شارح الدرس: علم الوراثة والصحة العلوم

في هذا الشارح، سوف نتعلَّم كيف نَصِف أمثلةً للتقنيات الجينية التي حسَّنت من صحة الإنسان، ومنها إنتاج الأرز الذهبي ومشروع الجينوم البشري.

عندما تقول إن شخصًا ما قريبك، فأنت تعني عادةً القرابة الجينية. لكن ماذا عن شخص غريب في بلدتك، أو شخص في الجانب الآخر من العالم؟ هل تظن أنك تشترك مع أي منهما في شيء؟ قد يفاجئك أن تعرف أن جميع الأشخاص يشتركون في نحو من الحمض النووي!

وقد اكتشفنا ذلك من خلال مشروع الجينوم البشري.

لعلك تتذكر أن المادة الوراثية، أو الحمض النووي (DNA)، تقع في نواة الخلية الحيوانية. والحمض النووي (DNA) مرتَّبٌ في صورة كروموسومات. وداخل هذه الكروموسومات، توجد الجينات التي تحتوي على معلومات محددة لإنتاج صفاتٍ بعينها، مثل لون العين أو الطول. وهذا موضح في الشكل ١.

مثال ١: تذكر تعريف الجين

ما المصطلح الرئيسي الذي يُطلَق على مقطع من الحمض النووي (DNA) يحتوي على المعلومات اللازمة لإنتاج صفة مُعيَّنة (على سبيل المثال: لون العين)؟

1. الصفة.
2. الكروموسوم.
3. النمط الجيني.
4. الجين.
5. الحمض النووي (DNA).

الحل

الحمض النووي (DNA) هو المادة الوراثية للخلية. وهو يوجد في نواة الخلية، ويُرتَّب في صورة كروموسومات. في الإنسان، يوجد ٤٦ كروموسومًا، وهذا العدد من الكروموسومات يحتوي على ٦ مليارات من أزواج قواعد الحمض النووي (DNA).

وتوجد جينات في هذا التتابع من الحمض النووي (DNA)، تحتوي على تعليمات محددة لإنتاج صفات بعينها. على سبيل المثال، هناك جينات محددة تتحكم في لون العين أو الطول داخل الحمض النووي (DNA) الخاص بنا. والنمط الجيني هو مجموعة الجينات الموجودة في كائن حي وتنشأ عنها صفات بعينها.

يمكنك أن ترى طريقة تمثيل بعض هذه المصطلحات في الصورة أدناه.

إذن، المصطلح الرئيسي الذي يُطلق على مقطع من الحمض النووي (DNA) يحتوي على المعلومات اللازمة لإنتاج صفة معينة هو الجين.

في الإنسان، يوجد ٤٦ كروموسومًا، وهذا العدد من الكروموسومات يحتوي علي حوالي ٦ مليارات من أزواج قواعد الحمض النووي (DNA). داخل هذه التتابعات من أزواج القواعد البالغ عددها ٦ مليارات، يوجد حوالي ٢٠‎ ‎٠٠٠ جين. وتسمى المادة الوراثية الكلية لأي كائن حي — تتابع كل أزواج قواعد الحمض النووي (DNA) من البداية إلى النهاية — جينوم.

وكان تحديد تتابع الجينوم البشري مشروعًا دوليًّا ضخمًا، تطلب أكثر من ١٠ سنة وأُنفِق ٢٫٧ دولار أمريكي مليار لإتمامه. واكتمل معظم المشروع في عام ٢٠٠٣. الهدف من هذا المشروع هو تحديد تتابع جميع أزواج القواعد في الجينوم البشري بدقة، واكتشاف جميع الجينات. سيتيح ذلك أيضًا تحديد الجينات المسئولة عن أمراض معينة ودراستها.

يحتوي الجينوم على نسختين من كل جين، إحداهما تأتي من الأم، والأخرى من الأب. ومن ثمَّ، لدراسة تركيب الجينوم وتحديد مواقع الجينات، يكفي تحليل نصف الحمض النووي (DNA). إذن، بدلًا من تحليل ستة مليارات زوج من القواعد، احتاج القائمون على مشروع الجينوم البشري إلى تحديد تتابع ثلاثة مليارات فقط من أزواج القواعد.

لكن حتى تحديد تتابع ٣ مليارات من أزواج القواعد، في نصف الحمض النووي (DNA) فقط، يتطلب الكثير من العمل! لتأخذ فكرة عن مدى ضخامة المشروع، إليك أول ٣‎ ‎٠٠٠ قاعدة من قواعد الحمض النووي (DNA) في الجينوم البشري:

وهذا يبلغ من الجينوم البشري بأكمله! وإذا كتبنا تتابع الحمض النووي (DNA) هذا المكون من ٣‎ ‎٠٠٠ قاعدة في صفحة واحدة من كتاب الجينوم البشري، فسيبلغ الكتاب كاملًا مليون صفحة!

يحتوي الجينوم البشري على ٢٠‎ ‎٠٠٠ جين.

ومن أقصر الجينات في الإنسان جين يبلغ طوله ٨٠٠ زوج من قواعد الحمض النووي (DNA)، ويطلق عليه اسم جين المنطقة المحددة للجنس على الكروموسوم Y (SRY). يؤدي هذا الجين إلى نمو الخصيتين. وبدون هذا الجين الصغير، لن يوجد أي ذكر بشري!

ومن أطول الجينات جين دوشين للضمور العضلي (DMD)، الذي يصنع بروتينًا مهمًّا في النسيج العضلي. يبلغ طول هذا الجين ٢٫٤ مليون زوج من قواعد الحمض النووي (DNA)، ويمثل نحو من الجينوم البشري!

أدي تحديد تتابع الجينوم البشري إلي معرفة العلماء للمزيد عن تطور النوع البشري. ويشترك أحد أقاربنا الأقرب، وهو حيوان الشمبانزي، مع الإنسان في من الحمض النووي (DNA). وتزداد نسبة التشابه بين البشر وبعضهم، فيشتركون في من الحمض النووي (DNA).

يحتوي الجينوم البشري علي الكثير من المعلومات، وما يزال العلماء يحاولون فهمها. والبشر متشابهون جدًّا من الناحية الجينية، ويمكن دراسة الاختلافات الصغيرة هذه لمعرفة الأسباب التي تعرض بعض الناس أكثر من غيرهم للإصابة بأمراض معينة.

لقد منحنا مشروع الجينوم البشري أداة لمعرفة المزيد عن أنفسنا ولمكافحة الأمراض. وبمعرفة المزيد عن جينات معينة، في الإنسان وفي غيره من الكائنات الحية، يمكننا استخدامها لمصلحتنا. ومن أمثلة ذلك الأرز الذهبي.

يمكن أن يتعرض البشر لمشاكل صحية إذا لم يحصلوا على ما يكفي من المُغذيات في طعامهم. وتشمل هذه المُغذيات الكربوهيدرات والدهون والبروتينات والمعادن والفيتامينات. والأشخاص الذين لا يحصلون على كمية كافية من المُغذيات يقال إن لديهم نقصًا في هذه المُغذيات.

ومن المشاكل الخطرة في الدول النامية نقص فيتامين أ. فيتامين أ مهم للإبصار، والجهاز المناعي، والتكاثر.

وقد يتسبب نقص فيتامين أ في العمى، بل والوفاة أحيانًا. في الواقع، تشير تقديرات منظمة الصحة العالمية إلى أنه كان من الممكن إنقاذ ٢٫٧ مليون طفل من الموت فقط إذا تناولوا طعامًا به كمية كافية من فيتامين أ.

وينتشر نقص فيتامين أ في المجتمعات التي تعتمد على الأرز مصدرًا رئيسيًّا للغذاء. وفيتامين أ يتم تصنيعه في الواقع داخل الجسم من بروفيتامين أ (أي الكاروتين)، الذي يوجد في الأطعمة ذات اللون الأصفر أو الأحمر. لسوء الحظ، لا يحتوي الأرز على بروفيتامين أ؛ لذا فإن الأنظمة الغذائية التي تعتمد معظمها على الأرز يمكن أن تؤدي إلى نقص فيتامين أ.

يمكن استخدام الهندسة الوراثية في تكوين نبات أرز يُنتج كمية كبيرة من بروفيتامين أ، وبذلك يحصل الإنسان على ما يكفي من فيتامين أ عند تناول هذا الأرز في النظام الغذائي. وهذا ممكن عن طريق إدخال الجين الخاص ببروفيتامين أ في الأرز. وهذا يعطي نبات الأرز صفة إنتاج بروفيتامين أ، الذي يمكن تحويله إلى فيتامين أ بعد تناوله. وتسمى هذه العملية التعديل الوراثي.

والتعديل الوراثي للأرز لكي ينتج البروفيتامين أ يعطي حبات الأرز لونًا ذهبيًّا؛ لذا نسميه الأرز الذهبي. ويمكن رؤية اللون الذهبي لحبات الأرز في الصورة أدناه.

وتتضمن عملية التعديل الوراثي للأرز الذهبي عدة خطوات. أولًا، يجب استخراج جين إنتاج فيتامين أ (بروفيتامين أ). بعد ذلك، نُدخل هذا الجين في بذور نبات أرز طبيعي. وعند زرع هذه البذور ونموها، ينتُج الأرز الذهبي. وهذا موضح في الشكل ٤ أدناه.

وقد أظهرت دراسات مختلفة في ٢٠٠٠s و٢٠١٠s أن الأرز الذهبي مصدر فعال لفيتامين أ. ويُزرع الأرز الذهبي أيضًا بالطريقة المعتادة وطعمه مماثل لطعم الأرز العادي. الفرق بينهما هو اللون الذهبي، والمُغذيات الأكثر!

إلى جانب الأرز الذهبي، يتم تعديل الكثير من المحاصيل وراثيًّا لتحقيق فوائد أخرى. على سبيل المثال، بعض محاصيل الذرة مقاومة للحشرات. ويمكن جعل المحاصيل الأخرى، مثل الطماطم، أكثر تماسكًا، لكي لا تفسدها الصدمات بسهولة أثناء النقل.

تقدم النباتات المعدلة وراثيًّا العديد من المميزات، لكن ما زال هذا الأمر مقلقًا لبعض الأشخاص. على سبيل المثال، إذا زرع المزارعون نبات الذرة نفسه الذي يقاوم الحشرة نفسها، ما يحدث إذا جاءت حشرة جديدة تستطيع القضاء على المحصول؟ بسبب غياب التنوع، يمكن أن نجد أنفسنا في وضعٍ سيئ.

كما يقلق الناس أيضًا من الآثار الصحية المترتبة على تناول النباتات المعدلة وراثيًّا. فلأننا نأكل أشياء غير موجودة طبيعيًّا في هذه النباتات، فقد يتسبب ذلك في حدوث استجابة تحسسية.

وقد أُجريت الكثير من الأبحاث لتحديد سلامة هذه المحاصيل، وصرحت منظمة الصحة العالمية بأن جميع المواد الغذائية المعدلة وراثيًّا المتاحة حاليًّا قد اجتازت اختبارات السلامة ولم يظهر لها أي آثار سلبية على صحة الإنسان.

لنلخص بعض النقاط الأساسية التي تناولناها في هذا الشارح.