كيف تعمل الجينات في الدقائق الأولى من تكوين الخلية السرطانية، وأي الجينات تنشط في أنسجة الشاب وأيها تنشط في أنسجة الشخص المسن؟ هذه فقط بعض الاكتشافات التي أصبحت ممكنة بفضل رقائق الحمض النووي، أداة جديدة ورائعة في دراسة الجينوم
في أحد المختبرات في كاليفورنيا، على غرار آلاف مختبرات الكمبيوتر في وادي السيليكون، تقوم مجموعة من الفنيين بتجميع الرقائق باستخدام نفس الأساليب المستخدمة في صناعة شرائح الكمبيوتر. لكن هذه الرقائق ليست مصنوعة من طبقات السيليكون. وهي مصنوعة من الحمض النووي، المادة التي تحتوي على جميع المعلومات البيولوجية للشخص، والغرض منها هو قراءة الكم الهائل من المعلومات المكتوبة في تسلسل وحدات الحمض النووي.
وفقًا لعلماء الأحياء، فإن رقائق الحمض النووي الخاصة بالشركة، والتي تسمى Epimatrix، تجتذب الآن اهتمامًا أكبر من أي مجال آخر في أبحاث الجينوم. وقد زادت مبيعات الشركة في الربع الأخير بنسبة 115% مقارنة بالربع نفسه من العام الماضي.
ومؤخراً، بدأت شركة Epimatrix وغيرها من الشركات في تسويق شرائح يمكنها اكتشاف الطفرات التي يمكن أن تسبب السرطان، بالإضافة إلى شرائح يمكنها قياس نشاط آلاف الجينات في نفس الوقت. وقالت الدكتورة شيرلي هورن سابان، مديرة وحدة شرائح الحمض النووي في معهد وايزمان للعلوم: "إنها ثورة في مجال البحث". حتى الآن، كانت هناك طريقة واحدة فقط لدراسة التعقيد الهائل للجينوم: كان على العلماء قضاء سنوات في المختبر لتعلم نشاط أحد الجينات ثم ربطه بنشاط جين آخر، على أمل أن يتمكنوا في يوم من الأيام من ذلك. لرسم خريطة لنشاط جميع الجينات. وبمساعدة رقائق الحمض النووي، من الممكن التحقق من نشاط آلاف الجينات في نفس الوقت.
الشريحة عبارة عن مربع زجاجي، أصغر من عملة الشيكل، ومعبأة في خرطوشة بلاستيكية سوداء. تتم طباعة الجينات على الزجاج. يقوم الباحث باستخراج الحمض النووي الريبوزي (الحمض النووي الريبوزي النووي الذي ينقل وصفة إنتاج البروتين المكتوبة في الحمض النووي إلى منطقة الخلية التي يتم فيها إنتاج البروتينات، الريبوسوم) من الأنسجة التي يريد اختبارها يتم حقنها في الشريحة وتتصل أجزائها بدقة بأجزاء الحمض النووي الأصلية المطبوعة على الشريحة، ويتم صبغ أجزاء الحمض النووي الريبي (RNA) بأصباغ الفلورسنت، التي ينبعث منها الضوء، ويقوم جهاز مزود بشعاع ليزر بقراءة البيانات. الشريحة. جميع النقاط الموجودة على الشريحة التي لها تطابق بين الحمض النووي والحمض النووي الريبي (RNA) سوف ينبعث منها الضوء، في حين أن النقاط التي ليس لها تطابق ستظل مظلمة. كلما ارتفع مستوى نشاط الجين في الخلية، كلما زاد الضوء المنبعث من النقطة التي تمثله.
لقد استحوذت تكنولوجيا شرائح الحمض النووي على قلوب العلماء، حيث أتاحت هذه الرقائق فحص نشاط الجينات في الدقائق الأولى من تكوين الخلية السرطانية ومتابعتها حتى تبدأ في الانتشار إلى الخلايا المسؤولة عن الشيخوخة وحتى الموت في نهاية المطاف وقال هورن سابان إن الخيال وحده هو الذي يرسم الحدود.
أحد محاور البحث في الرقائق هو الجين p53، وهو خلل يميز العديد من مرضى السرطان. عندما يكون الجين طبيعيا، فهو مسؤول عن التحكم في معدل انقسام الخلايا. وعندما يتضرر، فإنه يخلق سلسلة من العمليات الجزيئية التي يمكن أن تؤدي إلى تطور السرطان. اكتشف البروفيسور ديفيد جافول من معهد وايزمان والبروفيسور جيدي رافافي، مدير قسم أورام الأطفال في مركز شيبا الطبي، أن الجين المسمى MIC1، وهو خلل يمكن أن يسبب سرطان البروستاتا، يتم تنشيطه بالفعل بواسطة p53. وأظهر تحليل الشريحة أنه حتى عندما يكون الجين p53 غير نشط، فإنه يحول سلسلة طويلة من الجينات إلى جينات نشطة ويخلق حالة يمكن أن تؤدي أيضًا إلى الإصابة بالسرطان.
إن تفرد الشريحة، وفقًا لرافافي، "هو أنه يمكنك اكتشاف مسارات كيميائية حيوية كاملة لم تكن تعلم بوجودها من قبل، أو لم تكن تعلم أنها كانت متورطة في عملية أو أخرى. يمكنك أن تصبح حقيقيًا وأكثر من ذلك بكثير صور عاكسة لتلك التي تم الحصول عليها في الماضي، عندما كنا ننظر إلى جين واحد أو اثنين ونحاول تجميع النظريات، فنحن فقط في بداية الطريق، في الواقع تحدث عشرات الأشياء في الخلية جزء كبير من المشاكل التي كانت تعتبر غير مفهومة - اليوم يبدو أنه لا يزال كذلك لن يتم فهم سنوات عديدة."
تشكل الكميات الهائلة من المعلومات الناتجة عن تحليل الرقائق تحديًا جديدًا: كيفية معالجة هذا القدر الكبير من المعلومات. تحتوي الشريحة التي تم تسويقها بواسطة Epimatrix منذ حوالي شهرين على 35 ألف جين. يقيس مسح الرقاقة نشاط كل منهم. لكن العديد من هذه الجينات لا تزال مجهولة، ولا نعرف مكانها وما هو المسؤول عنها، وبالطبع لا نعرف ما هي الروابط بينها أيضًا. وأوضح رافافي: "ما زلنا بعيدين عن اليوم الذي نقوم فيه بالتجربة ونفهم كل شيء". "نجري تجربة لمدة أسبوعين ونحلل النتائج لمدة عام."
وفي هذا المحيط من المعلومات، يبدأ الباحثون العمل على بعض الجينات التي كانوا يعرفونها مسبقًا. وبمساعدة البرامج التي طورتها المعلوماتية الحيوية - وهو علم جديد يجمع بين أجهزة الكمبيوتر وعلم الأحياء - يبحثون عن أهداف جديدة ومثيرة للاهتمام للبحث وتطوير الأدوية.
في دراسة كانت نتائجها مفاجئة، اكتشف فريق من الباحثين، بقيادة الدكتور آش إليزادا من جامعة ستانفورد، أن نوعًا شائعًا من سرطان الغدد الليمفاوية، وهو سرطان الغدد الليمفاوية ذو الخلايا البائية الكبيرة، هو في الواقع نوعان مختلفان تمامًا من المرض حتى أن الأطباء عرفوا ذلك قبل ذلك يساعد العلاج الكيميائي والعلاج الإشعاعي على شفاء 40% من المرضى، لكن ليس لها أي تأثير على أورام المرضى الآخرين، وتستمر في الانتشار حتى يتوفى المريض بالمرض ولم يكن سبب ذلك معروفا، ففي الاختبارات التي أجريت اليوم في مختبرات علم الأمراض في المستشفيات، تبدو الأورام متشابهة، ولكن في فحص التعبير الجيني في أنسجة المرضى، بمساعدة شريحة إلكترونية، أصبح الأمر كذلك من الواضح أن هناك اختلافاً في الجينات النشطة في أنسجة الورم وبالتالي فإن الأدوية تؤثر عليها بشكل مختلف.
وقال رافافي: "ليس من المؤكد أننا سنكون قادرين على علاج جميع أنواع السرطان". ومع ذلك، "حتى اليوم، عالجنا السرطان بالعلاج الكيميائي والإشعاعي، وهي أدوات بدائية للغاية وغير موجهة. واليوم، هناك شعور بأنه من الممكن التخطيط لعلاج أكثر استنارة، وتكييفه مع المريض، ووضع أهداف للأدوية التي سيكون محددًا، وسيستهدف الجزيء الصحيح."
رافي والبروفيسور موتي شوحط، مدير معهد علم الوراثة في مستشفى بيلينسون، على وشك البدء في اختبار عينات الحمض النووي لعائلة يعاني العديد من أبنائها من فشل كلوي وراثي. وسيقومون بذلك باستخدام "شريحة سنيبيم": تعدد الأشكال تغيير حرف DNA واحد - على سبيل المثال، عندما تظهر وحدة بدلاً من وحدة DNA المميزة بالحرف T المميزة بالحرف G. معظم الفروع ليس لها أي تأثير، لكن البعض الآخر يمكن أن يؤثر على خطر إصابة الشخص بالمرض أو حساسيته للأدوية.
وبحسب شوحط، فإن الدراسات التي أجروها أظهرت بشكل تقريبي مكان وجود الفرع المسبب للمرض، وبمساعدة الشريحة يأملون في العثور على موقعه الدقيق "باستخدام الشريحة، يمكن إجراء هذا الاختبار خلال يوم واحد؛ مع الطرق التقليدية، كان الأمر سيستغرق عدة أشهر."
وأضاف شوحط أنه على الرغم من عدم وجود علاج حتى الآن للفشل الكلوي، فإن تحديد الخلل يمكن أن يفيد حامليه. "اليوم، اتصل بي أحد أفراد الأسرة، وهو صبي يبلغ من العمر 20 عامًا وأمه مريضة، وسألني إذا كان بإمكاني إخباره إذا كان حاملاً. وهو يفكر في التبرع بكليته لوالدته، وإذا كان سيصاب بالمرض. بالطبع سيكون خطأً كبيرًا، فهو أيضًا يريد الزواج؛ والأسرة متدينة، وإذا لم يكن هذا الحامل يمكنه مساعدته في المباراة".
في غضون ذلك، أنشأت شركة Apimatrix بالفعل، من بين أمور أخرى، شريحة تحتوي على جينات من بكتيريا E. coli التي تسبب تسمم المعدة، وشريحة يمكنها اكتشاف جميع الطفرات في جين p53، لكن الباحثين لا يعتمدون على ذلك. فقط عليه. وبمساعدة جهاز تم شراؤه مؤخرًا من قبل الجامعة العبرية ومعهد وايزمان، يمكنهم تصميم الرقائق بأنفسهم؛ لصنع شريحة من الحمض النووي لأي كائن حي - من البشر إلى النباتات والفيروسات - ووضع مجموعات من الجينات التي يبحثون عنها عليها.
ويستخدم الدكتور أورلي راينر والدكتور أفيف كاهانا من معهد وايزمان هذه الطريقة لدراسة متلازمة الدماغ الملساء، وهي متلازمة وراثية لا تحتوي فيها أدمغة المصابين على طيات ويعانون من تخلف عقلي شديد. قبل أسبوعين، طبع هورن سابان الجينات التي أنتجها راينر من أدمغة الفئران. قامت بوضع الحدائق في صواني بها ثقوب صغيرة، مع حديقة مختلفة في كل حفرة. تغوص ذراع آلية ذات دبابيس في الدمامل وتتحرك وتطبع الجينات على سطح زجاجي. يقرأ جهاز المسح بالليزر الجينات التي يتم التعبير عنها. وسيبدأ راينر قريبًا في اختبار الاختلافات في النشاط الجيني لأدمغة الفئران السليمة وأدمغة المرضى.
يشير راينر إلى أن تعقيد الدماغ هائل وأن عدد الجينات النشطة فيه أكبر من أي نسيج بشري آخر. من الصعب فهم التعقيد الهائل للجينوم البشري. هناك المئات من أنواع الخلايا في الجسم وهي مختلفة تمامًا عن بعضها البعض. ففي خلايا الجلد التي ينمو منها الشعر، على سبيل المثال، يختلف نشاط الجين عن نشاط خلايا الجلد التي لا تحتوي على شعر. يقول رافافي إن التكنولوجيا الشاملة اللازمة لفهم هذا النظام المعقد ليست متاحة بعد. "ما زلنا لا نملك كل الجينات على شريحة واحدة، ونحن نتحدث عن 70-50 ألف جين. وهذا كثير، ولكن هذه هي وليست أرقامًا غير محدودة، ولدينا الأدوات اللازمة لقياسها ومن وجهة نظر تكنولوجية، فقد قمنا بحل هذه المشكلة."
{ظهر في صحيفة هآرتس بتاريخ 21/7/2000}
https://www.hayadan.org.il/BuildaGate4/general2/data_card.php?Cat=~~~292418423~~~27&SiteName=hayadan
תגובה אחת
70-50 ألف جينة؟ لماذا تحتاج إلى الكثير من الجينات؟من المعروف أنه لا يوجد سوى حوالي 20 ألف جين في الحمض النووي البشري.