پیشنهاد توالی یابی کل موجودات زنده روی زمین توسط زیست شناسان

Science Magazine,  24 February 2017 Vol. 355 Issue 6327, by: Elizabeth PennisiFeb. 24, 2017

تهیه، تنظیم و ترجمه: سیده معصومه شفیعی دارابی و سعید امین زاده*

پژوهشگاه ملی مهندسی ژنتیک و زیست فناوری، پژوهشکده زیست فناوری صنعت و محیط زیست

* نویسنده مسئول: aminzade@nigeb.ac.ir

واشنگتون، دی . سی . وقتی صحبت از توالی یابی ژنوم می­­شود، متفکرین (رویا پردازان) دوست دارند از مقادیر بزرگ سخن بگویند:

برای مثال بانک زیستی انگلستان که وعده ی کشف ژنوم 500000 فرد را داده ، یا تلاش ایسلندی ها برای مطالعه ی ژنوم تمام جمعیت انسانی، اما در جلسه ای که به ابتکار اسمیتسونیان[1]  در مرکز توالی یابی  BGI در شنژن چین برگزار شد؛ گروه کوچکی از دانشمندان ریسک بزرگتری کردند وهدفشان را در نهایت  توالی یابی " تمام موجودات روی زمین " اعلام کردند.

این طرح که تاکنون بودجه ای به آن اختصاص داده نشده ولی میتواند حداقل چندین میلیارد دلار هزینه داشته باشد؛ پروژه "بیو ژنوم زمین" [2] لقب گرفته است. هریس لوین [3] (یک ژنوم شناس تکاملی در دانشگاه کالیفرنیا) گفته است EBP می­خواهد نخستین گام را به سمت هدف جسورانه اش با تمرکز بر یوکاریوت ها بردارد.

این استراتژی و مفهوم کلی EBP، در جلسه بیووژنومیک 2017 رضایت حضار را جلب کرد. در این همایش حامیان حفاظت از محیط زیست، زیست شناسان تکاملی، متخصصین حوزه سیستماتیک و دیگر زیست شناسان، علاقه مند به بکارگیری ژنومیکس در کارشان بوده اند. الیور رایدر [4] (زیست شناس حفاظت از محیط زیست موسسه Zoo در سن دیه گو کالیفرنیا) می گوید: "این یک ایده بزرگ است". "اگر ما واقعا می خواهیم تکامل حیات را درک کنیم، زیست شناسی ژنوم بخشی از این پروسه خواهد بود".

رایدر و دیگران، EBP و پروژه ی ژنوم انسان  را مشابه می دانند؛ از این جهت  که پروژه ی ژنوم انسان نیز برای بیشتر از 30 سال به عنوان یک طرح پیشنهادی بلند پروازانه، جنجالی و در عین حال غیر ممکن از لحاظ فنی بوده است. تلاش های قبلی سرانجام نه تنها منجر به توالی یابی نخستین ژنوم انسان شد؛ بلکه  موجب  تمام فناوری های جدید DNA  که بخش بسیار مهمی از فعالیت  های پزشکی و اساس صنعت 20 میلیارد دلاری است؛ گردید. لوین گفت: "مردم از آزمایش ژنوم انسان (توالی یابی) که یک پیشرفت فوق العاده در زیست شناسی است آموختند".

جزئیات بسیاری در مورد EBP هنوز در حال بررسی می­باشد. اما به عنوان یک طرح پیشنهادی، قدم اول توالی یابی دقیق DNA یک عضو از هر خانواده ی یوکاریوتی (در کل حدود 9000) به منظور ایجاد مرجع ژنومی مشابه یا بهتر از مرجع ژنوم انسان خواهد بود. قدم بعدی توالی یابی یک سویه از هر 150000 تا 200000 جنس خواهد بود. در نهایت، EBP،   ژنوم 5/1 میلیون موجود که به عنوان سویه های یوکاریوتی شناخته شده اند را خواهد داشت. یکی از موسسان EBP ژن رابینسون (محقق ژنومیکس رفتاری و مدیر موسسه کارل ووز، برای ژنومیک زیستی دانشگاه ایلینویز در Urbana) می گوید: ژنوم­های با دقت[5] کمتر را می­توان با استفاده از مقایسه­ی آنها با مراجع خانواده یا با انجام توالی یابی­های بیشتر بهبود بخشید.

لوین، رابینسون و موسس EBP، جان کریس (زیست شناس تکاملی در موزه ملی تاریخی اسمیستونیان) تخمین زده اند که هزینه­ی تمام فعالیت­های مربوط به یوکاریوت ها، احتمالا مشابه با توالی یابی نخستین ژنوم انسان خواهد بود؛ چیزی حدود 7/2 میلیارد برای خوانش 3 میلیارد باز سازنده ژنوم انسان، تقریبا 8/4 میلیارد دلار امروز. با یک قیاس، موسسانش اظهار کردند؛ کار یوکاریوتی EBP ممکن است در 1 دهه انجام شود.

این خوش بینی  به دلیل کاهش همیشگی هزینه های تعیین توالی DNA می­باشد. یکی از مجریان جلسه  از مرکز ژنوم مانتین ویو کالیفرنیا گفت: شرکتش قادر به توالی یابی تقریبا کل ژنوم یوکاریوت ها با هزینه ی حدود 100 دلار در یک سال  و بهبود فن آوری توالی یابی با کیفیت بیشتر و هزینه­ی مناسب خواهد بود. لوین می­گوید: "برای من واضح است که روزی، کل موجودات روی زمین توالی یابی خواهند شد".

اگرچه ممکن است برخی با تاکید بر هزینه های چند میلیارد دلاری، سخت در توجیه محققین برای مطالعه نکردن انسان، یا اسرار جهان هستی هستند؛ EBP به لطف تلاش چندین انجمن تحقیقی، در پروژ­ه­ی تعیین توالی بلند پروازانه می­تواند موفق شود. این فعالیت­ها عبارتند از: پروژه ی 10 هزار ژنوم، که به دنبال تعیین توالی ژنوم 10000 مهره دار، از هر جنس یکی، می­باشد. پروژه ی 5 هزار، تلاشی برای یافتن 5000 بند پا و پروژه­ی B 10 هزار، که برای  بدست آوردن ژنوم کل 10500 گونه­ی پرنده  می­باشد. EBP می­تواند به تعدیل،  گردآوری و شاید تامین مالی این تلاش ها کمک کند. وین می گوید: " ایده­ی کلی EBP "اجتماعی از جوامع" [6] می­باشد. همچنین تعهداتی برای توالی یابی از طرف غول­های حوزه­ی ژنومیکس مانند BGI چین، و موسسه ولکام تراست سنگر در انگلستان نیز وجود دارد. اما در جلسه مذکور، مشخص شد که چالش­های قابل توجهی، چیزی فراتر از بحث مالی در انتظار EBP می­باشد. اگرچه محققانی از برزیل ، چین و انگلستان گفتند کشورشان مایل است به یک نحوی در این پروژه شرکت کند؛ اما 20 نفر از حضار، بر نیاز به تلاش بیشتر برای ایجاد رابطه با کشور­های توسعه یافته و به خصوص کشور­های با تنوع زیستی بالا، به منظور کمک به شکل دادن طرح نهایی پروژه، تاکید کردند. آنها پیشنهاد کردند که  EBP می­تواند به توسعه­ی توالی یابی، متخصصین  فن آوری و توانایی­ها در این مناطق کمک کند. توماس گیلبرت (زیست شناس تکامل در موزه تاریخی طبیعی در کپنهاگ دانمارک) می­گوید: شبکه جهانی تنوع زیستی ژنوم، که لیست  و تصاویر از نمونه­های موجود در موزه­ها و انبار­های زیستی[7] در جهان  را جمع آوری کرده  است؛ می­تواند تعداد زیادی از DNA مورد نیاز را تامین کند. اما مشارکت حتی بیشتر از این حائز اهمیت  است. گروه برنامه ریزی همچنین بر نیاز به ایجاد استاندارد ها به منظور اطمینان از کیفیت بالای تعیین توالی ژنوم و حفظ اطلاعات مرتبط برای هر موجود تعیین توالی شده تاکید کرد. مانند جایی که آن را جمع آوری کردند و تعیین دقیق شباهتشان. چند نفر اظهار کردند که جمع آوری نمونه ی DNA از محیط در نهایت ممکن است بزرگترین چالش باشد- و بزرگترین هزینه-. همه ی DNA بدست آمده از نمونه­های موزه، برای ژنوم های با کیفیت بالا به خوبی حفظ نمی­شوند. گوج ژانگ (زیست شناس تکاملی در BGI و دانشگاه کپنهاگ) می­گوید: حتی اخیرا، نمونه های جمع آوری  و فریز شده­ی گیاهی و جانوری هم  DNA شان  به درستی حفظ نمی­شود. و فقدان استاندارد ها می­تواند کاربردپذیری نهایی پروژه را تضعیف کند. اریش جارویس (عصب شناس  دانشگاه راکفلر در نیویورک) اشاره می­کند: "ما می­توانیم پول زیادی را صرف همه گونه­های روی زمین کنیم  ولی در نهایت  به کلی اطلاعات بی مصرف می­رسیم.

اما لوین خوشبین است که چنین اتفاقی نخواهد افتاد. در جلسه بیو ژنومیکس 2017، لوین توسط محققین مشتاقی که می­خواستند بدانند چگونه می توانند کمک کنند، محصور شد. این یک همت بزرگ است. ما به مقدار فراوان مهارت و تعداد زیادی از افراد  که می­توانند همکاری کنند نیاز داریم.

[1] Smithsonian

[2] EBP: Earth BioGenome Project

[3] Harris Lewin

[4] Oliver Ryder

[5] Resolution

[6] A community of communities

[7] Biorepositories