البروتيوم"..

[أبو سلطان]

البروتيوم".. عالم ما بعد "الجينوم"!
 
عند بزوغ فجر الألفية الثالثة خطا علم التقنية الحيوية خطوات كبيرة للأمام بعد الإعلان

 عن رسم الأطلس الوراثي للإنسان، وهو المشروع الذي عُرف بمشروع الجينوم البشري.

وانتشرت في معظم وسائل الإعلام موجة من الآمال العريضة تشير إلى أن إنجاز هذا

المشروع الكبير يعني بداية الخلاص من أخطر الأمراض، بما في ذلك السرطان. لكن

سرعان ما تبخرت هذه الآمال، بعد أن أيقن العلماء أن هذا الإنجاز لا يزيد عن فتح أحد

الأبواب الرئيسة المغلقة المؤدية لفهم الأمراض وعلاجها، فما توصل إليه العلماء حتى الآن هو

قراءة كتاب الحياة فقط، لكن فهمه واستيعابه والاستفادة القصوى من جميع معطياته،

يحتاج إلى المزيد من البحث.

وإنجاز مشروع الجينوم البشري صاحبته مفاجآت كثيرة، من بينها أن عدد الجينات في

الإنسان 34 ألفا فقط، وليس مائة ألف كما اعتقد العلماء لمدة طويلة، ولهذا برز سؤال مهم

هو: كيف أمكن تكويننا بمثل هذا الإعجاز والتعقيد من خلال 34 ألف جين فقط.. علما بأن

ذبابة الفاكهة تملك 13 ألفا من الجينات ونبات "الأرابيدوبسيس" يملك 25 ألف مورث فقط‍؟


وسارع العلماء بالبدء في مشروع البروتيوم للإجابة على هذا السؤال الصعب، الذي لخصه

العالم الأمريكي "بريان شيت" فيما يلي: "إن ما نريد اكتشافه هو أن في أعماق كل فرد

مائة تريليون خلية.. فما هو نوع كل بروتين تنتجه هذه الخلايا؟". لذلك كان لا بد من ترتيب

وجرد وتحليل البروتينات والجزيئات المرتبطة بها ذات الأدوار الجوهرية بالنسبة للكائنات ا

لحية، بعد أن تأكد العلماء أنه لا يكفي معرفة الجين المسئول عن حفز الخلايا الحية لإنتاج

أنواع بعينها من البروتينات، بل ينبغي معرفة حالة الخلايا أثناء الصحة أو المرض.

ويأمل العلماء أن يكون عام 2002م هو بداية الإنجازات التاريخية في مشروع "البروتيوم"

البشري، الذي يجيب على هذه التساؤلات الحائرة؛ فالبروتيوم يحتوي على أسرار وتعقيدات

تزيد عن الجينوم، وقد يحتاج الفهم الكامل لما تنتجه كل خلية من خلايا أجسامنا من

بروتينات أثناء المراحل المختلفة لحياتها، والتي قد تزيد عن مليون نوع من البروتينات

المختلفة إلى عشرات السنين، ولهذا فإن مهمة العلماء في هذا المشروع تتسم بالصعوبة

الشديدة.. إنها مهمة عملاقة تزيد في صعوبتها عن مشروع الجينوم البشري، برغم التقدم

العلمي والتقني الذي يتقدم للأمام بخطوات سريعة.

ما هو البروتيوم؟

ظهر مصطلح "البروتيوم" عام 1994م، وأدخله في دنيا العلم الباحث الأسترالي

الشاب "مارك ويلكينز". وجاءت هذه التسمية لتشير إلى الحصيلة الكلية للبروتينات

المتواجدة في كل نوع من أنواع الخلايا الحية على حدة؛ فكل خلايا الكائن الحي المعين


تحتوي الجينوم نفسه، لكن كلها (أو كلها تقريبا) تحتوي بروتيومات متباينة.

وإذا كان "الجينوم" Genome يعني جميع الجينات الكامنة في خلايا الجسم،

فإن "البروتيوم" Proteome هو مجموع البروتينات التي تفرزها خلايا الجسم خلال

المراحل المختلفة من حياتها. وإذا كان "الجينيوم" من التعقيد بحيث ينطوي على ملايين

العمليات الكيميائية، فإن "البروتيوم" يحتوي على معلومات تزيد ألف مرة مما يحمله

الجينيوم!

وللتعرف علي معنى "البروتيوم" علينا أن نتجول قليلا مع بعض المصطلحات العلمية؛

فمصطلح "بروتين" الشهير جاء من اسم أحد آلهة اليونان Protee، وكان قادرًا على اتخاذ

آلاف الأشكال وأكثر الأشكال غرابة حتى يستطيع الهروب من مطارديه. وتتكون البروتينات

من تسلسل مئات الجزيئات الصغرى والأحماض الأمينية التي يوجد منها عشرون نوعا

مختلفا.
 
وعملية بناء البروتين داخل الخلايا الحية تعتمد على المعلومات المحفوظة في الجينات

الكامنة في الحمض النووي DNA (الحمض النووي الريبي منقوص الأوكسجين) الموجود

في كل خلية حية. وعادة ما يتم نسخ هذه المعلومات في الحمض النووي RNA (الحمض

النووي الريبي)، وهو عبارة عن جزيء شبيه بالحمض النووي DNA لكنه يتواجد بكثرة

 خارج النواة. ويعمل هذا الحمض بمثابة قالب لتجميع البروتينات بواسطة مختبر

بيوكيميائي صغير يعرف بـ"الـريبوزوم". ويقول العلماء بأن الجينات ترمز للبروتينات.

ولتبسيط الصورة اعتبر العالم البريطاني "جون سميث" أن الحمض النووي DNA شريط

ممغنط كشريط التسجيل، و"الريبوزوم" جهاز التسجيل، والبروتينات هي موسيقى الحياة.

 


في بداية الستينيات اكتشف رواد البيولوجيا الجزيئية أن جينا واحدا يقابل (ويطابق)

بروتينا واحدا. وفي السبعينيات أعاد عالم البيولوجيا ومؤرخ العلوم "ميشال مورانج"

تكوين مفهوم الجينات، وأثبت أن جينا واحدا يمكن أن يشكل عدة بروتينات بفعل انحراف

آلية تُدعى "الانثناء التتابعي". وتبعا لهذه الآلية تنتج الخلايا بروتينات مختلفة انطلاقا من

 متوالية الحمض النووي DNA نفسها. وهذه التغيرات البسيطة تكفي في غالب الأحيان إلى

تغيير وظيفة البروتين كليا، وقد يقدر جين واحد على إنتاج نحو عشرين بروتينا مختلفة.

 ويقدر العلماء عدد أنواع البروتينات المنطلقة في الجسم فيما بين 500 ألف إلى مليون

بروتين، لكن كل خلية من جسمنا لا تحتوي غير عشرة بالمائة من هذا المجموع؛ لأنه في

لحظة معينة واستنادا إلى تخصصها لا تعبر الخلية إلا عن جزء من جيناتها. ونتيجة ذلك
 
تحتوي كل خلية مجموعة متميزة من البروتينات، وهذا هو البروتيوم الخاص بها، ومعرفة

كل نوع تعتبر ضرورية للتشخيص الدقيق للمرض.

وتكتسب البروتينات هذه الأهمية الكبيرة؛ لأنها الناتج النهائي لعمل الجينات، ولأنها تحكم

 تصرفات وأفعال الكائنات الحية من المهد إلى اللحد. وكل بروتين يحتاجه الجسم محفوظ

كشفرة كيميائية في الحمض النووي DNA، ولأن هذه الجزيئات تؤدي الأدوار الضرورية

لعمل الخلية الحية، ومنها: الإنزيمات (الخمائر) التي تسرع التفاعلات الكيميائية،

والمستقبلات التي تخبر الخلايا عن حالة الوسط الخارجي، والأجسام المضادة التي تتعرف

على الجسيمات الغريبة في الكائن الحي. وعندما يحدث المرض تكون البروتينات هي

المسؤولة؛ لأنها تكون عاجزة عن حماية الخلية، ولأن ميكروبا أدى إلى اضطرابها. ولهذا

فالبروتينات هي الهدف الرئيسي للأدوية. وإذا أراد العلماء إعطاء المريض جرعات دوائية

ناجعة تصيب هدفا محددا بوضوح، فلن يكون هذا الهدف سوى أحد البروتينات أو عملية

بيولوجية وثيقة الصلة بهذا البروتين.

وعلى سبيل المثال عندما يهاجم الفيروس الخلية فهو يعوق تخليق غالبية البروتينات. أما

 البروتينات التي تخلقت بعد الهجوم فيستعملها الفيروس في عملية التكاثر أو تستعملها

 الخلية حتى تكافحه. وهذه البروتينات هي أهداف محتملة للأدوية المضادة للفيروسات،

 ولهذا يعمل العلماء على ابتكار طرائق علمية للمقارنة بين حالتي البروتيوم قبل العدوى

 وبعدها، والحصول على معلومات دقيقة عن هذه البروتينات يؤدي للحصول على دواء جديد

قادر على القضاء على هذه الفيروسات.

[أبو سلطان]

مشروع البروتيوم البشري (HUPO)

مع مطلع القرن تم فك الجينوم البشري. والآن يبدأ العلماء في مشروع عملاق جديد أعظم هو البروتيوم البشري. ومشروع الجينوم البشري كان يدور حول دراسة الأحماض النووية في النواة أما البروتيوم فهو دراسة البروتينات الموجودة في باطن الخلية. وفي الأسبوع الأول من أكتوبر عام 2003م اجتمع 3500 عالم من دول مختلفة في مونتريال في كندا لتوزيع هذه المهام على دول شتى. وكانت حصة ألمانيا دراسة البروتينات في الجهاز العصبي. وإذا عرفنا أن 10% من الخلية مشحون بالبروتينات وأنه يوجد ما لا يقل عن عشرة آلاف نوع من البروتينات منها المستقر ومنها المتغير فيمكن تقريب التصور عن جسامة المشروع. وكما أعطي المشروع السابق اسم (الجينوم) فالمشروع الحالي أخذ اسم (الهيوبو Hupo). والمشكلة التي اضطلع بها الألمان كانت في كشف اللثام عن البروتينات المسؤولة عن توجيه فعاليات الفكر والمشاعر والتصرف في الدماغ . والتحدي أن الدماغ مادة ندر أن تبرع بها الناس. كما أنها سريعة التبدل مع الموت. وفي ميونيخ يوجد حاليا بنك خاص لجمع الأدمغة التي يتبرع بها أصحابها قبل الوفاة. وإذا كان الجينوم البشري قد أماط اللثام عن كامل التركيب الوراثي فالمهمة الأصعب هي في تفسير النصوص فيه. وحسب جيمس واتسون الذي كشف عن تركيب المادة الوراثية للمرة الأولى عام 1962م فإن أمامنا 300 سنة لفك أسرار هذه اللغة. وتقول الباحثة (ميليتا شاخنر) من مركز البيولوجيا العصبية الجزيئية في هامبورغ إن بروتينا واحدا مثل البروتين لام واحد (L1) هو عالم قائم بذاته، وهو واحد من عشرة آلاف بروتين موجود في الخلية العصبية، ونقصه أو فقدانه يقود إلى ما لا يقل عن أربعة أمراض عصبية. ومن أغرب الملاحظات التي لوحظت أن الأم الحامل إذا عاقرت الخمرة أصابت جنينها بهذا الخلل الذي يعطل عمل البروتين (لام واحد L1). والبروتينات مواد تسبح في طرق لا نهاية لها في الجملة العصبية المكونة من مئة مليار خلية عصبية تتصل فيما بينها بأمكنة تزيد على مئة مليون مليون اتصال. بحيث تقفز احتمالات الاتصالات إلى ما فوق الجوجول (عشرة مرفوعة إلى قوة مئة) وهي أكثر من كل جزيئات الكون (عشرة مرفوعة إلى قوة 83)، والمشكلة في هذه البروتينات أنها تتبدل في ديناميكية حركية لا تعرف الهدوء. ولا تتصرف خلية عصبية مثل أختها. ويبدو أن المشاعر والأفكار لها قاعدة مادية وقد استطاع عالم من كندا معرفة كيمياء الخوف فاستخلص مادة تقي من الخوف فإذا حقن المرء منها لم يعد يبالي بشيء. ولكن هل هذا مفيد للمحافظة على الحياة؟. وما يعتزم فهمه الباحثون في مشروع البروتيوم البشري هو القاعدة المادية لوظائف الدماغ من الذاكرة والفهم والعواطف. ومما ذكرت (شاخنر) أن هناك آلية سحرية في الدماغ فالخلايا العصبية عندها قدرة بناء شبكات وطرق منذ الطفولة وحتى الشيخوخة وإخراج استطالات من جوانبها للاتصال بالخلايا الأخرى ولكن الخلية التي تمد الاستطالات للاتصال بالخلايا الأخرى عليها أن تقلب نفسها للمرحلة البدائية. وبهذه الآلية يبقى الدماغ يجدد نفسه بدون توقف. وهي ما تسميه الباحثة شاخنر نبعا للشباب لا ينضب! وفي برلين قام الباحث (يوآخيم كلوسه) بتجارب على دماغ 250 بروتينا في أدمغة الفئران فلاحظ تعاكسا بين نوعين من البروتينات منها 27% تنتج على نحو مستمر لا يتغير، فيما كانت البقية من ثلاثة أرباع البروتينات تتغير، ثم تتبدل النسبة في نهاية العمر فتصبح مقلوبة النسبة. ويراهن هيلموت ماير من جامعة (بوخوم Bochum) على هذا الربع أنه يحمل سر التعمير في الحياة. ويبدو أن الحل الصحيح لدراسة بروتينات الدماغ هو في الحصول على أنسجة حية من المرضى المصابين بالصرع مثلاً وتجرى لهم عمليات استئصال لأمكنة من النسيج الدماغي. أي من قاعات العمليات مباشرة. وبالدراسة المقارنة يمكن الاهتداء إلى الدماغ السليم. ولكن السؤال بدوره: أين هو الدماغ السليم؟!.

[ابو يوسف]

السلام عليكم

اخي الكريم ابو سلطان

جزاك الله كل خير

تحياتي لك

'>

[الأحيائي الصغير]

جزاك الله ألف ألف خير أخي العزيز أبو سلطان على هذه المعلومات الجميلة

تحياتي أخي العزيز