• انشر كتاباتك
  • احصل على آراء وتقييم آلاف القراء والكتّاب
  • طوّر مسيرتك الكتابية

سجل حسابك الآن وابدأ رحلة الكتابة!

إنشاء حساب تسجيل دخول
العوامل الوراثية المتنقلة (الجينات القافزة)
العوامل الوراثية المتنقلة (الجينات القافزة)
في داخل كل خلية من خلايانا نسخة من مادتنا الوراثية (جينوم) يمكن تشبيهها بكُتيب للتعليمات الوراثية.

مكون من 3.2 مليارات نيوكليوتيدة (قاعدة نيتروجينية وسكر ريبوز منقوص الأكسجين ومجموعة فوسفات) تشبه الحروف المُشفرة تحمل هذه الحروف أسرار أجسادنا وتحدد كيفية عملها اعتقد العلماء فيما سبق أن فك رموز هذه الشفرة الوراثية بإمكانه تقديم رؤية غير مسبوقة عن الجسم البشري.


توقع العلماء أن يقودنا مشروع الجينوم البشري إلى عصر جديد يمكن للجنس البشري فيه التغلب على جميع الأمراض بإستراتيجيات علاجية جديدة، ولكن يبدو أن قراءة الجينوم كانت الخطوة الأولى فقط، فنحن ما زلنا بعيدين عن فهم ما تفعله أغلب جيناتنا، وكيف يمكننا التحكم بها.


واتضح فيما بعد ان هناك جينات لها القدرة على الانتقال من موضع إلى آخر داخل الجينوم سميت الجينات القافزة وان هذه العوامل الوراثية المتنقلة هى جزءً من المادة الوراثية للكائن الحي وتُسبب إعادة ترتيب التسلسل الجيني مما قد ينتج عنه تفعيل بعض الجينات أو إيقاف عملها مما يحدث تغيرات وظيفية مختلفة ووجد الباحثون أن الجينات القافزة هذه تمثل حوالي نصف الجينوم البشري.


البداية :

في عام 1990 بدأ اتحاد مكون من 20 مركز أبحاث دوليًّ في أكبر مشروع تعاوني في علم الأحياء، مشروع الجينوم البشري، الذي سعى إلى تحديد تسلسل الجينوم البشري بالكامل، أي معرفة تسلسل القواعد النيتروجينية أو الحروف المكونة لكامل المادة الوراثية الموجودة في خلايانا، كان من المخطط لهذا المشروع أن يستغرق 15 عامًا، لكن التطورات التكنولوجية، وانضمام شركة "سيليرا جينومكس" الخاصة للمنافسة في سباق كشف الشفرة الوراثية، أدى في النهاية إلى تعجيل موعد الانتهاء منه، وفي 26 يونيو عام 2000، وقف الرئيس الأمريكي آنذاك، بيل كلينتون، في البيت الأبيض وإلى جواره فرانسيز كولون، قائد المشروع القومي للجينوم البشري، وكريج فينتر، مؤسس شركة "سيليرا جينومكس" ، ليعلن عن استكمال المسودة الأولى للجينوم البشري، مشيدًا بجهود القطاعين العام والخاص التي أدت إلى هذا الإنجاز التاريخي.


ارتفعت توقعات المجتمع العلمي كثيرًا في ذلك الوقت، قال إريك لاندر -الذي كان يشغل وقتئذٍ منصب مدير مركز أبحاث الجينوم بمعهد وايتهيد- معلقًا على هذا الإنجاز العلمي: "نشهد لحظةً غير عادية في التاريخ العلمي، وكأننا صعدنا إلى قمة جبال الهيمالايا، يمكننا لأول مرة رؤية المشهد الخلاب للجينوم البشري".


توقع العلماء أن يقودنا مشروع الجينوم البشري إلى عصر جديد يمكن للجنس البشري فيه التغلب على جميع الأمراض بإستراتيجيات علاجية جديدة، ولكن يبدو أن قراءة الجينوم كانت الخطوة الأولى فقط، فنحن ما زلنا بعيدين عن فهم ما تفعله أغلب جيناتنا، وكيف يمكننا التحكم بها.


في عام 2010 خرج "فينتر" في حواره مع صحيفة (شبيغل إنترناشونال) بتصريح صادم قال فيه: "نحن لم نتعلم أي شيء من الجينوم البشري"، أرجع "فينتر" ذلك إلى أن البشر معقدون جدًّا، وأن النظر إلى جين واحد ومحاولة معرفة تأثيره على حياتنا هو أمرٌ غير كافٍ، وأنه يجب أن تكون لدينا الصورة كاملة.


ما نجهله كان أعظم :

حين بدأ العلماء العمل على مشروع الجينوم البشري، كان الاعتقاد السائد حينها أنه بمجرد الوصول إلى هذه الخريطة الجينية التي تسرد الأسرار البيولوجية للبشر، سيكون بإمكاننا تجميع القطع وترتيبها لمعرفة المزيد حول اختلافات البشر وصفاتهم وسلوكياتهم، ولكن وجد الباحثون أن ما يقرب من 2% فقط من تسلسلات الحمض النووي يحمل الشفرة الوراثية المسؤول عن إنتاج البروتينات، أما الباقي فهو ما أُطلق عليه في ذلك الوقت "خُردة الحمض النووي" أو Junk DNA، الذي لم يكن معلوم الوظيفة حينها، ظل الباحثون يدرسون هذه الخُردة من تسلسلات الحمض النووي العشوائية في محاولة لتكوين جمل مفهومة منها، كي نعرف وظيفتها، وجد الباحثون فيما بعد أن معظم الجينوم الذي لا ينتج البروتينات قد تكون له وظائف تنظيمية.


في أواخر عشرينيات القرن الماضي، كانت إحدى طالبات الدراسات العليا بجامعة كورنيل بالولايات المتحدة الأمريكية -وتدعى "باربرا"- تدرس التركيب الوراثي لنبات الذرة، حين لاحظت أن أجزاءً من المادة الوراثية للذرة تتحرك من مكان إلى آخر، الأمر الذي بدا في البداية كأنه خطأٌ ما في تجاربها، إلا أنها تأكدت منه بعد التأكد من صحة الخطوات وإعادة التجربة عدة مرات، قررت "باربرا" مشاركة هذه الظاهرة مع مشرفها، وكانت النتيجة سلبيةً على جميع المستويات، لم تجد صدى جيدًا من الجميع، وحتى بعد الانتهاء من أبحاث الدكتوراة لم تستطع إيجاد فرصة عمل بالولايات المتحدة، وانتقلت إلى دول أمريكا الجنوبية حيث أكملت أبحاثها على نبات الذرة.


لقد احتاج المجتمع العلمي إلى ما يقرب من عشرين عامًا ليدرك أهمية ما وجدته "باربرا" أو للدقة باربرامكلينتوك التي عادت إلى الولايات المتحدة وعملت بكبرى الجامعات وحصلت على عضوية الأكاديمية الوطنية للعلوم ومُنحت الميدالية الوطنية للعلوم، كما حازت جائزة نوبل في الطب والفسيولوجي لعام 1983، ما وجدته "مكلينتوك" في الذرة كان مقدمةً لمجال جديد في العلوم الوراثية، عُرف لاحقًا بالعوامل الوراثية المتنقلة  Mobile Genetic Elements أوTransposable Element التي تُعرف أيضًا بـ"الجينات القافزة".


الجينات القافزة والفيروسات :

تعتبر العوامل الوراثية المتنقلة أجزاءً من المادة الوراثية للكائن الحي، لها القدرة على الانتقال من موضع إلى آخر داخل الجينوم، مُسببةً إعادة ترتيب للتسلسل الجيني، مما قد ينتج عنه تفعيل بعض الجينات أو إيقاف عملها، وكذلك تغيرات وظيفية مختلفة.


وجد الباحثون أن الجينات القافزة تمثل حوالي نصف الجينوم البشري، يقول محمد حلمي - باحث في معهد المعلوماتية الحيوية (BII)، التابع لوكالة العلوم والتكنولوجيا والبحوث (ASTAR) بسنغافورة- في حديثه مع "للعلم": "تمثل العوامل الوراثية المنتقلة نسبةً غير قليلة من المحتوى الوراثي لخلايا الكائنات الحية حقيقية النواة، على سبيل المثال، العوامل الوراثية المتنقلة في الإنسان تم تقديرها بما يقرب من 40% من إجمالي مادتنا الوراثية، وتؤدي هذه العوامل دورًا مهمًّا في التحكم في وظائف الخلية".


وجد الباحثون أن معظم هذه الجينات يعود إلى فيروسات أُصيب بها البشر منذ آلاف السنين (الفيروسات الرجعية الداخلية)، وأصبحت جزءًا صامتًا من مادتنا الوراثية، ولا يتم التعبير عنها في الظروف العادية، ولكن فيما يبدو أن هذه الجينات وجدت طريقًا يمكِّنها من استعادة نشاطها أحيانًا، وربط الباحثون هذا النشاط ببعض الأمراض الالتهابية وبعض أنواع السرطان.


أشار "حلمي" إلى أنه يمكن تمييز العوامل الوراثية المتنقلة إلى مجموعتين أساسيتين: 

1- العوامل الوراثية المتنقلة التي تتكون من DNA الكائن نفسه (DNA Transposons): وهي أجزاء من جينوم الخلية لديها القدرة على الانتقال من موضع إلى آخر داخل جينوم الخلية نفسها.

2- الفيروسات العكسية أو الرجعية (Retrovirus): وهي فيروسات لديها القدرة على عكس عملية تخليق المادة الوراثية عن طريق امتلاكها لإنزيمات تمكِّنها من تحويل مادتها الوراثية المكونة من RNA إلى cDNA يشبه DNA خلية العائل، ومن ثم تدمج نفسها في مادته الوراثية.


إرث تتناقله الأجيال :

 بمجرد تمكُّن الفيروس من دمج مادته الوراثية في جينوم خلية العائل، تعامل خلية العائل مادة الفيروس الوراثية على أنها جزء من مادتها الوراثية الأصلية، يوضح "حلمي": "تعمل خلية العائل على نسخ جينات الفيروس وترجمتها وتصنيع بروتيناته لتكوين نسخ جديدة منه، وهو النهج نفسه الذي تتبعه معظم الفيروسات لتسخير خلية العائل كي تتضاعف، وعلى رأسها فيروسات مرض نقص المناعة البشرية المكتسب (الإيدز) وفيروس سارس-كوف-2 المسبب لمرض كوفيد-19".


تنتقل هذه الفيروسات المُعدية من شخص إلى آخر بطرق مختلفة، وهو ما يسمى الانتقال الأفقي أو العدوى الأفقية، أما الانتقال الرأسي أو العدوى الرأسية، فهي القدرة على الانتقال من جيل إلى آخر، ويحدث بعد أن ينجح الفيروس في دمج مادته الوراثية في خلايا العائل، بما في ذلك الخلايا المسؤولة عن التكاثر، مما يسمح بانتقال الجينات الخاصة بالفيروسات من الآباء إلى الأبناء، وتسمى هذه الفيروسات بالفيروسات الرجعية الداخلية (Endogenous Retrovirus) وفي البشر تسمى الفيروسات الرجعية الداخلية البشرية (Human Endogenous Retrovirus - HERV).

نشر "حلمي" مؤخرًا ورقة بحثية في دورية "فرونتيرز إن إيمونولوجي" خلُصت إلى أن فهم دور HERV في الوظائف الخلوية العامة مثل النمو وانقسام الخلايا والتمايز والاستجابات المناعية أمرٌ حيوي للكشف عن علاقتها بأمراض الإنسان.


الفيروسات الرجعية وصحتنا :

تمثل الفيروسات الرجعية الداخلية ما يقرب من 8% من إجمالي المادة الوراثية في الجينوم البشري، وهي ناتجة عن تراكم الإصابات الفيروسية المتناقلة بين الأجيال، والتي تعرض لها الأجداد على مدار آلاف السنين، أوضح "حلمي" أن معظم الـHERV غير ضارة، كما أنها مع مرور الزمن تعرضت للعديد من الطفرات داخل الجينوم، فباتت جيناتها تالفةً وغالبيتها غير صالحة للعمل، كما أن الجهاز المناعي للبشر قادرٌ على تحييد العديد منها، حال أصبحت نشطة مجددًا، لكن الدراسات وجدت أن النسبة القليلة الفاعلة من هذه الجينات تنتج بروتينات فيروسية ليس من المفترض أن تنتج في خلايانا في عدم وجود الفيروس، مما يسبب رد فعل مناعيًّا التهابيًّا دون وجود فيروس أو ميكروب.


تتسبب البروتينات التي أُنتجت من الجينات الفيروسية في اضطراب الجهاز المناعي، فيبدأ بالتعامل مع بعض أجزاء الجسم على أنها غريبة عنه، مما يؤدي دورًا مهمًّا في عدة حالات مرضية، على رأسها أمراض المناعة الذاتية التي يبدأ الجسم فيها بمهاجمة نفسه، والسرطان، والأمراض الالتهابية.


توجد أنواع عديدة من الأمراض السرطانية وتنتج لأسباب مختلفة، ولكن التغير الوراثي الناتج عن الطفرات قد يسبب نموًّا جنونيًّا للخلايا مكونًا الأورام، وجد الباحثون أن جينات الفيروسات الرجعية تجعل بعض الأشخاص أكثر تعرضًا للإصابة بالسرطان، إذ تختلف هذه الجينات في جينوم كل شخص باختلاف الفيروسات التي أصابت أجداده.

أفادت دراسة نشرتها دورية "فيروسز" في أبريل 2020 أن إحدى عائلات الفيروسات الرجعية الداخلية البشرية -وهي عائلة HERV-K- مرتبطة بالعديد من أنواع السرطان، إذ تؤدي إلى نشاط بعض البروتينات السرطانية التي تعمل على اختلال تنظيم المسارات الخلوية الأساسية، مما يؤدي إلى تثبيط الموت المبرمج للخلايا ويشجع على تكاثر الخلايا ونمو الأورام.


الفيروسات الرجعية لأغراض علاجية :

من المثير للاهتمام أن بعض الدراسات الحديثة اقترحت دورًا عكسيًّا لهذه الفيروسات في السرطان، إذ تمكن باحثون من استخدامها لأغراض علاجية عن طريق تحفيز جهاز المناعة على مواجهة الورم، هناك طرق مختلفة في محاولة علاج السرطان من خلال تسخير بعض الآليات الموجودة بالفعل داخل الخلايا، على رأسها كان الموت المبرمج للخلية، كل خلية لديها برنامج يتسبب في موتها عند توافر شروط معينة.

 

فكر الباحثون في دراسة الموت المبرمج للخلية وكيفية تحفيز حدوثه في الخلايا المريضة أو السرطانية دون الخلايا السليمة، سعى الباحثون إلى تسخير جينات الفيروسات الرجعية الموجودة بالفعل داخل الخلية لعلاج السرطان، عن طريق تقليد الفيروسات واستخدام بروتيناتها في استفزاز الجهاز المناعي كي يهاجم الخلايا السرطانية.


على سبيل المثال، فإن بروتينات HERV-K قادرة على التأثير على الاستجابة المناعية، وتحفيز تنشيط الخلايا المناعية، يمكن أن يؤدي ذلك إلى إنتاج أجسام مضادة محددة واستجابات مناعية تستهدف العديد من أنواع السرطان، ومن ضمنها سرطان الثدي وسرطان البروستاتا وسرطان الجلد.


وعلى الرغم من أن الفيروسات الرجعية انتشرت بسبب دورها في حالات مرضية عديدة، فإنها قد تؤدي دورًا مهمًّا في الدفاع المناعي للجسم ضد مسببات الأمراض البكتيرية والفيروسية الشائعة، وكما صرح الدكتور بروسبوتلر -الحائز جائزة نوبل في الطب لعام 2011- في أحد البيانات الصحفية الصادرة عام 2014: "لقد اعتاد معظم العلماء التفكير بأن الفيروسات الرجعية ضارة بشكل عام، لكننا وجدنا أنها تؤدي وظيفةً مفيدةً واحدةً على الأقل، وهي إنتاج الأجسام المضادة الواقية".


وكانت دراسة بحثية -أُجريت عام 2014 تحت إشراف "بوتلر"، ونشرتها دورية "ساينس"- قد وجدت أن الفيروسات الرجعية تؤدي دورًا مهمًّا في تنشيط الاستجابة المناعية الفطرية.

تمتد تطبيقات العوامل الوراثية المتنقلة بشكل عام لتشمل كونها أداةً لتعديل المادة الوراثية للأغراض البحثية، إذ استُخدمت لإيقاف عمل جينات أحد أنواع البكتيريا، الواحد تلو الآخر، وذلك في محاولة لتحديد أي الجينات ضروري كي تعيش الخلية، وذلك في إطار مشروع الخلية ذات الجينوم المخلَّق معمليًّا، الذي قدمه معهد كريج فنتر بالولايات المتحدة منذ ما يقرب من عقد من الزمن.


بيولوجيا النظم والمستقبل :

على الرغم من أن الاكتشافات العلمية في مجالات العلوم البيولوجية والطبية في أواخر القرن العشرين أدت إلى إمكانية الوصول إلى العديد من البيانات حول الظواهر البيولوجية ودراسة الأمراض ومسبباتها، اقتصر معظم الدراسات على جين أو بروتين واحد أو مجموعة صغيرة من الجينات أو البروتينات.


 واستمر ذلك الحال حتى ظهرت تقنيات حديثة، مثل تقنيات دراسة تتابع الجينوم، التي مكنت الباحثين من دراسة جميع المحتوى الوراثي للخلية في تحليل واحد، وهو ما صار معروفًا بعدها بعلم الجينوم (Genomics)، كذلك ظهرت تقنيات تمكِّننا من دراسة جميع المحتوى البروتيني للعينة في تحليل واحد، وهو ما عُرف فيما بعد بعلم البروتيوم (Proteomics)، أدت هذه العلوم الحديثة إلى كمٍّ هائل من البيانات، مما ساعدنا على دراسة الظواهر البيولوجية وفق عدة مستويات مختلفة، مثل دراسة الجينوم والبروتيوم معًا، وهكذا ظهر اتجاه بحثي جديد يعتمد على دراسة النظام ككل بدلًا من دراسة أجزائه بشكل منفصل، وأُطلق على هذا الاتجاه الجديد بيولوجيا النظم (Systems biology).


للفيروسات الرجعية الداخلية أهمية كبيرة، سواء في تنظيم عمل الخلية أو التداخل مع عملها للتأثير سلبًا على بعض الوظائف والعمليات الخلوية، بالرغم من ذلك، أفاد "حلمي" بأن الدراسات المتاحة حولها قليلة نسبيًّا، كما أن طرق الدراسة المتبعة في تعريفها ودراسة وظائفها وسلوكها ليست أفضل الطرق المتاحة، يقترح "حلمي" أن يستغل هذا المجال بعض الطرق العلمية الحديثة في دراسة هذه الفيروسات وجيناتها وآليات عملها وكيفية إيقافها أو استغلالها لصالح الخلية، لذا فإن المجال في حاجة إلى التوسع في استخدام طرق بحثية حديثة وأكثر شموليةً، مثل بيولوجيا النظم وتوظيف تقنيات المعلوماتية الحيوية مثل الذكاء الصناعي والمحاكاة والنمذجة الحيوية؛ للوصول إلى فهم أعمق لهذه الفيروسات.


المراجع: 

العناصر الناقلة - ويكيبيديا

ما نعرفه وما لا نعرفه عن جيناتنا - للعِلم - Scientific American

 العناصر الجينية المتنقلة


3
0
0

Anonymous {{ comment.name }} {{ comment.date }}
{{ comment.text }}
Anonymous {{ sub_comment.name }} {{ sub_comment.date }}
{{ sub_comment.text }}