وطن نيوز
تخيل أنك تحاول أن تجد طريقك عبر مدينة مترامية الأطراف ومكتظة بالسكان وأن الخريطة التي تستخدمها لا تعرض سوى المعالم والشوارع الرئيسية. الأزقة الخلفية ، ممرات المشاة ، حتى بعض الشوارع الصغيرة لا تظهر. في بعض الحالات ، تكون أحياء بأكملها مفقودة.
هذا ما يشبه العلماء والممارسين الطبيين الذين يحاولون التنقل في المشهد الخلوي لجسم الإنسان. يوجد 37 تريليون خلية في الإنسان العادي. وما زلنا لا نعرف الكثير عنهم. لم يتم التعرف على العديد من خلايانا أو رسم خرائط لها أو حتى فهمها بالكامل من حيث الدور الذي تلعبه في الجسم السليم.
ولكن ماذا لو تمكن الباحثون من التقريب والنظر في جسم الإنسان بمقياس يكشف كل واحد من تلك التريليونات من الخلايا بتفاصيل دقيقة ومشرقة؟ يهدف جهد دولي طموح يسمى أطلس الخلايا البشرية إلى جعل ذلك ممكنًا.
يساهم آلاف الباحثين حول العالم في عينات من الخلايا وبيانات تحليلية في محاولة لتحديد موقع ووظائف كل خلية في الجسم بشكل جماعي. حتى الآن ، وقع حوالي 3000 مشارك من 94 دولة على المشروع ، الذي يستخدم تقنية جديدة تُعرف باسم تسلسل الحمض النووي الريبي أحادي الخلية لفصل الخلايا الفردية ودراسة مادتها الجينية.
ركزت الأبحاث التقليدية على تحديد الجينات المسؤولة عن المرض ، لكنها لم تتمكن من تحديد مكان عمل الجين في الجسم ، كما يقول جاري بادر ، عالم الوراثة الجزيئية في جامعة تورنتو وأحد منسقي خريطة الكبد في الأطلس. يمكّن تسلسل الحمض النووي الريبي أحادي الخلية العلماء من تحديد نوع وموقع الخلايا المتورطة ورسم خرائط لها ، وهو يقول إن سد فجوة معرفية مهمة ستكون تحويلية.
يقول بدر إن الأطلس سيكون بمثابة أداة مرجعية من شأنها تعزيز نجاح العلاجات الحالية وتمهيد الطريق للتقدم في الطب الحيوي. “سنكون قادرين على دراسة الأمراض على وجه التحديد حيث تعمل في الجسم وتطوير علاجات جديدة للعديد منها.”
كيف تصنع خريطة لجسم الإنسان؟
من حيث النطاق ، تعد مبادرة الخلية أكبر من مشروع الجينوم البشري ، الذي واجه في أوائل العقد الأول من القرن الحادي والعشرين التحدي الكبير المتمثل في تعيين جميع الجينات في جينوم كامل التسلسل. يحتوي الجينوم على أجزاء مكونة أقل نسبيًا – فقط حوالي 20000 جين. بالمقارنة ، منذ بدء مشروع أطلس الخلايا البشرية في عام 2016 ، حلل المشاركون أكثر من 121 مليون خلية – ويهدفون إلى الحصول على مليارات أخرى. في حين أن هذا الرقم قد يبدو هائلاً ، إلا أن وتيرة البحث تتسارع مع انضمام المزيد من العلماء إلى الاتحاد. (قبل خمس سنوات ، كان هناك حوالي 500 مشارك فقط.) وهم يهدفون أيضًا إلى مزيد من التنوع من حيث الباحثين المشاركين والعينات التي تم جمعها للتأكد من أن الأطلس يعكس مجموعة واسعة من المجموعات العرقية والجغرافية.
يقول بدر: “نريد أن تمثل الخريطة الإنسانية ككل”. “من المهم أن يساهم العلماء من جميع أنحاء العالم – أمريكا اللاتينية وآسيا وأفريقيا.”
يعمل المشاركون في شبكات ، كل منها يركز على عضو أو نظام معين داخل الجسم. هذا الأسبوع ، سيجتمع ممثلون من كل شبكة لمناقشة التقدم المحرز في تورنتو ، حيث يقوم العلماء برسم خرائط للكبد.
أنتج بدر واثنان من زملائه في جامعة تورنتو ، عالمة المناعة سونيا ماك بارلاند وجراح الزراعة إيان ماكجيلفراي ، خريطة أولية للعضو في عام 2018. وقد استند الجهد التعاوني إلى عمل فريق متعدد التخصصات من الأطباء والعلماء المرتبطين من خلال طب الجامعة من خلال مبادرة التصميم ، والتي تتلقى تمويلًا من الصندوق الكندي للتميز البحثي الأول. يصف بدر الخريطة بأنها “المسودة الأولى” ، بناءً على تحليل حوالي 10000 خلية تم جمعها من خمسة أكبد متبرعة سليمة. منذ ذلك الحين ، أضافت الشبكة بيانات كبيرة. لقد قامت الآن بتعيين أكثر من مليون خلية من قطاع عرضي أوسع من المتبرعين – حوالي 130 عينة ساهمت بها المعامل حول العالم.
يقول بدر: “ما زلنا لا نعرف ما تفعله العديد من الخلايا في الجسم”. “معرفة المزيد عنها هو ما يجعل هذا المشروع مثيرًا للغاية.”
ما هي الاكتشافات التي تم تحقيقها حتى الآن؟
قبل تطوير تسلسل الحمض النووي الريبي أحادي الخلية ، طبق الباحثون نهج “سلطة الفاكهة” لتحليل الخلايا ، كما يقول ماك بارلاند ، وهو عالم كبير في مركز أجميرا لزراعة الأعضاء في UHN وأستاذ مشارك في قسم الطب المخبري والبيولوجيا المرضية بجامعة تورنتو. وقسم المناعة. لقد عرفوا أن الكبد يحتوي على أنواع مختلفة من الخلايا ، كما تقول ، لكنهم لم يتمكنوا من التحقيق في ما تفعله الخلايا الفردية أو كيفية تفاعلها مع بعضها البعض.
تم تطوير تقنية التسلسل الجديدة في عام 2009 وتم صقله على مدار العقد الماضي. إنه يمكّن الباحثين من تحديد خصائص الخلايا الفردية – تفكيك مكونات سلطة الفاكهة ، في الواقع ، والنظر في ما يساهم به كل عنصر. وكما يقول ماكبارلاند ، مثلما يمكن لحفنة صغيرة من التوت الأزرق أن تغير المذاق العام ، يمكن لمجموعات صغيرة من الخلايا أن تلعب أدوارًا رئيسية في وظائف الكبد ، من خلال “قيادة المرض أو معالجته”. “لذا بدلاً من النظر إلى متوسطات كيفية تصرف جميع الخلايا معًا ، من المهم فهم كل مجموعة صغيرة.”
يقدم نوع جديد من الخلايا اكتشفته شبكة الكبد مثالاً على ذلك. عرف الباحثون أن الكبد يحتوي على مجموعة من الخلايا المعروفة باسم الضامة ، والتي تؤدي وظيفة إزالة الحطام في العضو. لكن تسلسل الحمض النووي الريبي أحادي الخلية كشف أن سكان البلاعم يتكون في الواقع من نوعين فرعيين ، أحدهما يعزز الالتهاب ، والذي يمكن أن يسبب مضاعفات لمرضى الكبد – وفي حالة عمليات الزرع ، يؤدي إلى رفض العضو. مسلحين بهذه المعرفة ، يمكن لعلماء الطب تطوير علاجات أكثر فعالية. يمكن لبرامج الزرع أن تستكشف طرقًا لقمع الضامة المؤيدة للالتهابات ، على سبيل المثال ، و “الاتصال الهاتفي” بالسكان الفرعيين الآخرين ، الذي يؤدي دورًا مضادًا للالتهابات. “يمكن أن يحدث فرقًا حقيقيًا في نجاح عملية زرع الكبد.”
تقوم شبكات أخرى داخل الكونسورتيوم باكتشافات مثيرة مماثلة. أصدرت مجموعة الرئة والمسالك الهوائية علنًا أول خريطة لها في يونيو ، بناءً على أكثر من 2.4 مليون خلية من 486 فردًا. حدد عملها أيضًا بعض أنواع الخلايا النادرة وغير المعروفة سابقًا ، بما في ذلك النوع الذي أجاب على سؤال حرج وطويل الأمد حول التليف الكيسي. اكتشف علماء الطب في مستشفى تورنتو للأطفال المرضى الجين الذي يسبب المرض الوراثي القاتل في عام 1989 ، لكن عقودًا من الدراسة فشلت في تحديد مكان وجود الجين في الرئتين. في عام 2018 ، اكتشف باحثو أطلس الخلية نوع الخلية الرئيسي الذي يؤوي جين التليف الكيسي. مزيد من الدراسة يمكن أن تؤدي إلى علاجات جديدة للمرض.
ما هو التأثير الذي يمكن أن يكون لهذا؟
أسس أفيف ريجيف ، الذي كان يعمل وقتها في معهد برود في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا وجامعة هارفارد ، وسارة تيشمان من معهد ويلكوم سانجر الأطلس في عام 2016 كمبادرة علمية مفتوحة. وبالنسبة للعديد من العلماء ، يعد هذا أحد أكثر الجوانب إثارة في أطلس الخلية. يتم تحميل البيانات بانتظام وإتاحتها لجميع الباحثين ، على الرغم من أن الخرائط لا تزال قيد العمل.
يقول Aled Edwards ، مؤيد العلم المفتوح ، الذي أسس اتحاد الجينوميات الإنشائية استنادًا إلى مبادئ مماثلة ، إن هذا جزء مهم من نجاحه ، لأنه يسمح لقاعدة أوسع من العلماء بالنظر في النتائج وتسريع الاكتشافات الجديدة. يقول إدواردز: “هذا كتالوج أساسي – كتاب سيقرأه الجميع ، لذا فإن آخر شيء تريد القيام به هو إخفاء الصفحات”. “تحصل على تضخيم أكبر للمعرفة إذا شاركها الجميع. لا يمكنك أبدًا تخيل الأفكار التي سيكون لدى بعض العلماء الشباب في جزء آخر من العالم عندما يرون البيانات “.
لا يوجد موعد نهائي صارم لاستكمال جميع الخرائط. وجزئيًا على الأقل ، هذا لأنه لا يوجد تعريف واضح لما يعنيه الإكمال. يقول بدر: “ليس للعلم نقطة نهاية”. “بمجرد أن نكتشف شيئًا لم نكن نعرف أنه موجود ، نقول ،” حسنًا ، ماذا يفعل هذا؟ ” ومن ثم نكتشف المزيد “.
يقول بدر إن التكنولوجيا الجديدة تسهل دائمًا الاكتشافات ، ومن المحتمل أيضًا أن تكون الطبيعة التعاونية والعالمية لأطلس الخلية. “كلما تعلمنا المزيد ، قد نقرر أننا بحاجة إلى خريطة منفصلة لأفريقيا جنوب الصحراء الكبرى أو لأوروبا. سنريد على الأرجح خرائط للأكباد المريضة. وكبد الأطفال. خريطة الكبد للرجال وخريطة الكبد للنساء. سيكون من الصعب معرفة مكان التوقف بالضبط “.
تنصل تم إنتاج هذا المحتوى كجزء من شراكة وبالتالي قد لا يفي بمعايير الصحافة المحايدة أو المستقلة.