آشنايي با ژنوميک

دکتر مصطفي رونقي

ترجمه : حسين پژم

اولين کتاب حيات کامل شد! کتابي که بيان مي کند ژنوم انسان از 3.2 ميليارد حرف تشکيل شده است و الفباي آن 4 نوع است : A,C,G,T . اين حروف با نظم در طول رشته يک متري DNA، که درون هر يک از سلول هاي يک جاندار وجود دارد، بارها و بارها تکرار شده اند. براي زيست شناسان، اين کد(براي دسترسي) آسان و پرفروش است. اين کتاب انقلابي در زيست شناسي بر مي انگيزد.

بيو تکنولوژي، شيوه اي که مولکولهاي زيستي را به کار بندد، علمي تازه و نو نيست. بلکه انسان ها از هزاران سال گذشته آن را به کار بستند. تاريخ دقيقي براي مشخص کردن زماني که انسان ها قادر به ساختن نان و ماست بودند وجود ندارد، اما امروزه چه چيز بيو- تکنولوژي را مهم و هيجان انگيز ساخته است؟ Genomics! علمي که بر هم کنش بين ژنها را مشخص مي کند. تکنولوژيهاي ژنوميک به ما توانايي رمزگشايي کدهاي ژنتيکي را داده اند، تواني که ما را به درکي جديد در زيست شناسي مي رساند. ما اکنون در درون يک انقلاب هستيم، انقلابي در علوم زيستي!

Genomics علمي است در مورد ژنوم، درباره اين که ژنها چگونه بر يکديگر اثر مي گذارند. ژنوم از رشته هاي همانند يک متري DNA که در هر يک از سلول ها وجود دارد، از تقريبا 30000 ژن که بر روي آن قرار دارد، تشکيل شده است. در بهار سال 2003، اولين ژنوم کامل يک انسان منتشر شد، کتابي با ضخامت 200 دفتر راهنماي تلفن! اين کتاب، براي همه 6 ميليارد انسان روي زمين در %99.9 موارد مشابه خواهد بود، ولي تفاوتهاي اندک آن باعث ايجاد تفاوتهاي فردي منحصر به فرد آن خواهد شد. در آينده کتابخانه اي جهاني ساخته خواهد شدکه در بردارنده ي همه ي 6 ميليارد کتاب جمع آوري شده از هر گروه و زير گروهي خواهد بود. تفاوتها در اين کتاب که کمتر از 0.1% است به ما خواهد گفت چرا مستعد بيماري هاي فراواني هستيم، چرا رفتاري متفاوت و گونه گون داريم و چرا متفاوت به نظر مي رسيم؟ در بعضي موارد يک تفاوت کوچک در حرف G يک ژن خاص، که در همسايه ما C است مي تواند آثار کاملا متفاوتي داشته باشد. موسسه سلامتي ملي (NIH)، 100 ميليون دلار براي تحقيقاتي که گوناگوني هاي ژنتيکي صدها نفر از مردم جمعيت هاي مختلف را مشخص مي کند، اعطا کرده است. اين کمک هنگفت به دانشمندان در پيدا کردن ژنهاي مرتبط با بيماريهاي مختلف کمک شاياني خواهد کرد. وقتي تمام تلاشها به سمت مراحل ژنوميک است، علوم ديگر نيز اکنون به فرصت هايي براي توسعه يافتن در اين زمينه مي انديشند. اين امر در بردارنده ي علوم کامپيوتر، رياضيات، مهندسي الکترونيک و ... به منظور توليد ابزارهاي جديد براي پاسخ دادن به پرسشها و نيازهاي پزشکي اکولوژي و مهندسي محيط زيست است.

آيا بيولوژي هسته نهايي يکپارچگي علوم است؟

توجه انسان ها بيشتر در مورد سلامتي خودشان است که در نهايت وقتي پي مي برند که شايد از يک بيماري رنج مي برند، هر قيمتي براي سلامتي مي پردازند. احتمالا به خاطر همين امر است که اقتصاد اين زمينه را بسيار فعال دانسته و در دهه هاي آينده، همگرايي علوم ديگر بر مسئله زيست شناسي را خواهيم ديد. به عنوان مثال زيست شناسي و الکترونيک در دانشگاه هاي متعدد حضوري طولاني دارند.

مولکولهاي زيستي (مانند DNA و Protein ) تقريبا اندازه چندين نانومتري دارند و بخاطر اينکه فيزيکدانها و شيميدانها اکنون آموخته اند که چگونه وسيله هاي الکترونيکي کاملا در مقياس اين مولکولها بسازند، اين دانشگاهها

. در نتيجه آن وسايل ديگري، است که توانايي مولکولهاي زيستي براي ترکيب انتخاب با ديگر مولکول ها را با توانايي نانو الکترونيک تلفيق مي کنند تا فورا تغييرات کوچک الکتريکي را که با هر جفت شدن ايجاد مي شود، شناسايي کنند. آنچه واقعا جالب است اين مي باشد که اين مولکولهاي زيستي در طبيعت غيرزيستي محسوب مي شود يعني مي توانند از اتصال اجزاي غير زيستي تشکيل شده باشند که مي تواند درون يک چيپ الکترونيکي جايگذاري شود. شما احتمالا در مورد چيپ هاي DNA و Protein چيزهايي شنيده ايد. اين چيپ ها از سيليکون يا شيشه و DNA روي آنها ساخته شده اند. چيپ هاي پايه نيم رسانا، با روشهاي گران قيمت الکترونيکي براي مشخص کردن و Signal processing مي توانند کشف و توالي يابي حساس DNA را انجام دهند. در دهه آينده دستگاههاي نانو الکترونيکي در دهه آينده ساخته خواهند شد که شناسايي يک مولکول درون خون يا بزاق را امکان پذير خواهندکرد. چون اين مولکولها داراي بار الکتريکي هستند لزومي برکاربرد روشهاي پيچيده نشانه گذاري يا نوري براي تشخيص نيست و بررسي مستقيم مولکول هاي زيستي کافي خواهد بود. انتظار مي رود که با کوچک کردن اين کونه روشهاي فوق حساس که قابل اسقرار بر روي تراشه ها هستند کاربرد وسيعي در تشخيص فراهم آيد. به طور مثال با قرار دادن اين تراشه ها بر روي تجهيزات مخابراتي يا تلفن هاي همراه مستقيما باکتري هاي خطرناک، ويروسها و اجزاي خاصي از ژنها را شناسايي کرد. همچنين مي توان جهت دريافت تاثير يک دارو، تنوع ژنتيکي انساني را بررسي کرد و در تنظيم مقدار يک دارو و مدت استفاده آن از اين روش بهره گرفت، در حال حاضر اين عمل تنها در حيطه اختيارات پزشکان است. پيش بيني مي شود که طي بيست سال آينده نيازي به مراجعه به دکتر عمومي نداشته باشيم و تنها تخصصهاي اندکي براي معالجه بيماريها به کار خواهند آمد.

ماوراي علم ژنوميک

ژنوميک پيش آهنگ ديگر مباحث بيوتکنولوژي است، ما اکنون شاهد پيدايش زمينه هاي ديگري مانند Proteomics (علم پروتئين) Meta Bolemics (علم متابوليت ها) Transcriptomics (علم ترجمه) Systemics (علم سيستم زيستي) و اصطلاح هايي مانند Bibleamics که يعني خواندن آثار ادبي، هستيم. اين علوم به ما کمک مي کند که بفهميم چه چيز در ژنوم به رمز در آمده است. بعضي از آنها سرچشمه اي قابل پيگيري در زمينه صنعت خواهند بود و ديگران شايد به شناخت بهتر ژنوم کمک مي کنند و شايد بعد از مدتي ناپديد شوند. Metabolo احتمالا در زمينه هاي بيشتري پديدار خواهد شد زيرا جواب نهايي در مورد اينکه چه چيز در ارگانيسم صورت مي گيرد، عرضه مي کند و Nano electronics نيز مولکولهاي مجزا را اندازه گيري مي کند.

چشم اندازي از صنعت ژنوميک

اينک، بازار صنعت داروسازي در حدود 400 ميليارد دلار است. صنعت ژنوميک که خريد و فروش دارويي را عرضه مي کند، اکنون در حدود 7-6 ميليارد دلار است. در هر صورت اين بازار ملزم به رشد تا 180 ميليارد دلار در 20 سال آينده است. اکنون همه آن 3.2 ميليارد کد ژنوميکي که ژنوم انسان را ساخته رمز گشايي شده است، صنعت ژنوميک به وجود آمده است تا بر اينکه کي و کجا اين ژن ها فعالند و مشخص کردن توانايي پروتئينهايي که اين ژن ها به رمز در آورده اند، سرمايه گذاري کند. براي مثال ژنوميک مي تواند پيش بيني هايي در مورد رسميت داده ها کرده و هدف هاي بهتري براي داروها پيدا کند. هزينه فرآوري يک دارو از آغاز تا ارائه به بازار در حدود 800 ميليون دلار است. پيش بيني مي شود که ژنوميک زمان عمل آوري دارو و همچنين هزينه آن را تا حدود 200 ميليون دلار کاهش خواهد داد. وقتي اين هزينه کاهش پيدا مي کند، داروهاي خاص، براي توليد قابل توجيه اقتصادي خواهند بود. دارو وقتي براي يک جمعيت يا هر شخص سازگار شده باشد عوارض جانبي کمتري خواهد داشت و کاهش شگرفي در تعداد مرگهايي که به علت اثرات جانبي داروهاصورت مي گيرد، خواهيم داشت. (اينک اثر جانبي داروها رتبه 4 دلايل مرگ در آمريکا به حساب مي آيد). همچنين انتظار مي رود که تعداد داروها از صدها به ده ها هزار در چند دهه ي آينده افزايش پيدا مي کند.

Microelectronics سريع و ارزان دنياي محاسبات و فناوري اطلاعات را دگرگون خواهد کرد. شايد Nano electronic بتواند تحولي در زيست شناسي ايجاد کند ولي شکاف بين الکترونيک و زيست شناسي در حال بسته شدن است، و به خصوص پس از شکست .comها دانشمندان ديگر علوم به بيوتکنولوژي مي نگرند و علوم چند رشته اي با تمرکز بر زيست، در دهه ي آينده سرمايه گذاري پر شوري خواهد داشت.