العلوم

يجري العمل على مشروع ضخم لتسلسل الجينوم لكل الأنواع المعقدة على الأرض


إن مشروع Earth Biogenome ، وهو اتحاد عالمي يهدف إلى ترتيب تسلسل الجينوم لجميع أشكال الحياة المعقدة على الأرض (حوالي 1.8 مليون نوع موصوف) في غضون عشر سنوات ، آخذ في الازدياد.

تم تفصيل أصول المشروع وأهدافه والتقدم المحرز في ورقتين متعددتي المؤلف نُشرتا يوم الثلاثاء. بمجرد اكتماله ، سيغير إلى الأبد الطريقة التي يتم بها إجراء البحوث البيولوجية.

على وجه التحديد ، لن يقتصر الباحثون بعد الآن على عدد قليل من “الأنواع النموذجية” وسيكونون قادرين على استخراج قاعدة بيانات تسلسل الحمض النووي لأي كائن حي يُظهر خصائص مثيرة للاهتمام.

ستساعدنا هذه المعلومات الجديدة على فهم كيفية تطور الحياة المعقدة ، وكيف تعمل ، وكيف يمكن حماية التنوع البيولوجي.

تم اقتراح المشروع لأول مرة في عام 2016 ، وقد تشرفت بالتحدث عند إطلاقه في لندن في عام 2018. وهو حاليًا في طور الانتقال من مرحلة بدء التشغيل إلى الإنتاج الكامل.

الهدف من المرحلة الأولى هو تسلسل جينوم واحد من كل عائلة تصنيفية على الأرض ، حوالي 9400 منهم.

بحلول نهاية عام 2022 ، يجب أن يتم ثلث هذه الأنواع. ستشهد المرحلة الثانية تسلسل ممثل من جميع الأنواع البالغ عددها 180.000 ، وستشير المرحلة الثالثة إلى اكتمال جميع الأنواع.

أهمية الأنواع الغريبة

الهدف الكبير من مشروع Earth Biogenome هو تسلسل الجينوم لجميع الأنواع الموصوفة البالغ عددها 1.8 مليون نوع من الحياة المعقدة على الأرض.

وهذا يشمل جميع النباتات والحيوانات والفطريات والكائنات وحيدة الخلية ذات النواة الحقيقية (أي جميع حقيقيات النوى).

في حين أن الكائنات الحية النموذجية مثل الفئران والرشاد الصخري وذباب الفاكهة والديدان الخيطية كانت مهمة للغاية في فهمنا لوظائف الجينات ، إلا أنها ميزة كبيرة أن تكون قادرًا على دراسة الأنواع الأخرى التي قد تعمل بشكل مختلف قليلاً.

جاءت العديد من المبادئ البيولوجية المهمة من دراسة الكائنات الحية الغامضة. على سبيل المثال ، اكتشف جريجور مندل الجينات في البازلاء ، وتم اكتشاف القواعد التي تحكمها في قالب الخبز الأحمر.

تم اكتشاف الحمض النووي أولاً في الحيوانات المنوية لسمك السلمون ، ومعرفتنا ببعض الأنظمة التي تحافظ على سلامته جاءت من الأبحاث التي أجريت على بطيئات المشية.

شوهدت الكروموسومات لأول مرة في ديدان الوجبة والكروموسومات الجنسية في الخنفساء (تم أيضًا استكشاف عمل الكروموسومات الجنسية وتطورها في الأسماك وخلد الماء). وتم اكتشاف التيلوميرات ، التي تغطي نهايات الكروموسومات ، في حثالة البركة.

الإجابة على الأسئلة البيولوجية وحماية التنوع البيولوجي

توفر المقارنة بين الأنواع ذات الصلة الوثيقة والبعيدة قوة هائلة لاكتشاف ماهية الجينات وكيف يتم تنظيمها.

على سبيل المثال ، في ورقة أخرى من PNAS ، نُشرت أيضًا بالصدفة اليوم ، اكتشفت أنا وزملائي في جامعة كانبرا أن سحالي التنين الأسترالية تنظم الجنس عن طريق الحي الكروموسوم للجين الجنسي ، بدلاً من تسلسل الحمض النووي نفسه.

يستخدم العلماء أيضًا مقارنات الأنواع لتتبع الجينات والأنظمة التنظيمية والعودة إلى أصولها التطورية ، والتي يمكن أن تكشف عن الحفاظ المذهل على وظيفة الجينات عبر ما يقرب من مليار سنة.

على سبيل المثال ، تشارك نفس الجينات في نمو الشبكية لدى البشر وفي المستقبلات الضوئية لذبابة الفاكهة.

والجين BRCA1 الذي يتحول في سرطان الثدي هو المسؤول عن إصلاح فواصل الحمض النووي في النباتات والحيوانات.

كما أن جينوم الحيوانات محفوظ بدرجة أكبر بكثير مما كان يُفترض. على سبيل المثال ، أثبتت أنا والعديد من الزملاء مؤخرًا أن الكروموسومات الحيوانية يبلغ عمرها 684 مليون سنة.

سيكون من المثير أيضًا استكشاف “المادة المظلمة” في الجينوم ، والكشف عن كيف أن تسلسل الحمض النووي الذي لا يشفر البروتينات يمكن أن يلعب دورًا في وظيفة الجينوم وتطوره.

هدف مهم آخر لمشروع الجينوم الحيوي للأرض هو الجينوميات الحفظية.

يستخدم هذا المجال تسلسل الحمض النووي لتحديد الأنواع المهددة ، والتي تشمل حوالي 28 في المائة من الكائنات الحية المعقدة في العالم – مما يساعدنا على مراقبة صحتها الوراثية وتقديم المشورة بشأن الإدارة.

لم تعد مهمة مستحيلة

حتى وقت قريب ، استغرق تسلسل الجينوم الكبير سنوات وملايين الدولارات. ولكن كانت هناك تطورات تقنية هائلة جعلت من الممكن الآن ترتيب وتجميع الجينومات الكبيرة مقابل بضعة آلاف من الدولارات.

سيكلف مشروع Earth Biogenome بأكمله بدولارات اليوم أقل من تكلفة مشروع الجينوم البشري ، الذي بلغت قيمته الإجمالية حوالي 3 مليارات دولار أمريكي.

في الماضي ، كان على الباحثين تحديد ترتيب القواعد الأربعة كيميائيًا على ملايين أجزاء الحمض النووي الصغيرة ، ثم لصق التسلسل بأكمله معًا مرة أخرى.

اليوم يمكنهم تسجيل قواعد مختلفة بناءً على خصائصهم الفيزيائية ، أو عن طريق ربط كل قاعدة من القواعد الأربع بصبغة مختلفة. يمكن لطرق التسلسل الجديدة مسح جزيئات طويلة من الحمض النووي المربوطة في أنابيب صغيرة ، أو ضغطها من خلال ثقوب صغيرة في الغشاء.

لماذا تسلسل كل شيء؟

ولكن لماذا لا نوفر الوقت والمال من خلال تحديد التسلسل للأنواع التمثيلية الرئيسية فقط؟

حسنًا ، الهدف الأساسي من مشروع Earth Biogenome هو استغلال التباين بين الأنواع لإجراء مقارنات ، وأيضًا لالتقاط الابتكارات الرائعة في القيم المتطرفة.

هناك أيضًا خوف من الضياع.

على سبيل المثال ، إذا قمنا بتسلسل 69،999 نوعًا فقط من 70000 نوع من الديدان الخيطية ، فقد نفقد النوع الذي يمكن أن يكشف عن أسرار كيف يمكن أن تسبب الديدان الخيطية الأمراض في الحيوانات والنباتات.

يوجد حاليًا 44 مؤسسة منتسبة في 22 دولة تعمل في مشروع Earth Biogenome.

هناك أيضًا 49 مشروعًا تابعًا ، بما في ذلك مشاريع ضخمة مثل مشروع علم الجينوم في كاليفورنيا ، ومشروع الجينوم الطائر 10،000 ومشروع شجرة الحياة داروين في المملكة المتحدة ، بالإضافة إلى العديد من المشاريع الخاصة بمجموعات معينة مثل الخفافيش والفراشات.

– المؤلف من جامعة لاتروب.



مقالات ذات صلة

اترك تعليقاً

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني.

زر الذهاب إلى الأعلى