چگونه ژنوم را بخوانیم

فناوری های نسل آینده که خواندن سریع، ارزان و در عین حال سهل الحصول DNA را امکان پذیر می سازند، کمتر از یک دهه با ما فاصله دارند. انقلابی که این فناوری ها در پژوهش به وجود خواهند آورد و چشم انداز پزشکی حقیقتاً شخصی به این معناست که از هم اکنون باید خود را آماده این تحولات سازیم.در سال های ۱۹۸۴ و ۱۹۸۵ برای نخستین بار پروژه ژنوم انسانی به ارزش پنج میلیارد دلار پیشنهاد شد، که هدف اش یافتن محتویات کامل ژنوم نوع بشر به صورت اجزای DNA طی سال های ۱۹۹۰ و ۲۰۰۵ میلادی بود. طی چند سال اول این پروژه ۹۳ درصد از آسان ترین بخش های ژنوم کشف و خوانده و ارثیه ای از فناوری ها و روش های مفید به جای گذاشته شدند. باقی مانده کار، مطالعات ظریف تر به منظور یافتن جزئیات بیشتر بود. طوری که امروز کشف ترتیب کامل ژنوم انسان، به بهای ۲۰ میلیون دلار خرید و فروش می شود. این نشان می دهد که صنعت یافتن و خواندن ژنوم انسان تنها مختص و منحصر به مراکز ویژه و پروژه های بزرگ و گرانقیمت است.ژنوم هزار دلاری، آینده ای را نوید می دهد که هر کس ممکن است یک بار در زندگی اش به این فکر بیفتد که ترتیب ژنوم شخصی اش را روی دیسک بریزد و شاید هم مرجع خوبی باشد. فناوری ارزان قیمت تعیین ترتیب ژنوم، این مزیت را نیز دارد که چندین پژوهشگر می توانند بر روی ژنوم یک نفر در وضعیت های مختلف کار کنند و مثلاً وضعیت های بیماری و سلامتی را با یکدیگر مقایسه کرده و پی به تفاوت ها ببرند.
ژنوم «انسان» در واقع فراتر از خود انسان ها و شامل کل پاتوژن ها، مواد حساسیت زا و میکروب های مفید در غذا و بدن ما خواهند بود. امروزه بسیاری به نقشه های هوایی می اندیشند. شاید بتوان روزی از نقشه های روزانه پاتوژن ها و مواد حساسیت زا سخن گفت. رشته های نانوتکنولوژی و بیوتکنولوژی صنعتی نیز که به سرعت در حال رشدند، ممکن است روزی کشف مواد و میکروب های «هوشمند»ی را امکان پذیر سازند که به آلودگی یا پاکیزگی محیط زیست بینجامند.
● دوباره خوانی ژنوم
هر شیوه ای را که برای تعیین ترتیب ژنوم برگزینیم؛ اندازه، ساختمان و کارکرد خود DNA، به صورت موانع یا مزیت های کار جلوه خواهند کرد. ژنوم انسانی از سه میلیارد جفت مولکول نوکلئوتید تشکیل شده است. هر یک از این نوکلئوتیدها، حاوی چهار نوع باز- با حروف اختصاری A، C، G و T- هستند که الفبای ژنومی برای رمزی کردن اطلاعات داخل DNA به شمار می روند. باز ها معمولاً طبق قوانین و مقررات سختی به صورت دوتا دوتا به یکدیگر چسبیده و پله های ساختمان نردبان مانند DNA را می سازند. به دلیل وجود همین مقررات دوتایی، خواندن بازهای نیمه یک طرف این نردبان ترتیب مکمل طرف دیگر را نیز آشکار خواهد کرد.ژنوم سه میلیارد بازی ما به ۲۳ کروموزوم شکسته شده است. مردم معمولاً دو مجموعه کامل از اینها (یکی از هر یک از والدین، که تنها ۰۱/۰ درصد با یکدیگر تفاوت دارند) را دارند، طوری که می توان گفت ژنوم هر فرد انسانی حاوی شش میلیارد جفت باز است. شناسایی بازهای مختلف در بخشی از ژنوم، مستلزم داشتن دستگاهی است که بتواند تفاوت های کوچک تر از نانومتر بین چهار نوع باز را حس کند. مشاهده میکروسکوپی به شیوه اسکن لوله ای یکی از روش های فیزیکی است که می تواند این ساختارهای بسیار ریز و تفاوت های ظریف بین آنها را به معرض نمایش گذارد. لیکن برای خواندن میلیون ها یا میلیاردها باز بیشتر تکنیک ها در مرحله ای به شیمی روی می آورند. روشی که توسط فردریک سانجر در سال های دهه ۱۹۷۰ ابداع شد، بعدها به صورت سنگ بنای فناوری تعیین ترتیب ژنوم درآمده و امروز نیز در بیشتر موارد چنین است. در این تکنیک که گاه با عنوان تعیین توالی به کمک جداسازی نیز از آن یاد می شود، نسخه های فراوانی از قطعات در اندازه های مختلف تولید می شوند که هر کدام به یک باز فلورسنت ختم می شود. جدا کردن این قطعات از روی اندازه طی فرآیندی به نام الکتروفورز، سپس خواندن علامت فلوروسنت هریک از برچسب های انتهایی در حین گذر از برابر یک چشمی ترتیب بازها در رشته اصلی را در اختیار قرار می دهد.بسیاری از پژوهشگران برای مشخص کردن ترتیب بازهای DNA، از فرآیند سنتز خود آن استفاده می کنند و دلیل اش هم دقت و پایایی بالای فرآیندهایی است که سیستم های حیاتی برای کپی کردن یا ترمیم ژنوم های خود به کار می گیرند. برای مثال هنگامی که سلولی آماده تقسیم می شود، نردبان DNA آن به دو رشته واحد تقسیم شده و آنزیمی به نام پلی مراز در طول هر یک از این رشته ها به حرکت درمی آید. پلی مراز با استفاده از رشته های قدیمی به عنوان الگو و با رعایت قواعد و مقررات قرار دادن بازها دوتا دوتا در کنار یکدیگر، افزودن نوکلئوتیدها به ردیف های مکمل را کاتالیز می کند. سپس، آنزیم دیگر به نام لیگاز، این قطعات را (با مطابقت دادن با الگوهای اصلی) به صورت رشته های بزرگ مکمل به یکدیگر می پیوندد.

جورج ام چرچ مترجم : عبدالوهاب فخریاسری
Scientific American، Jan. ۲۰۰۶

منبع : روزنامه شرق