فيديو الدرس: الاضطرابات الوراثية الأحياء

في هذا الفيديو، سوف نتعلم كيف نستخدم المخططات الوراثية للتنبؤ باحتماليات وراثة النسل للاضطرابات الوراثية المتنحية أو السائدة.

٢١:٥٨

‏نسخة الفيديو النصية

في هذا الفيديو، سوف نتعرف على الاضطرابات الوراثية، وكيف تختلف عن مسببات الأمراض الأخرى، وكيف تنتقل، وكيف نتنبأ باحتمالات وراثة الفرد لمرض ما اعتمادًا على موروثه الجيني. وسنتدرب أيضًا على حل بعض الأسئلة.

لنبدأ بإلقاء نظرة عامة على ما يعد اضطرابًا وراثيًّا وما ليس كذلك. الاضطراب هو حالة غير طبيعية تعطل وظيفة طبيعية، ويمكن أن تحدث الاضطرابات بسبب مرض كامن أو ظروف بيئية واجتماعية. وفيما يلي بعض المسببات الأكثر تحديدًا للاضطرابات. يمكن لمسببات الأمراض، مثل البكتيريا والفيروسات وغيرها، أن تسفر عن أمراض معدية تؤدي عادة إلى حدوث اضطرابات في أجهزة محددة، مثل الفيروسات التي تسبب خللًا في عمل الجهاز التنفسي. ويستطيع الجهاز المناعي مواجهة المواد الضارة التي تهاجم الجسم من الخارج، مسببًا حساسية مثل حمى القش، أو مؤثرًا على تراكيب الجسم الداخلية على نحو يؤدي إلى رد فعل مناعي ذاتي مثل مرض الذئبة.

قد تحمل الطفيليات، مثل القراد، عوامل معدية كما في حالة حمى الجبال الصخرية المبقعة، ويمكنها أيضًا أن تضعف الكائن المضيف أو تدمره. ويمكن أيضًا أن تسبب المواد الكيميائية والإشعاعية الضارة الموجودة في البيئة اضطرابات، بالإضافة إلى نقص الموارد والظروف القاسية. يمكن أن تحدث الاضطرابات كذلك بسبب تغييرات تطرأ على جينوم الفرد، مثل طفرة الحمض النووي التي تسبب الأنيميا المنجلية، أو الخلل الكروموسومي الذي يسبب متلازمة داون. ويوجد قدر كبير من التفاعل بين هذه العوامل المختلفة المسببة للأمراض، مثل المعلومات الوراثية في جينات وأليلات الجسم التي يمكن أن تجعلنا قابلين للتأثر بأي من هذه العوامل أو كلها.

على نحو مماثل، يمكن للضغوط البيئية أن تجعل الأفراد قابلين للتأثر بعوامل أخرى مسببة للأمراض، بل وقد تسبب أيضًا طفرات تؤدي إلى حدوث خلل وظيفي، بما في ذلك السرطان أو الأمراض المنقولة بالوراثة. أشرنا سابقًا إلى أن بعض الطفيليات قد تحمل عوامل معدية، ويمكن أيضًا أن تؤدي مسببات الأمراض الفيروسية إلى تغيرات جينية، ما يزيد من قابلية التأثر بعوامل أخرى. توجد أسباب أخرى للاضطرابات والمزيد من التفاعلات بينها، وليس من الضروري أن تكون هذه الأسباب واضحة. ولكن في هذا الفيديو، سنركز على الكيفية التي يمكن أن تؤدي بها أليلات معينة في الحمض النووي إلى الإصابة باضطرابات وراثية.

لنبدأ أولًا بمراجعة الوراثة الجينية التي تدور في مجملها حول انتقال جزيئات الحمض النووي من جيل لآخر. كي يحدث ذلك، تلتف جزيئات الحمض النووي في صورة تراكيب تسمى الكروموسومات التي تحتوي خلايا البشر على 23 زوجًا منها. الجينات هي مقاطع من جزيئات الحمض النووي تحمل بشكل عام شفرة البروتينات التي تؤثر على صفاتنا. ويوجد كل جين في الموضع نفسه على كروموسوم معين لدى كل أفراد النوع نفسه. ولكن ليس بالضرورة أن يحمل الجين نفسه شفرة جينية متماثلة كليًّا بين الأفراد. وهذا هو السبب وراء تمتع الأفراد من النوع نفسه بالسمات العامة نفسها، مثل وجود عينين في مقدمة الرأس لدى البشر، ولكن مع امتلاكهم في الوقت ذاته صفات مختلفة، مثل اختلاف لون العينين. وهذه النسخ المختلفة من الجين نفسه يطلق عليها اسم الأليلات، وتمثل بشكل عام بحروف إنجليزية كبيرة وصغيرة.

في هذا المثال، يمثل الحرف ‪G‬‏ الكبير أليلًا سائدًا يحمل شفرة العين الخضراء، بينما يمثل الحرف ‪g‬‏ الصغير أليلًا متنحيًا يحمل شفرة العين الزرقاء. بعد ذلك، تصنع جزيئات الحمض النووي نسخًا متطابقة من نفسها، ما ينتج عنه كروموسومات مضاعفة تأخذ بصفة عامة شكل حرف ‪X‬‏ ويحمل كل جانب منها المعلومات الوراثية نفسها. يستخدم الأبوان المستقبليان عملية انقسام خلوي مخصصة تسمى الانقسام الميوزي لتكوين جاميتات البويضات والحيوانات المنوية التي تحمل نصف كروموسومات كل منهما. لنلق نظرة على كيفية حدوث ذلك. لدينا هنا الكروموسومات الموجودة داخل خلايا الأبوين المستقبليين. ولكن بدلًا من وضع العدد الطبيعي للكروموسومات، وهو 23 زوجًا، في هذا الرسم التخطيطي المبسط للخلية، سنضع زوجًا واحدًا فقط. تأتي الكروموسومات في شكل أزواج لأننا نحصل على كروموسوم واحد في كل زوج من أحد الأبوين، ما يعني أننا لا نزال بحاجة لإضافة كروموسوم مضاعف آخر لكل من هاتين الخليتين.

والآن تحتوي كل خلية من خليتي الأبوين المستقبليين على زوج واحد من الكروموسومات، زوج من والدة كل منهما وزوج من والد كل منهما، وهذه الكروموسومات تحتوي على الجينات نفسها في المواقع نفسها مع وجود بعض الاختلافات في الأليلات. في هذه الحالة، ورث الأب المستقبلي أليلين متنحيين من والديه، بينما ورثت الأم المستقبلية أليلًا سائدًا ممثلًا بحرف ‪G‬‏ كبير من أحد والديها وأليلًا متنحيًا ممثلًا بحرف ‪g‬‏ صغير من الآخر. والآن يمكننا ترتيب الحروف التي تمثل الأليلات التي ورثها كل من الوالدين المستقبليين في صورة أنماط جينية للجين المسئول عن لون العينين. فالأم المستقبلية لديها أليل سائد ممثل بحرف ‪G‬‏ كبير وأليل متنح ممثل بحرف ‪g‬‏ صغير، بينما يحمل النمط الجيني للأب أليلين متنحيين ممثلين بحرف ‪g‬‏ صغير. ويمكننا أيضًا عرض النمط الظاهري أو الصفة الجسدية التي يعبر عنها هذا المزيج من الأليلات.

والآن تنقسم هذه الخلايا، ويمكننا رؤية أن هذه الكروموسومات مرتبة في نصفين متشابهين ولكن غير متطابقين. كل كروموسوم في كل زوج منفصل عن الآخر، وهذا يحدث في البشر مع 23 زوجًا من الكروموسومات. تنقسم هذه الخلايا مجددًا، إلى جانب الكروموسومات المضاعفة في كل منها، ما ينتج عنه أربع خلايا تنضج لتكون جاميتات. إذا اتحدت البويضة والحيوان المنوي في عملية الإخصاب، تنشأ خلية الجنين الأولى، ويكون نمطها الجيني ‪G‬‏ حرف كبير ‪g‬‏ حرف صغير. الحروف الكبيرة، مثل حرف ‪G‬‏ الكبير هنا، تمثل الأليلات السائدة، وتكون الأليلات سائدة إذا كانت نسخة واحدة منها كافية للتعبير عن صفة هذا الأليل. والحروف الصغيرة، مثل حرف ‪g‬‏ الصغير هنا، تمثل الأليلات المتنحية. وللتعبير عن صفة الأليل المتنحي، يلزم توفر نسختين من هذا الأليل.

إذن ما النمط الظاهري أو الصفة الجسدية التي سيرثها الطفل عندما يتكون نمطه الجيني من أليل سائد وأليل متنح؟ حسنًا، لدى الطفل نسخة واحدة من الأليل السائد الذي يحمل شفرة العينين الخضراوين، لذلك يجب أن تكون عينا الطفل خضراوين. الطفل لديه أيضًا نسخة واحدة من الأليل المتنحي الذي يحمل شفرة العينين الزرقاوين. ولكن ليس لديه عينان زرقاوان لأنه يلزم وجود نسختين من هذا الأليل للتعبير عن هذه الصفة. وهذا هو السبب وراء أن الأب الذي يحمل أليلين متنحيين لديه عينان زرقاوان. وبذلك فإن النمط الظاهري للنمط الجيني المكون من أليل سائد وأليل متنح هو صفة العينين الخضراوين. ولكن ماذا يحدث إذا كان النمط الجيني مكونًا من أليلين سائدين؟ ماذا سيكون النمط الظاهري حينئذ؟ نظرًا لأن نسخة واحدة من الأليل السائد كافية لظهور الصفة أو التعبير عنها، فإن وجود نسختين أكثر من كاف، ومن ثم يظل النمط الظاهري هو العينين الخضراوين.

والآن نحن مستعدون لتمثيل انتقال الأليلات التي يمكن أن تسبب اضطرابات، بالإضافة إلى التنبؤ باحتمالية وراثة الفرد لمرض ما اعتمادًا على الأنماط الجينية لوالديه. لنتناول أولًا وراثة الأليلات المتنحية التي يمكن أن تسبب أمراضًا، وسنأخذ مثالًا عليها مرض التليف الكيسي الذي يتسبب في انسداد الأكياس الهوائية في الرئتين تدريجيًّا ويمكن أن يؤدي إلى الوفاة في سن صغيرة. الجين المسئول عن الإصابة بمرض التليف الكيسي يحمل على زوج الكروموسومات رقم سبعة. سنستخدم حرف ‪F‬‏ كبير لتمثيل الأليل الطبيعي السائد لهذا الجين، وحرف ‪f‬‏ صغير لتمثيل الأليل المتنحي الذي يرمز إلى البروتين المعطل وظيفيًّا ويسبب بشكل مباشر تراكم المخاط والسوائل الأخرى في الأعضاء المصابة.

هدفنا هو حساب احتمالية وراثة كل نمط جيني وظاهري بالنسبة إلى أي نسل محتمل لأبوين يحملان النمط الجيني المكون من أليل سائد وأليل متنح ‪Ff‬‏. الأنماط الجينية المحتملة هنا تتضمن حرفين كبيرين ‪FF‬‏، أو حرفًا كبيرًا وآخر صغيرًا ‪Ff‬‏، أو حرفين صغيرين ‪ff‬‏. ولكن دعونا نتعلم أولًا بعض المصطلحات المعبرة عن الأنماط الجينية التي يمكننا استخدامها للتعبير عن هذه الأحرف الكبيرة والصغيرة. يمكننا استخدام مصطلح «متماثل الزيجوت ذو أليلين سائدين» للتعبير عن الحرفين الكبيرين ‪FF‬‏. كلمة «متماثل» هنا تشير إلى أن الحرفين متطابقان، وكلمة «سائدين» تشير إلى أنهما حرفان كبيران. ولدينا هنا حرفان كبيران متماثلان، ومن ثم يبدو هذا منطقيًّا. يوجد أيضًا مصطلح «متغاير الزيجوت» حيث تعني كلمة «متغاير» مختلفًا، وهو ما يلائم التعبير عن الأنماط الجينية التي تحمل حرفًا كبيرًا وحرفًا صغيرًا معًا. ومصطلح «متماثل الزيجوت ذو أليلين متنحيين» يشير إلى وجود أليلين من الأليلات المتنحية المتماثلة.

سنستخدم مخططًا يطلق عليه مربع بونت لحل هذه المسألة، وسنكتب خطوات ملء هذا المربع هنا. الخطوة الأولى هي كتابة الأنماط الجينية للجاميتات خارج مربع بونت. الآن لدينا الجاميتات خارج مربع بونت، والنمطان الجينيان لكل من الأبوين خارج مربع بونت أيضًا. يمكن لكلا الوالدين تكوين جاميتات تحمل الأليل الطبيعي السائد ‪F‬‏، بالإضافة إلى جاميتات تحمل الأليل المتنحي المسبب للمرض ‪f‬‏. في الخطوة الثانية، سنبدأ في كتابة الأنماط الجينية المحتملة للنسل من خلال وضع الأنماط الجينية للجاميتات الموضحة أعلى المربع داخل المربعات الصغيرة بالأسفل. وفي الخطوة الثالثة، نستكمل الأنماط الجينية للنسل من خلال نقل الأنماط الجينية للجاميتات الموضحة يسار المربع إلى المربعات في جهة اليمين.

ومن المتفق عليه كتابة الأليلات السائدة أولًا في الأنماط الجينية. ثمة أمران آخران هنا، وهما أن بإمكانك إكمال الخطوتين الثانية والثالثة بالترتيب الذي تريده، فهذا لا يهم. ونوع الجاميت أعلى مربع بونت أو بجانبه لا يهم أيضًا. وهكذا نكون قد استكملنا مربع بونت. والآن ننتقل إلى حساب احتمالات وراثة هذه الأنماط الجينية المختلفة.

أحد المربعات الأربعة التي يتكون منها مربع بونت يحتوي على النمط الجيني المتماثل الزيجوت ذي الأليلين السائدين. يمكن كتابة ذلك في صورة كسر عن طريق كتابة المربع المحتوي على النمط المتماثل الزيجوت ذي الأليلين السائدين في صورة واحد على أربعة، وهو إجمالي عدد مربعات مربع بونت. يحتوي مربعان من مربعات بونت الأربعة على النمط الجيني المتغاير الزيجوت، ومن ثم يمكننا كتابة الكسر في صورة اثنين على أربعة. ويمكننا بعدها تبسيط الكسر بقسمة البسط والمقام على اثنين لتصبح النتيجة نصفًا. وأحد المربعات الأربعة يحتوي على النمط الجيني المتماثل الزيجوت ذي الأليلين المتنحيين، ومن ثم يمكننا التعبير عنه في صورة ربع. من الشائع أيضًا التعبير عن الاحتمالات الوراثية في صورة نسبة مئوية، لذا ينبغي علينا حسابها بهذه الصورة أيضًا. لفعل ذلك، يجب أولًا قسمة كل بسط على مقامه ثم الضرب في نسبة مائة بالمائة.

وهكذا يمكننا القول إن أي طفل سيولد لهذين الزوجين من المحتمل بنسبة الربع أو 25 في المائة أن يرث النمط الجيني المتماثل الزيجوت ذا الأليلين السائدين، وبنسبة النصف أو 50 في المائة أن يرث النمط الجيني المتغاير الزيجوت، وبنسبة الربع أو 25 في المائة أن يرث النمط الجيني المتماثل الزيجوت ذا الأليلين المتنحيين.

الآن نحتاج إلى تحديد الأنماط الظاهرية لكل من هذه الأنماط الجينية. الأليل الطبيعي هنا سائد، لذلك فإن وجود أليل أو أليلين منه سيؤدي إلى التعبير عن نمط ظاهري غير مصاب، ما يعني أن الفرد لن يصاب بالتليف الكيسي. وبتطبيق المنطق نفسه على النمط الجيني المتغاير الزيجوت، فإن وجود أليل واحد سائد يكفي للتعبير عن نمط ظاهري غير مصاب، ما يعني أيضًا عدم الإصابة بالتليف الكيسي. لكن هؤلاء الأفراد سيكونون حاملين للأليل المصاب، ما يعني أنهم قد ينقلون الأليل المسبب للمرض إلى نسلهم. في حالة التليف الكيسي، يكون الأليل المسبب للمرض متنحيًا.

وللتعبير عن صفة متنحية، يجب أن توجد نسختين من الأليل المتنحي، وهو ما يحدث في حالة الشخص المتماثل الزيجوت ذي الأليلين المتنحيين. ومن ثم يعبر عن نمط ظاهري مصاب، ويكون الفرد مصابًا بالتليف الكيسي. لذلك نستنتج أن أي طفل يولد لهذين الزوجين من المحتمل بنسبة 25 في المائة ألا يكون مصابًا أو حاملًا للأليل المسبب للمرض، وبنسبة 50 في المائة ألا يكون مصابًا بالتليف الكيسي ولكنه حامل له، وبنسبة 25 في المائة أن يكون مصابًا بالتليف الكيسي.

والآن لنتناول وراثة الاضطرابات التي يسببها وجود أليل سائد أو أليلات سائدة. وسنأخذ مرض هنتنجتون مثالًا على ذلك. في مرض هنتنجتون، يكون الأليل الطبيعي متنحيًا، ولذا سنمثله بحرف ‪h‬‏ صغير. ويكون الأليل المسبب للمرض سائدًا، وسنستخدم حرف ‪H‬‏ كبير لتمثيله. نريد هنا حساب احتمالية وراثة كل نمط جيني ونمط ظاهري ممكن بالنسبة إلى أي نسل محتمل لأبوين يحملان النمطين الجينيين المتغاير الزيجوت والمتماثل الزيجوت ذا الأليلين المتنحيين.

الخطوة الأولى في ملء مربع بونت هي كتابة الأنماط الجينية للجاميتات خارج المربع، ونحصل عليها من الأنماط الجينية للأبوين. يمكن أن تنتج الأم بويضات تحمل إما أليلًا سائدًا مسببًا للمرض وإما أليلًا طبيعيًّا متنحيًا، بينما ينتج الأب حيوانًا منويًّا لا يحمل سوى الأليل المتنحي الطبيعي. في الخطوة الثانية، ننسخ الأنماط الجينية للجاميتات الموضحة أعلى مربع بونت في المربعات الصغيرة بالأسفل. وفي الخطوة الثالثة، ننسخ الأنماط الجينية للجاميتات الموضحة على يسار المربع في المربعات في جهة اليمين.

والآن بعد أن انتهينا من ملء مربع بونت، لنبدأ في حساب احتمالية وراثة كل نمط جيني ممكن. لا يمكن لهذين الزوجين إنجاب أي نسل متماثل الزيجوت ذي أليلين سائدين، ومن ثم تساوي هذه الاحتمالية صفرًا. يحتوي مربعان من مربعات بونت الأربعة على النمط الجيني المتغاير الزيجوت، بينما المربعان الآخران يحتويان على النمط الجيني متماثل الزيجوت ذي الأليلين المتنحيين. بالنسبة إلى هذين النمطين، يمكننا كتابتهما في صورة الكسر اثنان على أربعة. ويمكن تبسيط الكسر اثنان على أربعة بقسمة البسط والمقام على اثنين، ما يعطينا نصفًا لكل منهما. ولحساب النسبة المئوية، نقسم البسط على المقام، ما يعطينا 0٫5، ثم نضرب في مائة بالمائة. وبذلك، فإن احتمالية وراثة أي طفل يولد لهذين الزوجين للنمط الجيني متماثل الزيجوت ذي الأليلين السائدين هي صفر، بينما احتمالية وراثته للنمط الجيني المتغاير الزيجوت هي نصف أو 50 في المائة. وينطبق ذلك على النمط الجيني متماثل الزيجوت ذي الأليلين المتنحيين.

الأليل الذي يسبب مرض هنتنجتون سائد، لذلك لا يلزم سوى وجود أليل واحد منه فقط كي يصاب الشخص بالمرض. ومن ثم، فإن أي شخص متماثل الزيجوت ذي أليلين سائدين أو متغاير الزيجوت سيصاب بالمرض. والنمط الجيني الوحيد غير المصاب في الاضطرابات الناتجة عن أليل سائد هو النمط متماثل الزيجوت ذو الأليلين المتنحيين. لذا فإن أي طفل يولد لهذين الزوجين من المحتمل بنسبة 50 في المائة أن يصاب بمرض هنتنجتون، وبنسبة 50 في المائة ألا يصاب به. ونظرًا لأن كلا النمطين الجينيين متماثل الزيجوت ذي الأليلين السائدين والمتغاير الزيجوت يؤديان إلى التعبير عن أنماط ظاهرية مصابة، يجب إضافتهما معًا عند حساب احتمالية ظهور النمط الظاهري المصاب.

لنراجع بعض النقاط الأساسية التي وردت في هذا الفيديو. فيما يلي بعض التعليمات حول كيفية إكمال مربع بونت وتحليله فيما يخص الاضطرابات الوراثية.

تستخدم نجوى ملفات تعريف الارتباط لضمان حصولك على أفضل تجربة على موقعنا. معرفة المزيد حول سياسة الخصوصية لدينا.