المجين البشري: التعريف و السياق التاريخي
1.2. التعريف
لعل مشروع المجين البشري يعتبر أهم الإنجازات البشرية وأكثرها إفادة وأدلها على العبقرية المُلْهَمة. وهو يعد أيضا فتحا تكنولوجيا عظيما إذ وصفه الكثيرون بأنه أكثر أهمية من اختراع العجلة أو من الصعود إلى القمر. والمجين البشري هو جوهر الحياة الإنسانية، وستبقى أهمية المعلومات الوراثية واستعمالها ما بقي الإنسان نفسه.
وهذا المشروع مشروع دولي حيث تضافرت جهود حوالي 25 من المختبرات الدولية للبحث العلمي من أجل إنجاز وصف كامل للمجين البشري (الاتحاد الدولي للمجين البشري، 2001). تحتوي نواة خلية الإنسان على 46 صبغيا أو كروموزموما (23 زوجاً من الصبغيات) ؛ منها 44 صبغيا جسديا (أُطوسوما)، وصبغيان جنسيان، يظهر ذلك على الصورة (1)
وهذه الصبغيات الستة والأربعون تشكل المجين البشري (الطاقم الجيني). ويضم هذا المجين حوالي 40000-30000 من الجينات (جينات وظيفية)، وهذه الجينات الوظيفية لا تشكل سوى 3 في المـائة مـن مجـموع المـادة الـوراثية، كـما تم اكتشافها مؤخرا (Venter, et al 2001, International )(Human Genome Consortium, 2001). أما الأجزاء المتبقية من الحمض النووي الريبي المنقوص الأكسجين (DNA) فيطلق عليها الجينات المهملة (junk genes).
وكـان الهـدف الأول مـن مشـروع المجـين البشـري هو تحديد موضع مجموع الأربعين ألف جـين علـى الصبـغيات السـتة والأربـعين. أما الهـدف الثاني، وهو متفرع عن الأول، فيتمثل في تحديد التسلسل القاعدي للمجين، ثم في الأخير التعرف على وظيفة الجينات. ويتم تحديد مكان الجينات من خلال عملية رسم الخريطة (mapping)، أما تحديد التوالي القاعدي فيسمى السَّلْسَلة (Sequencing).
ويصعب تصور أبعاد المشروع بسبب دقة العمليات التي يستلزمها وشدة تعقيدها. وهذه الصعوبة راجعة أساسا إلى ضخامة حجم جزيء الحمض النووي الريبي المنقوص الأكسجين أو "DNA". ويقدر طول جزيئة "DNA" في كل خلية من خلايا الجسم بمترين تقريبا. وبالنظر إلى أن جسم الإنسان يحتوي في المتوسط على 100 تريليون خلية، فلو ربطنا أطراف جميع "DNA" الموجود في الجسم ومددناها لبلغ طولها 8000 أضعاف المسافة بين الأرض والقمر ذهابا وإيابا.
ولتبسيط الضخامة الفريدة لمشروع المجين البشري يمكن أن نستعين بالتشبيه التالي : فلو ضَخَّمنا قياس نواة الخلية الإنسانية بحيث يبلغ قياسَ دائرة الأرض فسيكون كل صبغي في حجم بلد، ويكون جين واحد في حجم مدينة، وتكون أزواج القواعد مساوية لساكنة هذه المدينة (الصورة 2). وفي "عالم الخلية" هذا، يبحث العلماء عن قرابة 40000-30000 جين (المُدن)، ويسعون إلى تحديد موضعها على 46 صبغيا (البلدان)، رغبةً في التوصل في الأخير إلى اكتشاف تسلسل خط مؤلف من 3 ملايير قاعدة (السكان).
2.2. السياق التاريخي
غداة الحرب العالمية الثانية وبخاصة على إثر سقوط القنبلتين النوويتين الأمريكيتين على هيروشيما ونغازاكي في السادس من أغسطس سنة 1945، اهتز الضمير العالمي من هول آثار هاتين القنبلتين على السكان في هاتين المدينتين اليابانيتين. وقد خَلص تقييم ياباني صدر سنة 1968 إلى أن ما لا يقل عن 250000 مواطن من سكان هيروشيما قُتلوا في الحال أو ماتوا في غضون خمس سنوات من جراء أمراض ناجمة عن الإشعاع الذري. ولا تزال آثار هذه الكارثة تنعكس على الأجيال اللاحقة بالنظر إلى ما خلفته من تأثير على المادة الوراثية. ومنذ ذلك العهد اهتمت وزارة الطاقة في الولايات المتحدة الأمريكية والوكالات السابقة لها، بالبحث وتطوير طرق حساسة للكشف عن التغيرات الدقيقة التي تحدث في المادة الوراثية بسبب الإشعاع التأييني (ionizing radiation)، وعن آثارها على الصحة (US DOE programme Report, 1990).
وتفيد العديد من الدراسات أن جزيئة "DNA" (المادة الوراثية) تشكل أكثر مكونات الخلية حساسية، إذ يسهل تعرضها للتشويه أو الإضرار من جراء الإشعاع، حتى ولو كان بكميات ضئيلة (Cleaver and Borek, 1993).
وبالإضافة إلى ما تراكم من معلومات منذ اكتشاف جزيئة "DNA" (الصورة 5)، تجددت الاكتشافات واستحدثت تكنولوجيات جديدة أدت إلى تحسين فهمنا لهذا الجزيء ووظائفه على نحو مذهل. ومنذ عقد الثمانينيات ظهرت فكرة إنجاز سَلْسَلة المجين البشري برمته بصورة منظمة، ومع بروز هذه الفكرة انبثق مشروع المجين البشري. وقد كان هناك إقرار منذ وقت مبكر بأن هذا المشروع عندما يكتمل سيوفر "مرجعا شاملا" يمكن أن يبني عليه الآخرون دون أن يُضْطروا إلى تكرار البحث من البداية.
وكانت وزارة الطاقة الأمريكية قد كُلفت أيضا بالعمل على تعميق الفهم بالمخاطر الصحية المحتملة التي قد تنشأ عن استخدام الطاقة وعن تكنولوجيات إنتاج الطاقة. فمعظم الأبحاث المتعلقة بالمخاطر الصحية للإشعاع قد انبثقت عن دراسات مدعومة من وزارة الطاقة الأمريكية ووكالاتها. ومن هذه الأبحاث يمكن ذكر دراسات طويلة الأمد أجريت على الناجين من القصف النووي لهيروشيما ونغازاكي. وعُرِف الكثير عن نتائج التعرض لكميات عالية من الإشعاع. ومن جهة أخرى، ما زال هناك العديد من الأسئلة التي لم تلقَ بعدُ أجوبة لها. ومازال هناك الكثير مما ينبغي تعلمه على وجه الخصوص فيما يتعلق بالآثار الخبيثة التي تحدثها الكميات المنخفضة من الإشعاع. فعند التعرض لكميات منخفضة ولكنها ملحوظة فإن عناصر سامة مثل المواد المشعة أو المواد الكيميائية المطفِّرة تؤثر تأثيرها الضار بطرق خفية ماكرة، حيث تقتصر على تشويه طفيف للمعلومات الوراثية في خلايانا.
وقد تنتج عن ذلك طفرات وراثية أدَقُّْ من أن تحدث آثارا بينة في جيل أو جيلين غير أن استمرارها وعدم عَكوسيتها (أي استحالة ردها إلى الوراء) يشكل مع ذلك مصدر قلق شديد (US DOE programme Report, 1990).
وإلى غاية الثمانينيات لم تكن البيولوجيا الجزيئية متطورة بما يكفي للكشف بسهولة عن التغيرات الطفيفة الحاصلة في جزيء "DNA" المتحكمة في برنامجنا الوراثي. فكان لا بد من إيجاد تكنولوجيات متطورة من شأنها أن تمكن من الكشف عن تغيير في "كلمة" واحدة من البرنامج من بين مائة مليون إمكانية.
وفي سنة 1984 عقدت كل من وزارة الطاقة الأمريكية والمفوضية الدولية للحماية من مُسبِّبات الطفرات والسرطان اجتماعا مشتركا، وشُرع في طرح هذه الأسئلة بجدية : هل نستطيع أو هل ينبغي لنا القيام بسَلْسَلة مجموع المجين البشري؟ هل بالإمكان تطوير تكنولوجيا فائقة نستطيع من خلالها أن ننسخ كلمةً بكلمة، مجموع النص الجيني لفرد متوسط من البشر وأن نضع بالتالي معلما نهتدي به في الكشف عن أثر الإشعاع في إحداث الطفرات ــ وهو أثر عصي عن الكشف ــ وعن الذيفانات (توكسين) المسببة للسرطان ؟
وللإجابة على هذه الأسئلة عقدت ورشات عمل سنة 1985 و1986. وانكب على دراسة المسائل المطروحة على جدول الأعمال فريق استشاري تابع لوزارة الطاقة الأمريكية ومكتب تقييم التكنولوجيا التابع للكونغرس والأكاديمية الوطنية للعلوم. كما جرت مناقشة الموضوع من قبل البيولوجيين أنفسهم سواء في الدوائر العامة أو الخاصة. وتوافقت الآراء في الأخير على ضرورة انطلاق العمل.
وكان لوزارة الطاقة اهتمام سابق بالمجين البشري حيث جهزت بصورة تامة المختبرات الوطنية إضافة إلى قدرتها على القيام بمشاريع متعددة التخصصات، مما جعل منها إطارا أمثل لمجهود من هذا القبيل. وكان من المؤكد أن هذا المشروع الضخم سيستفيد من إسهام مختلف التخصصات مثل الهندسة والفيزياء والكيمياء والمعلوميات والرياضيات. وبالنظر إلى ما لديها من بنية تحتية ومن اهتمام خاص بالنتائج النهائية، كانت وزارة الطاقة الأمريكية أول وكالة فيدرالية تقوم بإعلان وتمويل مبادرة العمل من أجل فهم مفصل للمجين البشري.
غير أن الاهتمام بالمجين البشري لم يكن يقتصر على وزارة الطاقة، فهناك العديد من المعاهد (المعاهد الوطنية للصحة، مختبرات "كولد سبرين هاربر" Cold Spring Harbor، المعهد الطبي "هوارد هاف") قدمت الدعم والرعاية لكثير من أوراش عمل خصصت للمجين البشري.
وفي سنة 1988 انضمت المعاهد الوطنية للصحة (NIH) إلى المشروع، وتم في نهاية تلك السنة توقيع مذكرة تفاهم بين هذه المعاهد وبين وزارة الطاقة، أرست أسس العمل المنسق بين الوكالات في هذا المجال.
وللاطلاع على نبذة تاريخية عن المجين البشري فيما يتعلق بالتقنيات الجزيئية الممهدة لتحقيق المشروع، يمكن الرجوع إلى الجدول رقم 1 الذي يقدم تسلسلا تاريخيا للأبحاث المؤدية إلى إنجاز عمليات رسم الخريطة والسٌَلسَلة المجينية.
الجدول 1 : التسلسل الزمني للأبحاث المتعلقة بالمجين البشري
1945
انطلاق فكرة المشروع غداة الحرب العالمية الثانية و سقوط القنبلة النووية اﻷولى على هيروشيما
انطلاق فكرة المشروع غداة الحرب العالمية الثانية و سقوط القنبلة النووية اﻷولى على هيروشيما
1953
اكتشف جيمس د.واتسون و فرانسيس ك.كريك بنية DNAاللولبية المزدوجة ونالا جاﺌزة نوبل للفزيولوجيا و الطب سنة 1962
1957
اكتشف أرHور كورنبرغ من جامعة واشنطن أنزيم التماﺜر (DNA Polymerase) و هو أنزيم له القدرة على تكوين)الحمض النووي الريبوزي المنقوص الاكسجين( انطلاقا من مركباته.
و يعد هذا اﻷنزيم جزءا مهما من أدوات الهندسة الوراﺜية.و منح كورنبرغ جاﺌزة نوبل سنة 1959
1960
تم اكتشاف الحمض النووي الريبي المرسال (messenger RNA)و هو الجزيء الذي يحمل المعلومات المكتوبة في ) « DNA » الحمض النووي الريبي المنقوص الاكسجين( وينقلها ﺇلى »معامل« الخلية حيت تصنع البروتينات من اﻷحماض اﻷمينية
1961
اقترج فرانسو جاكوب و جاك موندو من معهد باستور)فرنسا(
نموذج الفاعول(Operon)المؤﺜر لتفسير كيفية تنشيط الجينات في البكتيريا وتعطيلها,و حصلا على جاﺌزة نوبل سنة 1965
1966
اكتشاف أول أنزيم الربط DNA ligase و هو انزيم يوصل جزﺌﻴات DNA بعضها ببعض,و يعد عنصرا أساسيا ضمن اﻷدوات المستعملة في الهندسة الوراﺜية.
1970
اكتشاف أول أنزيم التحدبد ,(restriction enzyme) وهي مادة تقوم بقطع جزﺌﻴات DNA في نقط معينة. وبذلك أصبحت عمليات قطع ووصل شريط DNA قي مختبرات الهندسة الوراية أمرا اعتياديا في كل أرجاء العالم. ومنح كل من ويرنر أربر )جامعة جنيف( و دانيال نانس و هاملتون سميت ) من جامعة جونس هوبكينز(جاﺌزة نوبل مكاف¨ة لهذا الاكتشاف سنة 1978
1973
أتبت هيربرت بوايي و ستانلي كوهين أن DNA الذي قطع و أعيد تأليفه ) تأشيبيه(ينشط عندما يدخل ﺇلى خلية حية"بداية تقنيات الهندسة الوراﺜية
1975
قام كل من فريد سانغير بجامعة كامبريدج و والترجيلبير بجامعة هارفارد بتطوير تفنيات سريعة لسلسلة DNA.وحازا على جاﺌزة نوبل سنة 1980
1977
تم عزل أول جين ﺇنساني وهو الجين المسؤول عن تخليق مادة اﻷنسولين ; ويجري حاليا ﺇنتاج اﻷنسولين بواسطة البكتريا اﻷشريكية القولونية E.Coli من خلال تكنولوجيا DNAالمؤشب )معاد التﺎليف(
1978
اقترح ريناتو دولبيكو سلسلة مجموع المجين البشري
1987
بدأ المشروع اﻹطالي للمجين البشري
1988
أسست منظمة المجين البشري (HUGO)في كولد سبرينغ هاربر)الولايات المتحدة,(و انضم ﺇليها أزيد من ماﺌة عضو يمتلون العديد من دول العالم.وعقدت المنظمة أول اجتماع لمجلسها في مونترو بسويسرا, في غمرة الحماس العارم لهذا المشروع الضخم المتعلق برسم خريطة المجين البشري و سلسلته بكامله.
1990
انطلق مشروع المجين البشري رسميا في الولايات المتحدة
اﻷمريكية بتمويل يقدر بنحو 3 ملايير من الدولار اﻷمريكي وبجدول زمني يمتد على مدى 15 عاما.و بدأ كذلك المشروع الفرنسي للمجين البشري
1995
بدأ المشروع اﻷلماني للمجين البشري بتمويل سنوي يقدر بنحو 50 مليونا من المارك اﻷلماني
1996
تم التعرف على 85 ﺇلى 90% من مجموع الجينات البشرية
يونيو/حزيران2000
تم ﺇنجاز المسودة اﻷولية للخريطة لمجينية البشرية الكاملة بمشاركة منظمة المجين البشري اﻷمريكية و أكسفورد, بريطانيا, ﺇلى جانب 25 مختبرا في مختلف أرجاء العالم)و أعلن المشروع بصورة متزامنة خلال مؤتمر صحفي نقل عبر اﻷفمار اﻹصطناعية في 7/6/2000(
فبراير /شباط 2001
نشر المسودة اﻷولية للمجين البشري في مجلة Nature )15 فبراير /شباط 2001( و مجلة Science )16 فبراير / شباط 2001 (
1957
اكتشف أرHور كورنبرغ من جامعة واشنطن أنزيم التماﺜر (DNA Polymerase) و هو أنزيم له القدرة على تكوين)الحمض النووي الريبوزي المنقوص الاكسجين( انطلاقا من مركباته.
و يعد هذا اﻷنزيم جزءا مهما من أدوات الهندسة الوراﺜية.و منح كورنبرغ جاﺌزة نوبل سنة 1959
1960
تم اكتشاف الحمض النووي الريبي المرسال (messenger RNA)و هو الجزيء الذي يحمل المعلومات المكتوبة في ) « DNA » الحمض النووي الريبي المنقوص الاكسجين( وينقلها ﺇلى »معامل« الخلية حيت تصنع البروتينات من اﻷحماض اﻷمينية
1961
اقترج فرانسو جاكوب و جاك موندو من معهد باستور)فرنسا(
نموذج الفاعول(Operon)المؤﺜر لتفسير كيفية تنشيط الجينات في البكتيريا وتعطيلها,و حصلا على جاﺌزة نوبل سنة 1965
1966
تم فك رموز الشفرة الوراﺜية : ﺜلاﺜة أزواج من القواعد تكون ¶لاتيا و تحدد حمضا أمينيا واحدا في البروتين. و نال غوبيند خورانا)جامعة ويسكونسين(ومارشال نيرنبورغ )المعاهد الوطنية اﻷمريكية للصحة(جاﺌزة نوبل سنة 1968
1967
1967
اكتشاف أول أنزيم الربط DNA ligase و هو انزيم يوصل جزﺌﻴات DNA بعضها ببعض,و يعد عنصرا أساسيا ضمن اﻷدوات المستعملة في الهندسة الوراﺜية.
1970
اكتشاف أول أنزيم التحدبد ,(restriction enzyme) وهي مادة تقوم بقطع جزﺌﻴات DNA في نقط معينة. وبذلك أصبحت عمليات قطع ووصل شريط DNA قي مختبرات الهندسة الوراية أمرا اعتياديا في كل أرجاء العالم. ومنح كل من ويرنر أربر )جامعة جنيف( و دانيال نانس و هاملتون سميت ) من جامعة جونس هوبكينز(جاﺌزة نوبل مكاف¨ة لهذا الاكتشاف سنة 1978
1973
أتبت هيربرت بوايي و ستانلي كوهين أن DNA الذي قطع و أعيد تأليفه ) تأشيبيه(ينشط عندما يدخل ﺇلى خلية حية"بداية تقنيات الهندسة الوراﺜية
1975
قام كل من فريد سانغير بجامعة كامبريدج و والترجيلبير بجامعة هارفارد بتطوير تفنيات سريعة لسلسلة DNA.وحازا على جاﺌزة نوبل سنة 1980
1977
تم عزل أول جين ﺇنساني وهو الجين المسؤول عن تخليق مادة اﻷنسولين ; ويجري حاليا ﺇنتاج اﻷنسولين بواسطة البكتريا اﻷشريكية القولونية E.Coli من خلال تكنولوجيا DNAالمؤشب )معاد التﺎليف(
1978
تم عزل هرمون النمو اﻹنساني HGH.
1985
1985
اقترح ريناتو دولبيكو سلسلة مجموع المجين البشري
1987
بدأ المشروع اﻹطالي للمجين البشري
1988
أسست منظمة المجين البشري (HUGO)في كولد سبرينغ هاربر)الولايات المتحدة,(و انضم ﺇليها أزيد من ماﺌة عضو يمتلون العديد من دول العالم.وعقدت المنظمة أول اجتماع لمجلسها في مونترو بسويسرا, في غمرة الحماس العارم لهذا المشروع الضخم المتعلق برسم خريطة المجين البشري و سلسلته بكامله.
1990
انطلق مشروع المجين البشري رسميا في الولايات المتحدة
اﻷمريكية بتمويل يقدر بنحو 3 ملايير من الدولار اﻷمريكي وبجدول زمني يمتد على مدى 15 عاما.و بدأ كذلك المشروع الفرنسي للمجين البشري
1995
بدأ المشروع اﻷلماني للمجين البشري بتمويل سنوي يقدر بنحو 50 مليونا من المارك اﻷلماني
1996
تم التعرف على 85 ﺇلى 90% من مجموع الجينات البشرية
يونيو/حزيران2000
تم ﺇنجاز المسودة اﻷولية للخريطة لمجينية البشرية الكاملة بمشاركة منظمة المجين البشري اﻷمريكية و أكسفورد, بريطانيا, ﺇلى جانب 25 مختبرا في مختلف أرجاء العالم)و أعلن المشروع بصورة متزامنة خلال مؤتمر صحفي نقل عبر اﻷفمار اﻹصطناعية في 7/6/2000(
فبراير /شباط 2001
نشر المسودة اﻷولية للمجين البشري في مجلة Nature )15 فبراير /شباط 2001( و مجلة Science )16 فبراير / شباط 2001 (
3.2. أهداف مشروع المجين البشري
إن أقل ما يقال عن إتمام ِرسم خريطة المجين البشري وسَلْسَلته أنه ثورة بيوكيميائة. وعلى غرار قراصنة "سيليكون فالي" اللذين يعكسون هندسة الرقائق الحاسوبية لسرقة أسرار المنافسين، يقوم أخصائيو الهندسة الوراثية بفك الأسرار الجزيئية للحياة ويحاولون استخدام هذه المعرفة لقلب المسار الطبيعي للأمراض. وأصبح DNA في أيديهم "نموذجا" ودواء، إنه مادة صيدلانية تنطوي على قدرة علاجية هائلة، حيث إنها لا تمكن من معالجة الأمراض وأعراضها فحسب، بل تسمح أيضا بعلاج أوجه الخلل في DNA التي تجعل الأفراد عرضة للإصابة بهذه الأمراض. وهذه القدرة على تغيير الجينات أو التصرف فيها (manipulation) قد تؤدي آخرَ الأمر إلى تغيير جميع جوانب حياتنا: ملبَسنا ومأكَلنا، وكيف نحيا ونموت، وطريقة معالجتنا للأمراض، وبوجه عام، كيف ننظر إلى أنفسنا فيما يتصل بمصيرنا وبالكائنات الحية الأخرى والبيئة.
وكان هناك الكثير من الجدل والمعارضة بين قطاع عريض من العلماء والمؤسسات فيما يتعلق بالأموال المرصودة للإنفاق على المشروع. وقد بلغت الميزانية المخصصة في البداية للمشروع ثلاثة مليارات من الدولار الأمريكي. وكان من الحُجَج التي قُدمت خلال هذا الجدل أن هذه الأموال إذا ما أنفقت بحكمة فلن يكون هناك محرومون من المأوى أو العمل في أمريكا. فكيف يمكن إذن تبرير هذه الميزانية الضخمة؟ وفي المقابل، كان هناك علماء آخرون يرون أن هذا المشروع العلمي رخيص الكلفة مقارنة بمشروع مانهاتان للقنبلة النووية الذي كلف 18,5 مليارا من الدولار أو مشروع أبولو، الذي كلف 115,5 مليارا من الدولار، بقيمة الدولار الحالي. غير أنه إذا أردنا إيجاد جواب معقول لتبرير المشروع، فيمكن أن نستعير هذا التشبيه الذي استعمله ستيف جونس (Steve Jones) (1993) : عندما أرسلت الأميرالية الملكية البريطانية السفينة الملكية "بيغل" (Beagle) إلـى جنـوب أمـريكا وعلـى مـتنها شـارل داروين، لم يكـن ذلك بسـبب اهتـمامها بنظـرية النشوء والارتقاء، وهي النظرية المثيرة للجدل والتي نشرها داروين بعد سفره سنة 1859 في كتابه الشهير (The Origin of the Species أصل الأنواع)، والتي تناول فيها تطور الأنواع عن طريق الانتقاء الطبيعي أو وفق مبدأ "الصراع من أجل البقاء والبقاء للأصلح". أما الحكومة البريطانية فكان يهمها شيء واحد وهو ما يلي: كان البريطانيون يعرفون أن الخطوة الأولى لفهم العالم وصولا إلى السيطرة عليه في الأخير هي رسم خريطة له ! وتلك كانت غاية رحلة السفينة الملكية بيغل. وربما كان القصد من مشروع المجين البشري ولا زال هو السعي إلى السيطرة على الجسم الإنساني
ومن الأهداف الأخرى التي يمكن تصنيفها ضمن هذا الباب، ما يلي :
1.3.2. تطوير التكنولوجيات الضرورية لرسم خريطة المجين :
يتألف المجين البشري من 46 صبغيا يمكن أن تُرى بواسطة المجهر الضوئي، وهي طريقة تستعملها عادة مختبرات فحص التكون الخلوي السريري (clinical cytogenic) في كل أنحاء العالم، كما رأينا ذلك في الصورة 1. ويمكن أن يكشف تحليل الصبغيات على هذا المستوى بعض المعلومات مثل متلازمة داون (Downصs syndrome)، حيث نرى ثلاث نسخ للصبغي 21 بدل النسختين الطبيعيتين كما هو موضح في الرسم رقم 3، أو جنس الشخص حيث نرى فيما إذا كان يحمل الصبغيين XY أو XX.