بعد تجسيد قصته.. من هو قذافي سفاح الجيزة الحقيقي؟

تم الكشف عن المناطق المخفية في أول تسلسل كامل للجينوم البشري

تعد أجزاء من الجينوم البشري المتاحة الآن للدراسة لأول مرة مهمة لفهم الأمراض الوراثية والتنوع البشري والتطور.

أول تسلسل كامل حقيقي للجينوم البشري ، والذي يغطي كل كروموسوم من طرف إلى آخر بدون ثغرات ودقة غير مسبوقة ، يمكن الوصول إليه الآن من خلال متصفح الجينوم UCSC ويتم وصفه في ستة أوراق بحثية نُشرت اليوم (31 مارس 2022) في Science .

منذ أن تم تجميع أول مسودة عمل لتسلسل الجينوم البشري في جامعة كاليفورنيا في سانتا كروز في عام 2000 ، أدت أبحاث الجينوم إلى تقدم هائل في فهمنا لبيولوجيا الإنسان والأمراض. ومع ذلك ، فإن المناطق الحاسمة التي تمثل حوالي 8 ٪ من الجينوم البشري ظلت مخفية عن العلماء لأكثر من 20 عامًا بسبب قيود تقنيات تسلسل الحمض النووي .

نظمت كارين ميغا ، الأستاذة المساعدة في الهندسة الجزيئية الحيوية بجامعة كاليفورنيا بسانتا كروز ، وآدم فيليب في المعهد القومي لأبحاث الجينوم البشري (NHGRI) فريقًا دوليًا من العلماء - اتحاد التيلومير إلى التيلومير (T2T) - لملء الأجزاء المفقودة . وقد أتت جهودهم الآن ثمارها.

يضيف الجينوم المرجعي الجديد ، المسمى T2T-CHM13 ، ما يقرب من 200 مليون زوج أساسي من تسلسلات الحمض النووي الجديدة ، بما في ذلك 99 جينًا من المحتمل أن يكوِّد للبروتينات وما يقرب من 2000 جين مرشح يحتاج إلى مزيد من الدراسة. كما أنه يصحح آلاف الأخطاء الهيكلية في التسلسل المرجعي الحالي.

تشمل الفجوات التي تم ملؤها الآن بالتسلسل الجديد الأذرع القصيرة الكاملة لخمسة كروموسومات بشرية وتغطي بعضًا من أكثر المناطق تعقيدًا في الجينوم. وتشمل هذه تتابعات الحمض النووي عالية التكرار الموجودة في وحول الهياكل الصبغية المهمة مثل التيلوميرات في نهايات الكروموسومات والوسط التي تنسق فصل الكروموسومات المنسوخة أثناء انقسام الخلية. يكشف التسلسل الجديد أيضًا عن ازدواجية قطعية لم يتم اكتشافها سابقًا ، امتدادات طويلة من الحمض النووي تتكرر في الجينوم ومن المعروف أنها تلعب أدوارًا مهمة في التطور والمرض.

قال ميغا: "هذه الأجزاء من الجينوم البشري التي لم نتمكن من دراستها لمدة تزيد عن 20 عامًا مهمة لفهمنا لكيفية عمل الجينوم ، والأمراض الوراثية ، والتنوع البشري والتطور".

العديد من المناطق التي تم الكشف عنها حديثًا لها وظائف مهمة في الجينوم حتى لو لم تشمل الجينات النشطة.

"هناك ميزة عميقة لرؤية الجينوم بأكمله كنظام كامل. قال ديفيد هوسلر ، مدير معهد جامعة كاليفورنيا في سانتا كروز لعلوم الجينوم ، "إنه يضعنا في وضع يسمح لنا بالكشف عن كيفية عمل هذا النظام". "لقد حصلنا على فهم هائل لبيولوجيا الإنسان والمرض من خلال امتلاك ما يقرب من 90 بالمائة من الجينوم البشري ، ولكن كان هناك العديد من الجوانب المهمة التي كانت مخفية ، بعيدًا عن نظر العلم ، لأنه لم يكن لدينا التكنولوجيا لقراءة هذه الأجزاء من الجينوم. الآن يمكننا الوقوف على قمة الجبل ورؤية كل المناظر الطبيعية أدناه والحصول على صورة كاملة لتراثنا الجيني البشري ".

تسلسل الجينوم T2T ، الذي يمثل جينوم CHM13 النهائي بالإضافة إلى كروموسوم T2T Y الذي تم الانتهاء منه مؤخرًا (يتضمن CHM13 كروموسوم X وليس كروموسوم Y) ، وهو الآن جينوم مرجعي جديد في متصفح الجينوم UCSC. تم شرح تسلسل T2T بالكامل في المتصفح ، مما يوفر طريقة فعالة للعلماء للوصول إلى ثروة من المعلومات المرتبطة بالجينات وعناصر الجينوم الأخرى وتصورها.

وأوضح ميغا: "أردنا نشر المعلومات بطريقة يسهل الوصول إليها ومألوفة للباحثين حتى يتمكنوا من البدء في البناء عليها واستخدام جميع الأدوات والموارد التي يوفرها المتصفح".

سيكمل الجينوم المرجعي الجديد T2T الجينوم المرجعي البشري القياسي ، والمعروف باسم Genome Reference Consortium build 38 (GRCh38) ، والذي نشأ في مشروع الجينوم البشري الممول من القطاع العام وتم تحديثه باستمرار منذ المسودة الأولى في عام 2000.

أوضح هوسلر: "إننا نضيف جينومًا ثانيًا كاملاً ، وبعد ذلك سيكون هناك المزيد". "المرحلة التالية هي التفكير في مرجع جينوم البشرية على أنه ليس تسلسل جينوم واحد. هذا تحول عميق ، نذير حقبة جديدة نلتقط فيها في نهاية المطاف التنوع البشري بطريقة غير منحازة ".

انضم اتحاد T2T الآن إلى اتحاد مرجع الإنسان Pangenome ، والذي يهدف إلى إنشاء "مرجع pangenome البشري" الجديد استنادًا إلى تسلسل الجينوم الكامل لـ 350 فردًا.

قال بنديكت باتن ، الأستاذ المشارك في الهندسة الجزيئية الحيوية في جامعة كاليفورنيا ، وهو مؤلف مشارك في أوراق T2T ، وقائد جهد pangenomics. "بدون وجود خريطة لهذه المناطق التي يصعب تسلسلها من الجينوم عبر أفراد متعددين ، فإننا نفقد قدرًا كبيرًا من التباين الموجود في تعدادنا. يضعنا T2T في البحث عبر مئات الجينومات من التيلومير إلى التيلومير. سيكون رائعا!"

لا يمثل الجينوم المرجعي القياسي (GRCh38) أي فرد ولكن تم تجميعه من عدة متبرعين. أدى دمجها في تسلسل خطي واحد إلى إنشاء هياكل اصطناعية في التسلسل. سيجعل مشروع Human Pangenome من الممكن مقارنة الجينومات المتسلسلة حديثًا بجينومات كاملة متعددة تمثل مجموعة من أسلاف البشر.

من النتائج المهمة لتسلسل T2T الجديد تمكين تقييمات أكثر دقة للمتغيرات الجينية. عندما يتم ترتيب تسلسل الجينوم البشري للدراسات السريرية لفهم دور المتغيرات الجينية في المرض أو لدراسة التنوع الجيني داخل وبين المجموعات البشرية ، يتم تحليلها دائمًا تقريبًا عن طريق محاذاة نتائج التسلسل مع الجينوم المرجعي للمقارنة. قام فريق متغير T2T بتوثيق التحسينات الرئيسية في تحديد وتفسير المتغيرات الجينية باستخدام تسلسل T2T الجديد مقارنةً بالجينوم المرجعي البشري القياسي.

"الجينوم البشري الجديد دقيق بشكل لا يصدق على المستوى الأساسي ، مما يسمح لنا بتحديد مئات الآلاف من المتغيرات التي أسيء تفسيرها من خلال تعيينها للمرجع القياسي. العديد من هذه المتغيرات الجديدة موجودة في الجينات المعروفة بأنها تساهم في المرض. يمكننا الآن تحديد هذه لأن لدينا جينوم مرجعي أكثر اكتمالا ودقة ، "قال ميغا.

ركزت أبحاث ميغا على الحمض النووي للأقمار الصناعية ، وهي الامتدادات الطويلة لتسلسلات الحمض النووي المتكررة الموجودة في الغالب في التيلوميرات والوسط وحولها. تفصل السنتروميرات كل كروموسوم إلى ذراع قصير وذراع طويلة وتحمل الكروموسومات المضاعفة معًا قبل انقسام الخلية.

"تلعب السنتروميرات دورًا مهمًا في كيفية فصل الكروموسومات بشكل صحيح أثناء انقسام الخلية ، وقد عرفنا منذ بعض الوقت أنه يتم تنظيمها بشكل خاطئ في جميع أنواع الأمراض التي تصيب الإنسان. قال ميغا "لكننا لم نتمكن أبدًا من دراستها على مستوى التسلسل". "إلى حد بعيد الجزء الأكبر من التتابعات الجديدة المضافة إلى المرجع هي DNAs الساتلية المركزية. لأول مرة ، يمكننا دراسة التسلسلات "قاعدة بقاعدة" التي تحدد السنترومير ويمكننا البدء في فهم كيفية عمله ".

كانت تقنيات تسلسل الحمض النووي "طويلة القراءة" ، مثل تسلسل الثقوب النانوية الرائدة في جامعة كاليفورنيا في سانتا كروز ، أدوات أساسية لاتحاد T2T. مجموعتا بيانات متسلسلة طويلة القراءة - قراءات عالية الدقة (بيانات HiFi من أنظمة PacBio) وقراءات طويلة للغاية تصل بشكل روتيني إلى أطوال أكبر من 100000 زوج أساسي (بيانات طويلة جدًا من أجهزة Oxford Nanopore) - مكن باحثو T2T من توسيع المناطق المتكررة والتطوير استراتيجيات للتأكد من أن التجميع كان دقيقًا للغاية. ساعد Miten Jain وغيره من الباحثين في معهد الجينوم التابع لجامعة كاليفورنيا في إنشاء بروتوكول قراءة طويل للغاية .

تتمتع جامعة كاليفورنيا بسانتا كروز بتاريخ طويل من الريادة في علم الجينوم ، بدءًا من الاجتماع الأساسي في عام 1985 لمناقشة تسلسل الجينوم البشري الذي نظمه المستشار روبرت سينشايمر في جامعة كاليفورنيا في لوس أنجلوس. تمت دعوة Haussler للانضمام إلى مشروع الجينوم البشري العام في عام 1999 ، ولعب فريقه دورًا مهمًا في استكماله. في ذلك الوقت ، كان جيمس كينت ، وهو الآن عالم أبحاث في معهد الجينوم ومدير مشروع متصفح الجينوم UCSC ، طالب دراسات عليا في جامعة كاليفورنيا. لقد كتب الكود الذي جمع أول مسودة عمل للجينوم البشري من البيانات التي حصل عليها الاتحاد الدولي لتسلسل الجينوم البشري ، ونشرت جامعة كاليفورنيا بالمسودة عبر الإنترنت ليطلع عليها العالم بأسره. ثم أنشأ كينت متصفح UCSC Genome Browser ، والذي لا يزال النظام الأساسي الأكثر استخدامًا للوصول إلى الجينوم البشري.

استمر معهد UC Santa Cruz Genomics في أن يكون في طليعة أبحاث الجينوم ويلعب دورًا رائدًا في جهود T2T و pangenomics.

"يعكس عمل T2T الجهود المستمرة والمتفانية للعديد من الأشخاص في جامعة كاليفورنيا بسانتا كروز وأماكن أخرى. عملت كارين ميغا جاهدة للحصول على متواليات مركزية حقيقية في مجموعات الجينوم البشري لمدة عقد من الزمن ، وقد تحقق هذا أخيرًا! " قال كينت. "أنا متحمس جدًا لرؤية هذا العمل مقترنًا بالجهود المبذولة للحصول على تسلسل التيلومير إلى التيلومير من أسلاف بشرية أخرى. نحن نتحرك بسرعة نحو التمثيل الكامل حقًا للجينوم البشري ".