پان ژنوم جدید انسان اطلاعات بیولوژیکی همه را آشکار می‌کند

درحال حاضر بیش از 20 سال از اولین نگاه انسان به اطلاعات ژنی انسان می‌گذرد و امروزه محققان به سطح جدیدی از دانش ژنتیکی رسیده اند: پان ژنوم انسانی (human pangenome). منظور از پان ژنوم، دسته‌ای از ژنوم‌ها هستند که از افراد مختلف جمع‌آوری شده و کنار یکدیگر گذاشته شده‌اند تا توالی‌های مشابه و متفاوت بین آنها بررسی و ارزیابی شود.

پان ژنوم در مقایسه با ژنوم، میتواند اطلاعات به مراتب بیشتری درباره دنیای گسترده ژنوم‌ها به ما بدهد.

اولین تجربه دانشمندان از اطلاعات ژنوم انسان در سال 2001 بود. با توجه به اهمیت ژن‌ها در رشد، سلامت و عملکرد انسان، محققان، این اطلاعات ژنتیکی را به «کتاب دستور العمل ژنتیکی» تشبیه می‌کنند؛ و پان ژنوم نسخه کامل‌تر این کتاب است!

در تاریخ 10 می 2023، چهار مطالعه در مجله Nature منتشر شده است و در این تحقیقات، محققان اهمیت این دستاورد، نحوه ساخت پان ژنوم و استفاده دانشمندان بیولوژی از آن را توضیح داده‌اند.

نسخه کامل و به‌روزتر کتاب دستورالعمل ژنتیکی (پان ژنوم) که تقریبا اطلاعات کامل DNA بیش از 47 نفر را گردآوری کرده است، به محققان امکان بررسی و تحقیق روی انواع دیگری از ژن را داده که پیش از این امکان دسترسی به آنها وجود نداشته است؛ مثل تکه‌های بزرگی از دی‌ان‌ای‌های تکراری، گمشده و یا تست DNA های بازآرایی شده.

محققان امیدوارند که این دستاورد، اطلاعات بیشتری درباره زمینه‌ها و دلایل ژنتیکی برخی بیماری‌ها مثل مشکلات قلبی، اسکیزوفرنی و دیگر اختلالات را به آنها نشان دهد.

این پان ژنوم حدودا 119 میلیون باز (base) جدید از DNA را آشکار می‌کند که پیش از این در ژنوم‌های انسانی دیده نشده بود. گفتنی است که باز (base)، واحد شمارش اطلاعاتی است که دی ان ای حمل میکند.

بخش‌های زیادی از این DNA در ژنوم قرار دارد که تا به حال هرگز کاوش نشده‌اند و حاوی نسخه‌های متعددی از ژن هستند که از نسخه‌های اصلی و در جاهای دیگر DNA کپی، تکرار یا duplicate شده‌اند.

ایوان آیشلر (Evan Eichler) متخصص ژنتیک انسانی در دانشگاه واشنگتن در سیاتل و یکی از رهبران کنسرسیوم مرجع پان ژنوم انسانی درباره بخش‌هایی که دچار دوگانگی و تکرار شده‌اند می‌گوید:«سرعت تغییر بخش های تکرار شده، بیش‌تر از بخش‌های تکرار نشده ژنوم است.»

علاوه بر آن، آیشلر و همکاران او انواع واریانت‌های ژنی که در بخش‌های تکرار شده به وجود آمده را بررسی کرده‌اند. آنها در این باره میگویند:

«یک سیگنال بسیار قوی، مبنی بر جهش‌های ژنی در این بخش‌ها مشاهده میشود، سیگنال‌هایی که اساسا با جهش در سایر بخش‌های ژنوم متفاوت اند.»

نکته جالب توجه اینجاست که مغز انسان عمدتا از سایر گونه‌های جانوری بزرگتر است و برخی از این مناطق تکرار شده، صرفا در قسمت‌های تکامل یافته مغز بزرگ انسانی دیده میشود، یعنی بخش‌های مربوط به عادات، رفتارها و بیماریهای انسانی که ما را از گونه‌های نخستین متمایز میکنند.

از سوی دیگر، مطالعات دیگری نشان میدهد که بازوهای کوتاه برخی از کروموزوم‌ها شامل کروموزوم 13، 14 و 21، با مبادله DNAها درحال تغییر شکل و شبیه شدن به یکدیگر هستند. این بازوهای کوتاه نقش بسیار مهمی دارند، چرا که حاوی ژن‌هایی برای ساخت RNAهای ریبوزومی (ribosomal RNA) می باشند که به عنوان نقطه اتصال برای ریبوزوم‌ها عمل میکنند، قسمتی که مربوط به ساخت پروتئین‌ها در بدن است.

اما شاید بزرگترین دستاورد محققان در این پروژه پان ژنوم، این باشد که بالاخره یک دیدگاه کامل و جامع‌تر درباره تنوع وسیع ژنتیک انسان به آنها می‌دهد.

نحوه ساخت این پان ژنوم

اطلاعات پایه ای از ژنوم انسان حدودا از بیست سال پیش نشات میگیرد و شروع آن با یک انسان بود، اما امروزه تکمیل‌تر شده و حاوی DNA بیش از 60 نفر است. این اطلاعات به مرور زمان افزایش یافته و کامل‌تر شده است اما هنوز راه زیادی تا تکمیل شدن دارد.

سال گذشته اولین ژنوم کامل انسانی معرفی شد. این ژنوم اطلاعات کاملی از سرتاسر یا تلومر تا تلومر DNA کرومزوم‌های انسان را شامل میشود.

نکته قابل توجه اینجاست که این اطلاعات از یک انسان گرفته نشده، بلکه این اطلاعات ژنتیکی از نوعی تومور به نام مول هیداتی فرم (hydatidiform mole) گرفته شده اند. این تومورهای زمانی به وجود می‌آیند که اسپرم انسان، یک تخمک خالی را بارور کرده و باعث تکثیر کروموزوم های پدر میشود.

تیموتی اوکانر (Timothy O’Connor)، متخصص ژنتیک انسانی از دانشکده پزشکی دانشگاه مریلند در بالتیمور که در هیچ یک از این پروژه‌ها شرکت نداشت، درباره این اطلاعات ژنتیکی می‌‌گوید:« اطلاعات از یک انسان کامل به دست نیامده، بلکه از نصف یک انسان به دست آمده است.»

اما پان ژنوم جدید از افراد واقعی تشکیل شده است و اطلاعات کاملی از تقریبا 47 نفر انسان غریبه از مناطق مختلف دنیا را شامل میشود.

اوکانر درباره اهمیت تنوع جغرافیایی این افراد می‌گوید:«تنوع جغرافیایی شرکت‌کنندگان بسیار مهم است، چرا که به ما کمک میکند تا خودمان را به عنوان یک گونه یا نژاد انسانی واحد درک کنیم.»

همچنین تحقیقات ژنتیکی پیشین مورد انتقادات بسیاری قرار گرفته بود؛ چرا که در این تحقیق، تقریبا فقط مردم و نژاد اروپا مورد تحقیق قرار گرفته بود.

اوکانر در این باره گفته است:«اینکه صرفا به یک قسمت از جمعیت جهان بپردازیم، به معنای از دست‌دادن بسیاری از واریانت‌های ژنتیکی است که در نقاط دیگر و جوامع دیگر دنیا به وجود آمده‌اند. درحالی که داشتن یک پان ژنوم مرجع به ما این امکان را میدهد تا این جوامع را به شکل دقیق‌تری بررسی کنیم؛ و امیدواریم اینکار باعث بهبود و توسعه علم بیولوژی همگانی شود.»

خبر خوش این است که ژن‌های مختلف دیگر نیز قرار است به پان ژنوم اضافه شوند، این خبر را کارن میگا (Karen Miga)، متخصص ژنتیک انسانی در دانشگاه کالیفورنیا، در یک کنفرانس خبری در تاریخ 9 می اعلام کرده است.

این کنسرسیوم تصمیم گرفته تا اواسط سال 2024، 350 ژنوم دیگر به 47 ژنوم قبلی اضافه و آن را تکمیل کند. میگا همچنین گفته است که فاز اول این پروژه، مربوط به توسعه تکنولوژی لازم برای ساخت و توسعه پان ژنوم بوده است.

میگا در این باره می گوید:«درحال حاضر کنسرسیوم درحال مذاکره با دانشمندان سراسر دنیا درباره تلاش برای توسعه یک چارچوب مشترک است تا صرفا به کشور آمریکا بسنده نشود، بلکه از سهامداران و دانشمندان دیگر که ارزش این منبع مرجع را درک میکنند نیز استفاده شود.»

اهمیت پان ژنوم در سلامت انسان‌ها

داشتن یک درک کامل و بهتر از تنوع ژنتیکی انسان، می تواند به محققان در کشف زمینه‌های ژنتیکی بیماری و امراض مختلف کمک کند.

علاوه بر آن، تکنولوژی‌های جدید برای رمزگشایی DNA به محققان پان ژنوم اجازه میدهد تا انواع مختلفی از واریانت‌های ژنتیکی را بررسی کنند، واریانت‌هایی که تا به امروز امکان دسترسی و مطالعه آنها میسر نبوده است.

به بیان دیگر، مطالعه و تحقیق روی مناطق دارای ژنوم‌های تکرار شده که پیش‌تر به آنها اشاره کردیم بسیار سخت بود، چرا که دانشمندان تا امروز تنها میتوانستند قسمت‌های کوچکی از DNA را بررسی کنند.

در واقع هیچ راهی وجود نداشت تا بدانیم این ژنوم‌های کپی شده در کجای پازل گسترده ژنوم‌های انسانی قرار میگیرند. درحالی که تکنولوژی‌های جدید رمزگشایی یا توالی یابی DNA، امکان خواندن و بررسی بخش هایی از دی ان ای به طول هزاران باز (base) را فراهم کرده اند.

اوکانر درباره توانایی بررسی DNAهای افراد و تشخیص نقص‌های آن میگوید:«قابلیت بررسی و ارزیابی بخش‌هایی از ژن که در آن برخی از افراد DNAهای اضافی داشته و دیگران فاقد DNA هستند، به زبان دیگر واریانت‌های ساختاری (structural variants)، دیدگاه متفاوتی درباره ژنتیک انسانی به ما میدهد تا بتوانیم پیچیدگی های آن را بهتر درک کنیم.»

برای مثال، محققان از نقشه پان ژنوم برای ردیابی و چگونگی چین خوردن کروموزوم ها و لمس قسمت‌های مختلف یکدیگر استفاده کرده اند. دانشمندان توانستند برخی چین خوردگی‌ها و علائم شیمیایی را در واریانت‌های ساختاری مشاهده کنند که ممکن است روی فعال یا غیرفعال شدن ژن‌ها اثرگذار باشد.

این تبدیل‌های ژنی به طرز شگفت‌آوری در بین افراد رایج بود و تقریبا بیش از 2000 نمونه از آنها در هر فرد به چشم میخورد.

آیشلر درباره پیشرفت‌های ژنتیکی با استفاده از پان ژنوم می‌گوید:«با استفاده از این دیدگاه ظریف و جدید نسبت به ژنتیک انسانی، میتوانیم انتظار پیشرفت‌های شگرفی در علم و پزشکی ژنتیک را داشته باشیم؛ اما ممکن است استفاده از پان ژنوم در کلینیک‌ها و ایجاد تحولات بزرگ در روند کار آنها کمی زمان‌بر باشد.»

او میگوید محققان امیدوارند که پان ژنوم به تشخیص آسان‌تر تغییرات ژنتیکی که باعث به وجود آمدن اختلالات و عارضه‌های مختلف میشوند کمک کرده و در درمان اختلالات رایج ژنتیکی موثر واقع شود. زمانی که این اتفاق بیافتد، پزشکان میتوانند از اطلاعات پان ژنوم در کارهای خود استفاده کنند.

منبع (source):

https://www.sciencenews.org/article/new-human-pangenome-biology-dna-diversity