بیگ بنگ: بتازگی محققان موفق شدند با پر کردن برخی شکاف‌ها در ژنوم انسان، نخستین توالی کامل، پیوسته و بدون شکاف از یک کروموزوم X انسان را به دست آورند.

به گزارش بیگ بنگ، در سال 2003، اتفاق تاریخ‌سازی به وقوع پیوست. ژنوم انسان برای نخستین‌بار توالی‌بندی شد. از آن زمان به بعد، پیشرفت‌های فناوری باعث شده تا اصلاحات قابل ملاحظه‌ای در این زمینه صورت پذیرد. ماحصل این پیشرفت‌ها، ارائه دقیق‌ترین و کامل‌ترین ژنوم مهره‌داران می‌باشد که تا به امروز توالی شده است. با این حال، شکاف‌هایی نیز وجود دارد که باید در پر کردن آنها تلاش کرد؛ مثل کروموزوم‌های انسان. ما به طور کامل شناخت خوبی از کروموزوم‌های انسان داریم، اما کماکان شکاف‌هایی در خصوص توالی آنها وجود دارد. اکنون ژنتیک‌دانان برای نخستین‌بار موفق شدند برخی از این شکاف‌ها را پر کنند. بنابراین، نخستین توالی کامل، پیوسته و بدون شکاف از یک کروموزوم X انسان به دست آمده است.

روش جدیدی تحت عنوان «ترتیب توالی نانوپوره»(nanopore sequencing) زمینه را برای این پیشرفت‌های جدید فراهم آورده است؛ این روش به محققان کمک می‌کند تا رشته‌های DNA را به خوبی بخوانند که البته با روش‌های توالی پیشین فرق دارد. در روش‌های قبل، فقط می‌توانستیم بخش‌های کوچک را در یک سری بخوانیم. پیشتر، ژنتیک‌دانان مجبور بودند مثل پازل این قطعات را کنار یکدیگر قرار دهند. اگرچه محققان این کار را به خوبی انجام می‌دادند، اما قطعات به یکدیگر شباهت پیدا می‌کردند. بنابراین، به سختی می‌توان تشخیص داد که آیا مسیر را به درستی طی می‌کنیم یا خیر. باید این موضوع را به خوبی بررسی کرد که چند تکرار در توالی وجود دارد. البته شکاف‌های ظریفی در این میان وجود دارد.

“کارن میگا”، زیست‌شناس DNA در دانشگاه کالیفرنیا گفت: «ما در حال پی‌بردن به این موضوع هستیم که این نواحی از جمله غنی‌ترین نواحی برای تغییر در جمعیت انسان هستند. پس نتیجه این شده که ما تا به امروز اطلاعات زیادی را از دست داده‌ایم و می‌بایست توجه ویژه‌ای به این ناحیه می‌کردیم چرا که می‌تواند نقش بسیار مهمی در بیماری‌ها و زیست‌شناسی انسان بازی کند.»

اینجاست که روش توالی نانومنفذ به کار می‌آید. این روش از نانومنافذ پروتئینی تشکیل یافته است و در حال حاضر در غشاء به کار برده می‌شود. وقتی ماده ژنتیکی در اختیار نانومنفذ قرار داده می‌شود، تغییر در جریان می‌تواند به توالی ژنتیکی ختم شود. این فناوری از وابستگی دانشمندان به واکنش زنجیره پلی‌مراز می‌کاهد؛ روشی که DNA را با ایجاد میلیون‌ها نسخه از آن تقویت می‌کند.

“میگا” و همکارانش از این روش برای مطالعه DNA حاصل از نوع نادری از تومور خوش‌خیم استفاده کردند. البته آنها سایر فناوری‌های را نیز برای تحقق هدف‌شان به کار بستند که از جمله آن‌ها می‌توان به Illumina  و PacBio  اشاره کرد. هدف این بود که اطمینان حاصل کنند نتیجه نهایی، حد‌الامکان کامل و بی‌نقص است. “میگا” اظهار داشت: «در این فرایند تکراری که در سه پلتفرم توالی مختلف به انجام رسید، توانستیم به دقت کم‌نظیری دست پیدا کنیم. نشانگرهای منحصربفرد می‌توانند سیستم خوبی برای خواندن رشته‌های طولانی فراهم کنند.»

اما کماکان باید اقدام به پر کردن برخی از شکاف‌ها کرد؛ به ویژه در سنترومر، ساختاری که کروماتیدها را به یکدیگر وصل می‌کند. کروماتیدها به رشته‌های ریسمان مانندی اطلاق می‌شود که کروموزوم‌ها در درون آنها تقسیم می‌شوند. این ناحیه نقشی حیاتی در میتوز دارد، اما از سطح پیچیدگی بسیار بالایی هم بهره می‌برد. در کروموزوم X، این ناحیه خیلی تکرارشونده است و 3.1 میلیون جفت باز DNA را در برمی‌گیرد. محققان توانستند با بررسی تغییرات ناچیز در این تکرارها، این ساختار جالب را به خوبی شناسایی کنند.

“میگا” در پایان گفت: «از دید من، این ایده واقعاً دیوانه‌وار و شگفت‌انگیز است که بتوانیم یک رشته تکرار به اندازۀ 3 مگاباز را کنار هم قرار دهیم. حالا به جایی رسیده‌ایم که میلیون‌ها باز را می‌توانیم تحت پوشش قرار دهیم؛ کاری که پیشتر غیرممکن به نظر می‌رسید. این تحقیق به دانشمندان این فرصت را داد تا همۀ 29 شکاف موجود در مرجع کروموزوم X فعلی را پر کنیم. نتایج ما نشان می‌دهد که اِتمام کل ژنوم انسان اکنون امکان‌پذیر است.» جزئیات بیشتر این پژوهش در نشریۀ Nature منتشر شده است.

ترجمه: منصور نقی‌لو/ سایت علمی بیگ بنگ

منبع: sciencealert.com