المشروع أو (human genome project):
وهو المشروع الذي بدأ في أكتوبر 1990 والمخطط له أن ينتهي في 2003.
ويهدف هذا المشروع إلى اكتشاف كل جينات الإنسان (80 ألفًا إلى 100 ألف) وجعلها مستهدفة بدراسات أخرى جديدة.
وأيضًا يهدف إلى اكتشاف وتحديد التتابع الكامل لكل الـ 3 بلايين زوج من القواعد النيتروجينية.
ولقد سمى العلماء القرن الحادي والعشرين بالقرن البيولوجي لما لهذا الاكتشاف من أهمية.
لقد قرر العلماء أن يعملوا جاهدين على الحصول على خريطة تفصيلية دقيقة جدًّا لتتابع القواعد النيتروجينية وألا يتجاوز احتمال الخطأ أكثر من قاعدة واحدة كل 10 آلاف قاعدة).
ولقد توقع العلماء أن تحديد هذه الخريطة مهم جدًّا لفهم بيولوجية الإنسان وأيضًا لاستخدامها في أشياء أخرى كثيرة.
وقد طور العلماء أهدافهم المرحلية في وقت لاحق وأضافوا هدفًا جديدًا وهو التعرف على الاختلافات الفردية في Genome بين شخص وآخر.
وقد اكتشفوا أنه رغم أن أكثر من 99% من DNA في الإنسان وتتابعاته متشابهة في كل البشر فإن التغيرات الفردية قد تؤثر بشدة على استجابة الفرد للمرحلة والمؤثرات البيئية الضارة مثل البكتريا والفيروسات والسموم والكيماويات والأدوية والعلاجات المختلفة.
وطور العلماء العاملون في المشروع وسائلهم لاكتشاف هذه الاختلافات وأكثر هذه الاختلافات شيوعًا هي (Single Nucleotide Polymorphisms) (SNPs) التي تتكرر مرة واحدة كل 100إلى 300 قاعدة نيتروجينية.
ويعتقد العلماء أن رسم خريطة ستساعدهم على التعرف على الجينات المختصة بالأمراض المختلفة مثل السرطان والسكر وأمراض الأوعية الدموية والأمراض العقلية.
وللتعرف على وظائف الجينات المختلفة للإنسان يقوم العلماء بمحاولة تحضير نسخ كاملة من الحمض النووي الديوكسي ريبوزي المكمل DNA، وكذلك دراسة تعبير الجين عن نفسه في شكل صفات ((Gene expression وكيفية التحكم (control gene) فيه واستحداث الطفرات المختلفة التي تؤدي إلى فقد أو تغير الوظيفة في الحيوانات.
وتتم الدراسة المقارنة بدراسة المناطق المشابهة من DNA في الأحياء المختلفة وليتمكن العلماء من ذلك فقد قاموا بتجهيز تتابع جيني كامل للبكتيريا المعروفة (E..coli) والفطر المعروف بـ (saccharomyces cerecisaie) وذبابة الفاكهة المعروفة (datosophila Melanogaster) والطفيل المعروف بـ (caenorhabditis elegans) ويحاولون الآن تحضير التتابع الكامل لفأر التجارب.
وبهذه الدراسة المقارنة يمكن للعلماء أن يصلوا إلى معلومات هامة عن التطور والعمليات الحيوية الكيمائية والوراثة والإيض metabolism والوظائف الفسيولوجية.
وفى كثير من الكائنات نجد كروموسومات تميز الشق (الذكورة والأنوثة).
ففى الثدييات نجد الخلية الجسمية فى الذكر تحتوى على كروموسومين يعرفا بالرمزين (X Y)، وعند حدوث الانقسام الاختزالى لتكوين الحيوانات المنوية يذهب الكروموسوم X إلى حيوان منوى بينما يذهب الكروموسوم Y إلى حيوان منوي آخر.
وعلى ذلك فالحيوانات المنوية فى الذكور على طرازين.
أما الخلية الجسمية فى الأنثى فهى تحتوى على كروموسومين متشابهين (XX)، وعند حدوث الانقسام الاختزالى لتكوين البويضات، فإن البويضة تحتوي على كروموسوم (X) واحد.
وعلى ذلك فإن بويضات جميع الإناث تحتوى على كروموسوم واحد(X).
وفى الانسان- كما سبق القول - تحتوى الخليه الجسميه على 46 كروموسوم، منها (2) كروموسوم جنسى sex chromosomes. و44كروموسوم جسمى Autosomes.
وفى الواقع فاالكروموسوم فى "حقيقيات النواة" Eukaryotes يتكون من خيط طويل.
وفي المرحلة البينية للخلية يلتف هذا الخيط حول نفسه فى مناطق معينه منه، وبذلك تبدو هذة المناطق مكثفه condensed وداكنة، بينما تبقى مناطق أخرى من هذا الخيط مفروده Extended.
وبذا فإنه فى المرحلة البينيه لا تظهر الكروموسومات بشكلها المعروف.
أما عند الانقسام الخلوى فإن الأجزاء المفروده تبدأ في التكثف، أي تطوي على نفسها تدريجيا، وبذلك فإن الكروموسوم فى الطور الاستوائى للإنقسام الخلوى يبدو أقصر ما يمكن، وعلى ذلك فإنه لا يمكن معرفة عدد وأشكال كروموسومات الخلية الإ أثناء الانقسام الخلوي، وخاصة فى مرحلة الطور الاستوائي.
ويبدو كل كروموسوم أثناء الانقسام الخلوى مكونا من جسمين عصويين متجاورين يرتبطان معا عند نقطه تسمى "سنترومير". وتصنف الكروموسومات حسب موقع السنترومير الى الطرز الاتية:
1- كروموسومات وسطية السنترومير metacentric وفيها يقع السنترومير فى منتصف الكروموسوم حيث يقسمه إلى زراعين متساويين فى الطول.
2- كروموسومات تحت وسطية السنترومير submetacentric وفيها يقع السنتروميربعيداً عن نقطة الوسط فى الكروموسوم ، وبذا يتكون الكروموسوم من زراع قصير يرمز له بالحرف (p)، وآخر طويل يرمز له بالحرف (q).
3- كروموسومات طرفية السنترومير Acrocentric وفيها يقع السنتروميرقرب طرف الكروموسوم.
4- كروموسومات ذيليه السنترومير telocentric وفيها يقع السنترومير عند طرف الكروموسوم.
وقد يحمل كل من كروماتيدى الكروموسوم جسما كرويا عند طرفه ويعرف هذان الجسمان باسم "الجسمان النجميان Satellites"، كما قد توجد خنصره "constriction" عند جزء معين من الكروماتيدين تعرف باسم الخنصره الثانوية Secondary constriction.
على أساس أن خنصرة الكروموسوم عند موقع السنترو مير تعرف باسم الخنصرة الإبتدائية primary constriction .
وعند دراسة الكروموسومات يقوم العلماء بتقسيمها إلى مجموعات، تكون فيها كروموسومات كل مجموعة لها صفات مشتركة.
وقد اتفق العلماء على تقسيم كروموسومات الإنسان -على سبيل المثال- إلى سبع مجموعات كما يلي:
- المجموعة A: تضم الكروموسومات من 1-3.
- المجموعة B: تضم الكروموسومين 5،4.
- المجموعة C: تضم الكروموسومات 6-12 بالإضافة إلى (X).
- المجموعة D: تضم الكروموسومات 13-15.
- المجموعة E: تضم الكروموسومين 16-18.
- المجموعة F: تضم الكروموسومين 19، 20.
- المجموعة G: تضم الكروموسومات 21، 22 بالإضافة إلى (Y).
وغالبا يتدرج ترقيم الكروموسومات من الأطول إلى الأقصر ، وعلى ذلك فإن الكروموسوم (X) يضم إلى المجموعة C، بينما الكروموسوم (Y) - وهو قصيربشكل واضح - يضم إلى المجموعة الأخيرة G.
وقد أوضحت الدراسات العلمية الدقيقة أن كل كروماتيد يحتوي على جزئ واحد من حمض DNA الذي يمثل المادة الوراثية.
ويلتف جزئ حمض DNA حول نفسه وكذلك حول جسيمات من بروتينات معينه تعرف باسم "هستونات" Histones وفق نظام خاص.
كما أن التركيب الخيطي الناتج عن ذلك يلتف حول نفسه وتؤدي كل هذه الطيات إلى قصر المنتج النهائي بالمقارنة بالطول الأصلي لجزئ DNA.
كما تتصل هذه بماده بروتينية غير هستونية تنتظم في شكل يشبه السقاله Scaffold حيث تستند اليها الخيوط سالفة الذكر.
ويوضح خيوط جزيء DNA المفككه لأحد الكروموسومات بعد إذابة الهستونات المرتبطه بها.
عند المركز تقع سقالتان، حيث تستند خيوط جزيء DNA لكل كروماتيد على سقالة.
وتجدر الإشارة إلى أنه في الكائنات أوليات النواه مثل البكتيريا يوجد بها جزئ واحد من الحمض النووي DNA يشكل المادة الوراثية لها، ولا يتصل الحمض النووي DNA هنا بأية مواد بروتينية.
وليس بخلايا أوليات النواه أنوية، وذلك على عكس الكائنات حقيقيات النواه حيث توجد لكل خلية نواه محاطه بغلاف يتكون من غشائين.
وفي أوليات النواة يكون جزئ DNA جسماً يعرف باسم Nucleoid.
وهو المشروع الذي بدأ في أكتوبر 1990 والمخطط له أن ينتهي في 2003.
ويهدف هذا المشروع إلى اكتشاف كل جينات الإنسان (80 ألفًا إلى 100 ألف) وجعلها مستهدفة بدراسات أخرى جديدة.
وأيضًا يهدف إلى اكتشاف وتحديد التتابع الكامل لكل الـ 3 بلايين زوج من القواعد النيتروجينية.
ولقد سمى العلماء القرن الحادي والعشرين بالقرن البيولوجي لما لهذا الاكتشاف من أهمية.
لقد قرر العلماء أن يعملوا جاهدين على الحصول على خريطة تفصيلية دقيقة جدًّا لتتابع القواعد النيتروجينية وألا يتجاوز احتمال الخطأ أكثر من قاعدة واحدة كل 10 آلاف قاعدة).
ولقد توقع العلماء أن تحديد هذه الخريطة مهم جدًّا لفهم بيولوجية الإنسان وأيضًا لاستخدامها في أشياء أخرى كثيرة.
وقد طور العلماء أهدافهم المرحلية في وقت لاحق وأضافوا هدفًا جديدًا وهو التعرف على الاختلافات الفردية في Genome بين شخص وآخر.
وقد اكتشفوا أنه رغم أن أكثر من 99% من DNA في الإنسان وتتابعاته متشابهة في كل البشر فإن التغيرات الفردية قد تؤثر بشدة على استجابة الفرد للمرحلة والمؤثرات البيئية الضارة مثل البكتريا والفيروسات والسموم والكيماويات والأدوية والعلاجات المختلفة.
وطور العلماء العاملون في المشروع وسائلهم لاكتشاف هذه الاختلافات وأكثر هذه الاختلافات شيوعًا هي (Single Nucleotide Polymorphisms) (SNPs) التي تتكرر مرة واحدة كل 100إلى 300 قاعدة نيتروجينية.
ويعتقد العلماء أن رسم خريطة ستساعدهم على التعرف على الجينات المختصة بالأمراض المختلفة مثل السرطان والسكر وأمراض الأوعية الدموية والأمراض العقلية.
وللتعرف على وظائف الجينات المختلفة للإنسان يقوم العلماء بمحاولة تحضير نسخ كاملة من الحمض النووي الديوكسي ريبوزي المكمل DNA، وكذلك دراسة تعبير الجين عن نفسه في شكل صفات ((Gene expression وكيفية التحكم (control gene) فيه واستحداث الطفرات المختلفة التي تؤدي إلى فقد أو تغير الوظيفة في الحيوانات.
وتتم الدراسة المقارنة بدراسة المناطق المشابهة من DNA في الأحياء المختلفة وليتمكن العلماء من ذلك فقد قاموا بتجهيز تتابع جيني كامل للبكتيريا المعروفة (E..coli) والفطر المعروف بـ (saccharomyces cerecisaie) وذبابة الفاكهة المعروفة (datosophila Melanogaster) والطفيل المعروف بـ (caenorhabditis elegans) ويحاولون الآن تحضير التتابع الكامل لفأر التجارب.
وبهذه الدراسة المقارنة يمكن للعلماء أن يصلوا إلى معلومات هامة عن التطور والعمليات الحيوية الكيمائية والوراثة والإيض metabolism والوظائف الفسيولوجية.
وفى كثير من الكائنات نجد كروموسومات تميز الشق (الذكورة والأنوثة).
ففى الثدييات نجد الخلية الجسمية فى الذكر تحتوى على كروموسومين يعرفا بالرمزين (X Y)، وعند حدوث الانقسام الاختزالى لتكوين الحيوانات المنوية يذهب الكروموسوم X إلى حيوان منوى بينما يذهب الكروموسوم Y إلى حيوان منوي آخر.
وعلى ذلك فالحيوانات المنوية فى الذكور على طرازين.
أما الخلية الجسمية فى الأنثى فهى تحتوى على كروموسومين متشابهين (XX)، وعند حدوث الانقسام الاختزالى لتكوين البويضات، فإن البويضة تحتوي على كروموسوم (X) واحد.
وعلى ذلك فإن بويضات جميع الإناث تحتوى على كروموسوم واحد(X).
وفى الانسان- كما سبق القول - تحتوى الخليه الجسميه على 46 كروموسوم، منها (2) كروموسوم جنسى sex chromosomes. و44كروموسوم جسمى Autosomes.
وفى الواقع فاالكروموسوم فى "حقيقيات النواة" Eukaryotes يتكون من خيط طويل.
وفي المرحلة البينية للخلية يلتف هذا الخيط حول نفسه فى مناطق معينه منه، وبذلك تبدو هذة المناطق مكثفه condensed وداكنة، بينما تبقى مناطق أخرى من هذا الخيط مفروده Extended.
وبذا فإنه فى المرحلة البينيه لا تظهر الكروموسومات بشكلها المعروف.
أما عند الانقسام الخلوى فإن الأجزاء المفروده تبدأ في التكثف، أي تطوي على نفسها تدريجيا، وبذلك فإن الكروموسوم فى الطور الاستوائى للإنقسام الخلوى يبدو أقصر ما يمكن، وعلى ذلك فإنه لا يمكن معرفة عدد وأشكال كروموسومات الخلية الإ أثناء الانقسام الخلوي، وخاصة فى مرحلة الطور الاستوائي.
ويبدو كل كروموسوم أثناء الانقسام الخلوى مكونا من جسمين عصويين متجاورين يرتبطان معا عند نقطه تسمى "سنترومير". وتصنف الكروموسومات حسب موقع السنترومير الى الطرز الاتية:
1- كروموسومات وسطية السنترومير metacentric وفيها يقع السنترومير فى منتصف الكروموسوم حيث يقسمه إلى زراعين متساويين فى الطول.
2- كروموسومات تحت وسطية السنترومير submetacentric وفيها يقع السنتروميربعيداً عن نقطة الوسط فى الكروموسوم ، وبذا يتكون الكروموسوم من زراع قصير يرمز له بالحرف (p)، وآخر طويل يرمز له بالحرف (q).
3- كروموسومات طرفية السنترومير Acrocentric وفيها يقع السنتروميرقرب طرف الكروموسوم.
4- كروموسومات ذيليه السنترومير telocentric وفيها يقع السنترومير عند طرف الكروموسوم.
وقد يحمل كل من كروماتيدى الكروموسوم جسما كرويا عند طرفه ويعرف هذان الجسمان باسم "الجسمان النجميان Satellites"، كما قد توجد خنصره "constriction" عند جزء معين من الكروماتيدين تعرف باسم الخنصره الثانوية Secondary constriction.
على أساس أن خنصرة الكروموسوم عند موقع السنترو مير تعرف باسم الخنصرة الإبتدائية primary constriction .
وعند دراسة الكروموسومات يقوم العلماء بتقسيمها إلى مجموعات، تكون فيها كروموسومات كل مجموعة لها صفات مشتركة.
وقد اتفق العلماء على تقسيم كروموسومات الإنسان -على سبيل المثال- إلى سبع مجموعات كما يلي:
- المجموعة A: تضم الكروموسومات من 1-3.
- المجموعة B: تضم الكروموسومين 5،4.
- المجموعة C: تضم الكروموسومات 6-12 بالإضافة إلى (X).
- المجموعة D: تضم الكروموسومات 13-15.
- المجموعة E: تضم الكروموسومين 16-18.
- المجموعة F: تضم الكروموسومين 19، 20.
- المجموعة G: تضم الكروموسومات 21، 22 بالإضافة إلى (Y).
وغالبا يتدرج ترقيم الكروموسومات من الأطول إلى الأقصر ، وعلى ذلك فإن الكروموسوم (X) يضم إلى المجموعة C، بينما الكروموسوم (Y) - وهو قصيربشكل واضح - يضم إلى المجموعة الأخيرة G.
وقد أوضحت الدراسات العلمية الدقيقة أن كل كروماتيد يحتوي على جزئ واحد من حمض DNA الذي يمثل المادة الوراثية.
ويلتف جزئ حمض DNA حول نفسه وكذلك حول جسيمات من بروتينات معينه تعرف باسم "هستونات" Histones وفق نظام خاص.
كما أن التركيب الخيطي الناتج عن ذلك يلتف حول نفسه وتؤدي كل هذه الطيات إلى قصر المنتج النهائي بالمقارنة بالطول الأصلي لجزئ DNA.
كما تتصل هذه بماده بروتينية غير هستونية تنتظم في شكل يشبه السقاله Scaffold حيث تستند اليها الخيوط سالفة الذكر.
ويوضح خيوط جزيء DNA المفككه لأحد الكروموسومات بعد إذابة الهستونات المرتبطه بها.
عند المركز تقع سقالتان، حيث تستند خيوط جزيء DNA لكل كروماتيد على سقالة.
وتجدر الإشارة إلى أنه في الكائنات أوليات النواه مثل البكتيريا يوجد بها جزئ واحد من الحمض النووي DNA يشكل المادة الوراثية لها، ولا يتصل الحمض النووي DNA هنا بأية مواد بروتينية.
وليس بخلايا أوليات النواه أنوية، وذلك على عكس الكائنات حقيقيات النواه حيث توجد لكل خلية نواه محاطه بغلاف يتكون من غشائين.
وفي أوليات النواة يكون جزئ DNA جسماً يعرف باسم Nucleoid.