فيديو الدرس: علم الوراثة والصحة العلوم

نسخة الفيديو النصية

في هذا الفيديو، سنتعرف أكثر على كيفية تحسين الهندسة الوراثية لصحتنا. وسنشرح ماهية الجين والجينوم وبعض الأمور التي تعلمناها من مشروع الجينوم البشري، وكيف يمكننا استخدام هذه المعلومات لتحسين صحتنا. بعد ذلك، سنتعرف أكثر على نقص فيتامين أ، وكيف يمكن استخدام نوع خاص من الأرز المعدل وراثيًّا يسمى الأرز الذهبي للحصول على المزيد من فيتامين أ في النظام الغذائي.

لعلك جالس الآن في فصل ومحاط بطلاب آخرين. ترى ما مدى صلة القرابة بينكم؟ ما لم يكن أحد أفراد أسرتك في الفصل، قد تقول إنكم لستم وثيقي القرابة. ولست مخطئًا في ذلك بشكل أو بآخر. فبالتأكيد، أنت أقرب إلى شقيقك عن أي شخص غريب. لكن لأننا بشر، تربطنا جميعًا صلة قرابة بدرجة ما. قد تفاجئك معرفة أننا جميعًا نشترك في نحو ٩٩٫٩ بالمائة من الحمض النووي ‪(DNA)‬‏. ويكون ارتباطنا مع أفراد العائلة أوثق صلة. فماذا يعني هذا بالضبط؟ وما علاقة الحمض النووي به؟

دعونا نتعرف على ماهية الحمض النووي. إذا أخذت مجهرًا وكبرت صورة جلدك، فستلاحظ أنه مكون من خلايا. وإذا كبرنا صورة إحدى هذه الخلايا، فسنلاحظ أنها تحتوي على نواة تتصرف باعتبارها مركز قيادة الخلية الذي يعطيها تعليمات للنمو. ويوجد داخل النواة جزيء خاص يسمى الحمض النووي الريبوزي المنقوص الأكسجين. هذا مصطلح طويل بعض الشيء، لذا نسميه اختصارا الحمض النووي ‪(DNA)‬‏.

يوجد الكثير من الحمض النووي داخل الخلايا البشرية. وإذا أخرجناه كله ورتبناه في صف واحد، فسيكون طوله نحو مترين، الذي ربما يكون أطول منك. والسبب في إمكانية وجود كل هذا الحمض النووي داخل هذه النواة الصغيرة جدًّا هو أن هذا الحمض متراص في تراكيب تسمى الكروموسومات. يمكنك رؤية جزيء الحمض النووي هنا بعد فكه من الكروموسوم. تسمى هذه المربعات الملونة أزواج القواعد، وهي تمثل الأبجدية لشفرة الحمض النووي. وهذه هي الطريقة التي يمكن أن يعطى الحمض النووي من خلالها تعليمات مختلفة.

أزواج القواعد هذه هي مواد كيميائية خاصة نطلق عليها الجوانين أو ‪G‬‏ اختصارًا، والسيتوزين، والأدينين، والثايمين. توجد أربعة حروف فقط في الأبجدية تمثل شفرة الحمض النووي، لكن الاحتمالات لا حصر لها. فبترتيب أزواج القواعد هذه معًا بطرق مختلفة، يمكننا تكوين صفات مختلفة. إذن إذا كانت عيناك زرقاوين، يمكن تمثيل هذه الصفة في الحمض النووي بتتابع معين من أزواج القواعد، وهو ما قد يبدو بهذا الشكل.

ونطلق على تتابع أزواج قواعد الحمض النووي الذي يعطي صفات معينة جينات. وعليه في هذا المثال، يعطي جين العين الزرقاء هذا التعليمات اللازمة لإنتاج صفة العين الزرقاء. هذا الجين هو تتابع من أزواج القواعد في الحمض النووي. إذن قد يقع تتابع الحمض النووي لهذا الجين في الحمض النووي كما هو موضح هنا. بعض الأشخاص أعينهم مختلفة اللون، لذا، قد يكون جين لون أعينهم مختلفًا أو شيئًا يشبه هذا. هذان التتابعان متشابهان للغاية، لكن ثمة بعض الاختلافات. لقد أضفت الآن دائرة سوداء حول كل اختلافات. هذه الاختلافات طفيفة، لكنها قد تكون كافية ليكون لديك صفة العين الزرقاء أو الخضراء.

لون العين هو أحد الأمثلة، لكن هناك الكثير من الاختلافات في الحمض النووي لأي شخص مقارنة بشخص آخر. ومع ذلك، نظل متشابهين في نحو ٩٩٫٩ بالمائة من تتابع الحمض النووي. نعلم أننا متماثلون بنسبة ٩٩٫٩ بالمائة لأننا حددنا تتابع كل الحمض النووي في خلايانا. ولدينا الكثير من الحمض النووي في خلايانا. تذكر أننا إذا أخرجناه وفككناه ووضعناه في صف واحد، فسيكون طوله مترين تقريبًا. نطلق على هذه المجموعة الكاملة من الحمض النووي الجينوم.

لكي نحدد تتابع الجينوم، احتجنا إلى البدء من البداية وتحديد تتابع كل أزواج القواعد وصولًا إلى نهاية الجينوم. كان هذا مشروعًا ضخمًا أطلق عليه مشروع الجينوم البشري. كان مشروع الجينوم البشري تعاونًا عالميًّا ضخمًا بين العديد من العلماء. بدأ المشروع في عام ١٩٩٠، واكتمل معظمه في عام ٢٠٠٣. وبلغت تكلفته الإجمالية نحو ٢٫٧ مليار دولار.

بعد تحديد تتابع الجينوم البشري، اكتشفنا الكثير من الأمور المثيرة للاهتمام حوله. يبلغ طول الجينوم البشري نحو ثلاثة مليارات من أزواج القواعد. وهذا عدد كبير من أزواج القواعد! تخيل أنك تريد قراءة تتابع الجينوم البشري. إذا استغرقت قراءة زوج واحد من أزواج القواعد ثانية واحدة، فستستغرق قراءة ثلاثة مليارات منها ثلاثة مليارات ثانية. لعلك تتساءل كم سنة تعادل ثلاثة مليارات ثانية؛ فهل تعادل سنة واحدة أم ربما خمس سنوات؟ إنها تعادل في الواقع ما يقرب من ١٠٠ سنة. وهذا قدر هائل من الوقت!

اكتشفنا أيضًا أن الجينوم البشري يحتوي على نحو ٢٠ ألف جين. وأحد أقصر هذه الجينات جين يبلغ طوله نحو ٨٠٠ زوج من القواعد، ويسمى جين ‪SRY‬‏. هذا الجين ضروري لنمو الخصيتين. وبدونه، لن يكون هناك ذكور. وأحد أطول الجينات جين ‪DMD‬‏. يصنع هذا الجين بروتينًا مهمًّا في النسيج العضلي. ويتكون من ٢٫٤ مليون زوج من القواعد، ويمثل نحو ٠٫٠٨ بالمائة من الجينوم بأكمله.

قادنا مشروع الجينوم البشري أيضًا إلى مقارنة الجينوم البشري بجينومات كائنات حية أخرى. وهذا يخبرنا بالمزيد عن تاريخ تطور النوع البشري. بفعل ذلك، توصلنا إلى أن الجينوم البشري يشبه جينوم الشمبانزي بنسبة ٩٩ بالمائة، وأنه أحد أقرب أقاربنا. وقد تندهش عندما تعرف أننا نشترك في الكثير من الأمور مع الفئران. فيشبه الجينوم البشري جينوم الفأر بنسبة ٨٥ بالمائة. وكما ذكرنا، البشر متشابهون بنسبة ٩٩٫٩ بالمائة. يمثل هذا الفرق البالغ ٠٫١ بالمائة نحو ثلاثة ملايين من أزواج القواعد. إذن، يبلغ الفرق بيني وبينك من حيث تتابع الحمض النووي نحو ثلاثة ملايين من أزواج القواعد.

يمكن أن تساعدنا هذه الاختلافات في الأبحاث الطبية. فمن خلال مقارنة جينوم شخص يتمتع بصحة جيدة بشخص مصاب بمرض ما، يمكننا ملاحظة الاختلافات. ويمكن أن تساعدنا هذه الاختلافات في معرفة المزيد عن مرض معين كي نتمكن من التوصل إلى علاجات له. لقد منحنا مشروع الجينوم البشري طريقة لمعرفة المزيد عن أنفسنا ولمكافحة الأمراض.

وبمعرفة المزيد عن جينات معينة في الإنسان وكائنات حية أخرى، يمكننا استخدامها لمصلحتنا. من الأمثلة الجيدة على ذلك الأرز الذهبي، وكيف يمكن استخدامه في علاج نقص فيتامين أ. يمكن أن يتعرض البشر لمشكلات صحية إذا لم يحصلوا على ما يكفي من المغذيات في نظامهم الغذائي. والمغذيات شيء نحتاج إليه للبقاء على قيد الحياة والنمو. وتشمل الكربوهيدرات والدهون والبروتينات والمعادن والفيتامينات. فيتامين أ مهم لنمو أجسامنا وتطورها، لا سيما فيما يخص دعم الجهاز المناعي والإبصار.

يحدث نقص فيتامين أ عندما لا تحصل على ما يكفي من فيتامين أ في نظامك الغذائي. وهذا قد يسبب العمى وضعف الجهاز المناعي، ما يمكن أن يؤدي إلى الوفاة. وهذا أكثر شيوعًا في المناطق النامية من العالم مثل إفريقيا وجنوب شرق آسيا. ومن خلال الحصول على كمية أكبر من فيتامين أ في النظام الغذائي، يمكن إنقاذ ما يصل إلى ٢٫٧ مليون طفل من الموت كل عام. لكي نحصل على ما يكفي من فيتامين أ للتغلب على هذا النقص، نحتاج إلى المزيد من شيء آخر يسمى بروفيتامين أ.

بروفيتامين أ هو ما نحصل عليه في نظامنا الغذائي من الأطعمة التي نتناولها. وبمجرد أن يصبح بروفيتامين أ داخل أجسامنا، يتحول إلى فيتامين أ. لذا، فإن الأنظمة الغذائية التي تحتوي على كميات منخفضة من بروفيتامين أ تنتج كميات منخفضة من فيتامين أ. وهذا يؤدي إلى نقص فيتامين أ. أما الأنظمة الغذائية التي تحتوي على كمية كبيرة من بروفيتامين أ، فتنتج الكثير من فيتامين أ. ولا يؤدي هذا إلى نقص فيتامين أ.

حسنًا، ما الطعام الذي يتناول أكثر من أي طعام آخر في العالم؟ إنه الأرز، وعلى الرغم من أننا قد لا نعرفه على أنه نبات، فهو الحبوب التي نطبخها ونأكلها. الأرز غذاء شائع يتناول في جميع أنحاء العالم، وتعتمد العديد من الدول على الأرز باعتباره مصدر غذاء رئيسيًّا. ولسوء الحظ، لا يحتوي الأرز على بروفيتامين أ. لذا، فإن الأشخاص الذين يعتمدون على الأرز مصدرًا أساسيًّا للغذاء لا يحصلون غالبًا على ما يكفي من بروفيتامين أ في نظامهم الغذائي، ويصبح لديهم نقص في فيتامين أ. يمكننا استخدام طريقة تسمى التعديل الوراثي لتغيير أو تعديل نبات الأرز بحيث ينتج بروفيتامين أ.

التعديل الوراثي طريقة تستخدم لتغيير صفات الكائن الحي، مثل نبتة الأرز هذه، وذلك عن طريق إدخال جين يحمل هذه الصفة في ذلك الكائن الحي. يتضمن التعديل الوراثي عدة خطوات. أولًا، يجب استخراج جين بروفيتامين أ من كائن حي آخر يحمل الجين. وهذا الجين يحمل التعليمات الخاصة بكيفية إنتاج بروفيتامين أ. بعد ذلك، علينا تعديل نبات الأرز الطبيعي، الذي لا ينتج بروفيتامين أ، عن طريق إدخال جين بروفيتامين أ. وبذلك يصبح جينوم هذا النبات يحتوي على جين بروفيتامين أ، ومن ثم لديه التعليمات التي يحتاج إليها لإنتاج بروفيتامين أ. نسمي نبات الأرز المعدل هذا، الذي يحتوي على جين بروفيتامين أ، الأرز الذهبي.

عندما يحتوي نبات الأرز على جين بروفيتامين أ، فإنه ينتج كمية كبيرة من بروفيتامين أ. وتكون هذه الكمية كبيرة لدرجة أن بروفيتامين أ يغير لون حبات الأرز من الأبيض إلى اللون الذهبي. ولهذا نطلق على هذا النوع من الأرز «الأرز الذهبي». وعندما يتناول الناس هذا الأرز في نظامهم الغذائي، يحصلون على كمية كبيرة من بروفيتامين أ ولا يعانون من نقص فيتامين أ. لكن ماذا عن طعمه؟ على ما يبدو، ينمو الأرز الذهبي بشكل طبيعي وطعمه مماثل لطعم الأرز العادي، باستثناء أنه ذهبي اللون ومغذ أكثر.

بالإضافة إلى الأرز الذهبي، تعدل نباتات أخرى وراثيًّا أيضًا. الذرة من الخضراوات اللذيذة جدًّا لنا، وكذلك للحشرات مثل هذه اليرقة. تحب الحشرات أكل أجزاء مختلفة من نبات الذرة، وقد يؤثر ذلك في صحة النبات. ويمكن استخدام مواد كيميائية خاصة تسمى المبيدات الحشرية لقتل هذه الحشرات وحماية النبات. ومع ذلك، فإن هذه المواد لها تأثير سلبي على البيئة وصحتنا، لذا من المهم محاولة الحد من استخدامها.

ومن ثم يمكن، بدلًا من ذلك، تعديل نبات الذرة وراثيًّا ليحمل جينًا يجعله مقاومًا للحشرات. وهذا لأن نبات الذرة يصير يحمل سمًّا حشريًّا يصيب الحشرات فقط، وليس البشر أو الحيوانات. فعندما تأكل الحشرة النبات، تبتلع هذا السم وتموت. وبهذه الطريقة، يمكن أن يقلل التعديل الوراثي لنبات الذرة من استخدام المبيدات الحشرية، ويمكن أن يكون ذلك مفيدًا للبيئة وصحتنا.

والطماطم مثال آخر على ذلك. الطماطم لها قشرة ناعمة ويمكن أن تفسدها الصدمات بسهولة أثناء نقلها. لذا، يمكننا تعديل نبات الطماطم وراثيًّا بحيث تصبح قشرته أكثر تماسكًا ومقاومة للصدمات.

التعديل الوراثي له فوائد عديدة، لكن بعض الأشخاص يقلقون من تناول أطعمة معدلة وراثيًّا. وذلك لأننا نأكل أشياء غير موجودة طبيعيًّا في النباتات، وقد يتسبب ذلك في حدوث استجابة تحسسية. أجريت الكثير من الأبحاث حول هذا الموضوع، وتعتبر منظمة الصحة العالمية أن هذه الأطعمة آمنة للأكل.

دعونا الآن نتناول سؤالًا تدريبيًّا ونطبق ما تعلمناه في هذا الفيديو.

اكتشف مشروع الجينوم البشري أن جينومات البشر متشابهة جدًّا. تقريبًا، ما نسبة الجينوم البشري المشترك بين البشر؟ (أ) ٨٠ بالمائة، (ب) ٨٨ بالمائة، (ج) أكبر من ٩٩ بالمائة، (د) ٧٥ بالمائة، (هـ) ٥٠ بالمائة.

يطلب منا هذا السؤال تحديد مدى تشابه الجينوم بين البشر. فما هو الجينوم بالضبط؟ يتكون جسمنا من خلايا. تحتوي معظم هذه الخلايا على نواة تحتوي على الحمض النووي ‪(DNA)‬‏. والحمض النووي جزيء خاص يعطي الخلايا التعليمات التي تحتاج إليها للنمو. ويعطينا كذلك الصفات المختلفة؛ فهو السبب في أن البعض منا أطول من الآخر، والبعض له عيون زرقاء، في حين للبعض الآخر عيون خضراء. هذه الصفات تعطى من خلال مقاطع من الحمض النووي تسمى الجينات.

إذا فككنا هذا الحمض النووي قليلًا ونظرنا إليه عن كثب، يمكننا ملاحظة وجود مقاطع مختلفة من الحمض النووي نسميها الجينات التي تشفر لصفات مختلفة. فهذا الجين هنا قد يشفر لصفة تجعل هذا الشخص طويل القامة، وهذا الجين قد يشفر لصفة لون العين. إذا فككنا هذا الحمض النووي أكثر من ذلك، فستلاحظ التركيب الذي على شكل لولب مزدوج وهذه المربعات الملونة المختلفة. وهذه تسمى أزواج القواعد، وهي مواد كيميائية خاصة تشبه حروف الأبجدية. وهي الجوانين أو ‪G‬‏ اختصارًا، والسيتوزين، والأدينين، والثايمين. تعطي أزواج القواعد هذه التعليمات اللازمة لإنتاج الصفات المختلفة.

إليك تتابعًا قصيرًا من الحمض النووي يتكون من واحد، اثنين، ثلاثة، أربعة، خمسة، ستة أزواج قواعد. الجينات المختلفة لها أطوال مختلفة تحمل تتابعات فريدة من أزواج القواعد هذه للتشفير لصفات معينة. كان مشروع الجينوم البشري مشروعًا عالميًّا يهدف إلى تحديد تتابع كل أزواج القواعد في الحمض النووي البشري. والجينوم هو المجموعة الكاملة من الحمض النووي للكائن الحي. في البشر، يبلغ طول تتابع الجينوم نحو ثلاثة مليارات من أزواج القواعد.

بمجرد أن نحصل على التتابع الكامل للحمض النووي، يمكننا البدء في مقارنة هذا التتابع بين البشر. وقد وجدنا أن الجينوم البشري متشابه بين البشر تقريبًا بنسبة ٩٩٫٩ بالمائة. ومن ثم، حتى الشخص الغريب الذي لا تربطك به صلة قرابة يشترك معك في أكثر من ٩٩ بالمائة من الحمض النووي. وبناء عليه، فإن أكثر من ٩٩ بالمائة من الجينوم مشترك بين البشر.

دعونا نستعرض الآن بعض النقاط الرئيسية التي تناولناها في هذا الفيديو. الجين هو مقطع من الحمض النووي ‪(DNA)‬‏ يحتوي على المعلومات اللازمة لإنتاج صفة أو سمة معينة. والمجموعة الكاملة للحمض النووي داخل الكائن الحي تسمى الجينوم. كان مشروع الجينوم البشري مشروعًا عالميًّا يهدف إلى تحديد تتابع الجينوم البشري بأكمله. وجدنا أن الجينوم البشري يبلغ طوله نحو ثلاثة مليارات من أزواج القواعد، ويحتوي على نحو ٢٠٠٠٠ جين، وأننا جميعًا نشترك في أكثر من ٩٩ بالمائة من حمضنا النووي. وأخيرًا، الأرز الذهبي هو نسخة معدلة وراثيًّا من الأرز يمكن استخدامها للمساعدة في الحد من نقص فيتامين أ.