تعقيد مذهل للعقل في "ترنسكريبتوم Transcriptome " ذبابة الفاكهة!

بسم الله الرحمن الرحيم

إن ذبابة الفاكهة المتواضعة، كانت ولا تزال في قلب الدراسات الجينية لقرابة الـمئة عام، هذه الذبابة لازالت تستمر بإذهال العلماء وتقوم بدحض التوقعات التطورية السطحية التي تعامل المسائل المعقدة على أنها أبسط بكثير مما هي تبدو عليه، هذه هي عقيدة التطور الاختزالية. مؤخراً، قام فريق بحث بتقييم تنوع التعبير الجيني خلال جينوم هذه الحشرة بطريقة أكثر تفصيلاً من الدراسات السابقة، وقد كشفت النتائج عن تعقيد مذهل وتصميم (1).

إن البحوث الأخيرة في جينوم النباتات والحيوانات قد بدأت تكشف عن خاصية أساسية بدأت بالظهور خلالها، ألا وهي: قرابة كل الحمض النووي يتم "نسخه" أي يتم نسخه إلى RNA (2). وهذا الـ RNA المنسوخ يشكل ما نعرفه بالـترنسكريبتوم.

حسب ويكيبيديا:

الترنسكريبتوم )بالإنجليزية: (Transcriptome هي مجموعة كل جزيئات الرنا التي تتضمن الرنا المرسال والرنا الريبوسومي والرنا الناقل وغيرها من أنواع الرنا غير المشفّر التي يتم إنتاجها في خلية واحدة أو تجمع من الخلايا ، تنتج جزيئات الرنا تلك من الدنا . يمكن إطلاق هذا المصطلح على مجموعة النواسخ الكاملة في كائن ما أو على مجموعة فرعية محددة من النواسخ التي توجد في نوع خلوي معين. بعكس الجينوم وهو ثابت تقريبا لخط خلوي معين (إذا ما استثنينا الطفرات)، يمكن أن تتنوع مجموعة الترانسكربيتوم بتنوع الظروف البيئية. يعكس الترانسكربيتوم الجينات التي تم تعبيرها بنشاط في أي وقت محدد وذلك لأنه يشمل كل ناسخات الرنا في الخلية باستثناء ظاهرة تحلل الرنا المرسال مثل توهين الناسخات (بالإنجليزية: Transcriptional Attenuation).
يرمز إلى دراسة الترانسكريبتوم أيضا بصياغة التعبيرات (بالإنجليزية: Expression Profiling ) والتي تفحص مستوى التعبير للرنا المرسال في تجمع خلوي محدد غالبا باستخدام تقنيات سلسلة عالية الإنتاجية تعتمد على تقنية مصفوفات الدنا الدقيقة. يعرف استخدام الجيل القادم من السلسلة لدراسة الترنسكريبتوم على مستوى النيوكليتويد بسلسلة الرنا.
إن الترانسكريبتوم هو فرع من الأحياء الجزيئية يتعامل مع دراسة جزيئات الرنا الرسول المنتجة في خلية أو تجمع من نوع خلوي معين.
يرمز إلى دراسة الترانسكريبتوم أيضا بصياغة التعبيرات (بالإنجليزية: Expression Profiling ) والتي تفحص مستوى التعبير للرنا المرسال في تجمع خلوي محدد غالبا باستخدام تقنيات سلسلة عالية الإنتاجية تعتمد على تقنية مصفوفات الدنا الدقيقة. يعرف استخدام الجيل القادم من السلسلة لدراسة الترنسكريبتوم على مستوى النيوكليتويد بسلسلة الرنا.
إن الترانسكريبتوم هو فرع من الأحياء الجزيئية يتعامل مع دراسة جزيئات الرنا الرسول المنتجة في خلية أو تجمع من نوع خلوي معين.

الأنواع المختلفة من جزيئات الـRNA التي يتم انتاجها يمكن وضعها في العديد من الوظائف، هذه الوظائف تشمل الـRNA غير المشفِر (الطويل والقصير) والـRNA المشفر للبروتين. وقطع جزيئات الـRNA غير المشفرة للروتين تفوق تلك التي تشفر البروتين بمراحل. تلك المناطق من الـRNA التي لا تشفر البروتين تعمل كطبقة نظام معلومات يقوم بالتحكم باستخدام المناطق القابلة للتشفير! بمعنى آخر، فالـRNA غير المشفر يتحكم بعملية تشفير البروتين. 

الصورة في الأسفل تظهر أقسام RNA التنظيمي غير الشفر للبروتين.

في هذه الدراسة الجديدة المنشورة في المجلة العلمية Nature، قام مؤلفو الدراسة بتحليل الـRNA الذي تم تعبيره أو نسخه من الكثير من الأنسجة المختلفة لذبابة الفاكهة باستخدام تقنية سلسلة متقدمة (1). اكتشف الباحثون أكثر من 1200 جين جديد لم تكن معروفة سابقاً. هذه النتائج تظهر أن حتى في قطع الجينوم الصغيرة المدروسة جيداً فإنه لا يزال هناك الكثير لنفهمه ونقوم بتصنيفه.

اكتشاف مذهل آخر وهو التداخل المذهل للجينات المشفرة "باتجاهين مختلفين". إن الحمض النووي هو عبارة عن سلسلة جزيئية مزدوجة والجينات توجد في كل من السلسلتين (يعلمن باتجاهين متعاكسين) مع قطع يمكن أن تتداخل مع بعضها البعض. إحدى السلستين يمكن أن تحوي جينات مشفرة للبروتين، بينما تقوم الأخرى بتشفير ما يُعرف بالـRNA المضاد. هذا الـRNA المضاد يساعد في تنظيم البروتينات المقابلة في الأجزاء المناظرة للـRNA المضاد، وعلى ما يبدو فإن الـRNA المضاد يقوم بدور فعال وهام في التحكم بالتعبير الجيني في ذبابة الفاكهة على مستويات أعلى بكثير مما كان يُظن سابقاً.

الصورة في الأسفل تظهر التداخل Overlapping.

وقد تم اكتشاف أمر آخر أيضاً، وهو أن الربط المتناوب      alternative splicing يمتاز بتعقيد وانتشار أكثر بكثير مما كان يُعرف سابقاً. كلاً من جينات الـRNA المشفرة للبروتين وغير المشفرة للبروتين تحتوي مناطق تعرف بالانترونات والاكسونات. هذه المناطق ترتبط بعملية نسخ الجينات، فبعد نسخ الـجين إلى RNA فإن الانترونات يتم ربطهن وحذفهن و الاكسونات يتم ربطهن وجمعن. في الكثير من الجينات، فإن الاكسونات يتم قطعهن بشكل متناوب لتشكيل منتج جيني متغير ومتنوع. في البشر، فالتخمين يقود إلى 95% من الجينات يتم ربطهن بشكل متناوب (4) (5). في ذباب الفاكهة، وجد أن الربط المتناوب يلعب دوراً رئيسياً في تنظيم الجينات خلال كلاً من نمو وفعالية الخلايا العصبية. شاهدوا هذا الفيديو عن الربط المتناوب:

http://www.youtube.com/watch?v=oCMnwSGrBG8

الكثير من التعقيد في الترنسكريبتوم في ذبابة الفاكهة يعود في الواقع إلى الخصائص الحاكمة الجديدة التي لا تلعب دوراً في تنظيم الجينات فقط، بل تعدل نسخ الـRNA بعد انتاجه أيضاً. وقد صرح مؤلفو هذه الدراسة قائلين:

"إن ترنسكريبتوم الذبابة معقد بشكل أكثر بكثير مما عرف سابقاً، وهذا التعقيد ينشأ من الاستخدام المدمج للمعززات، مناطق الربط، ومناطق عديد الأدينيلات" (1).

بالرغم من الظن السابق أن جينوم الذبابة بسيط، فإن هذه الذبابة تستمر بإذهال العلماء بتعقيدها المذهل. كلما اكتشفنا أكثر عن الجينوم، كلما أدركنا أكثر أن التعقيد البيولوجي أعظم بكثير مما تخيلنا. بينما لا يستطيع التطوّر التنبؤ بهذا التعقيد، فإن نظرة المؤمن بالخلق ووجود خالق عليم قدير يمكنها التنبؤ بهذا.

References

1.      Brown, J. B. et al. 2014. Diversity and dynamics of the Drosophila transcriptome. Nature. doi:10.1038/nature12962.

2.      Tomkins, J. 2013. Explaining Organismal Complexity with Non-Coding DNA. Acts & Facts. 42: (11) 19. 

3.      Pelechano, V. and L. M. Steinmetz. 2013. Gene regulation by antisense transcription. Nature Reviews Genetics. 14 (12): 880-893.

4.      Wang, E. T. et al. 2008. Alternative isoform regulation in human tissue transcriptomes. Nature. 456 (7221): 470-476.

                5.                       Pan, Q. et al. 2008. Deep surveying of alternative splicing complexity in the human                               transcriptome by high-throughput sequencing. Nature Genetics. 40: (12) 1413-1415.