قاعدة بيانات ثورية لفك رموز وظائف الجينات البشرية

تصف عمل الجين ووقت ظهور وظيفته في التاريخ التطوري

قاعدة بيانات ثورية لفك رموز وظائف الجينات البشرية
TT
20

قاعدة بيانات ثورية لفك رموز وظائف الجينات البشرية

قاعدة بيانات ثورية لفك رموز وظائف الجينات البشرية

في تطور بارز في مجال الجينوم وعلم المعلومات الحيوية، كشف اتحاد دولي من العلماء عن قاعدة بيانات أطلق عليها «الفانكشِنوم»، وهي قاعدة بيانات رائدة ترسم خرائط شاملة لوظائف أكثر من 20 ألف جين ترميز بروتين بشري. وهي تَعِدُ بتسريع الاكتشافات الطبية الحيوية من خلال دمج عقود من نتائج الأبحاث مع النمذجة التطورية المتطورة، مما يبشِّر بعصر جديد من الدقة في فهم المخطط الجيني.

و«الفانكشِنوم» هو مفهوم مشتق من كلمة «function»، أي الوظيفة. ويشير إلى «مجموعة تضم كل وظائف البروتينات التي تتولد عن جينوم محدد ما يقوم بترميزها».

علامة فارقة في علم الجينوم

تم تطوير قاعدة بيانات «الفانكشنوم»، PAN-GO Functionome، من خلال التعاون بين كلية الطب بجامعة جنوب كاليفورنيا والمعهد السويسري لعلم المعلومات الحيوية والباحثين في جميع أنحاء العالم، كما جاء في الدراسة التي نُشرت في مجلة «Nature» في 26 فبراير (شباط) 2025. وهي تمثل الكتالوغ الأكثر تفصيلاً لوظائف الجينات البشرية حتى الآن. وبناءً على 25 عاماً من البيانات المنسقة من اتحاد علم الجينات (Gene Ontology Consortium)، وهي أداة أساسية جرى الاستشهاد بها في أكثر من 30 ألف منشور علمي سنوي، حيث إن هذا التحديث يقدم طبقة غير مسبوقة من البصيرة التطورية.

ويوضح الدكتور بول توماس، المؤلف الرئيسي للدراسة من قسم المعلوماتية الحيوية وقسم علوم السكان والصحة العامة بجامعة جنوب كاليفورنيا الأمريكية، أنه وللمرة الأولى لا يمكنهم وصف ما يفعله الجين فحسب، بل أيضاً متى ظهرت وظيفته في التاريخ التطوري. وهو ما يحوِّل كيفية تفسيرنا للبيانات الجينية خصوصاً بالنسبة إلى الجينات غير المدروسة.

ربط التطور وعلم الجينوم

وتكمن ابتكارات «الفانكشنوم» في استخدامها للنمذجة التطورية. ومن خلال تحليل متى ظهرت وظائف جينية معينة لأول مرة عبر الأنواع الحية... من سمك الزرد (zebrafish) إلى الفئران. ويمكن للباحثين استنتاج أدوار الجينات البشرية حتى عندما تكون البيانات التجريبية المباشرة نادرة.

وعلى سبيل المثال إذا جرى توثيق الجين المرتبط بالاستجابة المناعية جيداً في الفئران يتم الآن تعيين نظيره البشري خوارزمياً لدور مماثل. ويسد هذا النهج فجوات حرجة، حيث يقدم فرضيات لنحو 18 في المائة من الجينات البشرية التي كانت تُعرف سابقاً بأنها «غير موصوفة».

ويقول توماس: «إن التطور هو دليلنا وغالباً ما تحتفظ الجينات ذات الأصول المشتركة بوظائف مماثلة. فمن خلال إعادة بناء هذا الجدول الزمني أنشأنا خريطة أكثر ديناميكية ودقةَ للبيولوجيا البشرية».

تدقيق نتائج البحث الطبي الحيوي

ثم تصل قاعدة البيانات إلى لحظة محورية. فغالباً ما تحدد تقنيات «الجينوم» الحديثة التي تحلل الحمض النووي (دي إن إيه DNA) و(الحمض النووي الريبي RNA) والبروتينات والنواتج الأيضية على نطاق واسع، مئات الجينات المرتبطة بأمراض مثل السرطان أو ألزهايمر. ومع ذلك فإن التحقق يدوياً من دورِ كلِّ جين أمر غير عملي وسط طوفان البيانات.

لكن «الفانكشنوم» يبسِّط هذه العملية من خلال تحويل وظائف الجينات إلى تنسيقات قابلة للقراءة آلياً، مما يتيح لأدوات الذكاء الاصطناعي تحليل مجموعات البيانات الجينية بسرعة. ويمكن أن يؤدي هذا التشغيل الآلي إلى تقليص الوقت المطلوب لتحديد الأهداف العلاجية أو فك شفرة الاضطرابات المعقدة. وعلى سبيل المثال؛ في أبحاث السرطان يمكن للعلماء الآن إجراء إحالة متبادلة على الفور بين الجينات المتحولة وأدوارها المحفوظة تطورياً في عمليات مثل إصلاح الحمض النووي أو انقسام الخلايا، وهي قفزة نحو العلاجات الشخصية.

جهد تعاوني عالمي

لم يكن تجميع الوظائف بالأمر الهين. فقد قام أكثر من 150 عالم أحياء بمراجعة 175 ألف ورقة علمية بدقة وتصنيف أكثر من 40 ألف وظيفة بيولوجية تشمل الاستجابة المناعية والإشارات العصبية والنقل الجزيئي وما إلى ذلك. والنتيجة هي مستودع قابل للبحث لا يسلط الضوء فقط على المسارات المعطلة في أمراض مثل مرض السكري، بل يسمح أيضاً بالمقارنة بين الأنواع، مما يُلقي الضوء على كيفية نشوء الحداثة الجينية.

ومع ذلك فإن العمل لم يكتمل، ففي حين تم الآن شرح 82 في المائة من الجينات المشفرة للبروتين لا يزال نحو 3600 منها غامضة. وقد أصدر اتحاد علم الجينات دعوة مفتوحة للباحثين في جميع أنحاء العالم للمساهمة في التحديثات وضمان تطور الأداة جنباً إلى جنب مع التقدم العلمي.

العلم المفتوح من أجل التأثير العالمي

مع تأكيد الشفافية يمكن الوصول إلى «الفانكشنوم» بحرّية عبر الإنترنت ودعوة الأطباء وعلماء الأحياء والباحثين الحاسوبيين إلى تحسين إطاره. حيث تهدف هذه الروح التعاونية إلى إضفاء الطابع الديمقراطي على الرؤى الجينومية خصوصاً للمؤسسات التي تعاني من نقص التمويل.

ويضيف توماس: «تخيل باحثاً في مختبر ذي موارد منخفضة يدرس مرضاً نادراً. فبدلاً من قضاء سنوات في تجميع وظائف الجينات يمكنهم الاستعلام عن قاعدة البيانات الخاصة بنا في ثوانٍ. هذه هي الطريقة التي يجب أن يعمل بها العلم».

وبينما يحتفل العلماء بإطلاق «الفانكشنوم» فإنهم يعترفون بالتحديات المتبقية. إذ لا تزال آلاف الجينات تفتقر إلى التعليقات الوظيفية وسيتطلب بعض الاستدلالات التطورية التحقق من صحتها من خلال التجارب المختبرية. ومع ذلك فإن وجود قاعدة البيانات ذاتها يوضح أين تكمن الفجوات ويوجه الدراسات المستقبلية نحو أسئلة ذات تأثير كبير.

يقول توماس: «لقد انتقلنا من رسم خريطة المجهول إلى التعامل معه بشكل استراتيجي. وكل تعليق نضيفه يقرِّبنا من العلاجات التي قد تنقذ الأرواح».

ومع استمرار صعود علم الجينوم السريع ستثبت أدوات مثل «الفانكشنوم» أنها لا غنى عنها. فمن خلال دمج المعرفة الجماعية للبشرية مع التحليل القائم على الذكاء الاصطناعي سيتمكن المشروع من تحقيق نتائج مذهلة.


مقالات ذات صلة

التحكم في حموضة الخلايا قد يكون مفتاحاً لعلاج أمراض المناعة الذاتية

علوم التحكم في حموضة الخلايا قد يكون مفتاحاً لعلاج أمراض المناعة الذاتية

التحكم في حموضة الخلايا قد يكون مفتاحاً لعلاج أمراض المناعة الذاتية

أظهرت دراسة رائدة أجراها باحثون في كلية بيرلمان للطب بجامعة بنسلفانيا في الولايات المتحدة، أن التحكم في حموضة الخلايا قد يمهد الطريق لعلاجات جديدة لأمراض…

د. وفا جاسم الرجب (لندن)
علوم علماء صينيون يكتشفون 64 جيناً مرتبطاً بشيخوخة الدماغ

علماء صينيون يكتشفون 64 جيناً مرتبطاً بشيخوخة الدماغ

«فجوة عمر الدماغ»، مقياس لتقدير «عمر الدماغ» الفعلي وليس الزمني.

د. وفا جاسم الرجب (لندن)
علوم صلة وراثية بين تدخين الأم وأثره على الأبناء الذكور مدى الحياة

صلة وراثية بين تدخين الأم وأثره على الأبناء الذكور مدى الحياة

في أول تحليل جيني واسع النطاق

د. وفا جاسم الرجب (لندن)
صحتك الطريقة الجديدة تستخدم تقنية حقن «النانو» لإدخال مواد جينية مستهدفة في بيض البعوض مما يعطل قدرته على حمل الأمراض (رويترز)

علماء يطوّرون طريقة رائدة للقضاء على أمراض قاتلة محتملة

طوّر علماء تقنيةً ثوريةً لتعديل الجينات تهدف إلى منع البعوض من نقل الأمراض القاتلة مثل الملاريا، التي تقتل نحو 600 ألف شخص سنوياً، معظمهم أطفال دون الخامسة.

«الشرق الأوسط» (بيروت)
صحتك مكملات «الميلاتونين» تساعد على تحسين جودة النوم (جامعة فيرمونت)

مكمل غذائي لتقليل أضرار العمل الليلي

وجدت دراسة كندية أن تناول مكملات «الميلاتونين» قد يساعد في تعويض التلف الذي يُصيب الحمض النووي (DNA) نتيجة نوبات العمل الليلي.

«الشرق الأوسط» (القاهرة)

الصين تصمم طائرة «صامتة» أسرع من الصوت

الصين تصمم طائرة «صامتة» أسرع من الصوت
TT
20

الصين تصمم طائرة «صامتة» أسرع من الصوت

الصين تصمم طائرة «صامتة» أسرع من الصوت

تدرك بكين أنه يتعين عليها الهيمنة على مجال الطيران التجاري ـ والطائرات الأسرع من الصوت المفتاح لتحقيق ذلك.

مشروعات صينية مستقبلية

وقد كشفت شركة «كوماك» الصينية العملاقة العاملة بمجال الطيران، خططها للطائرة «سي 949»، التي تفوق في سرعتها سرعة الصوت، ومصممة لتحلق لمسافة أبعد من الطائرة «كونكورد» بنسبة 50 في المائة، بينما تصدر دوياً صوتياً أقل صخباً عن صوت مجفف الشعر.

ومن المقرر إطلاق هذه الطائرة للمرة الأولى عام 2049، بالتزامن مع الذكرى المئوية لقيام جمهورية الصين الشعبية - مما يضع بكين في موقع يُمكّنها من منافسة مشروعات الطائرات الأسرع من الصوت الأميركية، مثل طائرة «ناسا إكس ـ 59» و«أوفرتشر» من شركة «بوم سوبرسونيك»، في خضم سباق لإعادة رسم ملامح مجال السفر الجوي العالمي.

في هذا الصدد، شرح بليك شول، الرئيس التنفيذي ومؤسس «بوم سوبرسونيك» أن: «أهم ما بالأمر أنه يكشف أن مجال الطيران الأسرع من الصوت تحول إلى سباق قائم بالفعل، وأن الصين مهتمةٌ به. وترمز الطائرات المتقدمة إلى التفوق التكنولوجي، وليس من قبيل الصدفة أن تسعى الصين إلى الفوز بهذا التاج».

وفي إطار ورقة علمية نشرت الشهر الماضي في دورية «Acta Aeronautica Sinica»، التي تخضع لمراجعة النظراء، طرح مهندسون من «كوماك» تفاصيل طائرة بسرعة 1.6 ماخ، قادرة على الطيران لمسافة 4225 ميلاً، مما يتجاوز المسافة التي تقطعها الطائرة «كونكورد» البالغة 2796 ميلاً.

تصميم ديناميكي فريد

ويكمن السر في تصميمها في بدن الطائرة ذي «الانحناء المعكوس». في علم الديناميكا الهوائية، يشير هذا المصطلح إلى شكل منحنى غير تقليدي في جسم الطائرة أو الأجنحة، وجرى عكس الشكل التقليدي لجناح الطائرة (الذي عادةً ما ينحني للأسفل من الأمام إلى الخلف).

وفيما يخص طائرة «سي 949»، من شركة «كوماك»، يصف هذا المصطلح بشكل محدد الجزء الأوسط المقعر من جسم الطائرة ـ أي المنحني إلى الداخل بدلاً من الخارج. وأفادت الشركة بأن هذا الانحناء يُضعف من شدة الموجات الصدمية. ويتكامل هذا الشكل الفريد مع مقدمة طويلة حادة تُقسم موجات الضغط، بالإضافة إلى انتفاخات ديناميكية هوائية قريبة من المحركات، لتقليل الاضطرابات الناتجة عن خروج العادم. واللافت أن الطائرة لا تحتوي على قمرة قيادة تقليدية.

التشابه مع «إكس ـ 59»

وإذا بدا لك شكلها الطويل المشابه للسهم مألوفاً، فربما شاهدت طائرة «ناسا إكس ـ 59»، التي تتسم بتصميم مشابه للغاية. وبحسب دراسة بحثية نقلتها صحيفة «ساوث تشاينا مورنينغ بوست»، أجرى الفريق بقيادة كبير خبراء الديناميكا الهوائية لدى شركة «كوماك»، وو داوي، بإجراء محاكاة أظهرت أن خصائص «سي 949» الديناميكية ستخفض ضوضاء الانفجار الصوتي إلى 83.9 وحدة ديسيبل (وحدة تقيس الصوت المدرك)، ما يعادل صوت مجفف شعر. وتمثل هذه النسبة 5 في المائة فقط من ضجيج الـ105 ديسيبل، الذي تُحدثه طائرة الكونكورد. أما طائرة «ناسا»، فسجلت 75 ديسيبل، ما يقارب صوت غسالة أطباق ـ مما يعني أن «سي 949» أعلى صوتاً قليلاً. من جهتها، تأمل «كوماك»، كما تأمل «ناسا»، في أن يُسهم تقليل الضوضاء في رفع الحظر المفروض على الطيران فوق الصوتي فوق اليابسة منذ عام 1971. وأعلنت الشركة أن ضجيج الإقلاع، سيكون ضمن الحدود الدولية المسموح بها للمطارات القريبة من المدن. وتسعى الشركة الحكومية لأن تصبح منافساً عالمياً لـ«بوينغ» و«إيرباص»، وهي تدرك أن النجاح التجاري يعتمد على ذلك.

نظم ذكاء اصطناعي

وعلى غرار «إكس 59»، تتميز «سي 949» بأنف طويل للغاية وهياكل معدلة لتفتيت الموجات الصدمية، لكنها تضيف أنظمة ذكاء اصطناعي لا تتوفر في طائرة «ناسا». وتُشير الدراسة إلى أن نظام التحكم بالطيران المدعوم بالذكاء الاصطناعي (fly-by-wire) يتولى ضبط الأسطح الهوائية للطائرة 100 مرة في الثانية، لمواجهة عدم الاستقرار الناتج عن السرعة العالية.

وتعتمد «سي 949» على محركين نفاثين من نوع الدورة التكيفية أي المحركات النفاثة التي توفر الدفع، وبإمكانهما التبديل بين وضعين: أحدهما اقتصادي في استهلاك الوقود، عند ارتفاع 52 ألف قدم بسرعة 1.7 ماخ، والآخر عند الارتفاعات المنخفضة بسرعة 1.6 ماخ ضمن نمط «الضجيج المنخفض».

ومثل «إكس ـ 59»، يبلغ طول أنف الطائرة 30 متراً ـ ما يقارب نصف طول الطائرة ـ لتوزيع وتشتيت الموجات الصدمية، بينما يوجد محركها فوق هيكل الطائرة لتوجيه الصوت نحو الأعلى.

من جهته، قال مدير برنامج «إكس ـ 59» لدى شركة «لوكهيد»، ديف ريتشاردسون: «يتعلق الأمر برمته بالهندسة الدقيقة، وليس التكنولوجيا الخارقة. إنها طريقة مدروسة لتحويل صوت الانفجار إلى خفقة مكتومة».

وتأمل «لوكهيد» في أن يثمر تصميمها عن طائرة تجارية تحمل 44 راكباً، بطول 61 متراً. وفي هذا الصدد، أقر ريتشاردسون بوجود عقبات بالطريق، موضحاً أن «توسيع (إكس ـ 59) يتطلب محركات يمكنها التحليق بسرعة 1.8 ماخ، دون الحاجة إلى حراقات لاحقة ـ مهمة صعبة، لكنها ليست مستحيلة».

وسيتعين على المهندسين الصينيين كذلك تطوير محركات جديدة، مثلما تفعل شركة «بوم سوبرسونيك».

من جهتها، تستخدم طائرة «كويست»، التابعة لـ«ناسا» نظام قمرة قيادة افتراضي، عبر عرض كاميرات عالية الدقة الرؤية الأمامية على شاشات داخلية، بدلاً من النوافذ الزجاجية التقليدية التي يرى منها الطيار، وهو ما يُلغي أي بروز قد يضخم صوت الانفجار. وفي الوقت الذي لم تُصرّح «كوماك» بعد إذا ما كانت «سي 949» ستستخدم هذا النوع من القمرة، فإنه يبدو الخيار الوحيد الممكن بالنظر إلى التصميم. ومن المقرر أن تعتمد طائرة «أوفرتشر»، من «بوم سوبرسونيك» الأسلوب ذاته، مثلما فعلت مع نموذجها الأولي «بوم سوبرسونيك إكس بي ـ 1»، الذي استخدمه شول والفريق المعاون له في اختبار «أوفرتشر»، وفكرتهم حول الطيران الأسرع من الصوت دون دوي. وتحرص «أوفرتشر» على تجنب هذه الأشكال الديناميكية الهوائية المتطرفة، وتعتمد في سبيل ذلك على ظاهرة جوية تُعرف بقطع ماخ (Mach Cutoff). على ارتفاع 18 ألف متر، يعتمد أسلوب «التحليق دون دوي» على درجات الحرارة واتجاهات الرياح لدفع الموجات الصدمية للانحناء نحو الأعلى، ما يمنعها من الوصول إلى الأرض. ومع أن الصوت يحدث، فإنه لا يصل حتى مستوى «خفقة باهتة»، كما في «سي 949» أو «أطس ـ 59». واستعرضت الشركة ذلك بالفعل عبر رحلتين فوق صوتيتين، فوق صحراء موهافي في كاليفورنيا، قبل شهور قلائل. عن ذلك، أكد شول أن الأمر: «ليس سحراً، بل حسابات رياضية فحسب»، ويسعى شول إلى تقديم رحلات بسرعة 1.7 ماخ بأسعار مماثلة لدرجة رجال الأعمال بحلول عام 2029. وأضاف: «لا نحتاج إلى مواد جديدة، بل إلى هندسة أذكى».

* مجلة «فاست كومباني»

ـ خدمات «تريبيون ميديا»