الطالبة: رهف محمد عايش الزبيدي

التسلسل الجيني الكامل (المعروف أيضا باسم المجموعة العالمية، وتسلسل الجينوم الكامل، والتسلسل الجيني الكامل) هو عملية تسلسل الحمض النووي الكامل لجينوم الكائنات الحية في وقت واحد.

ويستتبع ذلك ترتيب جميع الحمض الخلوي الصبغي للكائنات الحية وكذلك الحمض النووي الموجود في الميتوكوندريا، بالنسبة للنباتات في البلاستيدات الخضراء. [1]

وقد استخدم التسلسل الجيني بأكمله كأداة بحثية إلى حد كبير، ولكن يجري حاليا إدخاله في العيادات. [2، 3، 4]

في مستقبل الطب الشخصي، ستكون بيانات التسلسل الجيني بأكملها أداة هامة لتوجيه التدخل العلاجي. [5]

تستخدم أداة التسلسل الجيني في المستوى المتعدد المورفولوجية الأحادية لتحديد المتغيرات الوظيفية من الدراسات المرتبطة وتحسين المعرفة المتاحة للباحثين المهتمين بالبيولوجيا التطورية، والتي بالتالي قد تكون الأساس للتنبؤ بقابلية المرض والاستجابة للعقاقير. وينبغي عدم الخلط بين تسلسل الجينوم بأكمله والمادة الوراثية المحددة، الذي لا يحدد إلا احتمال أن تكون المادة الجينية من فرد أو مجموعة بعينها، ولا تتضمن معلومات إضافية عن العلاقات الجينية أو المنشأ أو القابلية للإصابة بأمراض محددة. [6]

بالإضافة إلى ذلك، لا ينبغي الخلط بين التسلسل الجيني بأكمله مع الأساليب التي تتابع مجموعات فرعية معينة من الجينوم… مثل هذه الطرق تشمل التسلسل الخارجي الكامل (1% من الجينوم) أو الطباعة الجينية (< 1و0% من الجينوم).

اعتبارا من 2017 لم يكن هناك الجينوم الكامل لأي من الثدييات، بما في ذلك البشر. ولم يتم التسلسل ما بين 4 إلى 9 في المائة من الجينوم البشري، ومعظمه من الشيفرة الوراثية المتكررة.

التاريخ

كانت أساليب تسلسل الحمض النووي المستخدمة في السبعينات والثمانينات دليلا على سبيل المثال، تسلسل Maxam – Gilbert وتسلسل Sanger. وقد سمح التحول إلى أساليب التسلسل الآلي الأسرع في التسعينات في النهاية بتسلسل الجينوم بأكمله. [9]

وكان أول كائن حي لديه التسلسل الجيني بأكمله هو النزلة النزفية Haemophilus influenza))  في عام 1995. [10]

بعد ذلك، كان الجينوم من البكتيريا الأخرى يرجع إلى حد كبير إلى صغر حجم الجينوم.

H.Influenzae يحتوي على جينوم من 140,830,1 bp من الحمض النووي. [10]

وعلى النقيض من ذلك، فإن الكائنات حقيقية النواة، سواء كانت أحادية الخلية أو متعددة الخلايا مثل Amoeba dubia والبشر (Homo sapiens). [11]

Amoeba dubia    يحتوي جينوم من 000, 000, 000, 700 Nucleotide pairs، ينتشر عبر آلاف الكروموسومات. [12]

وكانت الجينات الجرثومية والبكتيريا الأولية، بما في ذلك الآثار الناجمة عن H.influenza متسلسلة بتسلسل Shotgiun. [10]

في عام 1996 تم ترتيب الجينوم الأول التابع للكائنات الحقيقية النواة (Saccharomyces cerevisiae) .

(S.cerevisiae) وهو كائن حي في علم الأحياء لديه جينوم فقط حوالي 000,000,12  النواة الثنائية (فطريات)، وكان أول كائن حي حقيقي النواة أحادي الخلية لديه تسلسل الجينوم بأكمله. [14ٍ]

وكان أول كائن حي حقيقي النواة متعدد الخلايا، له التسلسل الجيني بأكمله هو الدودة الخيطية (Caenorhabditis elegans) في عام 1998. [15]

يتم ترتيب الجينوم للكائنات حقيقية النواة بواسطة عدة أساليب بما في ذلك تسلسل Shotgun من قطع الحمض النووي القصير والتسلسل من الحمض النووي الأكبر من cDNA libraries مثل Bacterial artificial chromosomes (BACs) and yeast Artidicial chromosomes (YACs). . [16]

في 1999، تم نشر كامل تسلسل الحمض النووي لكروموسوم الإنسان 22. [17]

بحلول السنة 2000، الحيوانات الثانوية واللافقاريات الثانوية (الحشرات الأولية) وكان تتابع الجينوم من ذبابة الفاكهة (Drosophila melanogaster) خيار شائع لنموذج الكائن الحي في البحوث التجريبية. [18]

كان الجينوم النباتي الأول من الكائن الحي النموذجي (Arabidopsis- thaliana) له تسلسل كامل. [19]

بحلول 2001، نشر مشروع لسلسلة الجينوم البشري بأكمله. [20] تم الانتهاء من الجينوم الخاص بالفئران المختبرية في 2002. [21]

وفي 2004، نشر مشروع الجينوم البشري وكان نسخة غير كاملة من الجينوم البشري. [22].

التفاصيل التجريبية

الخلايا المستخدمة للتسلسل

تقريبا أي عينة بيولوجية تحتوي على نسخة كاملة من الحمض النووي أو حتى كمية صغيرة جدا من الحمض النووي أو الحمض النووي القديم. يمكن أن توفر المواد الجينية اللازمة لتسلسل الجينوم الكامل. وقد تشمل هذه العينات اللعاب، والخلايا الجلدية، ونخاع العظم، والشعر، والبذور، والأوراق النباتية، أو أي شيء آخر يحتوي على خلايا تحتوي على الحمض النووي.

ويمكن تحديد التسلسل الجيني للخلية الواحدة المختارة من مجموعة مختلطة من الخلايا باستخدام تقينات التسلسل الجيني للخلايا الواحدة. ولهذا مزايا هامة في علم الأحياء المجهرية البيئية في الحالات التي يمكن فيها عزل خلية واحدة من أنواع معينة من الكائنات المجهرية عن السكان المختلطين بالميكروسكوب على أساس خصائصها المورفولوجية أو غيرها من الخواص المميزة. وفي مثل هذه الحالات، يمكن حذف الخطوات الضرورية عادة لعزل ونمو الكائنات الحية في البيئة، مما يسمح بتسلسل طيف أكبر بكثير من جينوم الكائنات الحية. [23]

ويجري اختبار التسلسل الجيني للخلايا الواحدة كطريقة للتشخيص الوراثي المسبق، حيث تؤخذ خلية من الجنين الذي نتج عن الإخصاب الأنبوبي وتحلل وراثيا قبل انتقال الجنين إلى الرحم. [24]

بعد الزرع، يمكن أن يؤخذ الحمض النووي الجنيني الخالي من الخلايا بواسطة الصبغة الوريدية البسيطة من الام وتستخدم للجينوم الكامل للجنين. [25]

التقنيات الحالية:

المادة الرئيسية: تسلسل الحمض النووي

وفي حين أن التسلسل الشعري هو النهج الأول للنجاح في تسلسل الجينوم البشري الكامل تقريبا، فإنه لا يزال باهظ التكلفة ويستغرق وقتا طويلا للأغراض التجارية.

ومنذ 2005 التسلسل الشعري قد اندثر تدريجيا بسبب التكنولوجيات المتسلسلة العالية الإنتاجية (التي كانت سابقات “الجيل الثاني”) مثل تسلسل الصبغة الوهمية، والتسلسل الحراري. [32]

ولا تزال جميع هذه التكنولوجيات تستخدم استراتيجة، وهي التوازي وتوليد القوالب عن طريق تقنية Shotgun الجينوم.

وهناك تكنولوجيات أخرى آخذة في الظهور، بما في ذلك تكنولوجيا النانو. وعلى الرغم من أنه ما زال يجري صقل التكنولوجيا المتوالية النانوية، فإن قابليتها للنقل وقدرتها المحتملة على توليد القراءات الطويلة لها أهميتها بالنسبة (تطبيقات التسلسل الجيني بأكملها). [33]

التحليل الوظيفي للمادة الوراثية

ومن حيث المبدأ، يمكن للتسلسل الجيني الكامل أن يوفر تسلسل النواة الأولية للحمض النووي للكائن الواحد.

ومع ذلك، يجب إجراء مزيد من التحليل لتوفير المعنى البيولوجي أو الطبي لهذا التسلسل، مثل كيفية استخدام هذه المعرفة في الوقاية من الأمراض.

ويجري تطوير وصقل أساليب تحليل التسلسل الزمني للبيانات.

لأن التسلسل يولد الكثير من البيانات (على سبيل المثال، هناك ما يقرب من  000,000,000,6 الأزواج الأساسية في كل الجينوم البشري)، ويتم تخزين الناتج الخاص به الكترونيا. ويتطلب كمية كبيرة من الطاقة الحاسوبية وقدرة التخزين.

في حين أن تحليل بيانات الخدمات العالمية يمكن أن تكون بطيئة، فمن الممكن تسريع هذه الخطوة باستخدام الأجهزة المتخصصة. [34]