علم الجينوم
عودة للموسوعةمن سلسلة منطقات فهم الأحياء |
فهم الوراثة |
---|
أساسيات
مدخل
كروموسوم |
مواضيع
تعبير جيني
الطبع لقاء التنشئة |
تاريخ
تاريخ فهم الوراثة
مفاهيم قديمة عن الوراثة |
أبحاث
نموذج حي
سلسلة الحمض النووي |
فروع
السلوكي
الكلاسيكي |
بوابة فهم الأحياء |
فهم الجينوم هوأحد فروع فهم الوراثة المتعلق بدراسة الجينوم، أي تام المادة الوراثية داخل مختلف الكائنات الحية. يتضمن المجال جهودا مكثفة لتحديد تسلسل الحمض النووي بشكل تام ورسم الخرائط الدقيقة للجينوم. كما يشتمل هذا المجال على دراسة عدد من الظواهر التي تحدث داخل الجينوم مثل الهجين heterosis، القشوة epistasis وpleiotropy غيرها من التفاعلات بين المواضع المتنوعة والأليلات داخل الجينوم. وفي اللقاء، عندما يتم دراسة عدد محدود من الجينات (وليس جميع الجينات(يطلق عليها الأحياء الجزيئية molecular biology أوفهم الوراثة الجزيئي genetics، وهوموضوع عادة ما ينتشر في البحوث الطبية البيولوجية. ان اجراء البحوث على جين واحد (أوعدد محدود من الجينات) لا يندرج ضمن تعريف فهم الجينوم مالم يكن الهدف من هذا البحث هودراسة تأثير الجين على تام الشبكات داخل الجينوم بأكمله. الجينوم وهومجموع الجينات كائن الفرد بأحدثها. وبالتالي، عملم الجينوم هودراسة الجينات في الخلية، أوالنسيج، على مستوى الحمض النووي.
التاريخ
أول الجينومات التي تم فك شفرة تسلسلها كانت لفيروس وجينوم المايتوكندريا (أجسام الطاقة) وقام بها العالم البريطاني فريد سانجر. وقد طور فريق البحث الفهمي التابع لسانجر تقنيات التسلسل، ورسم خرائط الجينوم، وتخزين البيانات، وتحليل المعلوماتية الحيوية خلال الأعوام في 1970 - 1980. وعلى الرغم من حتى اهتمام فهم الجينوم الأساسي لا يزال في معظمه متعلقا بفك شفرة التسلسل الوراثي للكثير من الكائنات الحية إلا حتى توفر المعلومات أدى إلى ظهور فهم الجينوم الوظيفي وهوالمسؤول على متابعة أنماط تعبير الجينات (وهوكيف من الممكن أن تنتج البروتينات والمرسال رنا) في ظروف مختلفة. أكثر الادوات أهمية في فهم الجينوم هي تقنية المصفوفات المجهرية microarrays وفهم المعلوماتية الحيوية (استخدام الحاسب الآلي لتحليل الشفرة الوراثية). ويعتقد ان مصطلح 'الجينوميات' مصطلح العملية قد صيغت من قبل الدكتور توم رودريك، في فهم الوراثة في مختبر جاكسون (بار هاربور، الشرق الأوسط) أكثر من البيرة في اجتماع عقد في ولاية ماريلاند على رسم خرائط الجينوم البشري في عام 1986.
أول من قام بفك شفرة التسلسل الوراثي لجين كان والتر فيرز وفريقه الفهمي في مختير الأحياء الجزيئية في جامعة قنت في بلجيكا عام 1972م وكان ذلك لجين المسؤول عن بروتين الغطاء MS2 للعاثية. في عام 1976، قرر نفس الفريق تحديد تام النوكليوتيدات - تسلسل الحمض النووي الريبي عاثية - ولكن للمرسال رنا في جين MS2. - اما أول جينوم تم فك شفرته بشكل تام فقد وقع عام 1977م وكان للعاثية المسماة Φ-X174 وطولها 5,368 نيكلوتيده بواسطة فريدرك سانجر.
كما تم فك شفرة الجينوم الخاص بكائن حي هولفيروس المستدمية النزلية وطوله 1.8 مليون نيوكليتده عام 1995م ومنذ ذلك الوقت تسارعت وتيرة فك التسلسل الوراثية للعديد من الجنيومات في الكائنات الحية. وتم الانتهاء من النسخة الأولية من مشروع الجينوم البشري في أوائل عام 2001م.
وبحلول شهر سبتمبر عام 2007م، تم التعهد على التسلسل الكامل للجينوم في 1879 فيروس و577 نوعا من البكتيريا و23 جينوم من الكائنات حقيقية النواة تقريبا كان نصفها من الفطريات. معظم البكتيريا التي فك تسلسلها الوراثي الجينوم كانت لأنواع تسبب أمراضاً مثل المستدمية النزلية. من الأجناس الحية الأخرى التي تم فك شفرتها هي الكائنات الحية الهامة في الابحاث الطبية والحيوية. كمثال كانت خميرة الخبز منذ فترة طويلة (كائن نموذجا هاما للخلية حقيقية النواة، في حين حتى ذبابة الفاكهة ذبابة الفاكهة الدروسوفيلا /3) تعتبر أداة مهمة جدا (لا سيما في الفترة المبكرة التي سبقت تطور فهم الوراثة الجزيئية). أيضا الدودة ايليجانس هي نموذج حي سهل يستخدم لدراسة الكائنات متعددة الخلايا. أسماك الزبرا من نوع Brachydanio rerio يستخدم في الدراسة المهتمة بتطور الكائنات الحية على المستوى الجزيئي أما في النموذج المستخدم لدراسة النباتات المزهرة فهي نبتة Arabidopsis.thaliana من الكائنات الحية الأخرى المثيرة للاهتمام هي سمكة pufferfish اليابانية بسبب امتلاكها لجينوم صغير الحجم ويحتوي كمية قليلة جدا من سلسلة الدنا التي لا تشفر للبروتينات non-coding DNA مقارنة بالكائنات الأخرى. هناك كائنات حية أخرى مهمة في الدراسات الطبية كلب من عائلة Canis والجزذ البني Rattus norvegicus والفأر Mus musculus والشمبانزي Pan troglodytes.
الجينوم البشري
تم الانتهاء من النسخة الأولية من مشروع الجينوم البشري في أوائل عام 2001م، وصحب ذلك ضجة اعلامية. وفي عام 2007م تم الإعلان عن انتهاء مشروع الجينوم البشري بواقع خطأ واحد في جميع 20,000 نيكلوتيده في جميع الكروموسومات. وقد احتاج عرض نتائج المشروع لموارد قوية في المعلوماتية الحيوية. يمكن استكشاف وتفحص السلسلة الوراثية للجينوم البشري من متصفح الجينوم في مسقط جامعة كالفورنيا UCSC أوالمعهد الأوروبي للمعلوماتية الحيوية Ensembl.
يتكون الحمض النووي الريبوزي منقوص الأكسيجين (دي إذا أيه) البشري من نحوثلاثة مليارات من القواعد المزدوجة، من ضمنها نحو22.000 جين التي تشكل 2% فقط من الجينوم البشري. وكان الباقي (98% من الجينوم) لا يعني للفهماء إلا حتىقد يكون نفاية Trash لا فائدة منه. كان الحال كذلك حتى بينت بحوث جديدة (عام 2012) قام بها المعهد الوطني للصحة NIH بالولايات المتحدة الأمريكية أنه يمكن الاستفادة من "موسوعة عناصر الدنا " Encyclopedia of DNA elements أوباختصار مشروع ENCODE. فبينما تقوم ال 22.000 جين بإنتاج توجيهات لبناء خلايا الجسم من البروتينات، تقوم الجينات التي كانت تعتبر نفاية بوظائف كماتيح تقفل وتفتح وتتواصل مع الجينات البنائية. وتتكون مجموعة فهماء المشهجرين في "مشروع إنكود " وهم يعملون في 32 مختبر حول العالم، واكتشفوا حتى 80% من اجزاء الدنا الغير جينية لها نشاط حيوي كبير، فمنها نحوأربعة مليون تقوم بالتواصل المستمر مع الدنا. وتحث الجينات على إنتاج البروتين، وكم من البروتين، وليس هذا فقط في خلايا مختلفة وإنما تحدد الوقت أيضا لذلك خلال حياتنا. فبعض منها يرشد خلاليا لكي تتحول ‘لى خلية كبد مثلا أوخلية عظمية في جنين، أوتجعل خلايا البنكرياس تنتج الإنسولين بعد أكلة دسمة، أوتحث خلايا جديدة على استبدال خلايا قديمة بالية. أي حتى تلك ال 80% من اجزاء الدنا تعمل أيضا على حتى تقوم خلايا الجسم بوظائفها السليمة. وبالتالي فلا بد لها من وظيفة هامة عند تفاقم الامور وتصاب خلايا بسقم، لذلك اصبح البحث الفهمي يهتم بدراسة جذور السقم والخلل في حالة السقم. ويقارن الفهماء جينات الأصحاء من الناس بجينات سقمى معينين مثل المصابين بالشيزوفرينيا، واستطاع الفهماء مراقبة تغييرات توجد في هؤلاء السقمي ولا توجد في الأصحاء.
والغرض من مشروع إنكود التعهد على وظائف جميع الجينات، فيستطيع الفهماء جزء الجينات المتسبب في حدوث سقم معين وبالتالي معالجته. أي حتى معهدتنا ستزيد، فبدلا من انحصار تعاملنا وفهمنا على ال22.000 جين التي تنتج بروتينات فسيتسع بهذا المشروع امكانيات فهمنا لأعداد أكثر من الجينات الأخرى التي تحث الجينات البناءة على القيام بنشاط معين.
يأمل الفهماء التوصل إلى علاجات المسببانت الكبيرة للسقم والموت : أمراض القلب، السكري، والألزهايمر. ومن اوائل المستفيدين من هذا الفرع الجديد في البحث الفهمي سقم السرطان. فالسرطان يمكن حتى يصيب خلايا مختلفة في الجسم ولكن الخلل فيها واحد، وهوتزايد انقسام الخلايا بلا توقف . وقد ابتكرت بعض الأدوية في الفترة الأخيرة تعالج بعض العمليات التي تسبب نشأة السرطان بعضها يعالج سرطان الثدي والآخر يعالج سرطان المعدة. ولكن عن طريق " موسوعة عناصر الدنا " فسيكون في الموسوع معالجة الشبكة كلها التي تعمل على إحياء السرطان. فقد يحدث سرطان الصدر وسرطان الرئة ينتميان إلى نفس الشبكة الجزيئية فيمكن استعمال نفس العقار لمعالجة مريض الصدر ومريض الرئة.
من جهة سيكون تحليل الدنا هوالاختيار المناسب للاشخاص الذين يهتمون بمراقبة حالتهم الصحية ورعايتها. وسيتطيع جميع فرد في المستقبل الذهاب إلى مختبر الدنا ويحصل على مسلسلتة الكاملة من الدنا، وسيصبح الطبيب على فهم الدنا الشخصي للفرد وبالتالي فهم احتمال تعرضه للأمراض الوراثية. "إنه فهم القرن الحالي " كما يقول إيوان بيرني من المعهد الأوروبي للمعلوماتية البيلوجية، وهورئيس مجموعة الفهميين المشهجرين في "مشروع موسوعة إنكود" .
عدد الجينات في بعض الكائنات
كائن حي / نظام حيوي | عدد الجينات | عدد الأزواج القاعدية |
---|---|---|
بقة الماء | 30.907 | 2·108 |
نبات | >25.000 | 108–1011 |
إنسان | ~22.500 | 3·109 |
ذبابة | 12.000 | 1,6·108 |
فطر | 6.000 | 1,3·107 |
بكتيريا | 180–7.000 | 105−107 |
إشريكية قولونية | ~5.000 | 4,65·106 |
بكتيريا Carsonella ruddii | 182 | 160.000 |
DNA-Virus | 10–300 | 5.000–200.000 |
RNA-Virus | 1–25 | 1.000–23.000 |
فيروس شكلي | 0 | 150–400 |
جينوم العاثيات
العاثيات (وهي فيروسات تهاجم البكتيريا) لعبت وما زالت تلعب دورا رئيسيا في مجال فهم الوراثة والبيولوجيا الجزيئية البكتيرية. تاريخيا، كانت تستخدم لتحديد بنية الجينات وطرق تنظيم الجينات. أيضا حتى تكون أول جينوم تم فك شفرته كان لعاثية. ومع ذلك، فإن البحوث المتعلقة بالعاثيات لم تقد ثورة فهم الجينوم، بل سيطرت عليه جينومات البكتريا. فقط مؤخرا جدا عاودت دراسة جينوم العاثيات نشاطها وبدأت في تمكين الباحثين من فهم الآليات الكامنة وراء تطورها. ويمكن الحصول على تسلسل الوراثي لجينوم العاثيات عبر عزلها بصورة فردية أوعبر فك شفرة البكتيريا نفسها والتي تحتوي على المادة الوراثية للعاثيات بداخلها بعد حتى تخترقها بالعدوى. تحليل الجينوم في مختلف أنواع البكتريا أظهر حتى كمية كبيرة من الحمض النووي يتكون من متواليات مستقاة من العاثيات أومن عناصر مماثلة لتلك الموجودة في العاثيات. ان عملية فحص والبحث في البيانات التفصيلية المؤخوذة من هذه الشفرات الوراثية تقدم معلومات كثيرة حول دور العاثيات في تشكيل جينوم البكتيريا.
جينومات البكتيريا الزرقاء
وفي الوقت الحاضر تتوفر السلاسل الوراثية للجينومات في 24 نوع من أنواع البكتيريا الزرقاء15 من هذه البكتيريا الزرقاء تأتي من البيئة البحرية. تضم ستة سلالات Prochlorococcus، وسبع سلالات Synechococcus البحرية، Trichodesmium erythraeum IMS101 وCrocosphaera watsonii WH8501. وقد أظهرت الكثير من الدراسات ان هذه السلاسل الوراثية تساعد على استنباط واستنتاج مهم للعديد من الوظائف البيئية والفسيولوجية في البكتيريا الزرقاء البحرية. ومع ذلك، هناك الكثير من الجينوم المزيد من المشاريع قيد التطبيق، من بين هؤلاء هناك المزيد والبحرية Synechococcus Prochlorococcus، وAcaryochloris Prochloron، ن 2 - تحديد الخيطية spumigena Nodularia البكتيريا الزرقاء، Lyngbya aestuarii وLyngbya majuscula، فضلا عن اصابة عاثية cyanobaceria. وبالتالي، حدثا تزايد عدد الجينوم التي نملك شفرتها الكاملة يمكن استغلالها بطريقة المقارنة بين مختلف الكائنات الحية للتعهد على أبرز الوظائف الحيوية. بعض أمثلة المثيرة للاهتمام لهذه الوظائف المكتشفة تضم تحديد جينات RNAs التنظيمية، وبداية فهم للأصول التطورية في لعملية التمثيل الضوئي، أوعملية نقل الجينات الأفقي للجينات.
انظر أيضا
- تاريخ فهم الأحياء
- جين
- مشروع الجينوم البشري
- قائمة الجينات البشرية
- تحليل الجينات
المراجع
- ^ ، نكبي الجمعة، 14 سبتمبر 2007 نسخة محفوظة 09 أبريل 2018 على مسقط واي باك مشين.
- ^ من الأربعاء 20 أكتوبر 2004 نسخة محفوظة 28 مارس 2009 على مسقط واي باك مشين.
- ^ CBSE أخبار، الخميس 16 أكتوبر 2003 نسخة محفوظة 20 فبراير 2012 على مسقط واي باك مشين.
- ^ بيان الانتهاء من جينوم الكلب من معهد الابحاث الوطني للجينوم نسخة محفوظة 24 ديسمبر 2017 على مسقط واي باك مشين.
- ^ John K. Colbourne et al. (4 Februar 2011), "The Ecoresponsive Genome of Daphnia pulex" (in German), Science Vol. 331 (6017): pp. 555–561, doi:10.1126/science.1197761
- ^ Mihaela Pertea and Steven L Salzberg (2010): Between a chicken and a grape: estimating the number of human genes. Genome Biology 11:206
- ^ McGrath S and van Sinderen D, المحرر (2007). (الطبعة 1st). Caister Academic Press. ISBN . مؤرشف من الأصل في 22 أكتوبر 2016.
- ^ Herrero A and Flores E, المحرر (2008). (الطبعة 1st). Caister Academic Press. ISBN . مؤرشف من الأصل في 07 سبتمبر 2016.
وصلات خارجية
- الجينوميات الدليل : التكنولوجيا الحيوية ووقف الموارد مركز واحد لرواد الأعمال والفهماء والطلاب
- الاستعراض السنوي للفهم الجينوم وفهم الوراثة البشرية
- بي أم سي فهم الجينوم : جريدة بي أم سي على فهم الجينوم
- فهم الجينوم : المملكة المتحدة الشركات والمختبرات * مجلة فهم الجينوم
- فهم الجينوم وفهم الوراثة الكمية : إلكتروني الدولي، مجلة أمور، نشر في جملة فهم الجينوم، والبحوث مفتوحة.
- Genomics.org : بوابة لفهم الجينوم
- معهد ابحاث الجينوم الوطني : الولايات المتحدة
- فهم الجينوم-الدوائي في اكتشاف الأدوية والتنمية، كتاب عن الدوائي، والأمراض، والطب الشخصية، والتداوي
- المشتريات تيتشينكوفهم الجينوم : فهم حديث في الوضع الثقافي الجديد
- برنامج الجامعية للعلوم الجينوم (الأسبانية) : واحد من أول البرامج الجامعية في العالم
- JCVI مرشد الميكروبات الكامل
- باثيما : مركز المعلوماتية الحيوية
- KoreaGenome.org : مشروع الجينوم الكوري متاح مجانا.
- GenomicsNetwork : يتابع أخبار تطوير واستخدام الفهم والتكنولوجيا في فهم الجينوم.
- معهد للعلوم الجينوم : ابحاث في فهم الجينوم البحوث.
التصنيفات: علم الجينوم, قالب أرشيف الإنترنت بوصلات واي باك, صفحات بها بيانات ويكي بيانات, صفحات تستخدم خاصية P486, مصادر طبية من ويكي بيانات, صفحات تستخدم خاصية P3827, صفحات تستخدم خاصية P508, بوابة علم الأحياء الخلوي والجزيئي/مقالات متعلقة, بوابة علم الأحياء/مقالات متعلقة, جميع المقالات التي تستخدم شريط بوابات, قالب تصنيف كومنز بوصلة كما في ويكي بيانات