مشروع الجينوم

📅 آخر تحديث: ٢٥ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٢٥ يوليو ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 3 صور
الموسوعة الحرة
عند طباعة تسلسل الجينوم البشري، فإنه يملأ حوالي 100 كتاب ضخم مطبوع بخط متقارب

مشاريع الجينوم هي مساعٍ علمية تهدف في نهاية المطاف إلى تحديد التسلسل الجينومي الكامل للكائن الحي (سواء كان حيوانًا أو نباتًا أو فطرًا أو بكتيريا أو عتائق أو طلائعيات أو فيروسًا ) وتحديد الجينات المشفرة للبروتينات وغيرها من السمات المهمة المشفرة في الجينوم. [ 1 ] يتضمن التسلسل الجينومي للكائن الحي التسلسلات الجينية لكل كروموسوم فيه. بالنسبة للبكتيريا التي تحتوي على كروموسوم واحد، يهدف مشروع الجينوم إلى رسم خريطة تسلسل ذلك الكروموسوم. أما بالنسبة للإنسان، الذي يحتوي جينومه على 22 زوجًا من الكروموسومات الجسمية وكروموسومين جنسيين، فإن التسلسل الجينومي الكامل يتضمن 46 تسلسلًا كروموسوميًا منفصلًا.

يُعد مشروع الجينوم البشري مثالاً معروفاً على مشاريع الجينوم. [ 2 ]

تجميع الجينوم

يشير تجميع الجينوم إلى عملية أخذ عدد كبير من تسلسلات الحمض النووي القصيرة وإعادة تجميعها لإنشاء تمثيل للكروموسومات الأصلية التي نشأ منها الحمض النووي. في مشروع تسلسل الحمض النووي العشوائي ، يُقسّم الحمض النووي من مصدر ما (عادةً كائن حي واحد ، من البكتيريا إلى الثدييات ) إلى ملايين القطع الصغيرة. ثم تُقرأ هذه القطع بواسطة أجهزة التسلسل الآلية. تعمل خوارزمية تجميع الجينوم عن طريق أخذ جميع القطع ومحاذاتها مع بعضها البعض، والكشف عن جميع المواضع التي تتداخل فيها تسلسلتان قصيرتان، أو قراءتان . يمكن دمج هذه القراءات المتداخلة، وتستمر العملية.

يُعدّ تجميع الجينوم مشكلة حسابية بالغة الصعوبة ، وتزداد صعوبتها لاحتواء العديد من الجينومات على أعداد كبيرة من التسلسلات المتطابقة، والمعروفة باسم التكرارات . قد يصل طول هذه التكرارات إلى آلاف النيوكليوتيدات، وتوجد في مواقع مختلفة، لا سيما في الجينومات الكبيرة للنباتات والحيوانات .

يتم إنتاج تسلسل الجينوم الأولي (المسودة) من خلال دمج معلومات التسلسل من القطع المتجاورة ، ثم استخدام معلومات الربط لإنشاء سقالات. توضع السقالات على طول الخريطة الفيزيائية للكروموسومات، مما يُشكل "مسارًا ذهبيًا".

برنامج التجميع

في الأصل، كانت معظم مراكز تسلسل الحمض النووي واسعة النطاق تُطوّر برامجها الخاصة لتجميع التسلسلات التي تُنتجها. إلا أن هذا الوضع تغيّر مع ازدياد تعقيد البرامج وتزايد عدد مراكز التسلسل. ومن الأمثلة على هذه البرامج برنامج تحليل النيوكليوتيدات القصيرة (SOL) الذي طوّرته شركة BGI للتجميع الأولي للجينومات البشرية، والمحاذاة، والكشف عن تعدد أشكال النوكليوتيدات المفردة (SNPs) ، وإعادة التسلسل، واكتشاف عمليات الإدخال والحذف (indels)، وتحليل التباين البنيوي. [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ]

شرح الجينوم

منذ ثمانينيات القرن الماضي، أدى علم الأحياء الجزيئي والمعلوماتية الحيوية إلى ظهور الحاجة إلى ترميز الحمض النووي . ترميز الحمض النووي أو ترميز الجينوم هو عملية تحديد المعلومات البيولوجية وربطها بالتسلسلات ، وخاصة تحديد مواقع الجينات ووظائفها.

وقت الإنجاز

عند تحديد تسلسل الجينوم، توجد عادةً مناطق يصعب تحديد تسلسلها (غالباً مناطق ذات تكرار عالٍ للحمض النووي ). لذا، نادراً ما تكون تسلسلات الجينوم "المكتملة" كاملةً، وقد استُخدمت مصطلحات مثل "مسودة عمل" أو "مكتملة بشكل أساسي" لوصف حالة مشاريع الجينوم هذه بدقة أكبر. حتى عند تحديد كل زوج قاعدي في تسلسل الجينوم، فمن المحتمل وجود أخطاء لأن عملية تحديد تسلسل الحمض النووي ليست دقيقة تماماً. ويمكن القول أيضاً إن مشروع الجينوم الكامل يجب أن يشمل تسلسلات الميتوكوندريا ( والبلاستيدات الخضراء في النباتات) لأن هذه العضيات لها جينوماتها الخاصة.

كثيراً ما يُذكر أن الهدف من تسلسل الجينوم هو الحصول على معلومات حول المجموعة الكاملة من الجينات في ذلك التسلسل الجينومي المحدد. قد تكون نسبة الجينوم التي تُشفّر الجينات ضئيلة للغاية (خاصةً في حقيقيات النوى كالإنسان، حيث قد لا يُمثّل الحمض النووي المُشفّر سوى بضعة بالمئة من التسلسل الكلي). مع ذلك، ليس من الممكن (أو المرغوب فيه) دائماً تسلسل المناطق المُشفّرة فقط بشكل منفصل. كذلك، مع ازدياد فهم العلماء لدور هذا الحمض النووي غير المُشفّر (الذي يُشار إليه غالباً بالحمض النووي غير الوظيفي )، ستزداد أهمية امتلاك تسلسل جينومي كامل كخلفية لفهم علم الوراثة وعلم الأحياء لأي كائن حي.

لا تقتصر مشاريع الجينوم في كثير من الأحيان على تحديد تسلسل الحمض النووي للكائن الحي فحسب، بل قد تشمل أيضًا التنبؤ بالجينات لتحديد مواقعها ووظائفها في الجينوم. وقد توجد أيضًا مشاريع أخرى لتسلسل علامات التسلسل المعبرة (ESTs) أو الحمض النووي الريبوزي الرسول (mRNAs) للمساعدة في تحديد مواقع الجينات بدقة.

منظورات تاريخية وتكنولوجية

تاريخيًا، عند تسلسل جينومات حقيقيات النوى (مثل دودة Caenorhabditis elegans )، كان من الشائع أولًا رسم خريطة للجينوم لتوفير سلسلة من المعالم عبره. وبدلًا من تسلسل الكروموسوم دفعة واحدة، كان يُسلسل جزءًا جزءًا (مع معرفة مسبقة بموقع هذا الجزء تقريبًا على الكروموسوم الأكبر). أما الآن، وبفضل التطورات التكنولوجية، ولا سيما التحسينات في قدرة معالجة الحواسيب، أصبح بالإمكان تسلسل الجينومات دفعة واحدة باستخدام تقنية "التسلسل العشوائي " (مع وجود بعض المحاذير لهذه الطريقة مقارنةً بالطريقة التقليدية).

أدت التحسينات في تقنية تسلسل الحمض النووي إلى انخفاض تكلفة تسلسل الجينوم الجديد بشكل مطرد (من حيث التكلفة لكل زوج قاعدي ) كما أن التكنولوجيا الأحدث تعني أيضًا أنه يمكن تسلسل الجينومات بسرعة أكبر بكثير.

عندما تقرر وكالات البحث تحديد الجينومات الجديدة التي ستخضع للتسلسل، ينصب التركيز على الأنواع ذات الأهمية الكبيرة ككائنات نموذجية ، أو ذات الصلة بصحة الإنسان (مثل البكتيريا الممرضة أو نواقل الأمراض كالبعوض )، أو الأنواع ذات الأهمية التجارية (مثل الماشية والمحاصيل الزراعية). ويُعطى اهتمام ثانوي للأنواع التي ستساعد جينوماتها في الإجابة عن أسئلة مهمة في التطور الجزيئي (مثل الشمبانزي الشائع ).

في المستقبل، من المرجح أن يصبح تحديد تسلسل الجينوم أرخص وأسرع. سيتيح ذلك تحديد التسلسلات الجينومية الكاملة للعديد من الأفراد المختلفين من نفس النوع. بالنسبة للبشر، سيمكننا هذا من فهم جوانب التنوع الجيني البشري بشكل أفضل .

أمثلة

L1 دومينيت 01449، بقرة هيرفورد التي تُعتبر موضوع مشروع جينوم الأبقار
تم استخراج تسلسل جينوم السيكويا العملاقة من بذرة مخصبة واحدة تم حصادها من شجرة عمرها 1360 عامًا في منتزه سيكويا/كينغز كانيون الوطني .

يوجد لدى العديد من الكائنات الحية مشاريع جينومية إما تم إنجازها أو سيتم إنجازها قريباً، بما في ذلك:

انظر أيضاً

مراجع

  1. ↑ بيفسنر، جوناثان (2009). المعلوماتية الحيوية وعلم الجينوم الوظيفي (  الطبعة الثانية). هوبوكين، نيوجيرسي: وايلي-بلاك ويل. ISBN 9780470085851.
  2. ↑ "الفوائد المحتملة لأبحاث مشروع الجينوم البشري" . وزارة الطاقة ، معلومات مشروع الجينوم البشري. 9 أكتوبر 2009. مؤرشف من الأصل في 8 يوليو 2013. تم الاطلاع عليه في 18 يونيو 2010 .
  3. ↑ لي ر، تشو هـ، روان ج، تشيان و، فانغ ش، شي ز، لي ي، لي س، شان ج، كريستيانسن ك، لي س، يانغ هـ، وانغ ج، وانغ ج (فبراير 2010). "التجميع من الصفر للجينومات البشرية باستخدام تسلسل القراءة القصيرة المتوازية على نطاق واسع" . أبحاث الجينوم . 20 (2): 265-272 . doi : 10.1101/gr.097261.109 . ISSN 1549-5469 . PMC 2813482. PMID 20019144 .   
  4. 1 2 Rasmussen M، Li Y، Lindgreen S، Pedersen JS، Albrechtsen A، Moltke I، Metspalu M، Metspalu E، Kivisild T، Gupta R، Bertalan M، Nielsen K، Gilbert MT، Wang Y، Raghavan M، Campos PF، Kamp HM، ​​Wilson AS، Gledhill A، Tridico S، Bunce M، Lorenzen ED، Binladen J، Guo X، Zhao J، Zhang X، Zhang H، Li Z، Chen M، Orlando L، Kristiansen K، Bak M، Tommerup N، Bendixen C، Pierre TL، Grønnow B، Meldgaard M، Andreasen C، Fedorova SA، Osipova LP، Higham TF، Ramsey CB، Hansen TV، Nielsen FC، Crawford MH، Brunak S، Sicheritz-Pontén. تي، فيليمز آر، نيلسن R، كروغ أ، وانغ ج، ويلرسليف إي (11 فبراير 2010). "تسلسل الجينوم البشري القديم لسكان الإسكيمو القدماء المنقرضين" . مجلة نيتشر . 463 (7282): 757-762 . Bibcode : 2010Natur.463..757R . doi : 10.1038/nature08835 . ISSN 1476-4687 . PMC 3951495. PMID 20148029 .   
  5. ^ Wang J، Wang W، Li R، Li Y، Tian G، Goodman L، Fan W، Zhang J، Li J، Zhang J، Guo Y، Feng B، Li H، Lu Y، Fang X، Liang H، Du Z، Li D، Zhao Y، Hu Y، Yang Z، Zheng H، Hellmann I، Inouye M، Pool J، Yi X، Zhao J، Duan J، Zhou Y، Qin J، Ma L، Li G، Yang. Z، Zhang G، Yang B، Yu C، Liang F، Li W، Li S، Li D، Ni P، Ruan J، Li Q، Zhu H، Liu D، Lu Z، Li N، Guo G، Zhang J، Ye J، Fang L، Hao Q، Chen Q، Liang Y، Su Y، San A، Ping C، Yang S، Chen F، Li L، Zhou K، Zheng H، Ren Y، Yang L، Gao Y، Yang G، Li Z، Feng إكس، كريستيانسن ك، وونغ جي كي، نيلسن آر، دوربين آر، بولوند إل، تشانغ إكس، لي إس، يانغ إتش، وانغ جيه (2008-11-06). "تسلسل الجينوم ثنائي الصيغة الصبغية لفرد آسيوي" . مجلة نيتشر . 456 (7218): 60-65 . رمز Bibcode : 2008Natur.456...60W . doi : 10.1038/nature07484 . ISSN 0028-0836 . PMC 2716080. PMID 18987735 .   
  6. ↑ غوش، بالاب (23 أبريل 2015). "اكتمال تسلسل جينوم الماموث" . بي بي سي نيوز .
  7. ↑ ييتس، ديانا (23 أبريل 2009). "ما الذي يجعل البقرة بقرة؟ تسلسل الجينوم يُلقي الضوء على تطور المجترات" . يوريك أليرت! . مؤرشف من الأصل (بيان صحفي) بتاريخ 29 نوفمبر 2019. تم الاطلاع عليه بتاريخ 22 ديسمبر 2012 .
  8. ↑ إلسيك، سي جي؛ إلسيك، آر إل؛ تيلام، كي سي؛ وورلي، آر إيه؛ جيبس، دي إم؛ موزني، جي إم؛ وينستوك، دي إل؛ أديلسون، إي إي؛ إيخلر، إل؛ إلنيتسكي، آر؛ غيغو، دي إل؛ هاميرنيك، إس إم؛ كابيس، إتش إيه؛ ليوين، دي جي؛ لين، إف دبليو؛ نيكولاس، إيه؛ ريموند، إم؛ راينكلز، إل سي؛ سكو، إي إم؛ زدوبنوف، إل؛ شوك، جيه؛ ووماك، تي؛ أليوتو، إس إي؛ أنتوناراكيس، إيه؛ أستاشين، سي إي؛ تشابل، إتش سي؛ تشين، جيه؛ تشراست، إف؛ كامارا، أو؛ وآخرون . (2009). "تسلسل جينوم أبقار التورين: نافذة على بيولوجيا وتطور المجترات" . مجلة ساينس . 324 (5926): 522– 528. Bibcode : 2009Sci...324..522A . doi : 10.1126/ science.1169588 . PMC 2943200. PMID 19390049 .   
  9. ↑ "إصدار 2007: تجميع جينوم الحصان" . المعهد الوطني لأبحاث الجينوم البشري (NHGRI) . تم الاطلاع عليه بتاريخ 19 أبريل 2018 .
  10. ↑ سكوت، أليسون د؛ زيمين، أليكسي ف؛ بويو، دانييلا؛ وركمان، راشيل؛ بريتون، مونيكا؛ زمان، سميرة؛ كاباليرو، ماديسون؛ ريد، أندرو س؛ بوغدانوف، آدم ج؛ بيرنز، إميلي؛ ويغرزين، جيل؛ تيمب، وينستون؛ سالزبيرغ، ستيفن ل؛ نيل، ديفيد ب (1 نوفمبر 2020). "تسلسل جينومي مرجعي لشجرة السيكويا العملاقة" . G3 : الجينات، الجينومات، علم الوراثة . 10 (11): 3907-3919 . doi : 10.1534/g3.120.401612 . PMC 7642918. PMID 32948606 .