خريطة «البروتيوم البشري»... المفتاح لفهم مسببات الأمراض
خريطة «البروتيوم البشري»... المفتاح لفهم مسببات الأمراض
العلماء نجحوا في رصد نحو 90 % من البروتينات في جسم الإنسان
د. وفا جاسم الرجب
في الآونة الأخيرة، يوظف الباحثون التطورات في التقنيات الجزيئية وعلم البيولوجيا الحسابية لتسلسل الجينوم البشري والأنواع الحية الأخرى، للتعرف على مزيد من جوانب العلوم البيولوجية والطبية.
وما زالت هناك حاجة إلى فهم كيفية استخدام الجينات والميزات الأخرى في الجينوم لدراسة البروتينات، حيث يصنع كثير من الجينات الرموز الخاصة بالبروتينات، وهي المكونات التي تنشط لتأدية الوظائف الأساسية للحياة.
الجينوم البشري
كان مشروع «الجينوم البشري (HGP)» من أعظم مآثر الاستكشاف في التاريخ. وهو رحلة داخلية للاكتشاف بقيادة فريق دولي من الباحثين يتطلعون إلى وضع تسلسل جميع الجينات المعروفة معاً باسم «الجينوم» لأعضاء الجنس البشري. وقد بدأوا فيه منذ أكتوبر (تشرين الأول) 1990 وانتهوا في أبريل (نيسان) 2003، وقد منحهم القدرة لأول مرة على قراءة المخطط الجيني الكامل للطبيعة لبناء كائن بشري.
وقام باحثو المشروع بفك شفرة الجينوم البشري بثلاث طرق رئيسية؛ هي: تحديد ترتيب أو «تسلسل» جميع القواعد في الحامض النووي لجينوم «الحمض النووي (DNA)»، وعمل خرائط توضح مواقع الجينات لأقسام رئيسية من جميع الكروموسومات، وإنتاج ما تسمى «خرائط الربط» التي من خلالها يمكن تتبع السمات الموروثة؛ مثل تلك الخاصة بالأمراض الوراثية عبر الأجيال.
وكشف المشروع عن أن هناك على الأرجح نحو 20500 جين بشري. وأعطى للعالم مورداً للمعلومات التفصيلية حول هيكل وتنظيم ووظيفة المجموعة الكاملة من الجينات البشرية؛ إذ يمكن حسبان هذه المعلومات المجموعة الأساسية من «التعليمات» القابلة للوراثة لتنمية الإنسان ووظائفه.
وكانت النتيجة المذهلة لهذه المسودة الأولى أن عدد الجينات البشرية بدا أقل بكثير من التقديرات السابقة التي تراوحت بين 50 ألفاً وما يصل إلى 140 ألف جين.
مشروع البروتينات
أما مشروع «البروتيوم البشري (HPP) Human Proteome Project»، فهو مشروع دولي لوضع أطلس كبير للبروتينات، تنظمه «منظمة البروتيومات البشرية (HUPO)».
والبروتيوم مصطلح يعني «المحتوى البروتيني»، ويمثل مجموعة البروتينات التي يعبَّر عنها أو يمكن التعبير عنها بواسطة الجينات، في داخل خلية أو نسيج أو كائن حي في وقت معين. ويهدف المشروع إلى إحداث ثورة في فهمنا للبروتيومات البشرية من خلال جهد منسق من قبل كثير من المراكز البحثية حول العالم. وهو مصمم لرسم خريطة للبروتيوم البشري بأكمله في جهد منظم باستخدام التقنيات المتاحة حالياً والناشئة.
وسيؤدي إكمال هذا المشروع إلى تعزيز فهم علم الأحياء البشري على المستوى الخلوي وإرساء الأساس لتطوير التطبيقات الطبية التشخيصية والعلاجية والوقائية.
بروتينات شاذة
ويتحدث كريس أوفراول، الأستاذ المشارك في «قسم علوم الفم البيولوجية والطبية» والعضو في «مركز أبحاث الدم» بجامعة «كولومبيا البريطانية» في كندا، في بحثه المنشور في 16 أكتوبر (تشرين أول) 2020 في مجلة «Nature Communications» عن البروتيوم البشري، ويقول إنه «يمثل اليوم معلماً مهماً في فهمنا الشامل للحياة البشرية، كما أنه يحدد اللبنات الأساسية للحياة المشفرة بواسطة هذا المخطط؛ حيث تتفاعل البروتينات لتشكيل كل شيء... من الأمراض التي تهدد الحياة؛ إلى البنية الخلوية في أجسامنا». ولم تكتمل نتائج المشروع بنسبة 100 في المائة، ولكن تم الآن رصد وتعيين نحو 90 في المائة من البروتينات في جسم الإنسان؛ حيث سيؤدي ذلك إلى تحسين فهمنا كيفية تأثير التفاعلات بين البروتينات على الصحة والمرض، ويمكنه أيضاً تعزيز البحث في فيروس «كورونا».
وفي حين أن الأخطاء الجينية لها علاقة كبيرة بالأمراض التي تصيب الإنسان؛ فإن كثيراً من هذه الأخطاء تظهر في البروتينات الشاذة، لذا فإن كثيراً من الأمراض ترتبط ارتباطاً وثيقاً بخلل البروتين. وفي اضطرابات مَرضية أخرى لا تنشأ المشكلة على مستوى الجين، ولكن على مستوى «الحمض النووي الريبي (RNA)» أو البروتينات.
يتشارك البشر 99.9 في المائة من «الحامض النووي (DNA)» الخاص بهم بين فرد وآخر، ومع ذلك؛ فإن أي نقص في أجزاء البروتين الناجم عن الطفرات الجينية الموروثة، يمكن أن يؤدي إلى أمراض وراثية أو إلى استجابات مناعية وخلوية غير ملائمة للضغوط البيئية والتغذوية والعدوى.
كما أن معرفة أي البروتينات الأساسية للوقاية من المرض وأوجه القصور في التعبير أو النشاط التي تعدّ سمات مميزة للمرض، يمكن أن تفيد مجال الطب وتطوير علاجات جديدة.
بروتيومات الإصابة بـ«كوفيد ـ 19»
> هناك نوعان من البروتيومات المعنية عند الإصابة بـ«كوفيد19»؛ هما: بروتيوم الفيروس نفسه، وبروتيوم الخلايا المصابة، وكلاهما من المحتمل أن يتفاعل مع الآخر ويعدل أو يغير وظيفة الآخر بصوره شاملة.
وإذا فهمنا هذه العلاقة، فعند ذلك يمكن أن نلقي الضوء على سبب أن بعض الخلايا والأفراد «أكثر مرونة» تجاه «كوفيد19»، والبعض الآخر أكثر ضعفاً، مما يوفر معلومات وظيفية أساسية عن جسم الإنسان لا يستطيع علم الجينوم وحده الإجابة عنها.
الشرق الأوسط
العلماء نجحوا في رصد نحو 90 % من البروتينات في جسم الإنسان
د. وفا جاسم الرجب
في الآونة الأخيرة، يوظف الباحثون التطورات في التقنيات الجزيئية وعلم البيولوجيا الحسابية لتسلسل الجينوم البشري والأنواع الحية الأخرى، للتعرف على مزيد من جوانب العلوم البيولوجية والطبية.
وما زالت هناك حاجة إلى فهم كيفية استخدام الجينات والميزات الأخرى في الجينوم لدراسة البروتينات، حيث يصنع كثير من الجينات الرموز الخاصة بالبروتينات، وهي المكونات التي تنشط لتأدية الوظائف الأساسية للحياة.
الجينوم البشري
كان مشروع «الجينوم البشري (HGP)» من أعظم مآثر الاستكشاف في التاريخ. وهو رحلة داخلية للاكتشاف بقيادة فريق دولي من الباحثين يتطلعون إلى وضع تسلسل جميع الجينات المعروفة معاً باسم «الجينوم» لأعضاء الجنس البشري. وقد بدأوا فيه منذ أكتوبر (تشرين الأول) 1990 وانتهوا في أبريل (نيسان) 2003، وقد منحهم القدرة لأول مرة على قراءة المخطط الجيني الكامل للطبيعة لبناء كائن بشري.
وقام باحثو المشروع بفك شفرة الجينوم البشري بثلاث طرق رئيسية؛ هي: تحديد ترتيب أو «تسلسل» جميع القواعد في الحامض النووي لجينوم «الحمض النووي (DNA)»، وعمل خرائط توضح مواقع الجينات لأقسام رئيسية من جميع الكروموسومات، وإنتاج ما تسمى «خرائط الربط» التي من خلالها يمكن تتبع السمات الموروثة؛ مثل تلك الخاصة بالأمراض الوراثية عبر الأجيال.
وكشف المشروع عن أن هناك على الأرجح نحو 20500 جين بشري. وأعطى للعالم مورداً للمعلومات التفصيلية حول هيكل وتنظيم ووظيفة المجموعة الكاملة من الجينات البشرية؛ إذ يمكن حسبان هذه المعلومات المجموعة الأساسية من «التعليمات» القابلة للوراثة لتنمية الإنسان ووظائفه.
وكانت النتيجة المذهلة لهذه المسودة الأولى أن عدد الجينات البشرية بدا أقل بكثير من التقديرات السابقة التي تراوحت بين 50 ألفاً وما يصل إلى 140 ألف جين.
مشروع البروتينات
أما مشروع «البروتيوم البشري (HPP) Human Proteome Project»، فهو مشروع دولي لوضع أطلس كبير للبروتينات، تنظمه «منظمة البروتيومات البشرية (HUPO)».
والبروتيوم مصطلح يعني «المحتوى البروتيني»، ويمثل مجموعة البروتينات التي يعبَّر عنها أو يمكن التعبير عنها بواسطة الجينات، في داخل خلية أو نسيج أو كائن حي في وقت معين. ويهدف المشروع إلى إحداث ثورة في فهمنا للبروتيومات البشرية من خلال جهد منسق من قبل كثير من المراكز البحثية حول العالم. وهو مصمم لرسم خريطة للبروتيوم البشري بأكمله في جهد منظم باستخدام التقنيات المتاحة حالياً والناشئة.
وسيؤدي إكمال هذا المشروع إلى تعزيز فهم علم الأحياء البشري على المستوى الخلوي وإرساء الأساس لتطوير التطبيقات الطبية التشخيصية والعلاجية والوقائية.
بروتينات شاذة
ويتحدث كريس أوفراول، الأستاذ المشارك في «قسم علوم الفم البيولوجية والطبية» والعضو في «مركز أبحاث الدم» بجامعة «كولومبيا البريطانية» في كندا، في بحثه المنشور في 16 أكتوبر (تشرين أول) 2020 في مجلة «Nature Communications» عن البروتيوم البشري، ويقول إنه «يمثل اليوم معلماً مهماً في فهمنا الشامل للحياة البشرية، كما أنه يحدد اللبنات الأساسية للحياة المشفرة بواسطة هذا المخطط؛ حيث تتفاعل البروتينات لتشكيل كل شيء... من الأمراض التي تهدد الحياة؛ إلى البنية الخلوية في أجسامنا». ولم تكتمل نتائج المشروع بنسبة 100 في المائة، ولكن تم الآن رصد وتعيين نحو 90 في المائة من البروتينات في جسم الإنسان؛ حيث سيؤدي ذلك إلى تحسين فهمنا كيفية تأثير التفاعلات بين البروتينات على الصحة والمرض، ويمكنه أيضاً تعزيز البحث في فيروس «كورونا».
وفي حين أن الأخطاء الجينية لها علاقة كبيرة بالأمراض التي تصيب الإنسان؛ فإن كثيراً من هذه الأخطاء تظهر في البروتينات الشاذة، لذا فإن كثيراً من الأمراض ترتبط ارتباطاً وثيقاً بخلل البروتين. وفي اضطرابات مَرضية أخرى لا تنشأ المشكلة على مستوى الجين، ولكن على مستوى «الحمض النووي الريبي (RNA)» أو البروتينات.
يتشارك البشر 99.9 في المائة من «الحامض النووي (DNA)» الخاص بهم بين فرد وآخر، ومع ذلك؛ فإن أي نقص في أجزاء البروتين الناجم عن الطفرات الجينية الموروثة، يمكن أن يؤدي إلى أمراض وراثية أو إلى استجابات مناعية وخلوية غير ملائمة للضغوط البيئية والتغذوية والعدوى.
كما أن معرفة أي البروتينات الأساسية للوقاية من المرض وأوجه القصور في التعبير أو النشاط التي تعدّ سمات مميزة للمرض، يمكن أن تفيد مجال الطب وتطوير علاجات جديدة.
بروتيومات الإصابة بـ«كوفيد ـ 19»
> هناك نوعان من البروتيومات المعنية عند الإصابة بـ«كوفيد19»؛ هما: بروتيوم الفيروس نفسه، وبروتيوم الخلايا المصابة، وكلاهما من المحتمل أن يتفاعل مع الآخر ويعدل أو يغير وظيفة الآخر بصوره شاملة.
وإذا فهمنا هذه العلاقة، فعند ذلك يمكن أن نلقي الضوء على سبب أن بعض الخلايا والأفراد «أكثر مرونة» تجاه «كوفيد19»، والبعض الآخر أكثر ضعفاً، مما يوفر معلومات وظيفية أساسية عن جسم الإنسان لا يستطيع علم الجينوم وحده الإجابة عنها.
الشرق الأوسط