الهدف (اللغز) المركزي في الاحياء الجزيئية

في المنشورات القادمة سنركز ان شاء الله على ما يعرف ب

Central dogma of molecular biology.

الهدف (اللغز) المركزي في الاحياء الجزيئية.

بشكل بسيط يمكن تلخيص هذا الهدف في:

                      " تحويل الجين الى بروتين"

كيف يمكننا تخزين البيانات على الحمض النووي DNA - دينا زيلنسكي، منصة TEDx

لعرض الترجمة باللغة العربية ما عليكم الا بالضغط على الثلاث نقاط في زاوية الفيديو من الأسفل Captions  اختيار اللغة العربية.

لولا، فتاة العصر الحجري

بعد انتهاء هذه الفتاة السمراء الجميلة  ذات العيون الزرقاء من تناول وجبة البط الذيذة قامت بالتحلية بعلكة مصنوعة من لحاء شجرة البتولا  ثم بصقتها ارضاً في منطقة مستنقعات ساحلية تقع متمثلة في يومنا هذا في جنوب الدنمارك.

و اذا بهذه العلكة تقع في ايدي العلماء بعد اكثر من  5,700 سنة ليقوموا باستخراج تسلسل جينوم كامل لهذه الفتاة  من تلك العلكة ومن ثم اعادة تكوين صورة صاحبة العلكة من حيث تحديد الجنس ولون البشرة والشعر والعيون  بناءً على الحمض النووي المستخرج من لعابها، واتضح أنها فتاة من العصر الحجري التي عاشت قبل حوالي 5,700عام

 أطلق العلماء عليها اسم "لولا"، نسبة لجزيرة لولاند في الدنمارك حيث كانت تعيش فيها. كما ان  آخر وجبة  تركت لها آثار في العلكة واتضح انها كانت تمضغ البندق والبط قبل تناول هذه العلكة.

وكشفت ايضاً الميكروبات التي كانت توجد في فمها والتي تركت اثر في هذه العلكة  انها كانت تعاني في حياتها بسبب اصابتها بفيروس إبشتاين بار

كل هذه المعلومات تم استخراجها من علكة !!!

في منشورات قادمة سنتحدث ان شاء الله عن تقنيات قراءة و تحليل DNA.

اهم التجارب لاثبات ان الحمض النووي هو مادة الوراثة

عملية اكتشاف ان الحمض النووي DNA هو المادة الوراثية شكل معلما هاما في البيولوجيا الجزيئية. هذا الاكتشاف لم يكن ليتم لولا عمل مجموعة من العلماء نوردهم كالاتي:

 فريدريك غريفيث و تجاربه على البكتيريا.

 كان يدرس سلالاتين مختلفتين من البكتيريا، سميت بـ R (خشن) سلالة وسلالة S (سلس). حيث قام بحقن سلالتين في الفئران. قامت سلالة S بقتل الفئران (خبيثة) ، ولكن سلالة R لم تتسبب بقتل الفئران (غير خبيثة) (انظر الشكل أدناه). قام جريفيث ايضا بحقن الفئران بالبكتيريا S-السلالة والتي قتلت بفعل الحرارة. وكما هو متوقع، فإن البكتيريا المقتوله  لم تضر الفئران. ومع ذلك، عندما تم خلط البكتيريا S-سلالة ميتة مع البكتيريا R-السلالة الحية وحقنت بها الفئران قتلت الفئران.

وبناء على ملاحظاته، استخلص غريفيث أن شيئا ما في سلالة S المقتوله انتقلت إلى سلالة R الغير مؤذية السابقه، مما يجعل من سلالة R قاتلة. واطلق على هذه العملية مسمى التحول، وكأن شيئا ما "حول" البكتيريا من سلالة إلى سلالة أخرى. ماذا كان ذلك شيئا؟ ما نوع المادة التي يمكنها  تغيير خصائص الكائن الحي الذي تلقاها؟

فريق أفيري عمل مساهمة كبيرة

في بداية القرن ١٩٤٠، حاول فريق من العلماء بقيادة العالم أوزوالد افري الإجابة على السؤال الذي طرحته نتائج جريفيث. حيث قاموا بتعطيل المواد المختلفة في البكتيريا من سلالة S. بعد ذلك قتلوا البكتيريا من سلالة S وخلطوا البقايا مع البكتيريا سلالة R حية. (نضع في اعتبارنا ان البكتيريا من سلالة R عادة لا تضر الفئران.) عندما تم تعطيل البروتينات اصبحت سلالة R قاتله للفئران بعد حقنها. سبب هذا استبعاد البروتينات من المواد الوراثية. لماذا ا؟ حتى من دون بروتينات سلاله S تم تغيير سلالة R أو تحويلها الى سلاله قاتله. ومع ذلك، عندما عطل الباحثون الحمض النووي في سلالة S، ظلت سلالة R غير مؤذية. وأدى ذلك إلى استنتاج مفاده أن الحمض النووي هو المادة التي تتحكم في خصائص الكائنات الحية. وبعبارة أخرى، DNA هو المادة الوراثية.

هيرشي وتشيس يختتمان الصفقة

لم يقبل استنتاج الحمض النووي على انه ماده وراثية على نطاق واسع في البداية. كان لا بد من تأكيده بأبحاث أخرى. في الخمسينات من القرن الماضي قام ألفريد هيرشي ومارثا تشيس بتجارب على الفيروسات والبكتيريا. لم تخلق الفيروسات من الخلايا. هي أساسا حمض نووي متلبس بالبروتين. ولكي تتكاثر يجب إدراج فيروس بالمادة الوراثية الخاصة بها في خلية (مثل البكتريا). ثم أنه يستخدم آليات الخلية لبذل المزيد من الفيروسات. واستخدم الباحثون العناصر المشعة المختلفة لتسمية الحمض النووي والبروتينات في الفيروسات. وهذا ما سمح لهم لتحديد أي جزيء الفيروسات إدراجها في البكتيريا. كان الحمض النووي جزيء التي تم تحديدها. وأكد هذا أن الحمض النووي هو المادة الوراثية

10 questions about Corona virus (COVID19)

.

10 اسئلة حول #COVID19 و 4 خبراء للاجابة عليها.

اكيكو ايواساكي، جيرارد كروز، سامويل اليزون و رينو رابولي.

10 questions on #COVID19, 4 experts to answer. With Akiko Iwasaki, Gérard Krause, Samuel Alizon, and Rino Rappuoli.

 

Article link               رابط النص الاصلي للمقابلة

EMBO molecular medicine Journal    مجلة
 Embopress

الترجمة تلقائية من مترجم غوغل:

مقابلة: 24 أبريل 2020

EMBO Mol Med (2020) 12: e12317

https://doi.org/10.15252/emmm.202012317

أرقام ومعلومات:

الصحفي من  EMBO molecular medicine Journal

EEM:

بعد إيطاليا ، تقوم العديد من الدول الأوروبية الأخرى والولايات المتحدة الأمريكية بتنفيذ درجات مختلفة من الحجر الصحي / التباعد الاجتماعي لإبطاء انتشار الفيروس. هل إجراءات الإغلاق الصارمة المطبقة في Huabei أفضل من الإبعاد الاجتماعي القسري لوقف COVID ‐ 19؟ هل يتم تطبيق هذه الإجراءات بعد فوات الأوان بحيث يكون لها التأثير الأمثل؟ ما الذي تحتاجه الدول الأخرى للهروب من التصعيد الدراماتيكي الذي نراه في إيطاليا أو الولايات المتحدة؟

جيرار كراوس (GK): نحن نتطلع إلى موقف لن يتكشف بشكل كامل إلا خلال 12-24 شهرًا قادمة. لذلك ، فإن تقييم النهج الأفضل هو أمر محفوف بالمخاطر في هذه المرحلة.

صموئيل أليزون (SA): حتى الآن ، نفتقر إلى نماذج مفصلة لنعرفها على وجه اليقين. فيما يتعلق "بالمثالية" ، هناك مسألة سياسية قوية تتعلق لأن إحدى الإستراتيجيات يمكن أن تتمثل في إبطاء انتشار الفيروس بين السكان لتحقيق عتبة مناعة القطيع (~ 60 ٪ لـ COVID ‐ 19) من خلال المناعة الطبيعية وأخرى هي وقف انتشارها لأطول فترة ممكنة لقاح آمن وفعال ليكون جاهزا للتنفيذ. علاوة على ذلك ، فإن حساب التكلفة الصحية لعملية الإغلاق نفسها أمر بالغ الأهمية كما هو صعب.

رينو رابولي (RR): أعتقد أن جميع الدول الغربية قللت في البداية من تأثير COVID-19 على نظام الرعاية الصحية والوفيات والاقتصاد. يعمل الحجر الصحي والتباعد الاجتماعي بشكل أفضل إذا تم تنفيذه بدقة في وقت مبكر جدًا ، قبل انتشار الحالات. عند هذه النقطة ، تنفذ جميع البلدان تدابير مماثلة لتلك المطبقة في إيطاليا.

EMM: بدت العديد من البلدان والمناطق الآسيوية مستعدة بشكل أفضل للفاشية ، وحتى الآن أبلغت عن انخفاض معدل الزيادة في الحالات (ولا سيما تايوان وهونج كونج) أو انخفاض الأعداد (البر الرئيسي للصين وكوريا). ماذا فعلوا منذ البداية؟

أكيكو إيواساكي AI (منظمة العفو الدولية):

 كانت هذه البلدان أكثر استعدادًا للتعامل مع حالات التفشي. كانت هونغ كونغ على وجه الخصوص تتمتع بتأهب طويل الأمد للأوبئة. نفذت الصين تدابير الحجر الصحي العدوانية في وقت مبكر نسبيا. استجابت كوريا بسرعة من خلال إجراء اختبارات مكثفة وحجر الأشخاص المصابين. كما استجابت تايوان بشكل سريع ومنهجي لتنفيذ الاختبارات والاحتواء السريع. مفتاح التعامل مع الأوبئة هو العمل في أقرب وقت ممكن لأن الفيروس ينتشر بشكل كبير بين السكان السذاجة المناعية. تشمل بعض التدابير الرئيسية غسل اليدين ، والتشتيت الاجتماعي ، والاختبار على نطاق واسع ، والحجر الصحي للأشخاص المصابين ، وتتبع الاتصال وإعادة الاختبار المتعدد قبل رفع الحجر الصحي.

RR: كانت هذه البلدان صارمة للغاية في تنفيذ وإنفاذ التدابير المطلوبة منذ البداية للحد من انتشار الفيروس.

EMM: هناك دليل على أحداث مفرطة في بداية الوباء الكوري والجائحة الأوروبية (على سبيل المثال في حانة في Ischgl ، النمسا). هل يتطلب انتشار الجائحة مثل هذه الأحداث الفائقة الانتشار؟ هل كان يمكن منع ذلك بتحضير أفضل ورد فعل سريع كما هو الحال في تايوان؟

SA: عدم التجانس في انتقال الأفراد ظاهرة مثيرة للاهتمام. خلال المراحل المبكرة من تفشي المرض ، يزيد هذا التغايرية من احتمالية انقراض العامل الممرض. في الواقع ، بالنسبة لنفس متوسط ​​رقم التكاثر الأساسي (R0) ، فإن وجود مفرط فائق يعني أيضًا أن العديد من المضيفين لن يتسببوا في أي عدوى ثانوية. على العكس من ذلك ، بمجرد أن يفلت الفاشية من الانقراض العشوائي ، سيزيد عدم التجانس نفسه من سرعة الانتشار. وباختصار ، لمنع ظهور تفشي ، يمكن للتنوع البيولوجي (مثل الحيوانات المضيفة) أن يوفر حماية أكثر من التماثل الجيني. على العكس من ذلك ، بمجرد انتشار الوباء ، يصبح تقليل الأحداث المنتشرة أمرًا ضروريًا.

RR: على الرغم من أنني على علم بالتقارير القصصية ، إلا أنني لست على علم بالحالات الموثقة من الانتشار الواسع. في رأيي ، لسنا بحاجة إلى انتشار واسع لشرح انتشار هذا الوباء. ربما يكون الانتشار الصامت للمرضى الذين لا تظهر عليهم الأعراض أكثر أهمية.

EMM: إلى أي مدى نحن بعيدون عن اللقاح وما هي أكثر طرق اللقاح الواعدة في الوقت الحالي تجاه السارس CoV ‐ 2 من حيث التوفر والفعالية؟

AI: لن نعرف ما إذا كان اللقاح فعال لمدة عام أو نحو ذلك. بدأت بالفعل المرحلة الأولى من تجربة لقاح مرنا في الولايات المتحدة الأمريكية. نظرًا لأنه لم يتم اختبار أي لقاحات حتى في النماذج الحيوانية من أجل الفعالية ، فمن الصعب معرفة أكثر الأساليب الواعدة حتى الآن. تكمن المشكلة في أننا لا نعرف حقًا الاستجابة المناعية المثالية التي من شأنها أن تمنح أفضل استجابة وقائية ضد السارس ‐ CoV how 2 وأفضل السبل لتحقيق ذلك.

GK: لست خبيرًا في المناعة أو عالم الفيروسات ، لكن تجربتي من أحداث مماثلة في الماضي هي أنه في بداية الوباء ، نميل إلى الحصول على تقديرات متفائلة للغاية حول مدى السرعة التي يمكن أن يتوفر بها اللقاح. بالنسبة للفيروس التاجي ، قد يكون هذا أكثر صعوبة.

RR: في ظل الظروف العادية ، يتطلب تطوير اللقاح 15-20 سنة. هذا في الغالب لأننا نريد أن نكون على يقين تام من أن اللقاحات آمنة وفعالة. عندما تكون هناك حالة طارئة ، يمكن تسريع تغيرات نسبة المخاطر / الفوائد وتطوير اللقاح. في حالة الإيبولا ، كانت 5 سنوات كافية لتطوير لقاح وترخيصه. بالنسبة لـ COVID ‐ 19 ، ستساعد التقنيات الجديدة والخبرة المكتسبة من الإيبولا على زيادة سرعة تطوير اللقاح ؛ ومع ذلك ، أعتقد أنه سيكون من الصعب الحصول على أي شخص متاح قبل 12 شهرًا على الأقل.

فيما يلي اللقاحات التي يتم تطويرها:

لقاحات الحمض النووي الريبي: يمكن تطويرها بسرعة كبيرة (في عام 2013 ، كان لدينا لقاح ضد H7N9 لتحصين الفئران في أسبوع واحد). المنصة لم تنضج بعد ، ولا يوجد لقاح معتمد لهذه التكنولوجيا ، ولا تزال السلامة موضع تساؤل. ومع ذلك ، يمكن أن يكون النهج الأسرع اعتمادًا على نسبة المخاطر / الفوائد. في الواقع ، إن لقاح RNA ضد السارس ‐ CoV ‐ 2 هو الأول الذي يذهب إلى المرحلة الأولى من التجارب السريرية.

المتجهات الفيروسية (Adeno ، ChAd ، الحصبة ، VSV ...): المنصة أكثر نضجًا من RNA ، ومن السهل تقسيم الجين الاصطناعي إلى ناقل. منتج واحد (إيبولا) مرخص بالفعل ، والبعض الآخر في المرحلة الثالثة ، والسلامة معقولة. تتوفر بعض القدرة التصنيعية. يمكن أن يكون هذا سريعًا أيضًا.

اللقاحات التقليدية القائمة على البروتين: بروتين سبايك المؤتلف يتم التعبير عنه في خلايا الثدييات أو الفيروس العصوي أو الخلايا النباتية +/− المواد المساعدة. من المحتمل أن يتم تصميم بروتين السنبلة لتثبيت شكل الحقن. أنا متأكد من أن هذه التكنولوجيا ستعمل. في البداية ، سوف يتطلب الأمر مزيدًا من الوقت للوصول إلى المرحلة الأولى ، ولكن نظرًا للخبرة التي لدينا في تطوير وتصنيع اللقاحات القائمة على البروتين ، فمن المحتمل أن تكون هذه هي التكنولوجيا التي نحتاج إلى الاعتماد عليها ، إذا كنا بحاجة إلى عدد كبير جدًا من جرعات اللقاح. من المحتمل جدًا أن يتطلب أي لقاح يعتمد على البروتين مادة مساعدة لتحسين المناعة ولحفظ الجرعة.

أخيرًا ، أعتقد أنه يجب علينا تطوير الأجسام المضادة البشرية وحيدة النسيلة بدءًا من PBMCs من الأشخاص الذين يعانون من النقاهة. هذه يمكن أن تكون مهمة للغاية للعلاج والوقاية. في حالة الإيبولا ، كانت أسرع وسيلة علاجية يتم تطويرها.

EMM: ما هو المعروف عن الاستجابة المناعية للسكان لمرض السارس ‐ CoV ‐ 2؟ جادل البعض بأن تعرض عامة السكان لازم لبناء مناعة القطيع. هل هذا صالح لـ COVID ‐ 19؟

AI: من السابق لأوانه معرفة ما إذا كانت الاستجابة المناعية المكتسبة بشكل طبيعي لـ COVID-19 كافية لمنع العدوى المستقبلية بنفس الفيروس وإلى متى. يعد الاعتماد على العدوى الطبيعية لبناء مناعة القطيع أمرًا خطيرًا للغاية ، كما أن خطر إصابة الأفراد "منخفضي الخطورة" بالمرض الشديد والموت مرتفع للغاية بحيث لا يمكن تنفيذ مثل هذه الاستراتيجية.

SA: الحصانة ضد السارس ‐ CoV ‐ 2 لا تزال غير معروفة. يبدو أنه فعال حتى الآن لأنه لا توجد حالات موثقة من الإصابة مرة أخرى. تكمن المشكلة في معرفة مدة استمرار الحصانة. مناعة القطيع هي الطريقة الوحيدة لتجنب الوباء في المستقبل. يمكن بناؤه إما من خلال التحصين الطبيعي أو من خلال التطعيم إذا تم تطوير لقاح. والأهم من ذلك ، حتى مع هدف تحقيق مناعة القطيع عن طريق التحصين الطبيعي ، من الضروري السيطرة على الوباء: أولاً ، حماية الأفراد الأكثر عرضة للخطر ؛ ثانيًا ، السماح للمستشفيات بالتعامل مع موجات الوباء. ثالثًا ، لأنه حتى إذا كانت عتبة مناعة القطيع ~ 60٪ لـ COVID ‐ 19 ، إذا نما الوباء دون رادع ، فمن المحتمل أن يصاب 90٪ من السكان (يعتمد كلا الرقمين على R0 الذي يختلف عبر المناطق).

EMM: ما هي فرصة حدوث موجة إصابة ثانية في ووهان ، في بقية الصين أو أي مكان آخر بعد مرور الذروة الأولى؟ تشير البيانات الحديثة المنشورة في قرود الريسوس غير الرئيسيات إلى حصانة تدوم 3 أشهر على الأقل. هل لدينا أي مؤشر بشري على الحصانة المكتسبة؟

SA: إذا تم رفع جميع تدابير التحكم قبل الوصول إلى عتبة مناعة القطيع ، فمن المحتمل حدوث موجة ثانية. ومع ذلك ، فإن الحفاظ على إجراءات تحكم أكثر مرونة يمكن أن يقلل R0 بشكل كاف لإبطاء انتشار الوباء في المستقبل وجعله أكثر قابلية للسيطرة عن طريق السياسات المستهدفة. شبه غياب العدوى الموثقة يشير إلى وجود مناعة مكتسبة. السؤال هو كم يدوم؟ تشير البيانات السابقة عن مرض السارس ‐ CoV ‐ 1 إلى أنه قد لا يستمر طويلا كما نأمل.

RR: لا نعرف سوى القليل عن المناعة المكتسبة لـ COVID ‐ 19. أظهرت الدراسات على قرود المكاك أن الإصابة بالعدوى لا تحدث في الحيوانات المصابة سابقًا ، مما قد يشير إلى أنه يمكن بناء مناعة القطيع من حيث المبدأ.

EMM: ما هو الاختلاف في الجهاز المناعي للأطفال والشباب الذين تكون العدوى بدون أعراض إلى حد كبير؟ هل هذه حجة لاختبار أوسع؟

SA: من الواضح أنه سيكون من المثير للاهتمام معرفة المزيد عن دور الأطفال في نشر العدوى لتعديل السياسات الوطنية ، مثل إغلاق المدارس.

RR: نحن نعلم أن العدوى خفيفة للغاية عند الأطفال والشباب ، وأن شدة المرض تزداد مع تقدم العمر ، مما يجعلها مهددة للحياة فوق 80 سنة من العمر. ينجم المرض الشديد في الغالب عن عاصفة السيتوكين التي تنتجها الخلايا المناعية التي تهاجر إلى الرئتين لمكافحة الفيروس. عادة ما يكون لدى الأطفال استجابة خلوية أقل ، وهذا يمكن أن يفسر المرض الأخف. الاختبار الواسع منطقي لمتابعة اتصالات الحالات أو في مجموعات صغيرة من السكان. عندما تتأثر دولة بأكملها ، يصبح من الصعب تنفيذ اختبار واسع.

EMM: كما تشير بعض التقارير إلى أن معدل الوفيات والإصابة بالسارس SAR CoV ‐ 2 من المرجح أن يكون أعلى من الإنفلونزا الإسبانية ، فلماذا نرى حاليًا معدل وفاة أقل بكثير؟

SA: هناك دائما مكون اجتماعي للوباء وربما أكثر من الوباء. في حالة جائحة الإنفلونزا 1918-1919 ، كان العالم يخرج من الحرب العالمية وكان متوسط ​​الصحة في السكان أقل بكثير مما هو عليه اليوم. علاوة على ذلك ، من الممكن أن يكون جزء كبير من الوفيات ناتجًا عن الإصابة بالعدوى البكتيرية (لم تكن المضادات الحيوية متوفرة في ذلك الوقت).

RR: على حد علمي ، لم يكن R0 للإنفلونزا الإسبانية عام 1918 أقل من مثيله COVID ‐ 19 الذي قُدر أنه 2.6. لا نعلم سبب ارتفاع معدل الإصابة بالأنفلونزا الإسبانية ، لكن الالتهابات البكتيرية الثانوية ونقص النظافة ربما زادت من فتك العدوى.

EMM: لماذا نرى انخفاض معدل الوفيات في سنغافورة وهونج كونج واليابان وكوريا الجنوبية على الرغم من ارتفاع معدلات الإصابة مقارنةً بمعدلات الوفيات المرتفعة في إيطاليا أو إسبانيا أو الولايات المتحدة؟

GK: هذه مراحل مختلفة في بلدان مختلفة والعديد من الاختلافات الأخرى التي نتطلع إليها حاليًا. يبدو أن التوزيع العمري يلعب دورًا ذا صلة.

SA: يجب على المرء أن يأخذ في الاعتبار دائمًا أن معدل الوفيات يعتمد على العدد الإجمالي للحالات التي تم اختبارها. لذلك ، كلما زاد فحص الدولة لـ COVID ‐ 19 ، انخفض معدل إماتة الحالات.

RR: من السابق لأوانه أن نفهم سبب معدلات الوفيات المختلفة. يمكن أن توضح إجراءات الاختبار المختلفة بعض التناقضات ؛ ومع ذلك ، يمكن أن يساهم العمر المختلف للسكان أيضًا.

EMM: هل يتحول COVID ‐ 19 بشكل أسرع من الفيروسات المماثلة الأخرى؟ هل يمكن أن يكون هذا مرتبطًا بمعدلات مميتة / عدوى مختلفة؟

RR:
COVID يتحور ، لكنه ليس سريعًا في الوقت الحالي.

EMM: هل من الممكن حاليًا تقدير المدة التي سيستمر فيها الوباء في بلد معين في هذا الوقت؟ ما البيانات المطلوبة للتنبؤ النهائي؟

GK: هذه التنبؤات صعبة للغاية.

SA: يمكننا تقدير المدة في غياب أي سياسة للصحة العامة ، ولكن لحسن الحظ ، تتفاعل الحكومات للتخفيف من هذا الانتشار. في أحسن الأحوال ، يمكننا التنبؤ بتأثير هذه السياسات. في اتجاه أكثر إثارة للقلق ، يمكن أن يكون لبعض الإجراءات استجابة لهذه السياسات (مثل الأشخاص الفارين من المدن الكبيرة بمجرد الإعلان عن قيود السفر) التأثير السلبي الذي يصعب توقعه.

RR: المعلومات الوحيدة التي لدينا هي أنه في الصين وكوريا وسنغافورة ، تمكنا من احتواء الموجة الأولى من COVID ‐ 19. ومع ذلك ، فإن غالبية السكان في هذه البلدان لا يزالون عرضة للإصابة. بالنظر إلى أن هذا الفيروس موجود بالفعل في معظم البلدان في جميع أنحاء العالم ، فمن غير المحتمل أن يختفي. قد نرى موجات ثانوية من العدوى ، وفي النهاية ، قد تصبح مستوطنة. آمل أن نكون جاهزين بحلول ذلك الوقت باللقاحات والأدوية.

تخزين البيانات في الحمض النووي

عرفنا سابقا ان شريط DNA يتكون من وحدات تسمى النكليوتيدات؛ وهي تتألف من جزيء سكر رايبوز منقوص الاكسجين و جزيء فوسفات و ٤ انواع من القواعد النيتروجينية A ادنين ، T ثايمين، C سايتوسين، G غوانين و ترتبط فيما بينها بروابط هيدروجينية. ايضا عرفن انه يوجد حوالي 3 مليار نكليوتيد في DNA.

الية تشفير المعلومات و دمجها بين نظام 01 و نظام القواعد النيتروجينية.

يعتمد النظام الرقمي للحواسيب على النظام الثنائي ويتألف من رقمين هما الصفر والواحد. اما التخزين في الحمض النووي يعتمد على اربعة حروف وهي T-A ، C-G.

هناك أكثر من طريقة للتشفير لكن أسهل الطرق:

 هي أن ترمز القاعدتان A،C للصفر و القاعدتان G،T للواحد و بذلك يصبح DNA في صورة مصفوفة من أصفار وواحدات كأي ملف رقمي عادي.

عيوب التخزين في الدنا

- التكلفة العالية لتخزين المعلومات في الحمض النووي، مثلا 83 كيلوبايت من البيانات وكلفت حوالي 1000 جنيه إسترليني (1500 دولار) و هي كلفة باهظة مقارنة بحجم الوثائق التي لدينا، لكن كما هو معلوم فأن اي تقنية جديدة تكون باهظة الثمن فمع تقدم طرق وادوات المستخدمة في التخزين ستنخفض تكلفتها .

- وتكمن مشكلة اخرى انه يمكن للدنا ان يتحلل في الحرارة، لكن وجد العلماء طرق للتخلص من هذه المشكلة.

أوضح العلماء أنه إذا تم تخزين الحمض النووي في درجات حرارة تحت الصفر ، فمن المحتمل أن يتم حفظه لمدة تتجاوز أكثر من مليون عام . في حين تتميز الأقراص المضغوطة وأقراص DVD بعمر افتراضي يبلغ 25 عامًا فقط تقريباً لذا سيكون هذا تحسن كبير في تقنيات تخزين البيانات الحالية .

تعود اولى تجارب تخزين البيانات على DNA الى منتصف الخمسينات من القرن الماضي. لكن اهم النتائج كانت بعد تطوير تقنيات تحليل DNA و ايضا تطوير لوغارثميات للتلاعب بالحمض النووي.

في عام  2017، استخدم فريق من جامعة هارفارد  تقنية كريسبر CRISPER لتخزين صورة و فلم في الحمض النووي، ثم قام الفريق باسترجاع ذلك عن طريق قراءة تسلسل القواعد في DNA البكتيريا. و بلغت درجة الدقة 90%.

رابط الخبر  BBC.com

للحديث بقية

تمثال الشكل اللولبي للحمض النووي

English below.

بعنوان الإكتشاف نحت بيد الفنانة لوسي غليندينينغ للإحتفاء بإنجاز العالِم فرانسيس كريك بإكتشاف  الحمض النووي وشكل  اللولب المزدوج. القواعد مصنوعة من فولاذ مقاوم للصدأ بإرتفاع 4 أمتار والتجسيدات من رخام الراتنج بحجم طبيعي. ينتصب هذا التمثال في شارع ابنغتون، نورث هامبتون، بريطانيا.

 Titled discovery sculpture by artist lucy glendinning to celebrate the accomplishment of scientist francisbcrick in discovering DNA and the double helix shape. the bases are 4 meters high made of stainless steel and the figures are life-size of resin marble.

Anington street, North Hampton, England.

دور العلماء في اكتشاف الحمض النووي

لاحظ عالِم الكيمياء الحيوية الألماني فريدريك ميسشر الحمض النووي أول مرة في عام 1869، لكنه لم يفهم وظيفة الجزيء. وايضا ينسب له اكتشاف النيوكلين nuclein.

العالم ميسشر

في اواخر ثمانينات القرن التاسع عشر قام العالم ألبرشت كوسل بتنقية المادة واكتشف خصائصها الحمضية العالية. كما حدد القواعد النووية لاحقًا. في نفس الفترة وضع العالم ريتشارد التمان مصطلح الحمض النووي (بالإنجليزية: nucleic acid)‏.

البرشت كاسل

ريتشارد التمان

بعد الحرب العالمية الاولى نشط البحث في مجال الفيزياء الحيوية و حاول العلماء تحديد شكل و تركيب الحمض النووي. ففي عام 1938، نشر العالم وليام أستبري أولَ نمط حيودٍ للأشعة السينية من الحمض النووي الريبوزي منقوص الأكسجين, و ايضا وضح ان المسافة بين القواعد النيتروجينية تقدر ب 0.34 نانومتر (حاليا تم اعتماد 0.332 نانومتر كمسافة بين قواعد الحمض النووي DNA من نوع B).

وليام استبري

في عام 1952، نشرت عالمة الفيزياء روزاليند فرانكلين صورًا خاصة لبلورات من الدنا عالي النقاوة اعتمادًا على خاصية حيود الأشعة السينية استنتجت منها الشكل الحلزوني للدنا، وأنه يتكون من أكثر من شريط.

روزاليند فرانكلين

في عام 1953، وصف العالماء جيمس واتسون، وفرانسيس كريك، وموريس ويلكنز هيكل الحمض النووي، واقترحوا كيف يمكن أن يرمز الجزيء إلى الوراثة.

فرانسيس كريك (يشير الى مجسم الحمض النووي) و جيمس واطسون

موريس ويلكنز

في عام 1962 حصل ثلاثة منهم -واتسون، وكريك، وويلكينز- على جائزة نوبل في علم وظائف الأعضاء أو الطب لاكتشافاتهم المتعلقة بالتركيب الجزيئي للأحماض النووية، وأهميتها في نقل المعلومات بالمواد الحية. أما فرانكلين، فقد ماتت قبل ذلك بأربع سنوات.

الفائزون بجائزة نوبل لعام 1962

علماء يخزنون ويسترجعون ملفات صور على الحمض النووي

في منتصف الثمانينات من القرن الماضي تسارعت وتيرة التطور العلمي و التكنولوجي. كان من اهم ثمارها تطوير تقنيات تخزين البيانات كبيرة الحجم على ادوات تخزينية ذات سعة عالية مثل القرص المضغوط CD. فسارعت كثير من الشركات مثل سوني و ميكروسوفت و ابل لتطوير هذه التقنية. في الصورة بيل غيتس موضحا كم البيانات التي يستطيع ان يستوعبها قرص مضغوط.

‏"هذا القرص المضغوط، يمكن أن يخزن معلومات أكثر من كل الورق الموجود تحتي" - بيل غيتس وهو يروج للقرص المضغوط في عام 1994

في الاعوام اللاحقة، تركزت ابحاث العلماء على تطوير اجهزة ذات قدرات تخزينية و تحليليلة اكبر مثل السوبر كمبيوتر المسمى بتايتن. تم الانتهاء من تطويره عام 2011 و استمر في العمل الى نهاية السنة الماضية، يمتاز تايتن بانه كمبيوتر هجين ذو قدرة تخزينية تصل الى 40 بيتا بايت (10¹⁵ bytes) او 40 مليون غيغا بايت و ذاكرة تصل الى 693.5 TiB و تكون من 299,008 معالجا. هذه بعض من المشاريع التي ساهم فيها:

كل هذا قاد الى عدة اسئلة مهمة، ما القدرة التخزينية لجزي DNA في جسم الكائن الحي، هل يمكن ان نستخدم النيوكليوتيدات بنفس نظام 01.
الاجابة، كانت بنعم يمكن استخدام ذلك، و قدر العلماء قدرة DNA التخزينية بحوالي 215 مليون غيغا بايت، اي انها 5 أضعاف قدرة تايتن.

في هذه المقاله نتعرف على احد الأبحاث حول تخزين و استرجاع الصور من على الحمض النووي. المقاله ليست بحديثة لكنها تمثل الاساس لعمليات تشفيرو ضغط البيانات على الحمض النووي. عام النشر 2016.

قام فريق من العلماء ومهندسي الكمبيوتر بتحقيق سابقةٍ بارزة: تخزين واسترجاع أربعة ملفات صور على الحمض النووي. هذا يعني تخزين أكثر من عشرة آلاف جيجابايت في تكتل بحجم رأس الدبوس من جزيئات الحمض النووي، مقلّصاً حجم مراكز البيانات مليون ضعف.

تسخير قوة الجينات

تخيلوا مراكز بيانات ضخمةً ومزارع خوادم تحتاج أفدنة بأكملها، تأرشف عدداً لا يحصى من البيانات لتخزنها بعيداً في "سحابة" أو ترسلها لتبحر عبر الإنترنت ... تخيلوا ذلك، وقد اعتقدتم مسبقاً أنّ لديكم فكرة رائعة جداً للحالة الراهنة لتخزين المعلومات. يتم تخزين الأفلام والصور والكتب ورسائل البريد الإلكتروني- ثروتنا من المعلومات الرقمية البشرية في هذه الصروح الإلكترونية العملاقة.

الآن تخيلوا أن نفس المركز هائل الحجم للبيانات يمكن أن يسعه سطح مكتبك، مع كل تلك المعلومات مقسمة بأمان ومخزنة على نفس الجزيئات التي تملي بيتنا الوراثية.

قد يبدو هذا بعيد المنال، ولكن حقق علماء الكمبيوتر والهندسة الكهربائية من جامعة واشنطن ومايكروسوفت ذلك -  أو على الأقل الخطوة الأولى نحو تحقيق ذلك.

ويوضح لويس كيز، المؤلف المشارك في الورقة البحثية التي تصف بحثهم، "الجزيء الرائع الذي يسمى الحمض النووي، يخزن بكفاءة جميع أنواع المعلومات حول الجينات وكيف يعمل نظام حي – وهي صغير جداً وقوي للغاية".

10000 جيجابايت من المعلومات - تعادل الأفلام ، الصور، الملفات، ورسائل البريد الإلكتروني التي يمكن أن يحتويها 600 هاتف ذكي – يمكن احتواؤها داخل قطرة صغيرة من الحمض النووي في أنبوب الاختبار في الصورة.

الكمبيوترات الأصغر

على عكس أدوات التخزين والأقراص الصلبة المستخدمة حالياً، يمكن لجزيئات الحمض النووي تخزين كمياتٍ مماثلة من المعلومات بكثافة أعلى بملايين الأضعاف؛ وفي حين أن وسائل حفظ المعلومات الأخرى تتحلل بسرعة كبيرة، يمكن للحمض النووي أن يستمر لمئات الآلاف من السنين.

ومع ذلك، فإن المشكلة هي ذات شقين: 

* أولاً، كيفية تحويل المعلومات الرقمية الثنائية (الآحاد والأصفار) إلى شكل الحمض النووي الرباعي (القواعد النيتروجينية الأدنين، الجوانين، السيتوسين، والثايمين)؛ وتم التغلب على هذا عن طريق تفتيت البيانات الرقمية إلى قطع وتسجيلها في جزيئات الحمض النووي والتي يمكن أن تجفيفها لسهولة التخزين.

* أما المشكلة الثانية هي كيفية استرداد هذه المعلومات المشوهة، بتطبيق أساليب تعلموها في مجال الإلكترونيات، استخدم الفريق ذاكرة "الإتاحة العشوائية" لإعادة تجميع البيانات -  في الأساس وضع علامة في تسلسل الحمض النووي تحمل "عنوان" باستخدام تقنية شائعة تسمى تفاعل البلمرة المتسلسل (PCR)، ومن ثمّ يمكن استرجاع التسلسل المطلوب من بحر شاسع من الحمض النووي العشوائي.

تمكن الفريق من تخزين واسترجاع أربعة ملفات صور على قصاصات حمض نووي اصطناعية، مما يثبت صحة المفهوم؛ تبدو الفكرة منطقية - الآن كل ما هو مطلوب هو الاستثمار المالي اللازم للتغلب على مشاكل توليف الحمض النووي السريع والتسلسل لجعل النظام يعمل.

الإلكترونيات تبدو عتيقة، المستقبل هو للحوسبة الحيوية.

و لكم أن تتخيلوا أيضا ماذا يمكن أن يحدث إذا تم دمج الحوسبة الكمومية مع الحيوية؟

النيوكليوتيدات - البنية الاساسية للحمض النووي

النيوكليوتيدات :

هي الوحدات الاساسية المكونة للحامض النووي ,التي تعمل على خزن ونقل المعلومات الوراثية. وكل منها يتالف من ثلاث وحدات وهي :

1. مجموعة فوسفات.

2. جزيء سكر خماسي. 

هناك نوعان اساسيان من السكر الذي يتركب منه الاحماض النووية:

أ. سكر خماسي منقوص الاكسجين ( Deoxy Ribose) و هذا هو النوع يدخل في تركيب DNA.

ب. سكر خماسي الرايبوز ( Ribose) و يدخل في تكوين RNA .

ترتبط مجموعة الفوسفات و السكر الخماسي لتشكل الهيكل الخارجي للحمض النووي.

3-قاعدة نيتروجينية:

و تقسم بناء على التركيب الكيميائي و عدد الحلقات الى نوعين:

أ. البيورينات purines:

و هي قواعد نتروجينيه موجودة في الاحماض النووية تتكون من حلقتين احدهما سداسية والاخرى خماسية وتتمثل بالادينين A والجوانين G.

ب. البريميدينات pyrimidines:

 وهي قواعد نتروجينيه موجودة في الاحماض النووية وتتكون من حلقة واحدة سداسية تحتوي على ذرتين من النيتروجين وتشمل السايتوسين C واليوراسيل U والثايمين T. 

قواعد البيورينات والبريميدينات ترتبط مع السكر الخماسي بواسطة روابط (beta –N- glycosidic bond) بين ذرة الكربون الأولى في السكر الخماسي وذرة النيتروجين التاسعة من البيورين والأولى من البايريميدين لتكوين النيوكليوسايد.

في جزيء DNA ترتبط البيورينات بالبرميدينات عن طريق روابط هيدروجينية. كالتالي:
الادنين مع الثايمين برابطتين
الجوانين مع السايتوسين بثلاث روابط. كما في الشكل

المادة الوراثية : الحموض النووية

بعد دراسات مكثفة إستطاع العلماء سبر اغوار المادة الوراثية و توصلوا الى ان هنالك نوعين من الحموض النووية:

١. الحمض النووي الرايبوزي منقوص الاكسجين اختصارا DNA. و يشكل اساس المادة الوراثية التي تنتقل عبر الاجيال.

٢. الحمض النووي الرايبوزي، تختصارا RNA و تساهم جزيئات RNA في عدد من العمليات منها تصنيع البروتينات (mRNA, tRNA, و rRNA)

شاهد الفيديو للتعرف على ذلك

للحديث 

الكروموسومات الجنسية و تحديد الجنس

بداية يختلف الذكر و الانثى في الطراز الكروموسومي الجنسي، فالذكر يحمل الطراز XY اما الانثى فتحمل الطراز XX. و علية فان الذكر ينتج نوعين من الغاميتات الذكرية (الحيوانات المنوية) X و Y, اما الانثى فتنتج نوعا واحدا من الغاميتات الانثوية (البويضات) X. لذا فتحديد جنس الجنين يكون من مسؤولية كروموسومات الذكر.

الفرق بين الكرموسوم Y و الكرموسوم X :-

هناك العديد من الاختلافات بين الكرموسومين، سواء أكان هذا في الحجم أم بالجينات التي يحملها أم بالشكل، وأبرز الاختلافات بين هاذين الكرموسومين:

👍 الكرموسوم X حجمه يساوي ثلاث أضعاف حجم الكرموسوم Y.

👍 عدد الجينات التي يحملها الكرموسوم X يبلغ حوالي 1020 جين وتقوم هذه الجينات بتصنيع البروتينات المختلفة، في حين أن الكرموسوم Y يحمل ما يقارب 122 جين فقط.

👍الكرموسوم X يكون موروث من كلٍ من الأم والأب، أما الكرموسوم Y فهو موروث فقط من الأب لابناءه الذكور.

👍 الصفات المرتبطة بالجنس تحمل فقط على الكروموسوم X. 

👍الكرموسوم Y يحتوي على الجين SRY في حين لا يحتوي الكرموسوم X عليه, هذا الجين يساعد في تحديد جنس الذكور. ايضا يوجد الجين AZF الذي يسهم في تغذية الحيوانات المنوية.

بداية المشوار

أهلا وسهلا بكم في مدونة أدنين،

هذه المدونة مخصصة للنشر في مواضيع الوراثة الجزيئية و ما يتعلق بها. ان شاء الله سيتمحور الموضوع حول النقاط الاتية:

💢 تركيب المادة الوراثية.

💢 تطور علم الوراثة.

💢 الانماط الوراثية ( المندلية و اللامندلية)

💢 التكنولوجيا الحيوية و هندسة الجينات

💢 تطبيقات الوراثة.

رمضان مبارك ع الجميع
دعواتكم لنا بالتوفيق و السداد ان شاء الله 

محبكم

لؤي الشوامرة