فهم الجينوم Genomics، هوأحد فروع فهم الوراثة يهتم بدراسة المادة الوراثية في أجسام 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 وغيرها 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 هومجموع الجينات كائن الفرد بأحدثها. وبالتالي، عملم الجينوم هودراسة الجينات في الخلية، أوالنسيج، على مستوى الحمض النووي دنا.

التاريخ

في أبريل 2003، اكتملت دراسات مشروع الجينوم البشري، وتوافرت معلومات لاتقدر بثمن بشأن تسلسل القواعد في الحمض الريبي النووي المنقوص الأكسجين (الدنا DNA) في صبغيات الإنسان التي تشكل نحو35000 مورثة في خلاياه. وقد أوضح هذا المشروع حتى نحو99.9% من المعلومات المتوافرة في المورثات متماثلة عند جميع الناس، وأن الفروق الصغيرة المتبقية هي المفتاح المميز لشخصية الإنسان ووظائف جسمه. ومع حتى هذه الفروق لاتسبب عادة مشكلات تتعلق بنموالفرد وتطوره، أوبوظائفه الحيوية، إلا أنها قد تؤثر في استعداده للتعرض لمشكلات صحية معينة، وقد تحدد كيفية تفاعل الجسم مع معاملات مختلفة، منها مايتعلق بكيفية استقلاب metabolism الأدوية المتنوعة ومدى الاستفادة منها. وكان من جملة فوائد هذا المشروع تطور الدراسات الخاصة بالعلاج الجينومي، التي تبحث في تحديد التداخلات interactions بين المورثات والعقاقير الدوائية. ويؤمل في أنه في بضع سنوات، سيوفِّر التعهد الدقيق إلى الصيغ الوراثية للسقمى فرص معالجتهم بعقاقير دوائية ذات كفاءة وسلامة مرتفعتين، وبمعنى آخر حتى يصف الطبيب الجرعة المناسبة من الدواء المناسب للمريض، وهذا تحقيق لمايُدعى الطب «الإفرادي أوالشخصي» personalized medicine.

DNA sequencing technology developed

Shotgun sequencing

High-throughput sequencing

The high demand for low-cost sequencing has driven the development of high-throughput sequencing (or next-generation sequencing [NGS]) technologies that parallelize the sequencing process, producing thousands or millions of sequences at once. High-throughput sequencing technologies are intended to lower the cost of DNA sequencing beyond what is possible with standard dye-terminator methods. In ultra-high-throughput sequencing as many as 500,000 sequencing-by-synthesis operations may be run in parallel.

Illumina (Solexa) sequencing

Sequencing pipelines and databases

The need for reproducibility and efficient management of the large amount of data associated with genome projects mean that computational pipelines have important applications in genomics.

Research areas

Structural genomics

Epigenomics

فهم الجينوم البيئي Metagenomics

تتوافر في المراجع الفهمية أمثلة عدة حول الارتباط القوي بين التباين الوراثي genetic variation والاستجابة للدواء. وقد أمكن وصف الأسس الجزيئية لبعض منها، متضمنة أمثلة عن تباين المورثات (الجينات) genes المسؤولة عن امتصاص الدواء واستقلابه، وقد شهدت تسعينيات القرن العشرين ثورة عظيمة في علوم الحياة (البيولوجيا)، ومن المتسقط حتى التقانات التي طُوِّرت والاكتشافات التي تحققت بهذا المشروع ستؤدي إلى تغيير جميع من مستقبل صناعة الأدوية والممارسات الطبية المعروفة حالياً؛ إذ إذا فهم الأطباء والصيادلة بشأن العلاقة بين النمط الجيني للمريض وكفاءة الدواء الذي يتناوله يفترض أن تزداد، وسوف يؤدي تصنيف السقمى بحسب أنماطهم الجينية إلى انتقاء الأدوية التي تزيد من كفاءة تأثيراتها العلاجية وتُنقِص في الوقت ذاته آثارها الجانبية.

العلاج الجينومي، أوالأدوية الجينومية، فهم حديث لم يكن موجوداً قبل منتصف التسعينيات من القرن العشرين، وهويجمع بين علوم صيدلانية تقليدية، مثل علوم الكيمياء الحيوية والأدوية، وبين المعلومات الحديثة التي توافرت عن مشروع الجينوم البشري، وأشكال المورثات والطفرات والبروتينات وآثار العوامل البيئية، ومايرتبط بكل ذلك من علوم ومعارف، ويضم هذا الفهم الوراثة الدوائية التي تهتم بدراسة الفروق بين الأفراد من حيث الاستجابة للدواء بسبب اختلافات تراكيبهم الوراثية، وتستكشف طرائق استخدام هذه الاختلافات للتنبؤ باستجابة مريض لدواء: هل هي استجابة جيدة، أورديئة، أومعدومة؟

ليست الاستجابة للدواء محددة بالمورثات وحسب، بل تتأثر أيضاً بالشروط البيئية المحيطة بالسقمى. ومع أنه يمكن تحديد عدد كبير من العوامل البيئية، إلا حتى تحديد المورثات المسؤولة عن تلك الاستجابة ليس أمراً يسيراً؛ ولهذا فإن دراسات العلاجات الجينومية تتجه نحوتحديد التباينات الوراثية التي تحدد نوعية الاستجابة للدواء، وفي أحيان كثيرة قد يصف بعض الأطباء عقاراً دوائياً معيناً، فيكتشف المريض حتى له آثاراً جانبية رديئةً، أوأنه لم يحقق أي فائدة، ويضطر الطبيب إلى استخدام أدوية أخرى بقصد العثور على علاج مناسب للسقم. ويُتسقط حتى يُوفر العلاج الجينومي طرائق تشخيص ومعالجة بديلة أفضل من المعمول بها حالياً، ويؤمل حتى يمضى المريض في المستقبل غير البعيد إلى عيادة طبيبه، فيقوم بتشخيص سقمه، ويحلل عينة من الدنا منه، أويدرسها من شريحة إلكترونية يحملها المريض معه مبينة جميع المعلومات عن جينومه، ومن ثم يصف العلاج المناسب له.

الجينوم البشري

جينوم العاثيات

جينوم البكتريا الزرقاء

العلاج الجينومي

تُصنَّع الأدوية حالياً وفق أسس جماعية، ولكن المريض هومَنْ يجب الاهتمام به، فمثلاً: لايستجيب حتى 35% من السقمى لحاصرات بيتا ß blockers ، ولايستجيب حتى 50% منهم لمضادات الاكتئاب الثلاثية الحلقات tricyclic antidepressants، مما يجعل استفادة هؤلاء السقمى منها معدومة، أوأنها قد تؤدي إلى نتائج ضارة. وإن كمية معينة من الأدوية المسكنة للآلام، مثل الكوديين codeine، قد تنتج الأثر المرغوب في بعض الأفراد، ولكنها قد تكون عديمة التأثير في أناس آخرين، بل قد تنتج آثاراً سيئة، وقد تهدد حياة بعضهم. وفي بعض الأمراض، قد ينتظر المريض فترة طويلة قبل حتى يكتشف إذا ما كان العلاج الذي يستخدمه مفيداً بشكل مقبول أم لا، وقد يضطر إلى تكرار ذلك بتجربة علاجات أخرى، ويُؤمل في حتى توفر العلاجات الجينومية السبل اللازمة ليقول الطبيب للمريض: «هذا هوالدواء لسقمك، وهذه هي الجرعات المناسبة منه».

ليس اختبار التباينات الوراثية بين البشر أمراً سهلاً أورخيصاً، ولكنه سيصبح كذلك بتقدم البحوث وتطور التقانات والإمكانات. وسيؤدي ذلك في المستقبل إلى تحقيق وفر كبير، انطلاقاً من نواحٍ اقتصادية مثل: التكاليف المرتفعة نتيجة إخفاق الدواء الذي لايحقق أي فائدة علاجية، ولوكان ذلك لعدد صغير من السقمى، أوكالدواء الذي يسبب زيادة تكاليف الرعاية الصحية، أوتكاليف علاج السقمى الذين أصيبوا بسمية دوائية أوبآثار جانبية سيئة أخرى، أوتكاليف زياراتهم المتكررة لعيادات الأطباء أوالمستشفيات.

ويضع الباحثون نصب أعينهم حتى كفاءة الدواء مرهونة بقبوله للامتصاص، وأنقد يكون استقلابه سليماً، وأن يرتبط بهدفه، وليس بمكونات أخرى في جسم المريض، وأن تطرح بقايا استقلابه فلا تتراكم في الجسم. إذا أي اختلافات وراثية في أي من هذه الوظائف قد يؤدي إلى اختلافات كبيرة أوصغيرة في الاستجابة للدواء. ومن أفضل الأمثلة على ذلك المورثات التي تُرمِّز لإنتاج إنزيمات استقلاب العقاقير الدوائية، مثل مجموعة إنزيمات السيتوكروم P450 (cytochrome P450 CYP450) المسؤولة عن استقلاب مجموعة كبيرة من الأدوية البشرية، ويختلف الأفراد في سرعة استقلاب الدواء وفقاً لنوعية الإنزيمات التي يمتلكونها، إذ إذا الأشخاص الممتلكين لاستقلاب بطيء يتعرضون إلى المواد الفعالة في الدواء مدة أطول، ويتعرضون للمُستقلَبَات metabolites على نحوأقل من الممتلكين للآليلات المسببة لزيادة سرعة الاستقلاب، والإنزيم CYP2D6 مسؤول عن استقلاب عدد كبير من أدوية القلب، بما فيها حاصرات بيتا. ويتصف الأفراد بطيئوالاستقلاب بهجريز دوائي في أمصالهم يبلغ الضعفين أوالثلاثة أضعاف، فيسبب ذلك دواراً وقد يؤدي إلى آثار جانبية ضارة، وقد أمكن توصيف عدد كبير من هذه الإنزيمات، لأنها مرتبطة بالنماذج الاستقلابية المتنوعة للأدوية، وتوفر اختبارات لتحديد الصيغة الوراثية لعدد من هذه الإنزيمات، كما يجري إعداد عدد آخر من هذه الاختبارات.

يتوفر حالياً اختبار لقياس قدرة الفرد على إنتاج الإنزيم thiopurine S-methyltransferase (TPMT) الضروري لاستقلاب الأدوية الثيوبورينية المستخدمة في علاج الابيضاض اللمفاوي الحاد acute lymphoblastic leukemia (ALL)، وهوأكثر سرطانات الأطفال شيوعاً. ويوفر الاختبار فرصة للأطباء لتصنيف السقمى حسب أنماطهم الجينية الخاصة بإنتاج هذا الإنزيم، ويساعدهم على تحديد الجرعة الدوائية المناسبة لكل منهم، فمثلاً إذا وُجِدَ حتى المريض ضعيف القدرة على إنتاج الإنزيم (ومن ثم أقل تحملاً للأدوية الثيوبورينية)؛ فإن جرعته الدوائية تُنقص كثيراً.

ومن جهة أخرى، لازالت أسئلة كثيرة متعلقة بالأطر القانونية والأخلاقية والتنظيمية لهذه الدراسات تنتظر الإجابة. ولاشك في حتى من الضروري تطبيق حملات تثقيفية واسعة لكل من السقمى والأطباء والصيادلة مرافقة للتوسع في تطبيق هذه الدراسات الجديدة وتطبيقها.

آفاق مستقبلية

أوضحت دراسة فهمية في عام 1998 نُشِرَتْ في مجلة الجمعية الطبية الأمريكية JAMA حتى التفاعلات الدوائية المضادة أدت إلى حدوث أكثر من 2.2 مليون إصابة خطيرة، فضلاً عن وفاة أكثر من مئة ألف مريض في المستشفيات الأمريكية، وهذا مايجعل التفاعلات المذكورة من الأسباب الرئيسة للوفيات في تلك البلاد. وفي الوقت الحاضر، لاتتوافر طرائق سهلة للتنبؤ بإمكان حدوث استجابات جيدة للعقاقير الدوائية أومضادة لها، أوعدم حدوث أي استجابة. ولازالت شركات صناعة الأدوية تستخدم حتى اليوم نظام «قياس واحد يناسب الجميع»، اعتماداً على متوسط استجابة السقمى للدواء، على الرغم من حتى ذلك قد يسبب إصابات سقمية أووفيات كثيرة. وستوفر دراسات العلاج الجينومي الحل الناجع لهذه المشكلات. وسيكون لها فوائد تطبيقية مهمة، منها مايأتي:

• كشف طفرات وراثية جديدة كثيرة، ومعلومات مهمة تتعلق بالتداخلات بين الوراثة والبيئة، وتحديد أنماط جينية وشذوذات صبغية مرتبطة بأمراض مختلفة.
• إضافة التشخيص الجينومي للأمراض إلى التشخيصات الطبية الأخرى، وذلك لتحريّها في وقت مبكر.
• تمكين شركات صناعة الأدوية من خلق عقاقير دوائية مستندة إلى البروتينات والإنزيمات وجزيئات الحمض الريبي النووي (الرنا RNA) المرتبط بالمورثات والأمراض. وإنتاج علاجات موجهة نحوأمراض معينة بدقة بالغة. وسيحقق ذلك زيادات كبيرة في الآثار العلاجية للدواء وإنقاص الإضرار بالخلايا السليمة.
• إنتاج لقاحات vaccines مصنوعة من مادة وراثية (دنا أورنا) قادرة على تنشيط الجهاز المناعي، وستكون أكثر أماناً وأرخص كلفة وأسهل تخزيناً، إضافة إلى إمكان هندستها وراثياً لتؤثر في سلالات عدة من العامل المسقم في آن معاً.
• إنقاص طول المدة اللازمة لصنع دواء جديد، وصولاً إلى طرحه في الأسواق الصيدلانية، (في أمريكا مثلاً: من 15 سنة حالياً إلى نحوسنتين)، وتخفيض تكاليف إنتاجه كثيراً.

انظر أيضا

المراجع

للاستزادة

• Vadim N., Gladyshev; Zhang, Yan (2013). "Chapter 16 Comparative Genomics Analysis of the Metallomes". In Banci, Lucia (Ed.) (ed.). Metallomics and the Cell. Metal Ions in Life Sciences. 12. Springer. doi:10.1007/978-94-007-5561-10_16. ISBN .CS1 maint: extra text: editors list (link) electronic-book ISBN 978-94-007-5561-1 نطقب:Issn electronic-نطقب:Issn

وصلات خارجية

• Annual Review of Genomics and Human Genetics
• BMC Genomics: A BMC journal on Genomics
• Genomics journal
• Genomics.org: An openfree genomics portal.
• NHGRI: US government's genome institute
• JCVI Comprehensive Microbial Resource
• KoreaGenome.org: The first Korean Genome published and the sequence is available freely.
• GenomicsNetwork: Looks at the development and use of the science and technologies of genomics.
• Institute for Genome Sciences: Genomics research.
• MIT OpenCourseWare HST.512 Genomic Medicine A free, self-study course in genomic medicine. Resources include audio lectures and selected lecture notes.
• ENCODE threads explorer Machine learning approaches to genomics. Nature (journal)
• Global map of genomics laboratories
• Genomics: Scitable by nature education