صُنِع التاريخ عام 2003، حيث تمت سَلسَلة الجينوم البشري لأول مرة. ومنذ ذلك الحين، ساعدت التطورات التكنولوجية في إجراء التعديلات والتحسينات والإضافات على الجينوم البشري ، ما جعله الجينوم الفقاري الأكثر دقة وكمالًا من بين الجينومات التي سُلسِلت حتى الآن.
ومع ذلك، ما تزال هناك بعض الفجوات في تسلسل الجينوم البشري ، ومنها الصبغيات (الكروموسومات) البشرية، فمعرفتنا حول الصبغيات جيدة على العموم، لكن ما زالت بعض الفجوات تنقصنا في تسلسلها. أمّا الآن فقد أغلق متخصصو علم الوراثة بعض هذه الفجوات للمرة الأولى، ما أعطانا أول تسلسل كامل وخال من الفجوات للصبغي X البشري من أوله لآخره، أو يمكننا القول من تيلومير البداية لتيلومير النهاية.
ساعدت التقنية الجديدة المعروفة باسم السَلسَلة بالمسامات النانوية – nanopore sequencing في الوصول لهذا الإنجاز، التي تسمح بقراءة جدائل طويلة جدًا من الحمض النووي DNA ما يوفر لنا تجميعًا أكثر كمالًا وسلسلة.
وذلك مقارنةً مع تقنيات السَلسَلة السابقة التي تسمح بقراءة قطع قصيرة من الحمض النووي DNA في المرة الواحدة، لذا احتاج متخصصو علم الوراثة إلى جمع هذه القطع مع بعضها بالترتيب المناسب كما في ألعاب الألغاز.
مع أنهم بارعون في ترتيب تلك القطع، إلا أن القطع كانت تبدو متشابهة، فكان من الصعب التأكّد من حصولهم على الترتيب الصحيح، بل أكثر من ذلك معرفة عدد الأجزاء المكرّرة في التسلسل الوراثي. ولا بد من وجود بعض الفجوات الصغيرة جدًا.
قالت كارين ميغا وهي متخصصة بيولوجيا في تسلسلات الستالايت في الحمض النووي DNA من معهد سانتا كروز لعلم الوراثة في جامعة كاليفورنيا: «بدأنا نجد أن بعض هذه المناطق -حيث توجد فجوات في التسلسل المرجعي- من أكثر المناطق اختلافًا بين الجماعات البشرية، فكنا نفقد معلومات كثيرة قد تكون مهمة في فهم بيولوجيا الإنسان والأمراض التي تصيبه».
من هنا أتت تقنية السَلسَلة بالمسامات النانوية. تتألف هذه التقانة من مسامات نانوية بروتينية -ثقوب من درجة النانو- موجودة في غشاء مقاوم للتيار الكهربائي. يطبق التيار الكهربائي على الغشاء فيمر التيار الكهربائي عبر ثقب النانو.
وعند إدخال المادة الوراثية عبر ثقب النانو، يمكن ترجمة التغير في التيار الكهربائي إلى تسلسل وراثي.
والأفضل من ذلك أن هذه التقنية تقلل من الاعتماد على تفاعل البلمرة التسلسلي PCR، وهي تقنية تضخم الحمض النووي DNA بتكوين ملايين النسخ منه.
استخدمت ميغا وفريقها تقنية السَلسَلة بالمسام النانوي لدراسة الحمض النووي DNA المأخوذ من نمط نادر من سرطان الرحم الحميد وهو الرَحَى العُدارِيّة، إضافةً إلى تقنيات أخرى في السَلسَلة: إليومينا وباكبيو، للتأكد من أن النتيجة النهائية كانت على أكمل وجه.
قالت ميغا: «استخدمنا عملية تكرارية في ثلاثة أنماط مختلفة للسلسلة لصقل التسلسل وللوصول إلى درجة عالية من الدقة».
وأضافت: «تُقدم الواسمات الفريدة نظام إرساء للقراءات الطويلة للغاية، وعند تثبيت القراءة يمكنك استخدام مجموعات متعددة من البيانات لتحديد كل قاعدة نيتروجينية».
ومع ذلك ما تزال هناك بعض الفجوات أبرزها في السينترومير أو القُسَيم المركزي، وهو البنية التي تربط الصبيغيات -شقّي الصبغي/الكروماتيدات- مع بعضها، إضافةً إلى أنها شرائط شبيهة بالخيط ينقسم الصبغي عندها، لذا تُعَد أساسية للانقسام الخيطي.
منطقة السينترومير منطقة معقدة جدًا، إذ إنها منطقة عالية التكرارية تمتد على 3.1 مليون شفع من القواعد النيتروجينية من الحمض النووي في الصبغي X.
استطاع الباحثون سَلسَلة هذه البنية بالتدقيق في الاختلافات البسيطة بين التكرارات. مكنت هذه الاختلافات الباحثين من رصف القراءات الطويلة وربطها لتشكيل التسلسل الكامل للسينترومير.
تقول ميغا: «بالنسبة لي، إن مجرد التفكير بقدرتنا على جمع تكرار ترادفي يبلغ حجمه 3 ميغا قاعدة نيتروجينية هو أمر مذهل. نستطيع الآن الوصول إلى تسلسل هذه المناطق التكرارية الممتدة على ملايين القواعد النيتروجينية التي كنا نظنها غير ممكنة».
مكّنت هذه المنهجية الفريقَ من ملء كل الفجوات التسع وعشرين في التسلسل المرجعي الحالي للصبغي X، وهي خطوة هامة في مشروع الرسم الكامل للجينوم البشري.
كتب الباحثون في هذه الورقة البحثية: «وضّحت نتائجنا أن إتمام رسم الجينوم البشري أصبح في متناول اليد الآن، وستُمكن البيانات التي قدمناها الجهودَ القادمة من إكمال الصبغيات البشرية المتبقية».
اقرأ أيضًا:
مشروع الجينوم البشري ، أعظم خطوة في تاريخ العلم لفهم الإنسان وتركيبته البيولوجية
تمّ ترتيب سلسلة أقدم جينوم بشري على الإطلاق وذلك قد يعيد كتابة تاريخنا
ترجمة: رؤى علي ديب
تدقيق: وائل حجازي
