دانستن چگونگی تغییر DNA انسان در طول نسلها برای تخمین خطرات بیماریهای ژنتیکی و درک چگونگی تکامل ما ضروری است. اما برخی از تغییرپذیرترین مناطق DNA ما تاکنون برای محققان غیرقابل دسترس بودهاند.
تیمی از محققان دانشگاه یوتا هلث، دانشگاه واشنگتن، PacBio و سایر مؤسسات از چندین فناوری توالییابی DNA برای توسعه جامعترین اطلس تغییرات ژنتیکی در طول نسلها استفاده کردهاند. تحقیقات جدید نشان داد که بخشهایی از ژنوم انسان بسیار سریعتر از آنچه قبلاً شناخته شده بود تغییر میکنند و پایههای بینشهای جدیدی را در مورد ریشههای بیماری و تکامل انسان بنا نهادند.
دکتر لین جورد، نویسنده، میگوید: “این جهشها هستند که در نهایت ما را از سایر گونهها متمایز میکنند. ما در حال رسیدن به یک ویژگی بسیار اساسی از آنچه ما را انسان میکند، هستیم.”
“سرعت نور” بیولوژیکی
با مقایسه ژنوم والدین با فرزندانشان، محققان میتوانند تشخیص دهند که جهشهای جدید چند وقت یکبار رخ میدهند و منتقل میشوند، نرخی که جورد میگوید به همان اندازه که سرعت نور برای درک فیزیک اساسی است، برای درک زیستشناسی انسان نیز اساسی است.
جورد، استاد ژنتیک انسانی در دانشکده پزشکی اسپنسر فاکس اکلس (SFESOM) در دانشگاه یوتا، میگوید: “این چیزی است که واقعاً باید بدانید – سرعتی که تنوع در گونه ما ایجاد میشود. تمام تنوع ژنتیکی که از فردی به فرد دیگر میبینیم، نتیجه این جهشها است.”
با گذشت زمان، این تغییرات منجر به همه چیز، از تفاوت در رنگ چشم گرفته تا توانایی هضم لاکتوز و بیماریهای ژنتیکی نادر، شده است. محققان تخمین میزنند که هر انسانی نزدیک به ۲۰۰ تغییر ژنتیکی جدید دارد که با هر یک از والدین متفاوت است. بسیاری از این تغییرات در مناطقی از DNA رخ میدهند که مطالعه آنها به ویژه دشوار است.
آرون کوینلان، دکترا، استاد و رئیس ژنتیک انسانی در SFESOM و نویسنده این مطالعه، میگوید که تلاشهای قبلی برای مطالعه تغییر ژنتیکی انسان به بخشهایی از ژنوم که کمترین جهش را دارند، محدود میشد. اما مطالعه جدید از فناوریهای پیشرفته تعیین توالی برای آشکار کردن سریعترین مناطق در حال تغییر DNA انسان استفاده کرد – مناطقی که کوینلان آنها را «قبلاً دستنخورده» توصیف میکند.
او میگوید: “ما بخشهایی از ژنوم خود را دیدیم که بهشدت تغییرپذیر هستند، تقریباً هر نسل یک جهش. بخشهای دیگر DNA پایدارتر بودند.”
جورد میگوید که این منبع جدید میتواند با کمک به پاسخ به این سوال که «اگر فرزندی دارید که به یک بیماری مبتلا شده است، آیا احتمالاً از والدین به ارث رسیده است یا احتمالاً یک جهش جدید است؟»، پشتیبانی مهمی برای مشاوره ژنتیک باشد. بیماریهایی که ناشی از تغییرات در «نقاط داغ جهش» هستند، بیشتر احتمال دارد که منحصر به کودک باشند تا اینکه از والدینشان به ارث رسیده باشند. این بدان معناست که خطر ابتلای والدین به فرزندان دیگر مبتلا به همان بیماری کمتر است. اما اگر یک تغییر ژنتیکی از والدین به ارث رسیده باشد، فرزندان آینده آن والدین در معرض خطر بیشتری برای ابتلا به آن بیماری هستند.
شجرهنامه پلاتینیوم
کشف محققان به خانوادهای در یوتا وابسته بود که از دهه ۱۹۸۰ به عنوان بخشی از کنسرسیوم Centre d’Etude du Polymorphisme Humain با محققان ژنتیک همکاری داشتهاند و برای پروژه ژنوم انسان بسیار ارزشمند بودهاند.
چهار نسل از این خانواده DNA خود را اهدا کرده و با تجزیه و تحلیل آن موافقت کردهاند، که به محققان اجازه داده است نگاهی عمیق و فوقالعاده به چگونگی ایجاد تغییرات جدید و به ارث رسیدن آنها از والدین به فرزندان داشته باشند. دکتر دبورا نکلاسون، دانشیار پژوهشی پزشکی داخلی در SFESOM و نویسنده این مطالعه میگوید: “یک خانواده بزرگ با این وسعت و عمق، منبعی فوقالعاده منحصر به فرد و ارزشمند است. این به ما کمک میکند تا تنوع و تغییرات ژنوم را در طول نسلها با جزئیات باورنکردنی درک کنیم.”
بهترینهای هر دو جهان
برای دستیابی به تصویری کامل و با وضوح بالا از تنوع ژنتیکی در طول زمان، تیم DNA هر فرد را با استفاده از چندین فناوری مختلف توالییابی کرد. برخی از فناوریها برای تشخیص کوچکترین تغییرات ممکن در DNA بهترین هستند. برخی دیگر میتوانند بخشهای عظیمی از DNA را همزمان اسکن کنند تا تغییرات بزرگ را پیدا کنند و بخشهایی از ژنوم را ببینند که در غیر این صورت توالییابی آنها دشوار است. با توالییابی ژنومهای مشابه با فناوریهای متعدد، محققان به بهترینهای هر دو جهان دست یافتند: دقت در مقیاس کوچک و بزرگ.
در کارهای آینده، محققان امیدوارند تکنیکهای جامع توالییابی خود را به افراد بیشتری گسترش دهند تا ببینند آیا نرخ تغییر ژنتیکی برای خانوادههای مختلف متفاوت است یا خیر. کوینلان میگوید: “ما چیزهای واقعاً جالبی در این یک خانواده دیدیم.” سوال بعدی این است که “این یافتهها هنگام تلاش برای پیشبینی خطر بیماری یا نحوه تکامل ژنومها، چقدر در بین خانوادهها قابل تعمیم هستند؟”
نتایج توالییابی به صورت رایگان در دسترس قرار خواهد گرفت تا سایر محققان بتوانند از دادهها در مطالعات خود استفاده کنند و دریچهای به سوی بینشهای بیشتر در مورد تکامل انسان و بیماریهای ژنتیکی باز کنند.
این کار با بودجهی مؤسسات ملی بهداشت ، بنیاد تحقیقاتی تری فاکس (شماره کمکهزینه 1074) و مؤسسات تحقیقات بهداشتی کانادا (شماره کمکهزینه 159787) پشتیبانی شده است. محتوا کار نویسندگان است و لزوماً نمایانگر دیدگاههای رسمی مؤسسات ملی بهداشت نیست.