الفحص الجيني

الموسوعة الحرة

الفحص الجيني أو فحص الطفرات هو أسلوب تجريبي يُستخدم لتحديد واختيار الأفراد الذين يمتلكون نمطًا ظاهريًا مُحددًا في مجموعة سكانية مُطفرة. [ 1 ] لذا، يُعد الفحص الجيني نوعًا من أنواع الفحص الظاهري . يُمكن للفحوصات الجينية أن تُوفر معلومات هامة حول وظيفة الجينات ، بالإضافة إلى الأحداث الجزيئية التي تُشكل أساس عملية أو مسار بيولوجي. في حين أن مشاريع الجينوم قد حددت مخزونًا واسعًا من الجينات في العديد من الكائنات الحية المختلفة، يُمكن للفحوصات الجينية أن تُقدم رؤى قيّمة حول كيفية عمل هذه الجينات. [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ] [ 6 ]

الفحص الأساسي

يبدأ علم الوراثة الأمامي (أو الفحص الوراثي الأمامي) بدراسة النمط الظاهري، ثم يسعى إلى تحديد الطفرة المسببة له، وبالتالي الجينات المسؤولة عن هذا النمط. على سبيل المثال، قام كريستيان نوسلين-فولهارد وإريك فيشاوس بإجراء فحص شهير باستخدام الطفرات على ذباب الفاكهة، ثم شرعا في البحث عن الجينات المسببة للأنماط الظاهرية الطافرة الملاحظة. [ 7 ]

تتطلب عمليات الفحص الجيني الأمامي الناجحة غالبًا خلفية جينية محددة وإجراءً تجريبيًا بسيطًا. بمعنى آخر، عند تعريض عدة أفراد للطفرات، يجب أن يكونوا متطابقين جينيًا بحيث يكون نمطهم الظاهري الأصلي متطابقًا أيضًا، ويسهل تحديد الأنماط الظاهرية الطافرة. تسمح طريقة الفحص البسيطة بفحص عدد أكبر من الأفراد، مما يزيد من احتمالية توليد وتحديد الطفرات المطلوبة. [ 3 ]

نظرًا لندرة الطفرات الأليلية الطبيعية ، يلجأ علماء الوراثة عادةً إلى تعريض مجموعة من الأفراد لمادة مطفرة معروفة ، مثل مادة كيميائية أو إشعاع، قبل إجراء الفحص، مما يؤدي إلى زيادة كبيرة في معدل حدوث الطفرات الكروموسومية . [ 1 ] في بعض الكائنات الحية ، تُستخدم المواد المطفرة لإجراء فحوصات تشبع ، أي فحص يُستخدم للكشف عن جميع الجينات المشاركة في نمط ظاهري معين. وكانت كريستيان نوسلين-فولهارد وإريك فيشاوس أول من أجرى هذا النوع من الفحص على الحيوانات. [ 8 ]

يبدأ علم الوراثة العكسي (أو الفحص الوراثي العكسي) بجين معروف، ويُقيّم تأثير تعطيله من خلال تحليل الأنماط الظاهرية الناتجة. على سبيل المثال، في فحص الحذف الجيني، يُحذف جين واحد أو أكثر بالكامل، وتُختبر الطفرات الناتجة عن الحذف بحثًا عن الأنماط الظاهرية. وقد أُجريت هذه الفحوصات لجميع الجينات في العديد من البكتيريا، وحتى في الكائنات الحية المعقدة، مثل دودة C. elegans . [ 1 ] يبدأ الفحص الوراثي العكسي عادةً بتسلسل جيني، يليه تعطيل مُستهدف. [ 9 ] علاوة على ذلك، يُحدث طفرات في الكائنات النموذجية لمعرفة دورها في الأمراض. [ 10 ] يُستخدم علم الوراثة العكسي أيضًا لتوفير إحصاءات دقيقة للغاية حول الطفرات التي تحدث في جينات مُحددة. ومن خلال هذه الفحوصات، يُمكن تحديد مدى عشوائية الطفرات، وعدد مرات حدوثها. [ 11 ]

اختلافات الفحص

تم ابتكار العديد من أساليب الفحص المختلفة لتحديد الجين المسؤول عن ظهور النمط الظاهري الطافر المطلوب. ومن بين الأساليب المهمة الأخرى فحص الطفرات المميتة التركيبية ، الذي يبحث عن أزواج من الطفرات التي تكون قابلة للحياة بشكل فردي ولكنها مميتة عند دمجها، ويمكنه الكشف عن الجينات التي تعمل في مسارات متكررة أو متوازية. [ 12 ] [ 13 ] === مُحسِّن ===

تبدأ عملية فحص المُحسِّنات بفرد طافر لديه عملية متأثرة ذات أهمية، مع طفرة جينية معروفة. ويمكن استخدام هذا الفحص لتحديد جينات أو طفرات جينية إضافية تلعب دورًا في تلك العملية البيولوجية أو الفيزيولوجية. يكشف فحص المُحسِّنات الجينية عن الطفرات التي تُحسِّن النمط الظاهري المُراد دراسته في فرد طافر بالفعل. يكون النمط الظاهري للطفرة المزدوجة (الفرد الذي يحمل كلًا من المُحسِّن والطفرة الأصلية) أكثر وضوحًا من أي من النمطين الظاهريين للطفرة المفردة. يجب أن يتجاوز التحسين الأنماط الظاهرية المتوقعة للطفرتين منفردتين، وبالتالي يمكن اعتبار كل طفرة مُحسِّنة للأخرى. يمكن أن يؤدي عزل الطفرات المُحسِّنة إلى تحديد الجينات المتفاعلة أو الجينات التي تعمل بشكل متكرر بالنسبة لبعضها البعض. [ 14 ]

القامع

تُستخدم تقنية فحص الطفرات الكابتة لتحديد الطفرات الكابتة التي تُخفف أو تُعكس النمط الظاهري للطفرة الأصلية، في عملية تُعرف باسم الجدوى التركيبية . [ 15 ] يمكن وصف الطفرات الكابتة بأنها طفرات ثانوية تحدث في موقع على الكروموسوم يختلف عن موقع الطفرة قيد الدراسة، وتعمل على كبت النمط الظاهري للطفرة الأصلية. [ 16 ] إذا كانت الطفرة في نفس جين الطفرة الأصلية، تُعرف بالكبت داخل الجين ، بينما تُعرف الطفرة التي تقع في جين مختلف بالكبت خارج الجين أو الكبت بين الجينات . [ 1 ] تُعد الطفرات الكابتة مفيدة للغاية في تحديد وظائف المسارات الكيميائية الحيوية داخل الخلية والعلاقات بين هذه المسارات.

حساس لدرجة الحرارة

تتضمن عملية الفحص الحساسة للحرارة إجراء تغييرات في درجة الحرارة لتعزيز النمط الظاهري للطفرة. فالمجموعة التي تنمو في درجات حرارة منخفضة يكون لها نمط ظاهري طبيعي؛ إلا أن الطفرة في الجين المعني تجعله غير مستقر عند درجة حرارة أعلى. فعلى سبيل المثال، قد يتضمن فحص حساسية ذباب الفاكهة للحرارة رفع درجة الحرارة في القفص حتى يغمى على بعض الذباب، ثم فتح منفذ للسماح للذباب الآخر بالهروب. ومن المحتمل أن يحمل الأفراد الذين يتم اختيارهم في هذا الفحص نسخة غير عادية من الجين المسؤول عن النمط الظاهري المطلوب. ومن مزايا الأليلات التي يتم العثور عليها في هذا النوع من الفحص أن النمط الظاهري للطفرة مشروط ويمكن تنشيطه ببساطة عن طريق رفع درجة الحرارة. وقد تكون الطفرة الصفرية في مثل هذا الجين قاتلة للجنين، ولن يتم اكتشاف هذه الطفرات في الفحص الأساسي. وقد أجرى لي هارتويل وبول نيرس فحصًا شهيرًا حساسًا للحرارة بشكل مستقل لتحديد الطفرات المعيبة في دورة الخلية في الخميرة S. cerevisiae و S. pombe على التوالي.

RNAi

نظرة عامة على طريقة حقن الأجنة بتقنية التداخل الرناوي (RNAi)

يُعد فحص التداخل الرناوي (RNAi) في جوهره فحصًا وراثيًا مباشرًا يستخدم تقنية وراثية عكسية. وكما هو الحال في الفحوصات الوراثية التقليدية السابقة، يعتمد نجاح مسوحات التداخل الرناوي واسعة النطاق على التطوير الدقيق للاختبارات الظاهرية وتفسيرها. [ 9 ] في ذبابة الفاكهة ، طُبِّق التداخل الرناوي في الخلايا المستنبتة أو في الكائنات الحية لدراسة وظائف الجينات والتأثير على وظيفة جينات مفردة على نطاق الجينوم بأكمله. يُستخدم التداخل الرناوي لكبت التعبير الجيني في ذبابة الفاكهة عن طريق حقن الرنا المزدوج السلسلة (dsRNA) في الأجنة المبكرة، والتداخل مع جيني Frizzled وFrizzled2، مما يُحدث عيوبًا في نمط الجنين تُحاكي فقدان وظيفة جين wingless. [ 17 ]

كريسبر

Cas12a في مركب مع crRNA والحمض النووي المستهدف – الأداة الرئيسية لفحوصات CRISPR

تُستخدم تقنية كريسبر/كاس بشكل أساسي في الفحص الجيني العكسي. تتميز هذه التقنية بقدرتها على إنشاء مكتبات تضم آلاف الطفرات الجينية الدقيقة، كما يمكنها تحديد الأورام الجديدة والتحقق من صحة الأورام القديمة في أبحاث السرطان. تستهدف مكتبة كريسبر-كاس9 واسعة النطاق (GeCKO) 18080 جينًا باستخدام 64751 تسلسلًا توجيهيًا فريدًا، لتحديد الجينات الأساسية لبقاء الخلايا السرطانية. يُستخدم نظام كريسبر-كاس9 البكتيري لهندسة طفرات فقدان الوظيفة (LOF) واكتساب الوظيفة (GOF) في عضيات معوية بشرية غير متحولة، وذلك لإنشاء نموذج لسرطان القولون والمستقيم . كما يمكن استخدامه لدراسة العواقب الوظيفية للطفرات في الجسم الحي من خلال تمكين التحرير الجيني المباشر في الخلايا الجسدية. [ 10 ]

رسم خرائط الطفرات

باستخدام المنهج الوراثي الكلاسيكي ، يقوم الباحث بتحديد موقع الجين على كروموسومه عن طريق التهجين مع أفراد يحملون سمات غير عادية أخرى ، وجمع إحصاءات حول مدى تكرار توارث هاتين السمتين معًا. وكان علماء الوراثة الكلاسيكيون يستخدمون السمات الظاهرية لتحديد مواقع الأليلات الطافرة الجديدة . مع ظهور التسلسلات الجينومية لأنظمة نموذجية مثل ذبابة الفاكهة (Drosophila melanogaster ) ونبات الرشاد (Arabidopsis thaliana) والديدان الأسطوانية (C. elegans) ، تم تحديد العديد من تعددات أشكال النوكليوتيدات المفردة (SNPs) التي يمكن استخدامها كسمات لتحديد المواقع. في الواقع، مهدت تقنية هايدلبرغ ، التي تسمح بإجراء اختبارات جماعية للطفرات والتي طورها نوسلين-فولهارد وويشاوس عام 1980 ، الطريق أمام العلماء في هذا المجال. [ 4 ] تُعدّ الطفرات النقطية المفردة (SNPs) السمات المفضلة لرسم الخرائط الجينية نظرًا لتكرارها الكبير، حيث يبلغ معدل الاختلاف الواحد لكل 1000 زوج قاعدي، بين مختلف أنواع الكائنات الحية. كما يمكن استخدام عوامل مطفرة، مثل إدخال الحمض النووي العشوائي عن طريق التحويل أو العناصر المتحركة النشطة ، لتوليد طفرات جديدة. تتميز هذه التقنيات بميزة وسم الأليلات الجديدة بعلامة جزيئية (حمض نووي) معروفة ، مما يُسهّل التعرف السريع على الجين. [ 8 ]

الاستنساخ الموضعي

الاستنساخ الموضعي هو أسلوب لتحديد الجينات، حيث يُحدد الجين المسؤول عن نمط ظاهري معين من خلال موقعه التقريبي على الكروموسوم (وليس وظيفته)؛ ويُعرف هذا الموقع بالمنطقة المرشحة . في البداية، يمكن تحديد المنطقة المرشحة باستخدام تقنيات مثل تحليل الارتباط ، ثم يُستخدم الاستنساخ الموضعي لتضييق نطاقها حتى يتم العثور على الجين وطفراته. يتضمن الاستنساخ الموضعي عادةً عزل أجزاء من الحمض النووي متداخلة جزئيًا من المكتبات الجينومية للتقدم على طول الكروموسوم نحو جين محدد. خلال عملية الاستنساخ الموضعي، من الضروري تحديد ما إذا كان جزء الحمض النووي قيد الدراسة حاليًا جزءًا من الجين.

تشمل الاختبارات المستخدمة لهذا الغرض التهجين بين الأنواع، وتحديد جزر CpG غير المُمَثْيَلَة ، واحتجاز الإكسونات ، والاختيار المباشر للحمض النووي المكمل (cDNA )، والتحليل الحاسوبي لتسلسل الحمض النووي، وفحص الطفرات لدى الأفراد المصابين، واختبارات التعبير الجيني. بالنسبة للجينومات التي تُعرف فيها مناطق التعدد الشكلي الجيني ، يتضمن الاستنساخ الموضعي تحديد التعددات الشكلية المحيطة بالطفرة. تتطلب هذه العملية استنساخ أجزاء الحمض النووي من أقرب علامة وراثية معروفة وتسلسلها تدريجيًا، مع الاقتراب من الأليل الطافر مع كل استنساخ جديد. تُنتج هذه العملية خريطة متجاورة للموقع وتُعرف باسم " المشي الكروموسومي" . مع اكتمال مشاريع تسلسل الجينوم مثل مشروع الجينوم البشري ، يُمكن للاستنساخ الموضعي الحديث استخدام قطع متجاورة جاهزة من قواعد بيانات تسلسل الجينوم مباشرةً.

لكل نسخة جديدة من الحمض النووي، يتم تحديد تعدد الأشكال الجينية واختباره في مجموعة التخطيط الجيني لتحديد معدل إعادة التركيب مقارنةً بالنمط الظاهري الطافر. عندما تكون نسخة الحمض النووي عند أو بالقرب من الأليل الطافر، يكون معدل إعادة التركيب قريبًا من الصفر. إذا امتد مسار الكروموسوم عبر الأليل الطافر، ستبدأ تعددات الأشكال الجينية الجديدة في إظهار زيادة في معدل إعادة التركيب مقارنةً بالنمط الظاهري الطافر. اعتمادًا على حجم مجموعة التخطيط الجيني، يمكن تضييق نطاق الأليل الطافر إلى منطقة صغيرة (أقل من 30 كيلوبايت). بعد ذلك، يلزم إجراء مقارنة تسلسلية بين الحمض النووي من النوع البري والحمض النووي الطافر في تلك المنطقة لتحديد طفرة الحمض النووي التي تُسبب الاختلاف في النمط الظاهري.

تُتيح تقنيات الاستنساخ الموضعي الحديثة استخلاص المعلومات بشكل مباشر من مشاريع التسلسل الجينومي والبيانات الموجودة، وذلك بتحليل الجينات في المنطقة المرشحة. ومن ثم، يُمكن تحديد أولويات الجينات المُحتملة المُسببة للأمراض في هذه المنطقة، مما يُقلل من حجم العمل المطلوب. وتُعتبر الجينات ذات أنماط التعبير المُتوافقة مع النمط الظاهري للمرض، أو التي تُظهر وظيفة (مُحتملة) مُرتبطة بهذا النمط، أو المُتماثلة مع جين آخر مُرتبط به، جميعها جينات مُرشحة ذات أولوية. ويُعرف تعميم تقنيات الاستنساخ الموضعي بهذه الطريقة باكتشاف الجينات الموضعي.

يُعدّ الاستنساخ الموضعي طريقة فعّالة لعزل جينات الأمراض بطريقة غير متحيزة، وقد استُخدم لتحديد جينات أمراض ضمور دوشين العضلي ، وداء هنتنغتون ، والتليف الكيسي . مع ذلك، تظهر تعقيدات في التحليل إذا أظهر المرض تباينًا في المواضع الجينية.

مراجع

  1. 1 2 3 4 هارتويل إل إتش، هود إل، غولدبيرغ إم إل، رينولدز إيه إي، سيلفر إل إم، فيريس آر سي (2008). علم الوراثة: من الجينات إلى الجينومات . بوسطن: ماكجرو هيل للتعليم العالي. ISBN 978-0-07-284846-5.
  2. ↑ باتون إي إي، زون إل آي (ديسمبر 2001). " فن وتصميم الفحوصات الجينية: سمكة الزيبرا". مراجعات الطبيعة. علم الوراثة . 2 (12): 956-966 . doi : 10.1038/35103567 . PMID 11733748. S2CID 3166016 .  
  3. 1 2 Page DR, Grossniklaus U (فبراير 2002). " فن وتصميم الفحوصات الجينية: نبات رشاد أذن الفأر". Nature Reviews. Genetics . 3 (2): 124–136 . doi : 10.1038/nrg730 . PMID 11836506. S2CID 431110 .  
  4. 1 2 سانت جونستون د (مارس 2002). "فن وتصميم الفحوصات الجينية: ذبابة الفاكهة (دروسوفيلا ميلانوجاستر)". مراجعات الطبيعة. علم الوراثة . 3 (3): 176-188 . doi : 10.1038/nrg751 . PMID 11972155. S2CID 195368351 .  
  5. ↑ يورغنسن إي إم، مانجو إس إي (مايو 2002). "فن وتصميم الفحوصات الجينية: دودة Caenorhabditis elegans". مجلة Nature Reviews. علم الوراثة . 3 (5): 356-369 . doi : 10.1038/nrg794 . PMID 11988761. S2CID 152517 .  
  6. ↑ كاسيلتون إل، زولان إم (سبتمبر 2002). " فن وتصميم الفحوصات الجينية: الفطريات الخيطية". مراجعات الطبيعة. علم الوراثة . 3 (9): 683-697 . doi : 10.1038/nrg889 . PMID 12209143. S2CID 11744977 .  
  7. ↑ نوسلين-فولهارد سي، فيشاوس إي (أكتوبر 1980). "طفرات تؤثر على عدد القطع واستقطابها في ذبابة الفاكهة". مجلة نيتشر . 287 (5785): 795-801 . Bibcode : 1980Natur.287..795N . doi : 10.1038/287795a0 . PMID 6776413. S2CID 4337658 .  
  8. 1 2 "الفحص الجيني" . أبحاث الخلايا الجذعية. مؤرشف من الأصل بتاريخ 2012-04-01 . تم الاطلاع عليه بتاريخ 2012-05-03 .
  9. ١-٢ بوتروس م، أهرينجر ج (يوليو ٢٠٠٨). "فن وتصميم الفحوصات الجينية: تداخل الحمض النووي الريبوزي". مراجعات الطبيعة. علم الوراثة . ٩ (٧): ٥٥٤-٥٦٦ . doi : 10.1038/nrg2364 . PMID 18521077. S2CID 12787125 .  
  10. 1 2 غورومورثي سي بي، غراتي إم، أوتسوكا إم، شيلت إس إل، كوادروس آر إم، ليو إكس زد (سبتمبر 2016). " تقنية كريسبر: أداة متعددة الاستخدامات لأبحاث علم الوراثة الأمامية والعكسية" . علم الوراثة البشرية . 135 (9): 971-976 . doi : 10.1007/s00439-016-1704-4 . PMC 5002245. PMID 27384229 .  
  11. ↑ غرين إي إيه، كودومو سي إيه، تايلور إن إي، هينيكوف جي جي، تيل بي جيه، رينولدز إس إتش، وآخرون (يونيو 2003). " طيف الطفرات المُستحثة كيميائيًا من خلال فحص وراثي عكسي واسع النطاق في نبات الأرابيدوبسيس" . علم الوراثة . 164 (2): 731-740 . doi : 10.1093/genetics/164.2.731 . PMC 1462604. PMID 12807792 .   
  12. ↑ "الجينات القاتلة" . موقع Nature Education (Scitable) . تم الاطلاع عليه بتاريخ 18-06-2026 .
  13. ↑ كينيث كيمفيوس. "الجينات الأساسية" . مكتبة NCBI / WormBook . تم الاطلاع عليه بتاريخ 18-06-2026 .
  14. ↑ هيرمان آر كيه، يوشيم جيه (سبتمبر 2005). " المُحسِّنات الجينية" . WormBook : 1–11 . doi : 10.1895/wormbook.1.27.1 . PMC 4780930. PMID 18023119 .  
  15. ↑ بودو إف، أويلشلايجل تي، غيريني الأول، جيزلر نيوجيرسي، نيو إتش، هيرتسوغ إم، وآخرون . (يونيو 2015). "الفحص الجينومي للصلاحية الاصطناعية يحدد وظيفة Sae2 في إصلاح الحمض النووي" . مجلة إمبو . 34 (11): 1509-1522 . دوى : 10.15252/embj.201590973 . بمك 4474527 . بميد 25899817 .   
  16. ↑ هودجكين ج (ديسمبر 2005). " الكبت الجيني" . WormBook : 1–13 . doi : 10.1895/wormbook.1.59.1 . PMC 4781008. PMID 18023120 .  
  17. ↑ هيجوير ف، بورت ف، بوتروس م (مارس 2018). " فحص التداخل الرناوي (RNAi) في ذبابة الفاكهة " . علم الوراثة . 208 (3): 853-874 . doi : 10.1534/genetics.117.300077 . PMC 5844339. PMID 29487145 .