الرئيسيةعريقبحث

جينوم بشري

☰ جدول المحتويات

رسم بياني للشكل الخلوي المضاعف للصبغيات في الإنسان يبين تنظيم الجينوم البشري على هيئة صبغيات ويُظهر أيضا النموذج الذكري (XY) والأنثوي (XX) للصبغي رقم 23. كما هو موضح بالرسم، وتظهر الصبغيات متراصة حول القطعة المركزية.

الجينوم البشري أو المجين البشري (Human Genome)‏ هو مجموعة كاملة من المعلومات الوراثية للإنسان (Homo sapins) الموجودة في تسلسل الحمض الريبوزي النووي منقوص الأكسجين (الدي أن إيه (DNA)) في 23 زوجاً من الصبغيات في نواة الخلية بالأضافة إلى الحمض النووي داخل الميتوكوندريا. ويشمل الجينوم البشري على الحمض النووي المكود للبروتينات والحمض النووي المهمل غير المكود للبروتينات على حد سواء. يتكون الجينوم البشري الفرداني (الموجود في خلايا البويضة والحيوانات المنوية) من ثلاثة مليارات زوج من الدنا (DNA)، في حين أن الجينوم المضاعف (الموجود في الخلايا الجسدية) يحوي على ضعف محتوى هذا المحتوى. الاختلافات في تسلسل الجينوم بين البشر صغيرة جداً (سواء سود أو بيض أو هنود حمر) ولا تزيد عن 0.1 ٪ فقط. وهذه النسبة أصغر بكثير من الاختلافات بين البشر والحيوانات الأقرب (تطورياً) لهم؛ الشمبانزي على سبيل المثال (يبلغ الاختلاف عن البشر حوالي 4 ٪)[1].

ساهم مشروع الجينوم البشري في إنتاج تسلسل الجينوم الكامل الأول للإنسان في عام 2003. ومنذ ذلك الحين، تم فك تسلسل الآلاف من الجينومات البشرية نتيجة التطور المذهل في تكنولوجيا فك التسلسل (Next Generation Sequencing) والتي جعلت هذه العملية أرخص وأسرع بكثير. وتستخدم البيانات الناتجة في جميع أنحاء العالم في مجال العلوم الطبية الحيوية، وعلم الإنسان، والطب الشرعي وغيرها من فروع العلم. هناك توقعات على نطاق واسع أن الدراسات الجينية سوف تؤدي إلى التقدم في تشخيص وعلاج الأمراض، وإلى رؤى جديدة في العديد من مجالات علم الأحياء، بما في ذلك تطور الإنسان.

على الرغم من أن تسلسل الحمض النووي الدنا (DNA) في الجينوم البشري حدد بالكامل، إلا انه لا يزال غير مفهوم تماماً. وقد حددت معظم الجينات من خلال مزيج من المناهج التجريبية ذات الأنتاجية العالية والمعلوماتية الحيوية، ولكن لا يزال هناك الكثير من العمل يجب القيام بهِ لمعرفة الوظائف البيولوجية لمنتجات الحمض النووي من البروتينات والحمض الريبوزي النووي رنا (RNA). وتشير النتائج الأخيرة إلى أن كميات كبيرة من الحمض النووي غير المكودة داخل الجينوم ترتبط بالأنشطة الكيميائية الحيوية في الخلية، بما في ذلك تنظيم التعبير الجيني، وتنظيم بنية الصبغي، والإشارات المتحكمة في الوراثة اللاجينية. ويحتوي الجينوم البشري المفرد على ما يقرب من 20,000 من الجينات المكودة (مشيفرة)للبروتينات، والذي هو أقل بكثير مما كان متوقعاً[2][3]. ولذلك لا يشكل التسلسل المكود (مشفّر) للبروتينات سوى جزء صغير جداً من الجينوم (حوالي 1.5 ٪ )، ويرتبط باقي تسلسل الجينوم البشري بالحمض النووي المهمل غير المكود للبروتينات، وتسلسلات الدنا التنظيمية، والرتروترانسبوزون، والإنترونات، والمتواليات التي حتى الآن لم تتضح أي وظيفة لها.

التنظيم الجزيئي ومحتوى الجينات

يبلغ طول الجينوم البشري حوالي ثلاثة مليارات زوج من القواعد، بصورة 22 صبغياً، بالإضافة إلى صبغي X (واحد في الذكور، وأثنان في الإناث)، وصبغي Y واحد في الذكور. كل ذلك في صورة جزيئات كبيرة من الحمض النووي الخطي داخل نواة الخلية. ويشتمل الجينوم البشري أيضا على الحمض النووي الموجود في الميتوكوندريا، وهو جزيء دائري صغير نسبيا موجود في كل ميتوكوندريا.

المعلومات الأساسية عن هذه الجزيئات ومحتواها الجيني، في الجدول التالي. استناداً على مرجع الجينوم الذي لا يمثل تسلسل أي فرد معين. (مصدر البيانات: ENSEMBL متصفح الجينوم الإصدار 68، تموز/يوليه 2012)

! صبغي الطول (ملم) عدد أزواج القواعد المتغيرات البروتينات المؤكدة البروتينات المفترضة الجينات الكاذبة ميكرو رنا الرنا الريبوسومي رنا صغير النواة رنا صغير النويه متفرقات رنا الغير مكود روابط موقع السنترومير (Mbp) التراكمية (%)
1 85 249,250,621 4,401,091 2,012 31 1,130 134 66 221 145 106 EBI 125.0 7.9
2 83 243,199,373 4,607,702 1,203 50 948 115 40 161 117 93 EBI 93.3 16.2
3 67 198,022,430 3,894,345 1,040 25 719 99 29 138 87 77 EBI 91.0 23.0
4 65 191,154,276 3,673,892 718 39 698 92 24 120 56 71 EBI 50.4 29.6
5 62 180,915,260 3,436,667 849 24 676 83 25 106 61 68 EBI 48.4 35.8
6 58 171,115,067 3,360,890 1,002 39 731 81 26 111 73 67 EBI 61.0 41.6
7 54 159,138,663 3,045,992 866 34 803 90 24 90 76 70 EBI 59.9 47.1
8 50 146,364,022 2,890,692 659 39 568 80 28 86 52 42 EBI 45.6 52.0
9 48 141,213,431 2,581,827 785 15 714 69 19 66 51 55 EBI 49.0 56.3
10 46 135,534,747 2,609,802 745 18 500 64 32 87 56 56 EBI 40.2 60.9
11 46 135,006,516 2,607,254 1,258 48 775 63 24 74 76 53 EBI 53.7 65.4
12 45 133,851,895 2,482,194 1,003 47 582 72 27 106 62 69 EBI 35.8 70.0
13 39 115,169,878 1,814,242 318 8 323 42 16 45 34 36 EBI 17.9 73.4
14 36 107,349,540 1,712,799 601 50 472 92 10 65 97 46 EBI 17.6 76.4
15 35 102,531,392 1,577,346 562 43 473 78 13 63 136 39 EBI 19.0 79.3
16 31 90,354,753 1,747,136 805 65 429 52 32 53 58 34 EBI 36.6 82.0
17 28 81,195,210 1,491,841 1,158 44 300 61 15 80 71 46 EBI 24.0 84.8
18 27 78,077,248 1,448,602 268 20 59 32 13 51 36 25 EBI 17.2 87.4
19 20 59,128,983 1,171,356 1,399 26 181 110 13 29 31 15 EBI 26.5 89.3
20 21 63,025,520 1,206,753 533 13 213 57 15 46 37 34 EBI 27.5 91.4
21 16 48,129,895 787,784 225 8 150 16 5 21 19 8 EBI 13.2 92.6
22 17 51,304,566 745,778 431 21 308 31 5 23 23 23 EBI 14.7 93.8
X 53 155,270,560 2,174,952 815 23 780 128 22 85 64 52 EBI 60.6 99.1
Y 20 59,373,566 286,812 45 8 327 15 7 17 3 2 EBI 12.5 100.0
حمض نووي في الميتوكوندريا 0.0054 16,569 929 13 0 0 0 2 0 0 22 EBI N/A 100.0

الجدول 1 (أعلاه) يلخص التنظيم المادي والمحتوى الجيني لمرجع الجينوم البشري، مع وجود وصلات إلى التحليل الأصلي كما نشر في قاعدة بيانات (ENSEMBL) التابعة لكل من المعهد الأوروبي للمعلوماتية الحيوية (EPI) و معهد ويلكم ترست سانغر. تم حساب أطوال الصبغيات بضرب عدد أزواج القواعد في 0.34 نانومتر (المسافة بين أزواج القواعد في الحلزون المزدوج للحمض النووي). وقدر عدد البروتينات، استناداً إلى العدد الأولي لنسخ طلائع مرسال الرنا (precursor mRNA)، لا يشمل ذلك منتجات بدائل الوصل لمركبات مرسال الرنا (alternative pre-mRNA splicing)، أو إدخال تعديلات على هيكل البروتين التي تحدث بعد الترجمة.

ترمز عدد المتغيرات الوراثية إلى ملخص التغييرات المهمة في تسلسل الحمض النووي التي حددت بواسطة تحليل التسلسل بقاعدة البيانات (ENSMBL) اعتبارا من تموز/يوليه، عام 2012؛ هذا العدد من المرجح أن يصعد مع دراسة وفك تسلسل عدد أكبر من الجينوم للأفراد. بالإضافة إلى المحتوى الجيني المبين في هذا الجدول، وقد حدد عدد كبير من التسلسل غير الوظيفي وغير المُكود للبروتين في الجينوم البشري. روابط فتح نوافذ لتسلسل المرجع الصبغي في متصفحات جينوم "المعهد الأوربي للمعلوماتية الحيوية" (E)، المركز الوطني لمعلومات التكنولوجيا الحيوية (N)، أو جامعة كاليفورنيا، سانتا كروز (U). كما يوضح الجدول مدى انتشار الجينات الوظيفية المُكودة للبروتين في الجينوم.

الجدول 2. عدد الجينات البشرية في قواعد البيانات المختلفة اعتبارا من يوليو 2018[4]
الشيفرة الوراثية[5] انسمبل (هو متصفح

الجينوم للجينومات

الفقارية)[6]

قاعدة البيانات المرجعية[7] تشيس (اسم مشروع

آخر يخص

الجينوم البشري)[8]

جينات ترميز البروتين 19,901 20,376 20,345 21,306
جينات ترميز الـ رنا 15,779 14,720 17,712 18,484
الرنا المعاكس للكود 5501 28 2694
الرنا مختصر الحمض النووي الريبي 2213 2222 13,899 4347
الجين الكاذب 14,723 1740 15,952
مجموع المنتسخات 203,835 203,903 154,484 328,827

توجد اختلافات فريدة في تسلسل الحمض النووي والتي حُددت في تسلسل الجينوم البشري الفردي الذي حلله متصفح الجينوم البشري إنسمبل اعتبارًا من ديسمبر 2016. من المتوقع أن يزداد عدد الاختلافات المحددة مع زيادة تسلسل الجينومات الشخصية وتحليلها. بالإضافة إلى المحتوى الجيني الموضح في الجدول السابق، حُدد عدد كبير من التسلسلات الوظيفية غير المعبر عنها في جميع أنحاء الجينوم البشري. تفتح الروابط نوافذ تسلسلات الكروموسومات المرجعية في متصفح جينوم إي بي آي.

الرنا غير المشفِّر الصغيرة عبارة عن عدد من الـ«رنا» قد تصل حتى 200 قاعدة غير حاوية على إمكانات تشفير البروتين. وتشمل هذه: الحمض النووي الريبي (الرنا الميكروي)، أو (مجموعة إم آي-آر إن أيه) (منظمات ما بعد النسخ من التعبير الجيني)، الرنا النووي الصغير، أو الرنا الريباسي (مكونات الحمض النووي الريبي لجسيم التضفير)، والحمض النووي الريبي الجزيئي الصغير، أو الحمض النووي الريبي النووي (المشاركة في إجراء تعديلات كيميائية على جزيئات الحمض النووي الريبي الأخرى). الرنا غير المشفر الطويل وهي عبارة عن جزيئات رنا أطول من 200 قاعدة بدون إمكانية تشفير البروتين. وهي تشمل: الرنا الريباسي (مكونات الرنا الريباسي)، بالإضافة إلى مجموعة متنوعة من الرناوات الطويلة الأخرى المشاركة في تنظيم التعبير الجيني وعلم التخلّق لنيوكليوتيدات الحمض النووي وبروتينات هستون وتنظيم نشاط ترميز البروتين الجيني. تنتج التباينات الصغيرة بين أعدادها الكلية الصغيرة وأعداد أنواع محددة من الرنا غير المشفرة الصغيرة عن القيم السابقة التي يتم الحصول عليها من إنسمبل الإصدار 87 والأخير من إنسمبل الإصدار 68.

اكتمال تسلسل الجينوم البشري

على الرغم من تسلسل الجينوم البشري بالكامل من أجل بعض الأغراض العملية، ما يزال هناك المئات من الفجوات في التسلسل مع عدم اليقين من حوالي 5-10 ٪ (300 مليون قطعة أساسية أضيفت في عام 2018).[9] أشارت دراسة حديثة إلى أكثر من 160 فجوة، منها 50 فجوة مغلقة.[10] ومع ذلك، ما تزال هناك فجوات عديدة في الأجزاء غير المتجانسة من الجينوم والتي يصعب للغاية تسلسلها بسبب التكرارات العديدة وغيرها من ميزات التسلسل المستعصية.

اقرأ أيضا

المراجع

  1. Varki, A (Dec 2005). "Comparing the human and chimpanzee genomes: searching for needles in a haystack". Genome Research. 15 (12): 1746–58. doi:10.1101/gr.3737405. PMID 16339373.
  2. International Human Genome Sequencing Consortium (2004). "Finishing the euchromatic sequence of the human genome". Nature. 431 (7011): 931–45. Bibcode:2004Natur.431..931H. doi:10.1038/nature03001. PMID 15496913. [1] - تصفح: نسخة محفوظة 22 يوليو 2017 على موقع واي باك مشين.
  3. Elizabeth Pennisi (2012). "ENCODE Project Writes Eulogy For Junk DNA". Science. 337 (6099): 1159–1160. doi:10.1126/science.337.6099.1159. PMID 22955811.
  4. Salzberg SL (August 2018). "Open questions: How many genes do we have?". BMC Biology. 16 (1): 94. doi:10.1186/s12915-018-0564-x. PMC . PMID 30124169.
  5. "Gencode statistics, version 28". مؤرشف من الأصل في 02 مارس 201812 يوليو 2018.
  6. "Ensemble statistics for version 92.38, corresponding to Gencode v28". مؤرشف من الأصل في 24 أغسطس 201912 يوليو 2018.
  7. "Refseq release 108". مؤرشف من الأصل في 3 أكتوبر 201612 يوليو 2018.
  8. "CHESS statistics, version 2.0". مؤرشف من الأصل في 31 يوليو 201912 يوليو 2018.
  9. Zhang, Sarah (28 November 2018). "300 Million Letters of DNA Are Missing From the Human Genome". The Atlantic (باللغة الإنجليزية). مؤرشف من الأصل في 16 أغسطس 201916 أغسطس 2019.
  10. Chaisson MJ, Huddleston J, Dennis MY, Sudmant PH, Malig M, Hormozdiari F, Antonacci F, Surti U, Sandstrom R, Boitano M, Landolin JM, Stamatoyannopoulos JA, Hunkapiller MW, Korlach J, Eichler EE (Jan 2015). "Resolving the complexity of the human genome using single-molecule sequencing". Nature. 517 (7536): 608–11. Bibcode:2015Natur.517..608C. doi:10.1038/nature13907. PMC . PMID 25383537.

موسوعات ذات صلة :