مشروع الجينوم البشري ( HGP) Human Genome Project هومشروع فهمي دولي بدأ العمل به رسمياً في عام 1990، وقد كان من المخطط له حتى يستغرق 15 عاماً، لكن التطورات التكنولوجية أدت إلى تسريع العمل به حتى أوشك على الانتهاء قبل الموعد المحدد له بسنوات عدة. وقد بدأ المشروع في الولايات المتحدة كجهد مشهجر بين وزارة الطاقة الأمريكية ، والمعاهد الوطنية للصحة.

أهداف المشروع

وقد تمثلت الأهداف المعلنة للمشروع فيما يلي:

• التعهد على الجينات التي يحتوي عليها الدنا DNA البشري، وعددها 100.000 جين تقريباً.
• تحديد متوالية sequence القواعد الكيميائية التي تكون الدنا DNA البشري وعـددها ثلاثة بلايين.
• تخزين هذه المعلومات على قواعد للبيانات databases.
• تطوير الأدوات اللازمة لتحليل البيانات.
• دراسة القضايا الأخلاقية، والقانونية، والاجتماعية التي قد تنتج عن المشروع (وهي من الخصائص التي تميز مشروع الجينوم البشري الأمريكي عن غيره من المشاريع المشابهة في جميع أنحاء العالم).
• للمساعدة في تحقيق هذه الأهداف، قام الباحثون أيضاً بدراسة الهجريب الجيني للعديد من الكائنات الحية غير البشرية، ومنها البكتيريا شائعة الوجود في أمعاء البشر، وهي الإشريكية القولونية E. coli ، وذبابة الفاكهة، وفئران المختبر.

الجينوم البشري

الجينوم البشري Human genome ، هوالطقم الكامل المكوّن من أكثر من 100.000 جين موجودة في نواة الخلية لأغلب الخلايا البشرية. ويتوزع الجينوم النووي للأنثى على ثلاثة وعشرين زوجاً من الكروموسومات المتشابهة بنيويا، لكن الكروموسوم X في الذكور يقترن مع الكروموسوم Y غير الشبيه به، وبذلك يصبح هناك 24 نوعا مختلفاً من الكروموسومات البشرية. وبحدثات أخرى، يمكننا القول بأن الجينوم هوتام الحمض الريبي النووي منزوع الأكسجين (أوالدنا DNA اختصاراً) في كائن حي معين، بما فيه جيناته genes. وتحمل تلك الجينات (المورثات) جميع البروتينات اللازمة لجميع الكائنات الحية. وتحدد هذه البروتينات، ضمن أشياء أخرى، كيف من الممكن أن يظهر شكل الكائن الحي، وكيف يستقلب metabolize جسمه الطعام أويقاوم العدوى، وأحياناً يحدد حتى الكيفية التي يتصرف بها.

يتكون جزيء الدنا DNA في البشر والرئيسيات، من خيطين يلتف جميع منهما حول الآخر بحيث يشبهان السلم الملتوي والذي يتصل جانباه، والمكونان من جزيئات السكر والفوسفات، بواسطة روافد rungs من المواد الكيميائية المحتوية على النتروجين، والتي تسمى القواعد bases ويرمز إليها اختصاراً A وT وC وG. وتتكرر هذه القواعد ملايين أومليارات المرات في جميع أجزاء الجينوم، ويحتوي الجينوم البشري، على سبيل المثال، على ثلاثة مليارات زوج من هذه القواعد، في حين يحتوي الجسم البشري على نحو100 تريليون (100،000،000،000،000،000،000) خلية!

• يعد الترتيب المحدد للحروف A وT وC وG في غاية الأهمية، فهذا الترتيب يحدد جميع أوجه التنوع الحيوي، ففي هذا الترتيب تكمن الشفرة الوراثية Genetic code ، فكما حتى ترتيب الحروف التي تتكون منها الحدثات هوالذي يجعلها ذات معنى، فإن ترتيب هذه الحروف يحدد كون هذا الكائن الحي إنساناً أوينتمي إلى نوع حي آخر كالخميرة أوذبابة الفاكهة مثلاً، والتي يمتلك جميع منها الجينوم الخاص بها والتي ركزت عليها أبحاث وراثية خاصة عدة.

ونظراً لأن جميع الكائنات الحية ترتبط بعلاقات مشهجرة من خلال التشابه في بعض متواليات الدنا DNA ، تمكننا التبصّرات التي نحصل عليها من الكائنات الحية غير البشرية من تحقيق المزيد من الفهم والفهم لبيولوجية الإنسان.

• تمثل جميع مجموعة مكونة من ثلاثة من الحروف الأربعة حمضاً أمينياً معيناً، وهناك 20 وحدة بناء مختلفة - أحماض أمينية - تستخدم في مجموعة هائلة من التوليفات لإنتاج بروتيناتنا. وتكون التوليفات المتنوعة بروتينات مختلفة بدورها في أجسامنا.

• تكفي المعلومات التي يحتوي عليها الجينوم البشري لملء خط ورقية يبلغ ارتفاعها 61 متراً، أي ما يوازي المعلومات التي يحتوي عليها 200 مرشد للهواتف يحتوي جميع منها على 500 صفحة!

• فيما بيننا نحن البشر، يختلف الدنا DNA من فرد لآخر بنسبة 5.2% فقط، أو1 من جميع 50 حرفاً، ويضع ذلك في الاعتبار حتى الخلايا البشرية تحتوي جميع منها على نسختين من الجينوم.

• إذا أردنا حتى نقرأ الجينوم البشري بسرعة حرف واحد في الثانية لمدة 24 ساعة يومياً، فسيستغرق الأمر قرناً كاملاً للانتهاء من قراءة كتاب الحياة!

• إذا بدأ شخصان مختلفان في قراءة كتاب الحياة الخاص بكل منهما بسرعة حرف واحد في الثانية، فسيستغرق الأمر نحوثماني دقائق ونصف الدقيقة (500 ثانية) قبل حتى يصلا إلى أول اختلاف في ترتيب حروف كتابيهما!

• يحتاج الطبّاع typist الذي يخط بسرعة 60 حدثة في الدقيقة (نحو360 حرفاً) ولمدة ثماني ساعات يومياً، إلى نصف قرن للانتهاء من طباعة كتاب الحياة!

• يتشابه الدنا DNA الخاص بالبشر مع مثيله في الشمبانزي بنسبة 98%.

• يبلغ العدد التقديري للجينات في جميع من البشر والفئران 60.000 - 100.000 أما في الديدان المستديرة فيبلغ العدد 19.000 وفي الخميرة yeast يبلغ عدد الجينات 6.000 تقريباً، بينما يبلغ عدد جينات الجرثومة المسببة للتدرن 4.000.

• تظل وظيفة الغالبية العظمى (97%) من الدنا DNA الموجودة في الجينوم البشري، غير معروفة لدينا حتى الآن.

• كان أول كروموسوم chromosome بشري تم فك شفرته بالكامل هوالكروموسوم رقم 22، وقد تم ذلك في المملكة المتحدة في ديسمبر 1999، وتحديداً في مركز (سانجر) بمقاطعة كمبردج.

• يبلغ طول الدنا DNA الموجود في جميع من خلايانا 1.8 متر، مكدسة في كتلة يبلغ قطرها 0.0001 سنتيمتر (والتي يمكن حتى توضع بسهولة في مساحة بحجم رأس الدبوس).

• إذا تم فرد جميع الدنا DNA الموجود في الجسم البشري طرفا لطرف، يمكن للخيط الناتج حتى يصل من الأرض إلى الشمس وبالعكس 600 مرة [100 تريليون ×1.8 متر مقسومة على 148.800.000 كيلومتر = 1200].

• يقوم الباحثون في مشروع الجينوم البشري بفك شفرة 12.000 حرف من الدنا DNA البشري في الثانية الواحدة.

• إذا تم فرد جميع الحروف (3 بلايين) المكونة للجينوم البشري بحيثقد يكون جميع منها على بعد 1 ملم من الآخر، فستمتد لمسافة 3000 كيلومتر - أونحو700 ضعف لارتفاع مبنى الإمباير ستيت، وهي ناطحة السحاب الشهيرة في مدينة نيويورك.

منظمة للجينوم البشري

ظلت وزارة الطاقة الأمريكية ( DOE) والهيئات الحكومية التابعة لها مسئولة، ولمدة تقارب الخمسين سنة، عن البحث بعمق في الأخطار المحتملة على صحة الإنسان نتيجة لاستخدام الطاقة ونتيجة للتقنيات المولدة للطاقة - مع الهجريز بصورة خاصة على تأثير الإشعاع الذري على البشر، لذلك فمن الانصاف حتى نفهم بأن أغلب ما نعهده حالياً عن التأثيرات الصحية الضارة للإشعاع على أجسام البشر، نتج عن الأبحاث التي دعمتها هذه الوكالات الحكومية - ومن بينها الدراسات طويلة المدى التي أجريت على الناجين من القنبلتين الذريتين اللتين ألقيتا على مدينتي هيروشيما ونجاساكي، بالإضافة إلى الكثير من الدراسات التجريبية التي أجريت على الحيوانات.

حتى وقت قريب، لم يقدم الفهم سوى أمل ضئيل في اكتشاف تلك التغيرات الطفيفة التي تحدث في الحمض النووي (الدنا DNA) الذي يشفر برنامجنا الوراثي، كنا بحاجة إلى أداة تكتشف التغيرات الحادثة في (حدثة) واحدة من البرنامج، والذي من الممكن يحتوي على مائة مليون (حدثة).

في عام 1984، وفي اجتماع مشهجر بين وزارة الطاقة الأمريكية واللجنة الدولية للوقاية من المطفرات ( Mutagens) والمسرطنات ( Carcinogens) البيئية، طرح لأول مرة بصورة جدية ذلك السؤال: (هل يمكننا، أوهل يجب علينا، حتى نقوم بسلسلة ( Sequence) الجينوم البشري ?: وبحدثات أخرى: هل علينا تطوير تقنية تمكننا من الحصول على نسخة دقيقة (حدثة بحدثة) للمخطوطة الوراثية الكاملة لإنسان (عادي). وبهذا نتوصل إلى مفتاح اكتشاف التأثيرات المطفرة Mutagenic الخادعة للإشعاع وللسموم المسببة للسرطان.

لم تكن إجابة هذا السؤال من السهولة بمكان، لذلك فقد عقدت جلسات عمل عدة خلال عامي 1985 و1986، وتمت دراسة الموضوع برمته من قبل المجموعة الاستشارية لوزارة الطاقة، ومخط تقييم التكنولوجيا التابع للكونجرس، والأكاديمية الوطنية للعلوم، بالإضافة إلى الجدل الذي احتدم وقتها بين الفهماء أنفسهم على المستويين العام والخاص. وعلى أي حال، فقد استقر الإجماع في نهاية الأمر على أننا يجب حتى نخطوفي هذا الاتجاه.

في عام 1988، أنشئت منظمة الجينوم البشري ( Human Genome Organization (HUGO في الولايات المتحدة، كان هدف هذه المنظمة الدولية هوحل شفرة تام الجينوم البشري.

السلسلة الحيوية

تبدأ سلسلة الـ DNA البشري بأخذ عينات الدم من المتطوعين، والتي تستخلص باستخدام الطرق الكيميائية الروتينية، ثم تجمّع pooled وتبرد عند درجة صفر فهرنهايت، ثم تبتر إلى متواليات متراكبة يبلغ طول جميع منها نحو150.000 حرف. وعلى الرغم من ذلك، لا يوجد في هذه العينات الأصلية مقدار من الـ DNA يكفي لتحليله، ولذلك فالمستوى التالية هي استنساخ (تنسيل: Cloning) جميع شظية (شدفة: Fragment) في البكتريا ، والتي تصنع نسخاً عدة منها مع تكاثرها.

وتستخدم الربوتات Robots في نقل هذه المستعمرات البكتيرية إلى آلة تضخمها Amplify لدرجة أكبر.

وتسمى التقنية التي تستخدمها هذه الآلة (تفاعل سلسلة البوليمريز Polymerase Chain Reaction - PCR) وقد أهل مكتشفه الكيميائي الأمريكي كاري موليس Mullis لنيل جائزة نوبل عام 1993.

وبعد ذلك، تفك شفرة متوالية جميع شظية باستخدام آلة تسمى (المسلسل) Sequencer ، والتي تنفذ مجموعة من التفاعلات الكيميائية التي طوّرها العالم البريطاني فريد سانجر Sanger ، والحائز جائزة نوبل. وللتبسيط، نقول إذا تلك التفاعلات تتضمن تمييز جميع حرف في أي شظية بعينها بجزيء ملون يمكن قراءته بواسطة أشعة الليزر. ويقوم جهاز كمبيوتر بتحليل نتيجة الفحص بالليزر لإنتاج متوالية sequence لهذه الشظية، ثم يجمع جميع متواليات الشظايا (الشدف) المتراكبة overlapping ، وذلك لتكوين جينوم العيّنة الأصلية.

لماذا ندرس الجينوم

سيتيح مشروع الجينوم البشري فوائد جمة للبشرية، يمكننا تسقط بعضها بينما سنفاجأ بالبعض الآخر. أما الفوائد المتسقطة للعلاج بالجينات فهائلة، ويمكن تلخيصها في مجالات عدة كالتالي:

تطوير أدوية ومعالجات جديدة: بالإضافة إلى خلق أدوية جديدة، يمكن اعتبار مشروع الجينوم البشري كبداية لحقبة جديدة من الطب الشخصي Personalized medicine. فالناس يميلون للاستجابة بصورة مختلفة تماماً للأدوية التي يصفها لهم الأطباء - حتى 50% من الأشخاص الذين يتناولون دواء معينا سيجدون أنه إما غير مؤثر، أوأنهم سيتعرضون لتأثيرات جانبية غير مرغوبة. ويعد أسلوب (اضرب واخسر) مضيعة مرعبة للوقت والمال، بل إنه قد يعرّض الحياة ذاتها للخطر.

وبالإضافة لذلك، فنحن جميعاً نختلف في قابليتنا للإصابة بالأمراض المتنوعة، فبينما قد ينتهج رجل نمطا صحيا نسبيا للحياة قبل حتى يسقط ضحية لنوبة قلبية في منتصف العمر، قد يظل صديقه الذي يدخن عشرين سيجارة يومياً ويتناول إفطاراً مقلياً جميع يوم، قوياً حتى سن الثالثة والتسعين، لكن لماذا ?... يقع جزء مهم من الإجابة في الجينوم البشري.

وقد اتضح حتى 99.9% من متتاليات الـ DNA متشابهة في جميع البشر (ولذلك فنحن ننتمي جميعاً للنوع الحي نفسه)، لكن هذا الفرق الذي لا يزيد على 0.1% قد يفسّر استجاباتنا الفردية للأدوية وقابليتنا للإصابة بالأمراض.

الطب الجزيئي ( Molecular medicine)

• تحسين تشخيص الأمراض.
• الاكتشاف المبكر للاستعداد للإصابة بالأمراض الوراثية.
• تصميم الأدوية بصورة أكثر ملاءمة.
• المعالجة بالجينات وأنظمة التحكم للأدوية.
• فهم الأدوية المجيني Pharmacogenomics ، تصميم أدوية تستهدف أمراضاً وراثية بعينها.

الجينوميات الجرثومية Microbial genomics

• مصادر جديدة للطاقة (الوقود الحيوي Biofuels).
• مراقبة البيئة لاكتشاف الملوّثات.
• الوقاية من الحرب البيولوجية والكيميائية.
• التخلص من النفايات السامة بطرق مأمونة وفعّالة في الوقت نفسه.
• فهم القابلية للتعرض للأمراض والكشف عن الأهداف الحيوية التي يجب حتى تستهدفها الأدوية الجديدة.
• تقييم المخاطر Risk assessment:
• تقييم التلف الصحي والمخاطر الناتجة عن التعرض للإشعاع، بما فيها التعرض لجرعات إشعاعية منخفضة.
• تقييم التلف الصحـي والمخاطر الناتجة عن التعرض للكيماويات المطفرة mutagenic chemicals والسموم المسببة للسرطان.
• تقليل احتمالية التعرض للطفرات الوراثية.

الدراسات السكانية والأنثروبولوجية

• دراسة التطور عبر طفرات الخط الجنسي germline في السلالات البشرية المتنوعة.
• دراسة أنماط هجرة المجموعات السكانية المتنوعة استنادا إلى التوريث الجيني للإناث female genetic inheritance.
• دراسة طفرات الكروموسوم ( Y) لتتبع السلالات وأنماط هجرة الذكور.

استخدامات الدنا DNA في مجال الطب الشرعي

• التعهد على المشتبه بهم المحتملين التي قد يطابق الدنا DNA الخاص بهم الأدلة الموجودة في مسرح الجريمة.
• تبرئة الأشخاص المتهمين بالخطأ في الجرائم.
• التحقق من علاقات البنوّة وغيرها من قضايا النسب.
• التعهد على الأنواع الحية المهددة بالانقراض والمحمية كمساعدة لمسئولي هيئات حماية الحياة البرية (ويمكن استخدامها في ملاحقة منتهكي قوانين حماية الحياة البرية).
• التعهد على البكتريا وغيرها من الجراثيم التي قد تلوّث الهواء، أوالماء، أوالتربة أوالغذاء.
• تحقيق التوافق النسيجي بين المتبرع والمتلقي في برامج زراعة الأعضاء.

الزراعة، وتربية الحيوان، والمعالجة البيولوجية

• تحديد نسب البذور أوالماشية في برامج التهجين.
• المحاصيل المقاومة للأمراض، والحشرات، والجفاف.
• حيوانات المغرسة السليمة، والأكثر إنتاجاً، والمقاومة للأمراض.
• منتجات زراعية أكثر فائدة غذائية.
• المبيدات الحشرية البيولوجية Biopesticides.
• اللقاحات vaccines التي يمكن أكلها، ومن ثم دمجها في المنتجات الغذائية.
• استخدامات بيئية جديدة لتنقية نباتات مثل التبغ.

مخاطر متسقطة

عندما تصبح المنابلة الجينية إجراء دقيقاً، سيقابل الآباء المتسقطون بمجموعة واسعة من الاحتمالات. وهم سيرغبون، بطبيعة الحال، في حتى يتأكدوا خلال الفترة الجينية لنسلهم، في حتى يقوم المعالجون بالجينات بتسليم أي مشكلات قد تنشأ بسبب وجود جينات معيبة، وقد يطلب الآباء أيضاً من أولئك المعالجين حمل معدلات ذكاء أطفالهم، أوإضافة بضع بوصات إلى أطوالهم، أومنحهم قدرات رياضية متفوّقة، أوشعر مجعد، وعيون زرقاء، وبشرة متوافقة مع أحدث صرعة.

من المرجح حتى تكون احتمالات التحويل الوراثي Genetic Transformation واسعة، لكن ذلك سيكون متاحاً فقط للآباء الأغنياء، ولنقد يكون الحصول على (الأطفال حسب الطلب، ميسور التكلفة بالنسبة للأمريكيين العاديين أوبالنسبة لأغلبية سكان البلدان الأخرى، ومن الممكن حتى يسبب وجود نوع خاص من الأشخاص الذين يفترض، منذ ولادتهم، أنهم (متفوقون)، مشكلات اجتماعية خطيرة.

ويمكن حتى تحظى المعالجة الوراثية بقبول عام أوسع إذا أمكن منع احتمال توافرها فقط كمعالجة مميزة للأغنياء وحدهم، ويتسقط فيليب كيتشر Kitcher ، مؤلف الكتاب المعنون (حيوات قادمة: الثورة الوراثية والاحتمالات البشرية)، إذا تلك الشكاوى المتعلقة بالعلاج بالجينات ستكون نادرة. ويقول (إذا ضمن المجتمع المستقبلي الوصول المتساوي لكل مواطنيه (و) إذا اهتم أولاً بالاحتياجات الصحية العاجلة قبل خلق الفرص لتحسين القدرات).

يجب علينا أيضاً حتى نضع في اعتبارنا تأثيرات الهندسة الوراثية في المجالات الاجتماعية والسياسية، ونظراً لأن الفوائد الزراعية والطبية للهندسة الوراثية باهظة التكاليف، لن يتمكن الأفراد الفقراء، ولا الأمم الفقيرة من تحمّلها - على الأقل خلال السنوات القليلة القادمة. ونتيجة لذلك، فمن المرجح حتى تتسع الفجوة الاقتصادية بين الأغنياء والفقراء، وبالإضافة إلى ذلك، يحاول زعماء العالم الثالث حماية النباتات والأنواع الحيوانية غير العادية من الاستغلال الغربي، فالشركات الغربية ترغب هذه الأنواع من أجل مشاريع الهندسة الوراثية، وتأمل في حتى تحصل عليها بأقل تكلفة ممكنة.

ماذا عن الأخلاق؟

إن الفهم في حد ذاته لا هوجيد ولا سيء، لكن الاستعمالات التي يستخدم فيها هي التي تثير الأسئلة الأخلاقية، وما الهندسة الوراثية إلا تقنية فحسب، وعلينا حتى نقرر إذا كنا نريد استخدامها، ومتى وكيف، ويجب حتى تكون هذه القرارات مسئولية الجميع.

ويمكن حتى تمثل المخاوف التي يظهرها الناس فيما يتعلق بالهندسة الوراثية، علامة تشير إلى بداية العمل الفعّال للمواطن بخصوص القضايا البيئية العالمية، وحدثا تأخرنا في العمل، قلت إمكانية نجاحنا في إنقاذ الأنظمة البيئية وتنوّعها البيولوجي.

انظر أيضا

وصلات خارجية

• [http://www.ornl.gov/sci/techresources/Human_Genome/home.shtml مشروع الجينوم البشري معلومات رسمية

• Delaware Valley Personalized Medicine Project Uses data from the Human Genome Project to help make medicine personal
• National Human Genome Research Institute (NHGRI). NHGRI led the National Institutes of Health's (NIH's) contribution to the International Human Genome Project. This project, which had as its primary goal the sequencing of the three thousand million base pairs that make up human genome, was successfully completed in April 2003.
• Human Genome News. Published from 1989 to 2002 by the US Department of Energy, this newsletter was a major communications method for coordination of the Human Genome Project. Complete online archives are available.
• Project Gutenberg hosts e-texts for Human Genome Project, titled Human Genome Project, Chromosome Number # (# denotes 01-22, X and Y). This information is raw sequence, released in November 2002; access to entry pages with download links is available through http://www.gutenberg.org/etext/3501 for Chromosome 1 sequentially to http://www.gutenberg.org/etext/3524 for the Y Chromosome. Note that this sequence might not be considered definitive due to ongoing revisions and refinements. In addition to the chromosome files, there is a supplementary information file dated March 2004 which contains additional sequence information.
• The HGP information pages Department of Energy's portal to the international Human Genome Project, Microbial Genome Program, and Genomics:GTL systems biology for energy and environment
• yourgenome.org: The Sanger Institute public information pages has general and detailed primers on DNA, genes and genomes, the Human Genome Project and science spotlights.
• Ensembl project, an automated annotation system and browser for the human genome
• UCSC genome browser, This site contains the reference sequence and working draft assemblies for a large collection of genomes. It also provides a portal to the ENCODE project.
• Nature magazine's human genome gateway, including the HGP's paper on the draft genome sequence
• Wellcome charitable trust description of HGP "Your Genes, your health, your future".
• Learning about the Human Genome. Part 1: Challenge to Science Educators. ERIC Digest.
• Learning about the Human Genome. Part 2: Resources for Science Educators. ERIC Digest.
• by Merrill Goozner
• Prepared Statement of Craig Venter of Celera Venter discusses Celera's progress in deciphering the human genome sequence and its relationship to healthcare and to the federally funded Human Genome Project.
• Cracking the Code of Life Companion website to 2-hour NOVA program documenting the race to decode the genome, including the entire program hosted in 16 parts in either QuickTime or RealPlayer format.
• Article by Leota Lone Dog, author of the 1999 article "whose genes are they" in the Journal of health and social policy, 10.4: 51-66. [1]

المصادر

مجلة العربي: طي البروتين - بقلم: د/إيهاب عبد الرحيم       تصريح