سلسلة تاريخ علم الحمض النووي و البصمة الوراثية

بسم الله الرحمان الرحيم

سلسلة تاريخ علم الحمض النووي و البصمة الوراثية

الجزء الأول: إكتشاف الحمض النووي المسؤول عن الوراثة

تعريف الحمض النووي:

الحمض النووي عبارة عن جزيئة متعددة النكليوتيدات (dAMP, dTMP, dGMP, dCMP) ذات كتلة جزيئية كبيرة. و تسمح له بنيته و خصائصه الكيمياوية بالقيام بالمهام التالية:
*مهمته الأولى تكمن في حفظ المعلومات الجينية و هي التي تتحكم في تطور الجسم ( النمو و الهيئة إلخ) و تتحكم في كيفية عمله.
و توجد هذه المعلومة في التسلسل غير العشوائي للنكلوتيدات.
*مهمة أساسية أخرى للحمض النووي تكمن في تمرير هذه المعلومة من جيل إلى جيل، و هو ما يسمح بالوراثة.
*يمكن أن يحصل للمعلومة التي يحملها الحمض بعض المتغيرات مع مرور الزمان، مما يسمح بتنوع الأفراد و السلالات و هو ما يسميه العلماء بالطفرة و يرجعون ذلك أساسا إلى "الأخطاء" في تكرار سلاسل الحمض النووي (زيادة أو نقصان أو تبادل النكلوتيدات لواقعها على السلسلة) أو إلى ظهور، عند الخلية أو الفرد، لخصائص جينية أو وراثية مختلفة عن ما يلاحظ لدى الأباء. و سوف نتحدث عن هذا بالتفصيل في باب حول الإختلافات الجينية و الأمراض.

إكتشاف الحمض النووي:

إذا كان الإنسان قد عرف منذ القدم أن هناك خصائص وراثية تنتقل عبر الأجيال، و استخدم ذلك في الزراعة و تحسين نسل الحيوان ثم تقنية التهجين، فإن البعض يعتبر العالم النمساوي غريغور مندل Gregor Mendel (1822-1884) أب علم الجينات و هو واضع القوانين الثلاثة التي تعرف بقوانين مندل.
تم إكتشاف الحمض النووي على عدة مراحل:
*في سنة 1869 قام العالم السويسري Friedrich Mieschler بعزل مادة غنية بالفوسفور في نواة الخلية و سماها النكلوتيدات.
*في سنة 1889 تمكن العالم الألماني Richard Altmann إنطلاقا من النكلوتيد بعزل البروتينات و مادة حمضية، الحمض النكلوتيدي أو النووي.
*في سنة 1896 اكتشف العالم الألماني Albrecht Kossel القواعد النتروجينية A,C,T,G .
*في سنة 1928 اكتشف العالمان الأمريكيان Phoebus Levene و Jacob Lynn مادة الريبوز المنقوصة الأوكسيجين، و سنة 1935 صار الحديث عن الحمض النووي الرايبوزي منقوص الأكسجين DNA .
في نفس السنة (1928) لاحظ العالم البريطاني Fred Griffith في تجربة على البكتيريا أن هذه الأخيرة تتمكن من اكتساب خصائص جديدة عبر الإحتكاك بسلالات بكتيرية أخرى، و سميت هذه الظاهرة بالتحول البكتيري وهي أول خطوة نحو تمييز العامل الوراثي للحمض النووي.
*و في سنة 1944، اكتشف العالم الأمريكي Oswald Avery أن DNA هو المسؤول عن ظاهرة التحول البكتيري و أنه بالتالي سبب في الوراثة، إلا أن بعض العلماء لم يقتنعوا بذلك و ظلوا على فكرة أن البروتينات هي من تحمل معلومات وراثية، إلى أن جاءت تجربة Hershey و Chase الشهيرة سنة 1952 لتثبت أن DNA هو المسؤول عن الوراثة و ليست البروتينات.

إكتشاف بنية الحمض النووي:

يرجع فضل هذا الإكتشاف إلى العالمين Watson و Crick ، و قد تم ذلك في مختبر Cavendish بجامعة Cambridge سنة 1953. و كان للصور الملتقطة بأشعة X من طرف Wilkins و Rosalin Elsie Franklin في مختبر King's College أهمية كبرى و قد كان هذا الإكتشاف سببا في فوز Watson, Crick و Wilkins بجائزة نوبل سنة 1962 .

الجزء الثاني: الطفرة الجينية و بعض آثارها

رأينا في الموضوع السابق أن الحمض النووي يمكن أن يتعرض لتغيرات رغم تكوينه المتين الذي يسمح له بتمرير المعلومة الوراثية لدى عملية التكرار. فبالنسبة للإنسان، هذه التغيرات يمكن أن تتسب فيها عوامل سواءً ذاتية، و هي الطفرة الجينية، أو عوامل خارجية كالمحيط البيئي، الأشعة فوق البنفسجية، التلوث النووي...إلخ
يقول العلماء، أن كل الكائنات الحية بلا استثناء تحمل في جيناتها ما يسمونها "أخطاء" في تركيبة الجينات، و أنه، بالنسبة للأفراد المعافين (نسأل الله دوام نعمة العافية) فإن هذه الأخطاء ليس لها تأثير على عمل الجسم. إلا أنها قد تكون سبباً في مرض السرطان (نسأل الله العافية) أو في ظهور مرض جيني (ليس وراثيا بالضرورة) لدى الجيل التابع، لذلك فالمختصون يقولون أنه بطريقة إحصائية، لا أحد بمأمن من الأمراض الجينية.

تعريف الطفرة الجينية:

الطفرة هي تغير في المعلومة الوراثية يمس واحداً أو عدة نكلوتيدات، و بالتالي فهو تغير يحصل على مستوى سلسلة DNA ، أو RNA عند الفيروسات.
و حسب المنطقة التي يشملها التغيير في الجينوم، فنتائج الطفرة تكون متعددة. و بطبيعة الحال لا تصبح الطفرة خاصية وراثية إلا إذا ورثها الكائن الإبن عن الكائن الأب.
و تسمى الطفرة طفرة جنسية إذا ما مست أحد الكروموزمين Y/X لدي الثدييات أو W/Z لدى الطيور، أو غير جنسية إذا مست باقي الكروموزومات.

أنواع الطفرات:

*تسمى الطفرة "وحيدة" إذا لم تمس إلا نكلوتيدا واحدا في الحمض النووي.
* "الطفرة بالتعويض" و تدخل تحتها عدد من الحالات :
=>الخطأ في المسار و هي عندما يحل نكلوتيد محل آخر، في بعض الحالات تتسبب في تغير شفرة الحمض أميني المشفر، و قد يؤثر ذلك أو قد لا يؤثر في مهمة البروتين المنتج من قبل الجين.
=> تغيير نكلوتيد يؤدي إلى تغير المشفر الخاص بالحمض الأميني و هو ما يتسبب في إنتاج بروتين مغلوط.
=> "الطفرة الصامتة" و هي إما لا تمس إنتاج و مهمة البروتين أو تمس مناطق من الحمض النووي ليس لها مهمة التشفير. و غالبا لا يكون لها أثر إلا أنها قد تسبب في تغير Phenotype .
*إضافة أو حذف نكلوتيدات غير متعدد، ثلاثية، يسبب لدى قراءة المعلومة إنتاج بروتين مغلوط.
*طفرة كروموزومية: تخص عدداَ كبيراً من النكلوتيدات في الحمض النووي بشكل يمكن ملاحظته عند القيام ب Karyotype ، و يمكن أن يتعلق الأمر أيضا بربح كروموزوم أو فقده كما عند المصابين بما يسمى "مرض المنغوليا".
*الطفرة الدينامية: تنتقل من جيل إلى آخر و يتعلق الأمر بتكرار مهم لعدد من الثلاثيات على مستوى الحمض النووي، و تقابل في عدد من الأمراض الجينية.
*الطفرة الجسمانية: وذلك عند ظهور جين عند فرد لا يوجد في الحمولة الجينية لأبويه، و تحصل هذه الطفرة غالباً و بنسبة 80% في النطف المنوية أو في بعض الحالات القليلة في البويضة الملقحة.
هذه الطفرة هي غير جنسية إذن لن تكون أبداً وراثية.

الطفرة الجينية و الشعوب:

الطفرة الجنسية للجين، أي الطفرة المتوارثة و منها التي تحصل على الكروموزم Y مثلا، و هي ما يظهر على نتائج الفحص بإسم Allel .و عندما يظهر Allel أول مرة فليس بالضرورة استمراره على السلالة الوراثية، لأنه تتدخل عوامل ذاتية له تسمح برجحان كفته من عدمها مقابل التحورات القديمة.
و سنتعرض بالتفصيل لخاصيات الكروموزوم Y و قدرته على تجديد نفسه عند الحديث عن السلالات البشرية.
عند اكتمال مشروع الجينوم البشري و ظهور نتائجه، اكتشف العلماء أن التطابق الجيني بين شعوب الأرض يصل إلى حدود قصوى حتى أنهم قالوا بنسبة %99،9 ، ثم تقدم بهم البحث إلى الإختلافات التي تفرزها النسبة الباقية و التي تفسر أشياءً عدة مثل اختلاف الهيئة و لون العين و الشعر أو تساهم و بشكل معقد في ظواهر مثل عدم تحمل بعض الأدوية أو بعض المواد الغذائية.

يليه: الجزء الثالث: مشروع الجينوم البشري

الجزء الثالث: مشروع الجينوم البشري

" مشروع أپولو البيولوجي"، هكذا سماه عدد من العلماء مقارنة بمشروع أپولو الذي دشنه الرئيس الأمريكي جون كينيدي لإرسال أول رجل إلى القمر، و ذلك لعظم حجمه، و المجهود الذي سيبذل للوصول إلى خريطة جينية بشرية.

فكرة المشروع و انطلاقه:

أطلقت فكرة إنشاء الخريطة الجينية سنة 1985، و أول من قام بطرحها العالم Renato Dulbecco الفائز بجائزة نوبل سنة 1975 في محاضراته ثم توج ذلك بمقال بمجلة Science الأمريكية سنة 1986، و تبعه Robert Sinsheimer رئيس جامعة سانتا كروز بكاليفورنيا منظماً لندوة علمية حول هذه القضية بأيار من سنة 1985. لكنهم لم يجدوا تمويلا. و في سنة 1986 سترعى إدارة الطاقة الأمريكية المشروع ممثلة في Charles DeLisi مدير فرع البيولوجيا، و ذلك بتمويل دراسات جدوى و تطور سريع.
تبعت هذا سنتين من النقاشات بين العلماء حول جدوى و أهمية المشروع. و في سنة 1988، اتخذ المجلس الوطني للأبحاث الأمريكي قراراً بإطلاق المشروع مسنداً مهمة إدارته لمؤسسات الصحة الوطنية، و على رأسها آنذاك James Watson مكتشف بنية الحمض النووي، التابعة لإدارة الصحة و الخدمات الإجتماعية الأمريكية.
في نفس السنة تم إنشاء Hugo (Human genom organisation( بسويسرا، و هي مؤسسة دولية مهمتها تنسيق جهود كل الدول على المستوى العالمي.
انطلق المشروع سنة 1989 و لمدة 15 عاماً، و بميزانية مقدرة بثلاثة ملايير دولار. و بالنظر لحجم الجينوم و ضخامة العمل، قررت المؤسسات المساهمة تقسيم المهام بينها. تخصصت كل واحدة من حوالي 20 مؤسسة عامة، تعمل إما بميزانية عامة أو بتبرعات، ب"جهة جينية" أو كروموزوم معين على أنها تلتزم بنشر النتائج على قاعدة بيانات مفتوحة على الأنترنت (و ذلك عقب اجتماع عقد بجزر برمودا سنة 1995، تقرر فيه أن الجينوم تراث إنساني و بالتالي وجب تعميم النتائج).

أهداف المشروع:

و هي كما وضعت على موقع وزارة الطاقة الأمريكية كالتالي:
=> تمييز كل الجينات البشرية التي يقدر عددها ما بين 20000 و 25000 جين.
=> تحديد سلسلة ما يناهز ثلاثة ملايير نكلوتيد.
=> وضع المعلومات على قواعد بيانات.
=> تطوير أدوات تحليل البيانات.
=> نقل التقنية المرتبطة بالمشروع إلى القطاع الخاص.
=> التعامل مع المسائل الأخلاقية، القانونية و الإجتماعية التي قد تنتج عن المشروع (ELSI)
نسب مساهمات الدول في نتائج المشروع :
الولايات المتحدة الأمريكية: %60،8
المملكة المتحدة: %28،9
اليابان: %4،9
ألمانيا: %1،5
الصين: %0،7

مآل المشروع و نتائجه:

في 26 من حزيران 2000، أعلن الرئيس الأمريكي بيل كلينتون رسميا الحصول على "جينوم خام" (غير تامة) و الإنتهاء من دراسة التسلسل. هذا "الجينوم الخام" تم نشره في فبراير 2001. و وجب انتظار سنة 2004 لنشر خريطة الجينوم الكاملة عند الإنتهاء من إعدادها.
السرعة التي تم بها نشر الجينوم الخام سببها السباق المحموم بين المشروع الدولي و الشركة الخاصة Celera Genomics التي تأسست سنة 1998 بهدف نشر خريطة الجينوم في غضون 3 سنوات فقط باعتماد الآلة لربح الوقت.

اليوم نعرف أن الجينوم البشري يحتوي على ما يقارب 25000 جين، و 3،2 مليار نكلوتيد (حجما يمثل هذا 2000 كتاب من 500 صفحة).

كلفة المشروع عند نهايته: 2،7 مليار دولار أي اقل من كلفته المتوقعة و ذلك لتطور أدوات العمل.

من شملهم الفحص في المشروع؟

جاءت العينات (عينات دم) التي تم تحليلها من أشخاص (تكتم على هوياتهم)، ذوي أصول مختلفة تم انتقاؤهم في الولايات المتحدة عبر إعلانات قام بها المختبران المكلفان بإنشاء "أبناك" DNA. و اتبعت احتياطات لعدم التمكن من معرفة هوية المتطوعين.

ما هي فائدة هذا المشروع؟

تسمح خريطة الجينوم بتمييز كل جينات الإنسان و بالتالي الإستفادة من ذلك في المجال الطبي و مكافحة الأمراض الجينية. و سيستفاد منه كذلك في مجال الأبحاث البيولوجية.
اليوم توجد تطورات مشجعة في مكافحة بعض الأمراض، لكن وجب انتظار سنوات أخرى و تقدم البحث حتى تكون نتائج ملموسة في مجال العلاج الجيني.

هل انتهى المشروع؟

في حقيقة الأمر أن المشروع مستمر لتوسيع دائرة المعرفة بالجينوم البشري، و ذلك بمقارنته بجينات بعض الحيوانات كقرد الشمبانزي مثلاً أو بتطوير المعرفة حول جينوم الفأر و هي من الحيوانات التي تستخدم في الأبحاث العلمية.
كما يهتم الباحثون بالقبائل البشرية "البدائية"، أو تلك التي عاشت منعزلة، و الأقزام الأفارقة لمعرفة خصائصهم الجينية.

الجزء الرابع: الكروموزوم y و السلالة الجينية

تعريف الكروموزم y:

الكروموزوم y هو أحد الكروموزومين الجنسيين لدى الإنسان ( الآخر هو الكروموزوم x ). و الكروموزومين الجنسيين هما أحد الأزواج 23 المكونة لكروموزومات الإنسان.
و يمتد على حوالي 50 مليون زوج من قواعد dna ، و يشكل نسبة %1،5 إلى %2 من dna الإنسان . و هو أصغر الكروموزومات و خلافاً لإسمه فإن له نفس شكل الكروموزومات الأخرى. و هو من يحدد phenotype الذكوري.

الكروموزوم y يجدد نفسه:

في سنة 2003، اكتشف باحثون من معهد MIT الأمريكي أن الكروموزوم y البشري يحمي نفسه من "التلف": لكي نفسر الأمر بطريقة بسيطة، بما أنه يحمل عدداً قليلاً من الجينات (مقارنة بباقي الكروموزومات)، و بما أنه وحيد، فإنه يمتلك نسخاً لتركيبته الجينية، فإذا حصلت "أخطاء"، فإنه يستعمل هذه النسخ لتصحيحها.

ما هو الهابلوغروب؟

الهابلوغروب هو مجموعة كبيرة من الهابلوتايب haplotype و هو مجموعة من التحورات توجد على نفس الجين، و تورث كما هي. على الكروموزوم y ، يسمح الهابلوغروب بتتبع السلالة الجينية على خط الذكور نظراً للتمايز بينها و الذي يرجع لآلاف السنين.
يوجد عدد من الهابلوغروبات، لها تفرعات و يظهر على التفرعات تحور أو أكثر.
الهابلوغروب خاصية جينية تظهر أول مرة عند فرد، ثم يورثها سلالته. بعبارة أخرى، فإن الهابلوغروب بجميع تفرعاته و تحوراته يرتفع في الزمن إلى فرد واحد و هو الجد الجامع الجيني.

لماذا أثارت تحاليل y-dna ضجة عند العرب؟

هذا راجع أولا إلى الإختلاف الجذري لطريقة الإنتساب بين العرب و الغرب. فهذا الأخير لا يعرف القبيلة، و إذا كان بإمكان الفرد الغربي تكوين سلسلة نسب عبر جهد جهيد و شيء من الحظ (عبر سجلاّت الحالة المدنية و شهادات التعميد و الزواج لدى الكنائس) فإن هذه السلاسل لا تتجاوز عادة القرن الخامس عشر الميلادي في أحسن الأحوال، فهي بذلك لا تسمح بالتعرف على الأصل القديم و إلى أي الشعوب ينتمون و ذلك أن أوروبا ناهيك عن أمريكا عرفت هجرات لا تحصى, جماعية و فردية.
ثم أن اختلاط الأنساب في الغرب شيء شائع لشيوع فاحشة الزنا عندهم و منذ زمن بعيد، و الناظر إلى تاريخهم يدرك أن هذا الأمر ليس وليد الأمس بل له ماضٍ معتبر عندهم.
و لهذا و لأسباب أخرى فإن للتحليل الجيني عندهم معنى مخالف لما نحن عليه.
و لأبين أن تحليل y-dna يحتاج إلى معلومات أخرى حتى تكتمل الرؤية حول النسب أسوق هذه القصة التي صادفتها على أحد المنتديات الفرنسية:
رجل فرنسي من جنوب فرنسا ينشر نتيجة تحليله الذي فاجأه، و جاء على J1 : يقول، و أخبرتني الشركة أن هذه النتيجة ترجع أصلي إلى العرب...
و نحن نقول: إن صح أنه من العرب فمن أي قبائل العرب؟ فإسبانيا بقي فيها عدد من العرب بعد سقوط الحكم الإسلامي و ذابواْ و قد يحصل أن هاجر منهم شمالا نحو فرنسا (و الهجرات لم تنقطع كما قلنا).
و هناك احتمال آخر هو أن يكون من أصل إسرائيلي (على اعتبار أن أقلية قليلة من اليهود في أوروبا تخرج على j1 و الأغلبية على باقي السلالات)
فها هو تحليله لم يحسم له بنسب.
و نختم بالقول: الحمض النووي أداة تضاف إلى الأدوات الأخرى في تتبع الأنساب لكن يجب أن نضع في عين الإعتبار أن الأنساب تخضع كذلك لقانون النسبية. كما يجب أن لا ننسى أن النسب يخضع لشرع الله الذي وضع له قواعد منظمة. و أنه عندنا كتب و علم أنساب حق أن يسجل في الثراث العالمي.
و الله أعلى و أعلم.