العلماء يكشفون عن أول تسلسل كامل للكروموسوم Y

أعاد نشره أفلاطون

المتابعون: 0

بعد أكثر من عقدين من الزمن، اكتمل تسلسل الجينوم البشري أخيرًا.

الصامد؟ كروموسوم Y. على الرغم من أنه أصغر بكثير من الكروموسومات الـ 23 الأخرى، إلا أن Y هو عبارة عن تشوه جيني، ويحمل العديد من الهياكل الغريبة التي يصعب فك تشابكها، وليس بسبب قلة الجهد. نظرًا لأن أحد الكروموسومين الجنسيين - X هو الآخر - فإن Y يضم جينات ضرورية لإنتاج الحيوانات المنوية والتكاثر البشري.

الآن، تمكن فريقان دوليان أخيرًا من فك الشفرة الجينية الغامضة لـ Y. تم نشر ورقتيهما مؤخرًا في طبيعة. ورقة واحدة، من اتحاد Telomere-to-Telomere (T2T)، استخدم أحدث تقنيات التسلسل الجيني التي قرأت أكثر من 62 مليون زوج قاعدي (ثنائي من حروف الحمض النووي لكروموسوم Y البشري)، وأخيرًا أنتج جينومًا بشريًا مرجعيًا يحتوي على جميع الكروموسومات الـ 24.

ومع ذلك، لا يستطيع ذكر واحد أن يمثل التنوع الوراثي لجنسنا البشري. دراسة أخرى قام الباحثون بتجميع كروموسومات Y من 43 فردًا ذكرًا بيولوجيًا من خمس قارات، ويغطيون على نطاق واسع معظم سلالات Y البشرية الأعمق.

وقال المؤلفون إن مجموعة البيانات المجمعة حديثًا "توفر الرؤية الأكثر شمولاً للتنوع الجيني ... عبر أكثر من 180,000 ألف عام من تطور كروموسوم Y البشري".

فلماذا علينا أن نهتم؟ من ناحية، يمثل هذا خطوة هائلة في فك رموز مشهدنا الجيني. على الرغم من أن الجينوم البشري قد تم تحديد تسلسله لأول مرة منذ عقدين من الزمن، إلا أن ما يقرب من 50% من الحروف الجينية لـ Y ظلت بعيدة المنال. ومع تحسن أساليب التسلسل والتحليل، فمن المحتمل أن نتمكن من سد المزيد من الفجوات.

ومن ناحية أخرى، يمتلك العلماء الآن مصدرًا قيمًا لتحليل تطور وسلوك الكروموسوم Y. نظرًا لكونه الجزء الغريب في حزمة الكروموسومات، يبدو أنه قد تقلص على مدى آلاف السنين، مما أدى إلى التخلص من المواد الوراثية مثل التنظيف الربيعي العدواني بشكل خاص. لماذا حدث هذا وما هي عواقبه لا يزال غامضا، مما أدى إلى تكهن البعض بأن Y يتدهور.

يوفر الوضوح والتنوع في مجموعات البيانات الجديدة الآن خريطة طريق لمزيد من البحث. وبغض النظر عن الخصوبة، فقد تم ربط كروموسوم Y أيضًا بعدد من المشكلات الصحية، مثل سرطان المثانة.

"قبل بضع سنوات فقط، كان نصف كروموسوم Y البشري مفقودًا [من المرجع] - المناطق التابعة الصعبة والمعقدة". محمد الدكتورة مونيكا سيشوفا من جامعة كاليفورنيا، سانتا كروز، التي عملت على تسلسل Y كامل. "في ذلك الوقت، لم نكن نعرف حتى ما إذا كان من الممكن تسلسلها، كان الأمر محيرًا للغاية. وهذا حقًا تحول كبير فيما هو ممكن.

دليل المسافر إلى المجرة الجينومية

عندما يتحدث العلماء عن الجينوم البشري، فإنهم عادة ما يقصدون الجينوم المرجعي. تم إنشاء المسودة الأولى منذ عقود مضت، وكانت بمثابة انتصار. ولكن مع فقدان ثمانية بالمائة من حروف الحمض النووي، كان الأمر بعيدًا عن الكمال.

إن الأجزاء المفقودة لها تداعيات على التشخيص والبحث في بعض الأمراض الأكثر إثارة للقلق في عصرنا: السرطان، وأمراض القلب، والسكري، والخرف، وغيرها من اضطرابات الدماغ. كما أنه يفتقد قدرتنا على اكتشاف الاضطرابات النادرة والمدمرة، وبالتالي استخدام أدوات التحرير الجيني لعلاجها.

إن ظهور التسلسل والتحليل على نطاق واسع يسمح للعلماء بمطاردة مجموعات من الجينات التي يمكن أن تزيد من فرصة الإصابة باضطراب معين. ويتم ذلك غالبًا عن طريق مقارنة جينوم المريض بالجينوم المرجعي - وهو "القاموس" الحالي لأحرف الحمض النووي لدينا، والذي يسمى GRCh38 (أعلم أنه جذاب).

في شهر مارس الماضي، قال الدكتور آدم فيليبي، الباحث الرئيسي في إحدى الأوراق البحثية: صدر التسلسل الأكثر اكتمالا للجينوم البشري حتى الآن، باستثناء كروموسوم Y. تم تمثيل أكثر من 50 بالمائة من تسلسلاتها بفجوات.

Y هو لغز في علم الأحياء. على غرار أزواج الكروموسومات الأخرى، حيث يكون كل زوج متطابقًا في الحجم، فإن Y أصغر بكثير من نظيره X. والسبب الحالي هو أن Y قد تقلص تدريجياً إلى سدس حجم X ويحتوي فقط على نصف جينات نظيره. لماذا وكيف حدث هذا لا يزال لغزا، ومع ذلك لا يزال Y يحمل لكمة بيولوجية ضخمة في عبوته الصغيرة، التي تحتوي على جينات تحدد الذكور البيولوجيين وهي ضرورية لإنتاج الحيوانات المنوية.

أدى الانكماش التطوري لـ Y إلى قيام بعض الباحثين بالتخلص منه تمامًا أثناء تسلسل الجينوم. إذا كان الكروموسوم يحتوي على مقبرة من الجينات المعدة للتحور خارج وظائفه البيولوجية، فلماذا الاهتمام بذلك؟

ثم هناك العقبة التكنولوجية. "إن حرف Y غريب حقًا ومثير للاهتمام كما كنا نظن" محمد الدكتورة جيني جريفز من جامعة لا تروب، والتي لم تشارك في أي من الدراستين.

ويختلف Y عن الكروموسومات الأخرى لأنه يحتوي على تسلسلات جينية غريبة. أحد الأمثلة: المتناظرة، مثل "هل رأيت سيارة أم قطة؟" الجملة تقرأ نفسها للأمام والخلف. وبالمثل، فإن الحروف الجينية لأحد سلاسل الكروموسوم Y (A، T، C، وG) تُقرأ تمامًا كما هي على أحد الخيوط الأخرى المعكوسة.

عند تحديد تسلسل الجينومات، يحتاج العلماء إلى تصحيح مقتطفات من المادة الوراثية معًا. تلك التي تقرأ بشكل مماثل في كلا الاتجاهين تجعل من الصعب للغاية تجميع اللغز الجيني. Y أيضًا متكرر، مع أجزاء كبيرة تجدد نفس أحرف الحمض النووي القليلة.

في الدراسة الجديدة، استفاد الفريق من التقنيات الحديثة التي يمكنها قراءة تسلسلات الحمض النووي الأطول التي تمتد لأكثر من مليون زوج أساسي، واستراتيجية التجميع الحسابي عالية الكفاءة. مشابه لرسم خرائط لنظام مترو الأنفاق في العاصمة. بشكل عام، رسم العمل الشاق خريطة لأكثر من 62 مليون حرف من الحمض النووي من كروموسوم Y.

لماذا يا؟

وفي الوقت نفسه، أدى التعاون الثاني إلى نقل تحدي تسلسل Y إلى المستوى العالمي. برئاسة الدكتور تشارلز لي، مدير مختبر جاكسون للطب الجيني، وسع الفريق نطاقه ليشمل 21 مجموعة سكانية متميزة حول العالم تغطي خمس قارات.

كان هؤلاء الرجال جميعًا جزءًا من مشروع 1000 جينوم. تم إطلاق المشروع في عام 2008، وهو يسير بقوة قاعدة بيانات مفتوحة المصدر متاحة لأي شخص لتحليلها. اختار الفريق 43 رجلاً، نصفهم من أصول أفريقية إلى حد كبير. إجمالاً، تشير التقديرات إلى أن أحدث سلف مشترك بين المجموعة يعود إلى 182,900 سنة، وهو ما يعود إلى زمن أبعد بكثير من الجينوم المرجعي الحالي GRCh38.

فقط بعض أجزاء Y تباينت في كل من الوراثة وعلم الوراثة - تنظيم الجينات - بين الأفراد. لكن التغييرات كانت كبيرة بشكل مدهش. كان لدى البعض جينات عكست ترتيبها في 14 مكانًا مختلفًا، مما أثر على نصف البنية الجينية للكروموسوم Y. يميل كروموسوم Y أيضًا إلى نسخ نفسه: أحد الجينات المعروفة بإنتاج الحيوانات المنوية، TSPY، لديه أكثر من 10 نسخ في فرد واحد أكثر من الآخر. وظهرت أيضًا فواصل جينية أخرى، ومع ذلك ظل Y فاعلًا ومرنًا أمام القوى التطورية.

بالنسبة للدكتور مارك جوبلينج من جامعة ليستر، والذي لم يشارك في أي من العملين، فإن هذه النتائج "تؤكد أن المحتوى الجيني للكروموسوم Y محفوظ بشكل أساسي". أما بالنسبة للكروموسوم Y الذي يذوي، فإن "فكرة أن Y لا يزال يتدهور ومن المقرر أن يختفي هي فكرة مرفوضة حقًا". قال.

في الوقت الحالي، لا تستطيع الدراسات حتى الآن ربط تغيرات الكروموسوم Y بأمراض معينة. ولكنه أول مورد شامل يفتح الباب أمام الأبحاث الجينية والعلاجات والبيولوجيا التركيبية. استنادًا إلى موقع جينات TSPY، على سبيل المثال، يعرف الفريق بالفعل أنها مواقع لتغيرات متكررة في الحمض النووي.

وقال جولينج: "إنه يشبه إلى حد ما التلفزيون عالي الوضوح، حيث كان بإمكاننا رؤية الصورة من قبل، وهذه الدراسات تجعلها في تركيز شديد الوضوح".

أما بالنسبة للمؤلفين، فإن هذه الدراسات تمثل "معلمًا طال انتظاره ولكنه حاسم نحو فهم المدى الكامل للتنوع الجيني البشري". إنها "نقطة انطلاق" لفك رموز الأدوار الغامضة لـ Y، وهو الكروموسوم الغامض الذي شكل التطور البشري ونفسه، ومن المرجح أن يستمر في الجيل القادم.

الصورة الائتمان: ن. هاناسيك/NIST