تسلسل قواعد DNA لكائن حي دقيق microorganism (أو أي كائن
حي آخر) كان ولا زال يوفر معلومات
مهمة بشأن عدد القواعد bases والجينات genes المشتمل عليها الكائن الحي. ومع ذلك، توفر هذه التسلسلات القليل من الفهم عن كيفية عمل
هذه الجينات معا لتشغيل عملية الأيض metabolism في
الكائن الحي. نحتاج لفهم كيفية إستخدام الكائن الحي جينوماته ليشكل وحدة فعالة
functioning unit. التسلسل هو الجزء الأول فقط لفهم أعمق.
بعد معرفة تسلسل
جينوم ميكروبي microbial genome، الخطوة التالية هي اكتشاف وظائف الجينات genes. هناك حاجة إلى تحليل
التسلسلات (تسمى التفسير الجينومي genome annotation) لتحديد موقع الجينات
ووظيفة المنتج البروتيني أو RNA الخاص
بها. على سبيل المثال، في معظم الجينومات الميكروبية المعروف
تسلسلها حتى الآن، ما يقارب من 50٪
من الجينات المعرفة تشفر بروتينات proteins لم تربط بعد بوظيفة خلوية cellular function. حوالي 30٪ من هذه
البروتينات تعتبر مميزة لكل
نوع. يحاول المنهج
العلمي المتحدي لعلم الجينوم الوظيفي functional genomics اكتشاف ما
تفعله هذه البروتينات وكيفية تفاعل
هذه الجينات مع غيرها والبيئة environment للحفاظ على والسماح
للميكروب باللنمو والتكاثر.
واحدة من المجالات الأكثر أهمية التي
تتجاوز تسلسل DNA هو مجال علم الجينوم
المقارن comparative genomics، الذي يقارن
بين تسلسل DNA من ميكروب مع تسلسل
DNA لكائن مماثل أو
غير مماثل آخر. مقارنة
تسلسل الجينات المماثلة
يشير إلى كيفية تطور الجينومات مع مرور الوقت ويوفر أدلة على العلاقات
بين الميكروبات على شجرة العلاقات الوراثية phylogenetic tree للحياة.
تشير المقارنات، على سبيل المثال، على أن بعض سلالات strains النوع البكتيري تحتوي على
جزر جينومية genomic islands، وهي تسلسلات لما يصل إلى 25
جين والتي هي غير
موجودة في سلالات أخرى من نفس
النوع. يمكن تعريف العديد من هذه
الجزر على أنها تأتي
من أنواع مختلفة كلياً، مما
يقترح وقوع شكل ما من أشكال نقل الجينات الأفقي horizontal gene transfer (HGT)، مثل الاقتران conjugation، في الماضي. يعتقد أن النوع
البكتيري الغير ممرض ثيرموتوغا ماريتيما Thermotoga maritima اكتسب حوالي 25٪
من جينومه من نقل الجينات الأفقي.
بالإضافة لذلك، يشير تحليل التسلسل إلى أن جينومه
هو خليط من جينات بكتيرية
وأركية bacterial and archaeal genes وتقترح أن
ثيرموتوغا ماريتيما T. maritima تطورت قبل
انقسام مجالات domains البكتيريا والأركيا.
واحد من
الجوانب الأكثر إثارة للاهتمام في علم
الجينوم المقارن يتعلق بالأمراض المعدية infectious disease. بمقارنة جينومات الأنواع
البكتيرية المسببة وغير المسببة للأمراض، أو بين مسببات الأمراض ذات مدى عوائل
host ranges مختلفة، يتعلم علماء الأحياء الدقيقة microbiologists الكثير عن تطور
الممرض pathogen evolution. وهنا بعض الأمثلة.
هناك ثلاثة
أنواع من بكتيريا البورديتيلا
Bordetella. بورديتيلا بيرتيوسيس B. pertussis يسبب السعال
الديكي whooping cough في البشر، بورديتيلا بارابيرتيوسيس B. parapertussis يسبب السعال
الديكي في الرضع infants، ولكن أيضا يصيب الأغنام sheep، وبورديتيلا برونكيسيبتيكا B. bronchiseptica ينتج التهابات
تنفسية respiratory infections في حيوانات أخرى.
التحليل الجينومي المقارن Comparative genomic
analysis لهذه الأنواع الثلاثة يكشف أن بورديتيلا بيرتيوسيس B. pertussis وبورديتيلا بارابيرتيوسيس B. parapertussis تفتقد لقطع
كبيرة من DNA (1،719 جين)، والتي تكون
موجودة في بورديتيلا برونكيسيبتيكا
B. bronchiseptica. يقترح هذا التحليل أن:
1) بورديتيلا
بيرتيوسيس B. pertussis وبورديتيلا
بارابيرتيوسيس B. parapertussis تطورت من
سلف يشبه بورديتيلا برونكيسيبتيكا B. bronchiseptica.
2) تكيف
بورديتيلا بيرتيوسيس B. pertussis وبورديتيلا
بارابيرتيوسيس B. parapertussis إلى عوائلها الأكثر تقييدا يرجع ذلك إلى فقدان الـ 1،719 جين.
في الواقع، فقط
بورديتيلا برونكيسيبتيكا B. bronchiseptica هو
القادر على البقاء على قيد الحياة خارج العائل. لذلك،
في هذه المقارنة الجينومية بين أنواع مماثلة،
تتطلب بورديتيلا بيرتيوسيس B. pertussis وبورديتيلا بارابيرتيوسيس B. parapertussis الناجية
أنها تصيب كائنات
حية تزودها بالمواد التي لم يعد يمكن أن تصنعها, أي
أنه، تطورت الإمراضية pathogenicity من فقدان وظيفة
الجينات (الإمراضية: هي قدرة الممرض
على التسبب بالمرض).
على النقيض من ذلك هو تطور
الإمراضية عبر الإستحواذ على جينات جديدة. بكتيريا كورينيباكتيريوم دفتيريي Corynebacterium
diphtheriae هي العامل
المسبب للدفتيريا diphtheria. يشير التحليل الجينومي
إلى أن هذا النوع في
الماضي غير البعيد اكتسب 13 منطقة
وراثية genetic regions عبر نقل الجينات الأفقي، تمثل كل
واحدة منها جزيرة جينومية genomic island. تسمى هذه الجزر جزر
إمراضية pathogenicity islands لأنهم تشفر
العديد من الخصائص المسببة للأمراض pathogenic characteristics في الأنواع البكتيرية (مثل تشكيل
الشعرة pili formation وامتصاص الحديد
iron uptake).
سلالة إي. كولاي E. coli O157:H7 أصبحت مؤخرا
تهديد خطير على صحة الإنسان في جميع أنحاء العالم، تسبب إعتلالات معدية
معوية gastrointestinal ailments حادة. واحدة
من حالات التفشي الحديثة
تتعلق بتلوث السبانخ المغلف bagged spinach. أصيب حوالي 200 أمريكي بالمرض وتوفي اثنان على الأقل. عندما يتم مقارنة جينوم E. coli O157:H7 بالتسلسل النيوكليوتيدي nucleotide sequence للسلالة غير
الممرضة (K12)، تم اكتشاف مثال آخر على وجود الجزر
الإمراضية. كلا السلالاتين
لديها جينوم كبير
وتطورت من سلف ancestor مشترك. كلا منها لديها جزر
جينومية إكتسبتها عبر نقل الجينات الأفقي.
ومع ذلك، الجزر الجينومية
في E. coli O157:H7 تشفر لجينات إمراضية
معروفة (مثل الشعرات
pili والسموم toxins)، وبالتالي تمثل جزر إمراضية.
الجزر الجينومية في
السلالة غير الممرضة تفتقر لهذه الجينات الإمراضية
pathogenicity genes. ليس من الواضح هو ما إذا اكتسبت الجزر الإمراضية فقط من قبل سلالة
E. coli O157:H7 أو أن السلالة
غير الممرضة فقدت الجزر
الإمراضية.
هذه الأمثلة القليلة
تمثل أمثلة على قوة علم الجينوم المقارن
لحل الإختلافات بين الأنواع وتسليط
الضوء على تطور مسببات
الأمراض البكتيرية.
ليست هناك تعليقات:
إرسال تعليق