في 14 أبريل 2003 العلماء أعلن نهاية لواحد من أبرز الإنجازات في التاريخ: أول تسلسل كامل (تقريبًا) لجينوم بشري. لقد كان تتويجًا لعقد أو أكثر من المسعى الذي شارك فيه آلاف العلماء في جميع أنحاء العالم. يأمل الكثير من الناس أن يغير الإنجاز العالم للأفضل.
بمناسبة الذكرى العشرين لهذا الحدث التاريخي ، ألقينا نظرة على مشروع الشفرة الوراثية البشرية وتأثيره. كيف شكل العلم المضي قدما؟ كم عدد الأهداف التي تم الوصول إليها منذ ذلك الحين؟ وماذا ينتظرنا في دراسة علم الوراثة؟
الجينوم هو المجموعة الكاملة للمعلومات الجينية التي يتكون منها الكائن الحي. يتم تجميع هذه المعلومات في تسلسلات الحمض النووي التي نسميها الجينات ، والتي توجد في الهيومانس تنتشر على طول 23 زوجًا من الكروموسومات. يحتوي جزء صغير فقط من هذه الجينات على تعليمات لتشفير العديد من البروتينات الضرورية للحياة ، ولكن الكثير من الباقي لا يزال يعتقد أنه مهم لعملنا. كما سيؤكد العلماء في النهاية ، تحتوي نسخة واحدة من الجينوم البشري على حوالي 3 مليارات زوج أساسي من الحمض النووي. لم يفقد الباحثون المشاركون في المشروع الحجم الهائل للجهود اللازمة لرسم خريطة كل هذاحليف بالنظر إلى التكنولوجيا المتاحة منذ عقود.
“كان هناك الكثير من التشبيهات التي طرحها الناس – مثل لويس وكلارك. قال ريتشارد جيبس ، مؤسس ومدير مركز تسلسل الجينوم البشري بكلية بايلور في تكساس ، إحدى المؤسسات الرئيسية المشاركة في المشروع ، “لم يكن لدينا خريطة حقًا”.
عرف جيبس والعديد من زملائه أنه يتعين عليهم تقديم تنازلات. على الرغم من التقدم في تكنولوجيا التسلسل منذ البداية الرسمية للمشروع في عام 1990 ، لم يتمكنوا من سد كل فجوة بأدواتهم الحالية. وكان أول جينوم بشري مركبًا من عدة متبرعين بالدم في الولايات المتحدة ، وليس شخصًا واحدًا. على طول الطريق ، دخلت شركة سيليرا الخاصة الصورة ، ووعدت بأنها ستكمل مشروع جينوم منفصل باستخدام تقنياتها الخاصة بشكل أسرع. في النهاية ، انتهت كلتا المجموعتين قبل الموعد المحدد في نفس الوقت تقريبًا ، مع إصدار أول مسودة للتسلسل في عام 2000 ، على الرغم من سيليرا أعلن نجاحها قبل بضعة أشهر.
بغض النظر عن المنتصر ، فإن هذا الإنجاز قد أدى بالتأكيد إلى حقبة جديدة من أبحاث الجينات – حقبة شهدت قفزات كبيرة في السرعة والكفاءة منذ عام 2003.
“أعتقد أن أهم إنجاز في العشرين عامًا الماضية كان ظهور الجيل التالي من التسلسل. قال ستايسي غابرييل ، مدير منصة علم الجينوم في معهد برود في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا وهارفارد ، وهو موقع بحثي رئيسي آخر مشارك في الإنسان مشروع الجينوم. “وقد جاء ذلك مع كل التقدم المرتبط بقدراتنا الحسابية أيضًا ، حتى نتمكن حقًا من أخذ تلك البيانات وتحليلها على نطاق واسع أيضًا.”
كلف المشروع الأصلي 2.7 مليار دولار ، مع تخطيط معظم الجينوم على مدى عامين. في الوقت الحاضر ، سجل السرعة الحالي لتسلسل الجينوم موجود خمس ساعات (في كثير من الأحيان ، يستغرق الأمر أسابيع) ، وفي الخريف الماضي ، شركة Illumina كشف آلة تدعي أنها ستكلف أقل من 200 دولار لكل تسلسل ، بانخفاض عن التكلفة المعتادة التي تبلغ 600 دولار مؤخرًا.
يقود جريج فيندلي معمل وظائف الجينوم في معهد فرانسيس كريك في المملكة المتحدة. فريقه هو واحد من العديد من الفرق حول العالم التي تقوم بالبناء على عمل المشروع الأصلي. إنهم يحاولون حاليًا تحديد وفهم كيف يمكن لمتغيرات معينة في الجينات الكابتة للورم أن تزيد من خطر الإصابة بالسرطان.
“لذا فإن ما يحاول مختبري فعله هو فهم ما تفعله المتغيرات بالجينوم. أي أننا نريد أن نعرف بالضبط أي المتغيرات تسبب المرض ولماذا تسبب المرض. في الوقت الحالي ، نحن نركز على بعض التغييرات الجينية التي تؤدي إلى الإصابة بالسرطان ، وأعتقد أن هذا المجال بالذات قد أحدث ثورة في مشروع الجينوم البشري ، “قال فيندلاي. “نحن نعلم الآن أن هناك العديد والعديد من المسارات الجينية المختلفة التي يمكن أن تتحول الخلايا من خلالها إلى سرطان. ونحن نعلم هذا ، لأننا كنا قادرين على تسلسل الحمض النووي في العديد من الأورام المختلفة بشكل متكرر ، عبر جميع أنواع السرطان المختلفة ، لمعرفة ما هي الطفرات التي تؤدي في الواقع إلى تكوين السرطان. “
ربما كان تأثير المشروع على التعاون العلمي مهمًا بنفس القدر. أدى الجهد مباشرة إلى اتفاقية دولية تهدف إلى ضمان الوصول المفتوح إلى تسلسل الحمض النووي. كما أوضح أيضًا أن الأشياء العظيمة يمكن أن تكون ممكنة عندما تعمل مجموعات كبيرة من العلماء معًا ، وفقًا لجيبس.
قال: “لقد غيرت ببساطة الطريقة التي يعتقد الناس أن البيولوجيا يمكن أن تتم”. “لقد بنى نموذجًا لعلم الفريق لم يكن موجودًا من قبل.”
حتى في ذلك الوقت ، ترك المشروع عن قصد بعض الأشياء غير المكتملة. لقد رسموا ما يقرب من 92٪ من الجينوم بحلول عام 2003 ، لكن الأمر سيستغرق ما يقرب من 20 عامًا أخرى لعلماء آخرين لتعقب نسبة 8٪ المتبقية. هذه “المادة المظلمة” المفقودة في جينومنا يمكن أن تكون جيدة جدًا تقديم أدلة جديدة حول كيفية تطور البشر أو قابليتنا للإصابة بأمراض مختلفة.
الكثير من المعلومات الجينية التي تم جمعها وتحليلها منذ انتهاء المشروع جاءت من السكان البيض والأوروبيين – وهو تفاوت يعيق قدرتنا على فهم تأثير الجينات على صحة الجميع حقًا. لكن العلماء اليوم يعملون على سد هذه الفجوة من خلال مبادرات مثل مشروع الإنسان Pangenome، والتي ستعمل على تسلسل وإتاحة الجينوم الكامل لأكثر من 300 شخص بهدف تمثيل اتساع التنوع البشري في جميع أنحاء العالم.
هناك تنوع جيني موجود عبر جميع سكان العالم. وقالت لوسيندا أنتوناتشي فولتون ، إحدى شركات منسقو المشروع ومدير تطوير المشروع والمبادرات الجديدة في جامعة واشنطن في معهد ماكدونيل للجينوم في سانت لويس. “لذا ، كلما كان بإمكانك أن تكون أكثر شمولاً ، كان وضعك أفضل فيما يتعلق بالعلاجات التي تريد إدخالها إلى العيادة.”
على الرغم من أهمية البحث في علم الوراثة ، فمن المحتمل أن بعض التوقعات التي غذى بها مشروع الجينوم البشري كانت عالية جدًا. في عام 2000 ، على سبيل المثال ، الرئيس بيل كلينتون ادعى أن المشروع “سيحدث ثورة في التشخيص والوقاية والعلاج لمعظم ، إن لم يكن كل ، الأمراض التي تصيب الإنسان”. بينما نحن لا تستمر في الاكتشاف المتغيرات الجينية الجديدة التي تتنبأ بقوة باحتمالات الإصابة بمرض أو سمة معينة ، وهناك عدد لا يحصى من المتغيرات الجينية التي ما زلنا لا نزال في الظلام بشأنها. في مكان آخر ، أصبح من الواضح أن جينومنا غالبًا ما يلعب دورًا صغيرًا أو مهملاً في سبب مرضنا أو تجربة شيء ما بطريقة معينة. لذلك على الرغم من أن المشروع قد ساعد في فتح بعض ألغاز العالم ، إلا أن هناك الكثير من الأسئلة حول سبب كوننا على ما نحن عليه ، وربما لن تقدم جيناتنا إجابة دقيقة للعديد منها.
“أعتقد أن الأماكن التي يتم فيها بيع الأشياء بشكل مبالغ فيه ، في بعض الأحيان ، تكون مع هذه الفكرة القائلة بأنه لمجرد أن الجينوم البشري قد تم ، ستكون قادرًا على قراءته للحصول على نوع من الإجابة الحتمية – حيث يصبح العثور على جينات المرض مثل السقوط سجل “، يلاحظ جبرائيل. لكن في كثير من الأحيان ، الأمراض التي تصيب الإنسان ، وخاصة الأمراض التي تؤثر علينا أكثر من غيرها ، ليست أمراضًا وراثية بسيطة. إنها متعددة العوامل. إنها مزيج من جيناتك ، وسلوكك ، وتعرضك للبيئة ، وأحيانًا مجرد حظ سيئ “.
لا شيء من هذا هو بيع إمكانات علم الوراثة على المكشوف. كان هانز ليهراش ، المدير السابق لمعهد ماكس بلانك للوراثة الجزيئية في ألمانيا ، من أوائل الباحثين المشاركين في مشروع الجينوم البشري. إنه أيضًا أحد العلماء العديدين الذين يعتقدون أننا سنكون يومًا ما قادرين على مسح جينوم الشخص بتكلفة زهيدة وبسهولة في أي لحظة وأن هذه المعلومات ، إلى جانب الجوانب الأخرى من تركيبتنا الجزيئية ، ستساعد في توجيه الأدوية المحددة أو التدخلات التي يصفها الأطباء – وهو مفهوم يعرف باسم الطب الشخصي. والجدير بالذكر أن علاج بعض السرطانات تتأثر بالفعل بالمتغيرات التي تكمن وراء نموها. حتى أن بعض الخبراء يجادلون بأن تسلسل الجينوم الكامل على نطاق واسع يجب أن يبدأ في وقت مبكر منذ الولادة، وهناك بالفعل البرامج الصغيرة في الولايات المتحدة والمملكة المتحدة وأماكن أخرى لاختبار الفوائد والمخاطر المحتملة.
“إن عدم معرفة الجينوم الخاص بك يشبه إلى حد ما عبور الشارع أثناء إغلاق عينيك لأنك لا تريد رؤية حافلة قادمة. إذا لم نقم بتسلسل الجينوم الخاص بنا ، فستستمر الحافلات في القدوم على أي حال – فهي تسمح لنا فقط بفتح أعيننا وربما نرى نوع الخطر الذي يمكننا الهروب منه أو القيام بشيء حياله ، “قال ليهراش.
لقد غيّر مشروع الجينوم البشري المشهد العلمي حقًا ، لكننا ما زلنا في بداية رؤية العالم الذي أصبح ممكنًا.
