جينوماتنا مليئة بـ "حمض نووي غير مرغوب فيه" يمكن أن يكون أكثر أهمية مما أدركناه!
من بين ما يقرب من ثلاثة مليارات من الأزواج القاعدية التي تشكل الجينوم البشري، هناك حوالي 2% فقط تشفر البروتينات، تاركة 98% الباقية بوظائف أقل وضوحا.
وقد رُفض من قبل البعض باعتباره "حمضا نوويا غير مرغوب فيه"، وقد جذبت أصوله وتأثيراته وهدفه المحتمل في تطور الحياة انتباه علماء الأحياء منذ أن لوحظ لأول مرة تشوش صبغياتنا في الستينيات.
وأضاف باحثون من جامعة تل أبيب في إسرائيل الآن بعض الأفكار الحيوية حول أسباب استمرار وجود الحمض النووي غير المشفر، ما قد يساعدنا على فهم أفضل للتنوع الغني لأحجام الجينوم عبر العالم الحي.
وفي عام 1977، لاحظ العالمان ريتشارد روبرتس وفيل شارب بشكل مستقل أن جزءا كبيرا من فوضى الحمض النووي لم يكن مبعثرا بين جيناتنا فحسب، بل غالبا ما كان يقاطعهما في منتصف التسلسل، وهو اكتشاف أكسبهما لاحقا جائزة نوبل.
وتُعرف هذه باسم الإنترونات، ويبدو أنها تثقل كاهل خلايا معقدة مثل خلايانا، بينما تترك الخلايا الأبسط - مثل تلك الموجودة في البكتيريا - كما هي. وأضافت أيضا الكثير من الجهد لعملية ترجمة الحمض النووي إلى مادة ما.
وفي كل مرة يتم فيها سكب البروتين حديثا، يجب قطع هذه الانقطاعات من القالب الجيني، ما يتطلب إعادة تجميع تعليمات الترميز معا قبل تفسيرها على أنها بروتين. وقد يكون من الضروري إجراء مقارنة يومية لإزالة آلاف الرموز غير المنطقية لمجرد قراءة جملة.
وهذه الطريقة التي تبدو مهدرة في العمل ضروريةٌ في جميع أنحاء الطبيعة، حيث تبرز تلك البكتيريا المحظوظة وبدائيات النوى الأخرى كاستثناءات.
ويصادف أن يختلف عدد الإنترونات اختلافا كبيرا من نوع لآخر؛ لدى البشر ما يقرب من 140000 إنترون، والجرذان حوالي 33000، وذباب الفاكهة الشائع حوالي 38000، وخميرة البيرة (أو خميرة الجعة، السكيراء الجعوية، فطريات الخميرة Saccharomyces cerevisiae) نحو 286 فقط، والفطر الأحادي الخلية Encephalitozoon cuniculi فقط 15.
لماذا لم ينظف التطور هذه الفوضى من خلال الانتقاء الطبيعي ليجعلنا كائنات أكثر كفاءة؟، ولماذا، عندما يكون للجينوم تحيزا طبيعيا معروفا تجاه الحذف بدلا من إضافة الحمض النووي بمرور الوقت، ألا يبدو أن "الحمض النووي غير المرغوب فيه" لا يقصر أبدا حتى بعد ملايين السنين من التطور؟.
كتب العلماء وراء هذه الدراسة الأخيرة حول الإنترونات في تقريرهم المنشور مؤخرا: "من المثير للاهتمام، أن العكس قد حدث، لأن حقيقيات النوى لديها جينومات أكبر، وبروتينات أطول، ومناطق جينية أكبر بكثير مقارنة بدائيات النوى".
واقترح الباحثون أن حذف أي أجزاء متطفلة من الحمض النووي حول مناطق الترميز من المحتمل أن يضر ببقاء الحيوان، حيث قد يتم أيضا قص أقسام الترميز في نفس الوقت.
وكتب الباحثون: "عمليات الحذف التي تحدث بالقرب من الحدود تبرز أحيانا إلى المنطقة المحمية، وبالتالي تخضع لانتقاء مطهر قوي".
وهذا "الانتقاء الناجم عن الحدود"، حيث يوجد تسلسل محايد بين مناطق الترميز، من شأنه أن يخلق تحيزا في الإدراج لتسلسلات DNA القصيرة غير المشفرة.
وبشكل أساسي، يعمل "الحمض النووي غير المرغوب فيه" مثل المخزن المؤقت الطفري، حيث يحمي المناطق التي تحتوي على التسلسلات الأكثر حساسية اللازمة لترميز البروتينات.
وابتكر الباحثون نموذجا رياضيا لإظهار هذه الديناميكيات أثناء العمل.
وسبق أن اقترح الفريق أن "تحيز الحذف يؤدي إلى تقلص الجينوم على مدار العصور التطورية"، كما أوضح الفريق.
كما أن النتيجة غير البديهية المتمثلة في أن التسلسلات طويلة المدى المحايدة يمكن أن تظهر حتى في ظل تحيز الحذف القوي، ترجع إلى رفض عمليات الحذف التي تغزو الحدود المحفوظة للغاية للتسلسلات المحايدة.
وفي حين أن نموذجهم يقدم تفسيرا معقولا للاختلاف في أطوال إنترون داخل الأنواع، فإنه لا يمكن أن يفسر سبب اختلافها بين الأنواع.
وكتبوا "أحد التفسيرات هو أن معلمات النموذج نفسها تتطور. وهكذا، الأنواع المختلفة لها نسب مختلفة من الإدراج إلى الحذف، وربما ميل مختلف لظهور المناطق المحفوظة داخل الإنترونات".
وقد يساعد معرفة أن هناك تحيزا في تفسير تنوع الإنترونات التي نراها في الطبيعة، ولماذا تبدو بعض الكائنات أكثر "فوضوية" وراثيا من غيرها.
وقد لا يكون الأمر غير مرمز بعد كل شيء، فهو مكلف بوظائف لم نكن على دراية بها بعد. في السنوات الأخيرة، ابتعد العلم بشكل متزايد عن وصف جميع الإنترونات على أنها "حمض نووي غير مرغوب فيه" حيث تم اكتشاف المزيد من الوظائف الممكنة، بما في ذلك الإنترونات التي يتم نسخها إلى سلاسل من الحمض النووي الريبي التي تشرف على إنتاج البروتين.
ما قد نفكر فيه على أنه خردة يمكن اعتباره، بمرور الوقت، كنزا وراثيا. قد يبدو الأمر وكأنه طريقة معقدة لبناء كائن حي، ولكن مع وجود عدة مليارات من السنين من التطور تحت الحزام، يبدو أن الطبيعة تعرف ما تفعله.
نشرت هذه الورقة في Open Biology.
المصدر: ساينس ألرت
