أكثر من التعبير عن الصفات الذكورية: ما الذي كشفت عنه سلسلة الصبغي واي البشري؟

على الرغم من أن الصبغي واي مسؤول عن السمات الذكورية، فهو واحد من أصغر الصبغيات البالغ عددها 46 صبغياً في الجينوم البشري. يمثّل هذا الصبغي نسبة 2% فقط من الحمض النووي في الخلايا البشرية. ولكن عملية سلسلته الوراثية صعبة للغاية لأنه يحتوي على عدد هائل من الأزواج الأساسية المتكررة. اعتقد العلماء من قبل أن هذا الصبغي يحتوي فقط على الحمض النووي غير المشفِّر (أو الحمض النووي الخردة)، وأنه يؤدي فقط دور توليد الحيوانات المنوية.

لكن في الواقع، هذا ليس دقيقاً على الإطلاق. ازداد فهمنا لأهمية الصبغي واي مع تقدم التكنولوجيا الوراثية. على سبيل المثال، يرتبط انخفاض نسب هذا الصبغي لدى الرجال الكبار السن بزيادة خطر الإصابة بالسرطان والأمراض المزمنة الأخرى. تؤدي المورثات في الصبغي واي دوراً في عمليات حيوية متعددة بطرق غير معروفة تماماً. ولكن فشل العلماء في سلسلة أكثر من نصف هذا الصبغي لعقود من الزمن، وظل دوره في صحة الإنسان مجهولاً.

سَلسلة وراثية كاملة للصبغي واي

ولكن عصر الجهل على وشك الانتهاء؛ إذ إنه لأول مرة، تمكّن علماء الوراثة من إجراء سَلسلة وراثية كاملة لهذا الصبغي. أضاف اتحاد القُسيم الطرفي إلى القسيم الطرفي (Telomere-to-Telomere Consortium، أو اتحاد تي 2 تي اختصاراً) الدولي بيانات تتعلق بأكثر من 30 مليون زوج أساسي جديد، وحدّد 41 مورثة جديدة ترمّز البروتينات في الصبغي واي. وصفت دراستان نُشرتا بتاريخ 23 أغسطس/ آب 2023 في مجلة نيتشر (Nature) النتائج الجديدة، ووضحتا كيف يؤثر هذا الكروموسوم في عملية تكاثر البشر وتطورهم وحتى في ميكروبيوم الأمعاء.

يقول أستاذ الطب في جامعة كاليفورنيا في مدينة سان فرانسيسكو، كريس لاو، الذي يدرس الصبغي واي البشري ولم يشارك في الدراستين الجديدتين: "فتحت السَلسلة الكاملة للصبغي واي الكثير من الأبواب أمام المجتمع العلمي. نتوقع حدوث بعض الاكتشافات المفاجئة، تماماً كما توقعنا من قبل أن هذا الصبغي يحتوي فقط على الحمض النووي غير المشفِّر".

إنجاز استغرق قرناً من الزمن

احتاج علماء الأحياء إلى أكثر من 100 عام لتجميع بنية كاملة للصبغي واي، بعد اكتشافه في عام 1905. أُكمل تجميع الجينوم البشري لأول مرة في أبريل/ نيسان 2003، لكنه احتوى على بعض الثغرات غير المفهومة، مثل مناطق واسعة من الصبغي واي.

جعل تكرار الأزواج القاعدية في هذا الصبغي عملية إعادة إنشائه صعبة. تقول المديرة المساعدة في معهد علم الجينوم في جامعة كاليفورنيا في سانتا كروز والرئيسة المشاركة لاتحاد تي 2 تي، كارين ميغا، إن الصبغي واي يحتوي على أكثر من مليون زوج أساسي تشكّل سلاسل طويلة ومتكررة. تحمل هذه الأزواج الأساسية اسم المتناظرات، لأن لها شكلاً متناظراً.

الصبغي واي هو واحد من أصغر هذه البنى المزدوجة البالغ عددها 46. معهد أبحاث الجينوم البشري الوطني

تحتوي الصبغيات جميعها على بعض التكرارات في مورثاتها، لكن الصبغي واي يحتوي على عدد هائل بصورة خاصة من هذه التكرارات. عملية جمع هذه التكرارات صعبة ومكلفة للغاية. تقول ميغا: "واجه الباحثون صعوبة في دراسة هذا الصبغي من قبل، لأنهم لم يمتلكوا الأدوات المناسبة لإعادة إنشاء هذه التكرارات البالغة التعقيد".

سهّلت التطورات الجديدة في تكنولوجيا السَلسلة الطويلة القراءة وطرق التجميع الحسابية ترتيب السلاسل المتكررة. على سبيل المثال، تمكّن الباحثون في الدراستين الجديدتين من تحديد موقع السلاسل المقلوبة بالضبط، حيث تدفع الانقطاعات في سلاسل الحمض النووي جزءاً من السلسلة إلى إعادة إدخال نفسه بترتيب معكوس، واستخدام هذه التقنية لتحديد السلاسل المقلوبة الأخرى.

ملء الملايين من الفجوات

أتاح تطبيق التقنيات الجديدة إضافة أكثر من 30 مليون زوج أساسي مفقود من الأزواج الأساسية التي حددها مشروع الجينوم البشري، ليصبح المجموع الكلي 62,460,029 زوجاً أساسياً في الصبغي واي. تقول ميغا إنه يبدو أن الصبغي واي يتمتّع بتنظيم فريد لسلاسل الحمض النووي، وهي خاصية غريبة لا تتمتّع بها الصبغيات الأخرى. تعتقد ميغا أن هناك حاجة إلى اكتشاف الكثير من القوانين الجديدة في علم الأحياء لفهم السبب التطوري لهذا التنظيم والوظائف التي يؤديها بعض أجزاء الصبغي في جسم الإنسان.

أحرز الفريق الذي أجرى الدراستين الجديدتين القليل من التقدّم بالفعل في تغيير وجه العلم. صححت هذه السلاسل المكتشفة حديثاً العديد من الأخطاء في السِلسلة المرجعية للجينوم البشري، وعدّلت بعض الافتراضات في هذه السلسلة. وفّرت هذه السلاسل أيضاً رؤية جديدة للطرق التي يؤثر فيها الصبغي واي في حياة الإنسان.

يقول لاو: "هذا اكتشاف بالغ الأهمية في مجال دراسة الجينوم البشري".

الخصوبة والبروتينات

يحتوي الصبغي واي على العديد من المورثات التي تنظّم توليد الحيوانات المنوية. وفقاً لميغا، يؤدي بعض هذه المناطق الجينومية المتكررة المكتشفة حديثاً دوراً في هذه العملية أيضاً؛ إذ تقول: "دراسة الاختلافات التي يمكن أن توجد بين الأشخاص المختلفين يمكن أن تساعدنا على فهم الظواهر مثل العقم وكيف تُورَّث هذه العملية بين الأجيال عبر الزمن".

كشفت سَلسلة الصبغي واي أيضاً عن 41 مورثة جديدة ترمِّز البروتينات، 38 مورثة منها هي نسخ إضافية من عائلة من المورثات تحمل اسم تي إس بي واي (TSPY)، التي يُعتقد أنها تسهم في عملية توليد الحيوانات المنوية. من المحتمل أن تكون هذه المورثات مسؤولة أيضاً عن ظهور الخصائص الجنسية الذكرية، ولكن هناك حاجة إلى إجراء المزيد من الأبحاث لتحديد أدوارها بدقة.

التباين في تطوّر الإنسان

تستخدم مواقع سلسلة النسب التجارية صبغيات واي لتتبّع سلاسل الأنساب الأبوية. يمكن أن تساعد سلاسل الحمض النووي الجديدة الباحثين على فهم كيف تطور البشر بمرور الوقت. فحص علماء الوراثة في الدراسة الثانية الصبغيات واي من 43 رجلاً يتمتعون بأصول وراثية متنوعة. ووجد هؤلاء أن التباينات الوراثية بين الأفراد هائلة.

كانت المكوّنات الأساسية للصبغي واي، وهي النوكليوتيدات، متشابهة للغاية بين الرجال في بعض أجزائه. لكن احتوى نصف المناطق الغنية بالمورثات في الصبغيات واي على عدد كبير من الطفرات التي تضم سلاسل مقلوبة طويلة، وكان معدل ظهور هذه الطفرات أعلى من نظيره في أغلبية الأجزاء الأخرى من الجينوم. من المحتمل أن هذه التباينات في التنوع الوراثي تطورت لتؤدي بعض الوظائف الحيوية المهمة، على الرغم من أن هذه الوظائف غير معروفة.

تمييز السلاسل الوراثية البشرية عن السلاسل البكتيرية

يستخدم الباحثون عند تحليل العيّنات الوراثية غالباً قواعد البيانات للبحث عن السلاسل التي تنتمي إلى الحمض النووي البشري. إذا اتضح أن السلاسل لا تنتمي إلى الحمض النووي البشري بعد المقارنة بنموذج الجينوم البشري الحالي، من المرجح أن يستنتج العلماء أن هذه السلاسل تنتمي إلى جينوم البكتيريا. تُبيّن الدراستان الجديدتان أن بعض السلاسل في الصبغي واي، التي لم تُدخَل بعد في قواعد البيانات البشرية، صُنّف خطأً على أنه بكتيري.

ليس حمضاً نووياً غير مشفِّر

سيستمر علماء الوراثة في إجراء الاكتشافات من هذا الكنز الدفين من البيانات. من المرجح أن توضح التحليلات الإضافية للصبغي واي دور هذا الصبغي في صحة الإنسان والأمراض التي تصيبه.

يقول لاو إن هذه المعلومات "ستفيد الباحثين في مجال التطور البشري وهجرة البشر وعلوم الطب الشرعي والعديد من التطبيقات العملية في مجال التطوير التشخيصي والتنبؤي للأمراض التي تصيب البشر، وخاصة في اكتشاف السبب العلمي للانخفاض في نسب الصبغي واي المرتبط بالأمراض مثل السرطان وغيره".