه الموصلات في مختلف أنواع الخلايا، وكيفية تفاعلها مع بعضها بعضا.

أما ديفيد هيوم، مدير معهد روزلين بجامعة إدنبره البريطانية وأحد كبار الباحثين في البرنامج، فقد شبه الأمر بالطائرة قائلا “حققنا قفزة في فهم وظيفة جميع الاجزاء، وقطعنا شوطا طويلا في هذا الصدد كي نتفهم كيفية اتصالها ببعضها وتحكمها في المكونات التي تمكن من الطيران”.

وعلى الرغم من ان الأمر يتطلب مزيدا من الأبحاث على مدى سنوات قادمة إلا ان الباحثين يأملون في ان يمثل مشروع “فانتوم 5” الأطلس المرجعي لكشف ألغاز الجينوم وتحديد وظائف مختلف الجينات وكيفية عملها في مجال الإصابة بمجموعة مختلفة من الأمراض من السرطان لداء السكري حتى امراض الدم والاضطرابات النفسية. وفي سياق دراسة مرتبطة بالموضوع استعان فريق بحثي من معهد روزلين بالمعلومات المستقاة من هذا الأطلس لإماطة اللثام عن كيفية عمل مجموعة مهمة من الجينات المسؤولة عن بناء العضلات والعظام.

واستخدمت دراسة أخرى أطلس مشروع “فانتوم 5” لبحث كيفية عمل الجينات داخل خلايا الدم مما تمخض عنه -على حد وصف العلماء- خارطة طريق لخلايا الدم ستعينهم على أن يحددوا بمنتهى الدقة كيفية نشوء الاورام ونموها. وقال فورست: “الآن وقد توفر لدينا هذا الكم الخيالي من الصور التفصيلية لكل نوع من هذه الخلايا فبوسعنا الآن الرجوع إلى الأبحاث السابقة لعقد مقارنة بين الخلايا السرطانية وتلك التي نشأت عنها هذه الأورام أصلا، كي نتفهم بصورة أفضل ما الذي طرأ على هذه الخلايا كي تحيد عن وظائفها الأصلية، وبذلك سيكون بمقدورنا أن نبتكر علاجات حديثة أكثر فاعلية”.

وحدات بنائية جديدة

الى جانب ذلك قال علماء على الموقع الإلكتروني لدورية “نيتشر” إنهم اتخذوا الخطوات الأولى على طريق تخليق وحدات بنائية جديدة داخل نواة الخلية تمثل أبجدية الحياة. وحتى الآن نجح علماء الأحياء في تخليق المادة الوراثية معمليا، لكن بالاستعانة بنفس القواعد الموجودة بالفعل في الطبيعة. لكن فلويد رومسبرج، من معهد أبحاث “سكريبس” في كاليفورنيا وزملاءه لم يتمكنوا من مجرد ابتكار قاعدتين جديدتين، بل انهم ادخلوهما في كائن وحيد الخلية ووجدوا ان هذه الوحدات المخلقة تتضاعف مثلها مثل المادة الوراثية (الحمض النووي الريبوزي المنقوص الاكسجين أو دي.ان.ايه) الطبيعية لكن بمعدل سرعة أقل.

وقال العلماء إنهم جعلوا هذه الكائنات الوحيدة الخلية (وهي هنا بكتيريا إي كولاي المعوية) تتضاعف نحو 24 مرة على مدى زمني بلغ 15 ساعة. وقال عالما الأحياء روس ثاير وياريد اليفسون من جامعة تكساس في اوستن في تعليق أوردته دورية “نيتشر”: “هذا الإنجاز يعيد تحديد الملامح الأساسية للحياة”. ويفتح مجال البيولوجيا التخليقية المزدهر الآفاق لإبتكار مضادات حيوية وعقاقير جديدة، إلا أنه يثير في الوقت ذاته قلقاً لدى العلماء لانه يعد على نحو ما تدخلا بشريا في مخلوقات الله من خلال ابتكار مواد حية قد تجد طريقها خارج المعامل إلى العالم الخارجي دون قيود للحد من انتشارها.

وقال رومسبرج وزملاؤه، إن القواعد الجديدة غير موجودة في البيئة الطبيعية، لذا فإن الكائنات ذات المادة الوراثية المخلقة التي قد تهرب من المعامل لن تصمد طويلا، ناهيك عن عجزها عن إصابة كائنات أخرى. وفي الطبيعة فإن القواعد النيتروجينية المكونة للمادة الوراثية خمسة هي: الأدينين والثايمين والسايتوزين والجوانين واليوراسيل، وهي تتراص في ازواج، حيث يصطف الأدينين بجوار الثايمين والسايتوزين إلى جانب الجوانين، أما اليوراسيل فهو يوجد فقط في الحمض النووي الريبوزي “آر ان ايه” في شكل سلم حلزوني مزدوج في جزيء “دي ان ايه”.

ويتركب الحمض النووي الريبوزي ايضا من جزيء سكر خماسي، هو الرايبوز ومجموعة من الفوسفات. وتشارك القواعد النيتروجينية في انتاج البروتينات، وهي سلاسل طويلة من الأحماض الامينية، اللازمة لإتمام مختلف العمليات الحيوية في الكائن الحي. وقال العلماء إن القاعدتين التخليقيتين الجديدتين اللتين اسماهما رومسبرج وفريقه “إكس وواي” لا تشتركان في انتاج البروتينات الا ان بمقدورهما ان تفعلا ذلك من حيث المبدأ.

جينات سكان المرتفعات

من جانب آخر قالت دورية “نيتشر” العلمية إن الجينات التي تسمح للناس في الوقت الحاضر بالتأقلم مع الحياة فوق المناطق المرتفعة جدا موروثة من سلالة منقرضة من البشر. وتوجد صورة من الجين (EPAS-1)، والذي يؤثر في الأكسجين في الدم، بشكل شائع لدى سكان هضبة التبت، والذين يعيش معظمهم في مناطق يبلغ ارتفاعها 4,000 متر طوال العام. ويتطابق تسلسل الحمض النووي لهؤلاء السكان مع الحمض النووي الذي عُثر عليه في إحدى السلالات المنقرضة للإنسان القديم والتي تعرف باسم سلالة “دينيسوفا”.

وقد ساهم كل من إنسان “نياندرتال” الذي ظهر قبل نحو 400 ألف عام وعاش في أوروبا وغرب آسيا حتى قبل 35 ألف عام، وإنسان “دينيسوفا” في تشكيل الحمض النووي للإنسان في الوقت الحالي. وتعرف سلالة “دينيسوفا” فقط من خلال الحمض النووي المستخلص من قطعة صغيرة من العظام التي تخص إصبع فتاة، عُثر عليها خلال عمليات الحفر أسفل كهف في وسط سيبيريا. وكل ما يُعرف عن هذه السلالة هو عن طريق تلك القطعة من العظام التي يصل عمرها إلى ما بين 40 ألفاً و50 ألف عام، بالإضافة إلى إحدى الأسنان التي عثر عليها لشخص آخر.

وساعدت تلك القطعة من العظام في معرفة تسلسل جيني كامل، ما سمح للعلماء بمقارنته بالتسلسل الجيني للإنسان المعاصر من أجل الوصول إلى فهم أفضل لتراث السلالات البشرية القديمة. وحاليا، وجد الباحثون رابطا بين جين EPAS1 -الذي يتدخل في تنظيم إنتاج الجسم للهيموجلوبين– وبين سلالة “دينيسوفا” البشرية. فعندما يتعرض الجسم لتلك المستويات المنخفضة من الأكسجين في المناطق المرتفعة، يرسل جين EPAS1 إشارة إلى جينات أخرى في الجسم لكي تنشط، ما يحفز استجابة الجسم من خلال إنتاج المزيد من خلايا الدم الحمراء.

وقال نيلسن: “إذا صعدت أنا وأنت إلى المرتفعات الشاهقة، ستحدث لنا آثار فسيولوجية سلبية في الحال، وسنجد صعوبة في التنفس، وربما نعاني من دوار المرتفعات”. وأضاف: “بعد قليل، سنحاول أن نعوض ذلك من خلال إنتاج المزيد من خلايا الدم الحمراء، لكن لأننا غير متأقلمين للعيش في بيئة المرتفعات، قد تكون استجابتنا هي عدم القدرة على التأقلم، ما يعني أننا سوف ننتج عددا كبيرا جدا من خلايا الدم الحمراء”.

لكن سكان مرتفعات التبت يتمتعون بالحماية من مثل هذه المخاطر من خلال إنتاج عدد أقل من خلايا الدم الحمراء. واكتشف نيلسن وفريقه البحثي تلك الصورة من جينEPAS 1 الخاص بسكان التبت في عام 2010. لكن الباحثين لم يتمكنوا من تفسير السبب في اختلاف صورة هذا الجين عن تسلسل الحمض النووي الموجود في جميع البشر في عالم اليوم، وهو ما دعاهم لفحص المزيد من المتواليات الجينية القديمة.

وقال نيلسن: “قارنا ذلك الجين بإنسان “نياندرتال”، لكننا لم نجد أي تطابق، ثم قارناه بسلالة “دينيسوفا”، وتفاجأنا بأن هناك تطابقا تاما”. ويقع كهف دينيسوفا في منطقة يبلغ ارتفاعها 760 متراً، وهي منطقة قريبة من جبال ألتاي التي ترتفع أكثر من 3,000 متر. وقال نيلسن إن هذا مثال “واضح ومباشر” لتأقلم البشر مع البيئات الجديدة التي ينتقلون إليها من خلال الجينات المكتسبة عن طريق الاختلاط مع السلالات القديمة من البشر.

تخليق كروموسومات

الى جانب ذلك نجح فريق دولي من العلماء في تخليق كروموسوم معدل لفطر الخميرة في أحدث خطوة ضمن جهود ايجاد أول جينوم تخليقي للخميرة في العالم، وهو تطور قد يفضي إلى التوصل لسلالات جديدة من الكائنات تساعد في انتاج الكيماويات الصناعية والأدوية والوقود الحيوي. وبدلا من مجرد محاكاة الطبيعة فقد قام الفريق البحثي بعملية احلال وتجديد موسعة في الكروموسومات لإلغاء الجينات غير المرغوبة هنا وهناك. وسرعان ما نجح العلماء بعد ذلك في إدخال الكروموسوم المعدل إلى الخلايا الحية لفطر الخميرة وأسندوا اليه مهام جديدة لم تكن موجودة أصلا في الخميرة الطبيعية.

وقال جيف بويك، من مركز لانجون الطبي بجامعة نيويورك الذي أشرف على البحث: “إنه أحدث كروموسوم يجري تعديله بهذه الصورة الموسعة وأمكن تخليقه حتى الآن”. ونشرت نتائج البحث على الموقع الإلكتروني لدورية “ساينس”. وفيما تمكنت فرق بحثية أخرى من تخليق كروموسومات البكتيريا والحمض النووي للفيروسات (آر.ان.ايه) فان بحث بويك هو الأول الذي يتضمن كروموسومات تخليقية وإدخالها في الكائنات حقيقية النواة ومنها خلايا الإنسان.

وتضمن هذا الإنجاز، الذي استغرق تحقيقه سبع سنوات الاستعانة بتصميم ساهم الكمبيوتر في وضعه لتخليق واحد من 16 كروموسوما في خلية فطر الخميرة الذي يعرف بالاسم العلمي “ساكارومايسيس سيرفيزي”. والنسخة التخليقية المعدلة من كروموسوم الخميرة هي صورة مبسطة من الكروموسوم الثالث للخميرة في صورتها الطبيعية، ووقع اختيار العلماء عليه تحديدا لأنه أصغر الكروموسومات بها، والذي يتحكم في تكاثر الفطر واجراء التعديلات الوراثية المختلفة.

وقال بويكك “أثبتنا ان خلايا الخميرة الحاملة لهذا الكروموسوم التخليقي طبيعية بدرجة ملحوظة وتتصرف على نحو مماثل تقريبا لخلايا الخميرة العادية، والاختلاف الوحيد هو انها تمتلك امكانات جديدة وبوسعها ان تؤدي مهام تعجز عنها الخميرة الطبيعية”. ويمكن توظيف هذه السمات في تحسين قدرة خلايا الخميرة على العيش وسط ظروف قاسية مثل وجود تركيزات عالية من الكحول.

وكانت أبحاث العلماء في مجال البيولوجيا التخليقية أثارت القلق والانتقادات التي تقول إن العلماء يتلاعبون في مكونات الطبيعة، الا ان بويك قال إن الأبحاث التي يقوم بها هو أو غيره من العلماء لا تمثل أي تلاعب، وانها مجرد خوض في مجالات الهندسة الوراثية على نطاق أوسع. وقال بويك ان امكان انتاج سلالات تخليقية جديدة من الخميرة يمكن ان يتمخض عن تصنيع أنواع مفيدة منها وانتاج ادوية نادرة لعلاج الملاريا أو لقاحات لعلاج الالتهاب “الكبدي بي”، فضلا عن صنع وقود حيوي أكثر فاعلية مثل الكحول والبيوتانول ووقود الديزل الحيوي. وتعتزم معامل في الولايات المتحدة وبريطانيا والصين والهند انتاج كروموسومات تخليقية لجميع كروموسومات الخميرة وعددها 16 وذلك في موعد غايته عام 2017 وتوقع بويك تخليق كروموسوم أو اثنين على الأقل هذا العام.