يتكون الجينوم البشري من 23 زوجًا من الكروموسومات ، والمخططات البيولوجية التي تجعل البشر … حسناً ، الإنسان. ولكن اتضح أن بعض الحمض النووي لدينا – حوالي 8 ٪ – هي بقايا الفيروسات القديمة التي تضمنت نفسها في الكود الوراثي لدينا على مدار التطور البشري.
تكمن هذه الفيروسات القديمة في أقسام من الحمض النووي لدينا تسمى العناصر القابلة للنقل ، أو TES ، والمعروفة أيضًا باسم “الجينات القفز” بسبب قدرتها على نسخ ولصق نفسها في جميع أنحاء الجينوم. كانت TES ، التي تمثل ما يقرب من نصف المواد الوراثية لدينا ، تم تلويحها مرة واحدة على أنها الحمض النووي “غير المرغوب فيها” ، وهي تسلسلات يبدو أنها لا تحتوي على وظيفة بيولوجية. الآن ، تقدم دراسة جديدة الدعم للفرضية القائلة بأن هذه البقايا الفيروسية القديمة تلعب دورًا رئيسيًا في المراحل المبكرة من التنمية البشرية وقد تكون متورطة في تطورنا.
من خلال التسلسل TES ، حدد فريق دولي من الباحثين أنماطًا مخفية قد تكون حاسمة لتنظيم الجينات ، وعملية تشغيل الجينات وإيقافها. تم نشر النتائج في 18 يوليو في مجلة Science Advances.
وقال الدكتور فوميتاكا إنوي ، أستاذ مشارك في الجينوم الوظيفي بجامعة كيوتو في اليابان ، “تم تسلسل جينومنا منذ فترة طويلة ، لكن وظيفة العديد من أجزائها لا تزال غير معروفة”. “يُعتقد أن العناصر القابلة للنقل تلعب أدوارًا مهمة في تطور الجينوم ، ومن المتوقع أن تصبح أهميتها أكثر وضوحًا مع استمرار الأبحاث.”
هناك العديد من الفوائد لدراسة كيفية تنشيط TES التعبير الجيني. وقال الباحث الرئيسي الدكتور شون تشن ، عالم الأحياء الحاسوبية والباحث الرئيسي في معهد الحصانة وعدوى الأوسكار الصينية للمادة الصينية ، إنه يمكن أن يساعد العلماء على فهم الدور الذي تلعبه التسلسلات في التطور البشري ، أو يكشف عن الروابط المحتملة بين TES والأمراض البشرية ، أو تعليم الباحثين كيفية استهداف TEs الوظيفية في العلاج الجيني.
مع مزيد من الأبحاث ، “نأمل أن نكشف كيف تجعلنا TES ، وخاصة ERVs (الفيروسات القهقرية الداخلية ، أو الحمض النووي الفيروسي القديم) ، إن الإنسان” ، أضاف تشن في رسالة بريد إلكتروني.
الحمض النووي الفيروسي القديم المدمج
عندما كان أسلافنا الرئيسيين مصابين بالفيروسات ، فإن تسلسلات المعلومات الوراثية الفيروسية ستكرر وإدراج أنفسهم في مواقع مختلفة في كروموسومات المضيف.
“إن الفيروسات القديمة فعالة في غزو جينومات أجدادنا ، وتصبح بقاياها جزءًا كبيرًا من جينومنا. لقد طور جينومنا العديد من الآليات للسيطرة على هذه الفيروسات القديمة ، والقضاء على آثارها المحتملة في الفصائل في جامعة كاليفورنيا ، وهي ، وهي ، وهي ، وعلم حيوي جزيئي ، و” توماس “.
بالنسبة للجزء الأكبر ، فإن هذه الفيروسات القديمة غير نشطة وليست سببًا للقلق ، ولكن في السنوات الأخيرة ، أظهرت الأبحاث أن بعض العناصر القابلة للانتقال قد تلعب أدوارًا مهمة في الأمراض البشرية. استكشفت دراسة أجريت في يوليو 2024 إمكانية إسكات بعض TEs لجعل علاج السرطان أكثر فعالية.
وقال هو الذي لم يشارك في الدراسة الجديدة: “على مدار التطور ، يتم تحلل بعض الفيروسات أو القضاء عليها ، وبعضها قمع إلى حد كبير في التعبير في التطور الطبيعي وعلم وظائف الأعضاء ، وبعضها مستأنف لخدمة الجينوم البشري”. “على الرغم من اعتبارها ضارة فقط ، يمكن أن تصبح بعض الفيروسات القديمة جزءًا منا ، مما يوفر مواد خام لابتكار الجينوم.”
ولكن بسبب طبيعتها المتكررة ، من الصعب للغاية دراسة العناصر القابلة للنقل والتنظيم. وقال تشن إنه في حين يتم تصنيف تسلسلات TE إلى العائلات والفلامية الفرعية بناءً على وظيفتها وتشابهها ، فقد تم توثيق العديد منها وتصنيفها بشكل سيئ ، “والتي يمكن أن تؤثر بشكل كبير على تحليلاتها التطورية والوظيفية”.
التأثير الفيروسي القديم على التنمية البشرية والتطور
تشير الأبحاث الجديدة إلى أن الفيروسات القديمة يمكن أن تساهم في العملية التطورية التي أدت إلى البشر والشمبانزي والمكاك. – باتريك مينهاردت/AFP/Getty Images
ركزت الدراسة الجديدة على مجموعة من تسلسل TE تسمى MER11 الموجودة داخل الجينومات الرئيسية. باستخدام نظام تصنيف جديد بالإضافة إلى اختبار نشاط الجينات للحمض النووي ، حدد الباحثون أربعة أفلام فرعية غير مكتشفة سابقًا.
تم العثور على التسلسل المتكامل مؤخرًا ، المسمى mer11_g4 ، لديه قدرة قوية على تنشيط التعبير الجيني في الخلايا الجذعية البشرية والخلايا العصبية في المرحلة المبكرة. تشير هذه النتيجة إلى أن هذه الفئة الفرعية TE تلعب دورًا في التنمية البشرية المبكرة ويمكن أن “تؤثر بشكل كبير على كيفية استجابة الجينات للإشارات التنموية أو الإشارات البيئية” ، وفقًا لبيان صادر عن جامعة كيوتو.
يشير البحث أيضًا إلى أن TEs الفيروسية كان لها دور في تشكيل التطور البشري. من خلال تتبع الطريقة التي تغير بها الحمض النووي بمرور الوقت ، وجد الباحثون أن الفئة الفرعية قد تطورت بشكل مختلف داخل جينومات الحيوانات المختلفة ، مما يساهم في التطور البيولوجي الذي أدى إلى البشر والشمبانزي والمكاك.
قال: “إن فهم تطور جينومنا هو إحدى الطرق لفهم ما الذي يجعل البشر فريدة من نوعها”. “سوف يمكّننا من الأدوات لفهم البيولوجيا البشرية والأمراض الوراثية البشرية والتطور البشري.”
وقال تشن إنه بالضبط ما تورطت هذه TEs في العملية التطورية ، لا يزال غير واضح. وأضاف أن TEs الأخرى التي لم يتم تحديدها بعد لعبت أدوارًا متميزة في العملية التطورية للقرود.
وقال الدكتور ستيف هوفمان ، عالم الأحياء الحاسوبية في معهد ليبنيز للشيخوخة في جينا ، ألمانيا ، “الدراسة تقدم رؤى جديدة ونقاط رافعة المالية محتملة لفهم دور TES في تشكيل تطور جينوماتنا”. وأضاف في رسالة بالبريد الإلكتروني: “يؤكد البحث أيضًا على مدى التعلم من نوع من الحمض النووي مرة واحدة في أن يتم تشويهه كصاحب مستقل جزيئي”.
كان هوفمان الباحث الرئيسي لورقة علمية وثقت لأول مرة خريطة الجينوم الكاملة الكاملة لسمك جرينلاند ، وهي أطول فقارات في العالم يمكنها البقاء حتى حوالي 400 عام. يتكون جينوم القرش من أكثر من 70 ٪ من الجينات القفز ، في حين يتكون الجينوم البشري من أقل من 50 ٪. في حين أن الجينومات الرئيسية تختلف عن تلك الموجودة في سمك القرش ، فإن “الدراسة تقدم دليلًا إضافيًا على التأثير المحتمل لـ TES على تنظيم الجينوم” و “هي رسالة ذات صلة لجميع باحثو الجينوم” ، قال هوفمان.
من خلال التحقيق في كيفية تطور الجينومات ، يمكن للباحثين تحديد تسلسل الحمض النووي التي ظلت كما هي ، والتي ضاعت في الوقت المناسب والتي ظهرت مؤخرًا.
وقال هوفمان: “إن أخذ هذه التسلسلات في الاعتبار غالباً ما يكون أمرًا بالغ الأهمية للفهم ، على سبيل المثال ، لماذا يطور البشر أمراضًا لا تقم بها بعض الحيوانات”. “في النهاية ، يمكن أن يساعد الفهم الأعمق لتنظيم الجينوم في اكتشاف العلاجات والتدخلات الجديدة.”
تايلور نيكولي هو صحفي مستقل في نيويورك.
اشترك في النشرة الإخبارية لنظرية Wonder's Wonder Science. استكشف الكون مع الأخبار عن الاكتشافات الرائعة والتقدم العلمي والمزيد.
لمزيد من الأخبار والنشرات الإخبارية CNN قم بإنشاء حساب في CNN.com