شارك
الرئيسية
5 دقائق 
يقول عملاق التكنولوجيا بيل غيتس: “يشبه الحمض النووي برنامج الكمبيوتر، ولكنه أكثر تقدماً بأشواط من أي برنامج آخر تم إنشاؤه على الإطلاق”، ويمكن الإضافة لذلك بأن الحمض النووي يعد أيضاً منجماً تكنولوجياً ذهبياً، فمن المتوقع أن يصل حجم سوق تكنولوجيا تعديل الحمض النووي إلى نحو 127.3 مليار دولار أميركي بحلول عام 2028، ومعظم التقنيات الحيوية التي ستهيمن على السوق في ذلك الحين هي موجودة في عام 2023 ولا تزال قيد التطوير، وإليك أهمها في هذا المقال.
أهم تقنيات وعلوم الجينوم المتطورة في عام 2023
يمكن تلخيص أهم التقنيات والعلوم المتطورة في مجال الحمض النووي بما يلي:
1- علم المستحاثات الجينومي
تطورت بشكلٍ كبير تقنيات الحمض النووي التي تقوم باستخلاص وتحديد تسلسل الحمض النووي التالف من المستحاثات، وكان العلماء سابقاً بحاجة إلى تجميع المئات والآلاف من عينات عظام وأسنان المستحاثات لاستخلاص المادة الوراثية منها وأخذ قراءات قصيرة للحمض النووي وتجميعها من أجل تكوين تسلسلات جينومية كاملة، بينما يمكننا اليوم تحليل الآثار المجهرية للحمض النووي الموجودة في فضلات إنسان النياندرتال والحصول على قراءات شبه كاملة من عينة واحدة فقط منه حتى لو كانت تالفة نسبياً. وقد ازداد الاهتمام بعلم الأحياء المستحاثي الجينومي بشكلٍ خاص عندما فاز عالِم الوراثة في معهد ماكس بلانك للأنثروبولوجيا التطورية سفانتي بابو بجائزة نوبل في الطب أو الفيسيولوجيا عام 2022 عن عمله التأسيسي لهذا المجال.
2- الجيل التالي لتقنية التسلسل الجيني (Next Generation Sequencing – NGS)
بعد إنهاء مشروع الجينوم البشري، تسابقت شركات التكنولوجيا الحيوية مثل إلومينا (Ilumina) وباك بيو (Pac Bio) وغيرها لإيجاد طرق أسرع وأقل كلفة لتحديد تسلسل الحمض النووي، وانخفضت تكلفة تحديد تسلسل الجينوم البشري من مليون دولار أميركي عام 2007 إلى 1000 دولار عام 2014، واليوم تبلغ تكلفته نحو 600 دولار أميركي فقط، وتحاول عدة شركات مثل ألتيما جينوميكس (Ultima Genomics) أن تنفّذ التسلسل الجينومي الكامل بقيمة 100 دولار أميركي فقط عام 2023، وازداد التنافس على هذه السوق بشكلٍ خاص بعد إقامة عدة مشاريع عالمية للجينومات البشرية مثل مشروع الجينوم المصري والإماراتي وغيرها.
تُتيح تقنيات الجيل التالي لتقنية التسلسل الجيني معرفة تسلسل الجينوم الكامل بأوقات قياسية نسبياً، ما يفيد في اكتشاف الأدوية وتمكين مجالات الطب الدقيق ورفع المستوى الصحي لدول بأكملها، وحالياً يتم تطوير تقنيات الجيل الثالث للسلسلة (TGS) التي تنتج قراءات سلاسل جينومية سريعة وأطول بكثير من تقنيات “الجيل التالي لتقنية التسلسل الجيني”، التي تعد الجيل الثاني لتقنيات التسلسل الجيني المكتشفة.
اقرأ أيضاً: 6 ابتكارات تكنولوجية لعالم أفضل
3- تحليل بيانات الجينوم (Genome data analysis)
وهو مجال مرتبط بشكلٍ وثيق مع تقنيات تسلسل الجينوم، حيث تشكّل الجينومات البشرية تحدياً برمجياً عالمياً لأن تحليل بيانات الجينوم البشري الواحد يتطلب معالجة نحو 9 مليارات نوكليوتيد (الوحدات المكونة للحمض النووي)، وإن كان هناك مختبر أو شركة صيدلانية أو منظمة صحية تريد معالجة بيانات مئات وآلاف المرضى، ستصبح عملية تخزين البيانات ومعالجتها مكلفة وبحاجة لبنى تحتية كثيرة وكوادر بشرية متخصصة وموجودة في موقع مركزي ينسق العمل ويحتوي على الحواسيب المتطورة المخصصة لهذا الغرض، لكن التوجه الحالي هو معالجة البيانات سحابياً مع الانتباه لأمان المعلومات الجينومية الحساسة التي قد تكون عواقب تسربها أو سوء استخدامها وخيمة.
4- تعديل الجينوم (Gene Editing)
تعد تقنية كريسبر (CRISPR) رائدة في هذا المجال، حيث تسمح كفاءة هذه التقنية بتعديل الجينوم بشكلٍ دقيق دون التأثير بالمناطق الجينومية الأخرى مثل تقنية إصبع الزنك وغيرها، ويتم تطوير تقنية كريسبر باستمرار من أجل علاج الأمراض الوراثية والسرطانات غير القابلة للعلاج بشكلٍ آخر، ويمكن استخدامها لتصنيع محاصيل معدّلة وراثياً تحقق الأمن الغذائي العالمي.
هناك 3 علاجات دوائية في المراحل التجريبية الأولى لعلاج مرض فقر الدم المنجلي ومنها عقار إكسا-سيل (EXA-CEL) الذي سيتم اختبار فاعليته عام 2023 وتبدو نتائجه واعدة.
وتشكّل تقنية بايست (PASTE) التي نالت براءة اختراع مؤخراً، نقلة نوعية في مجال التعديل الوراثي المعتمد على كريسبر، إذ تمكننا من إدخال أجزاء من الحمض النووي بحجم يصل إلى 50,000 زوج قاعدي، وهو حجم لم نكن نتخيل إدخاله سابقاً، وصمم هذه التقنية طالبا الدكتوراة عمر أبوضيّة (Omar Abudayyeh) وزميله جوناثان غوتنبرغ (Jonathan Gootenberg) من معهد ماكغفرن لأبحاث الدماغ التابع لمعهد إم آي تي (McGovern Institute for Brain Research) تحت إشراف الدكتور فينغ زانغ (Feng Zhang)، الرائد في مجال كريسبر ومطوّر تقنية شيرلوك (SHERLOCK) التي تعد بديلاً واعداً وأقل تكلفة لفحص تفاعل البوليميراز المتسلسل (PCR). وتستخدم تقنية شيرلوك حالياً في تشخيص الأمراض مثل كوفيد-19 والأيدز وحمى الضنك والسرطانات بشكلٍ دقيق وسريع في البلدان النامية دون وجود تجهيزات متخصصة، بل تحتاج طريقة التحليل مجرد شريط ورقي يتغير لونه في حال وجود الفيروس بالعينة.
اقرأ أيضاً: هل يمكن تخزين البيانات في الحمض النووي للكائنات؟
5- توظيف الذكاء الاصطناعي في علم الجينوم
إذ يعالج الذكاء الاصطناعي مجموعات بيانات جينومية ضخمة لتحديد الأنماط الجينية المخفية للأمراض، وبشكلٍ خاص الأنماط التي لا يلاحظها الخبراء ولا تكشفها البرامج التقليدية، لهذا السبب يستخدم باحثو الجينومات تقنيات الذكاء الاصطناعي مثل التعلم الآلي والتعلم العميق لتسريع تحليل البيانات وزيادة دقتها، إذ تسرّع هذه التقنيات تحديد الجينات المسؤولة عن نشوء صفات ظاهرية وأمراض معينة.
وتقدّم خوارزميات الذكاء الاصطناعي نماذج تنبؤية لوجود الأورام، إذ يمكن لخوارزميات التعلم الآلي تحديد متغيرات النيوكليوتيدات المفردة (SNVs) لمعرفة وجود خطر الإصابة بالسرطان وتشخيصه مبكراً بوقت تحليل لا يتجاوز الـ 90 ثانية فقط.
6- تطور علم الجينوم الوظيفي
وهو علم حديث نسبياً يدرس تنظيم الجينات وتفاعلاتها مع البيئة، وتفعيل وتثبيط الجينات وآليات نسخ الحمض النووي منقوص الأوكسجين إلى حمض نووي ريبي (RNA) وعملية تصنيع البروتينات، ويؤدي عدم انتظام وظائف الجينات هذه إلى الإصابة بأمراض مثل السكري وأمراض المناعة الذاتية والسرطانات، فمن الضروري فهم كيفية تأثير المناطق الجينية على العمليات البيولوجية المختلفة في الجسم ومحاولة علاجها، وهذا كان الدافع الأساسي لنشوء هذا العلم.
يستخدم علم الجينوم الوظيفي تقنيات التسلسل الجيني وتعديل آليات التعبير الجيني من تثبيط أو تنشيط للجينات من أجل وصف وظائف الجينات وتفاعلاتها المختلفة، ما يحسّن نمذجة المرض وتحديد الهدف الدوائي المناسب له وفقاً لكل حالة خاصة.
اقرأ أيضاً: كيف يُستخدم الحمض النووي لتخزين البيانات؟
7- الميتاجينوميكس (Metagenomics)
يعتمد هذا المجال على تحليل جينومات عدة كائنات حية دقيقة مثل البكتيريا والفيروسات الموجودة ضمن بيئة معينة، ما يعني أنه أصبح من الممكن دراسة مجموعة من الجينومات المختلفة للكائنات التي تنمو في وسط واحد بالوقت نفسه دون الحاجة لعزل كل نوع كائن حي لوحده، وتُدرس بشكلٍ مشترك لمعرفة تأثيرها على بعضها وتأثير البيئة عليها، وتعد الميتاجينوميكس مهمة في إيجاد حل لمشكلة مقاومة البكتيريا للصادات الحيوية التي يعتبرها العديد من الأطباء مشكلة العصر.
8- علم جينوم الخلية الواحدة (Single Cell Genomics)
يدرس هذا المجال التعبير الجيني والجينومات على نطاق الخلية الواحدة، وهذا التطور يفيد في كشف الاختلافات الخلوية للعينات السرطانية وغيرها، ويتمكن الباحثون من خلالها من دراسة خصائص تكوين الإنسان من خلية واحدة والقيام بالتشخيص ما قبل الولادة ودراسة آلية نشوء السرطانات، إذ ينشأ السرطان من خلية واحدة ثم يتكاثر لملايين الخلايا، فيمكن لتحديد خصائص الخلية الواحدة تشخيص السرطانات على مستوى الخلية الخبيثة المفردة، أي قبل سنوات من طرق التشخيص المستخدمة حالياً.
اقرأ أيضاً: علم الجينوم: ثورة في فهم الأمراض وتقديم الرعاية الصحية
9- علم الجينوم ثلاثي الأبعاد (3D Genomics)
يسمح علم الجينوم ثلاثي الأبعاد للعلماء بدراسة كيفية قيام الكروموسومات والمادة الكروماتينية التي تشكّل المادة الوراثية للإنسان بتحفيز تضاعف الحمض النووي والتعبير الجيني والحفاظ على سلامة الجينوم، إذ يتم تصوير تفاعلاتها حاسوبياً بالاستناد إلى البيانات البيولوجية عالية الدقة.
يساعد هذا العلم على اكتشاف الجينات المسببة للأمراض والأسباب الجينية الكامنة خلف أمراض المناعة الذاتية، ويسهم في تصميم علاجات سرطانية لم يتم اكتشافها أو استخدامها سابقاً.
اقرأ أيضاً: أهم خطط وقرارات التكنولوجيا للعام الجديد 2023
10- التخزين على الحمض النووي
إذ يمكن لكمية قليلة من الحمض النووي أن تختزن كمية من البيانات بحجم 33 زيتابايت أي رقم بجانبه (22 صفر) ضمن مساحة لا تتجاوز حجم كرة تنس طاولة صغيرة، وتعد شركة كاتالوغ (Catalog) الأميركية من أشهر شركات هذا القطاع، حيث تعمل على تطوير أول منصة قائمة على الحمض النووي في العالم لتخزين البيانات الرقمية الضخمة.