هل يمكن للذكاء الاصطناعي إعادة كتابة حمضنا النووي؟ جاتاكا لم تعد خيالًا علميًا

من تعديل الجينات إلى تعديل الجينوم الكامل

حتى وقت قريب، كانت التعديلات الجينية بدائية إلى حد ما، حيث يتم إدخال تسلسل جيني جديد عشوائيًا في الكائنات المستهدفة. كانت طريقة الإدخال أيضًا مدمرة للغاية. نتيجة لذلك، كان يتم تعديل البكتيريا والنباتات جينيًا بشكل روتيني فقط، وأي تعديل جيني في كائنات مثل الثدييات (بما في ذلك البشر) كان معقدًا ومكلفًا وبطيئًا.

هذا تغير جزئيًا مع تقنية كريسبر، التي فتحت فجأة الطريق لتعديل الجينات بدقة وتحكم، مما أدى إلى الموافقة على أول علاج جيني لمرض وراثي بشري في نهاية عام 2023.

مع ذلك، لا تزال تقنية كريسبر غير كافية لتعديل أكثر من جين واحد، أو ربما عدد قليل من الجينات. لا يزال إعادة هيكلة كاملة للجنوم تبدو بعيدة المنال.

قد يكون هذا قد تغير مؤخرًا بفضل اكتشاف رائد من باحثين صينيين في الأكاديمية الصينية للعلوم ببكين. أعلنوا عن طريقة جديدة تسمح بتعديل قطع ضخمة من الكروموسومات بالكامل، مما يفتح الطريق لاستبدال تعديل الجينات بتعديل الجينوم الكامل.

نشروا نتائجهم في المراجعة العلمية المرموقة Cell¹، تحت عنوان “تقنيات الإنزيمات القابلة لإعادة التركيب المتكررة لهندسة الجينوم الفعّالة والدقيقة على نطاقات من الكيلوباز إلى الميغاباز”.

تحرير الجينات مقابل تحرير الجينوم

بفضل كريسبر وغيرها من التقنيات المرتبطة، مثل “تحرير القواعد”، أصبح من الممكن الآن تعديل جين محدد دون تحرير غير مستهدف غير مرغوب فيه، أو ترك ضرر على التسلسل الجيني المستهدف. أصبح تحرير عدة جينات في آن واحد ممكنًا أيضًا.

مع ذلك، فإن نقل أو تعديل قطعة أكبر من الكروموسوم يميل إلى أن يكون غير فعال، مما يجعل من غير المرجح أن يتم ذلك في الجسم الحي للكائنات المعقدة، حيث أن معظم الخلايا لن تُعدل أو ستتضرر خلال العملية.

النظام الأكثر شيوعًا هو ما يُسمى نظام تحرير الجينوم “Cre-Lox” الذي يستخدم إنزيم Cre الريكومبيناز المستخرج من بكتريوفاج، وتتابعات متكررة من مواقع LoxP في الجينومات.

المصدر: Vector Builder

يمكن أن يؤدي تماثل مواقع lox أحيانًا إلى تفاعلات إعادة تركيب عكسية، تعكس التعديلات المطلوبة.

بروتينات Cre، التي تتكون من 4 وحدات فرعية، يمكن أن تجعل جهود الهندسة صعبة، مما يعيق تحسين النشاط.

قيد آخر لتقنيات تحرير الجينوم الحالية هو “الندوب” (مواقع إعادة التركيب)، حيث يتضرر موقع الإزالة والإدخال في الكروموسوم نتيجة العملية، مما قد يؤدي إلى ضرر كارثي للخلية الناتجة، حتى وإن نجحت عملية تحرير الجينوم.

تحسين نظام Cre-Lox لتحرير الجينوم على نطاق واسع

أدوات جديدة مطورة

أولاً، بنى الباحثون منصة عالية الإنتاجية لتعديل مواقع إعادة التركيب بسرعة واستخدموا تصميمًا غير متماثل لموقع Lox.

بهذه الطريقة، طوروا متغيرات Lox جديدة تقلل نشاط إعادة التركيب العكسي (العكس غير المرغوب) بأكثر من عشرة أضعاف مع الحفاظ على إعادة تركيب أمامية عالية الكفاءة (الهدف المقصود).

ثانيًا، استخدموا طريقة هندسة الريكومبيناز المدعومة بالذكاء الاصطناعي (قيود مستنيرة بالذكاء الاصطناعي لهندسة البروتين – AiCErec) لتوليد متغيرات Cre ذات كفاءة إعادة تركيب أعلى بـ 3.5 مرة من النوع المستخدم سابقًا.

المصدر: Cell

أخيرًا، استخدموا كفاءة التحرير العالية للمحررات الأولية لاستبدال مواقع Lox المتبقية بدقة بالتسلسل الجيني الأصلي.

جمع الابتكارات معًا

معًا، سمحت هذه الابتكارات الثلاثة بإجراء تعديلات على الحمض النووي من الكيلوباز إلى الميغاباز دون ندوب في النباتات والخلايا البشرية.

وتشمل الحذف، الاستبدال، الانعكاس، والانتقالات على مستوى الكروموسوم.

اختبر الباحثون الأدوات لمستويات مختلفة من تحرير الجينوم:

• دمج مستهدف لقطع DNA الكبيرة حتى 18.8 كيلوبايت
• استبدال كامل لتسلسلات DNA بطول 5 كيلوبايت
• انعكاسات كروموسومية تمتد إلى 12 ميغابايت
• حذف كروموسومي بحجم 4 ميغابايت
• انتقالات كروموسومية كاملة.

وبالتالي، ثبت الآن أن هذه الأدوات يمكنها قلب أو إزالة أو إدخال قطع ضخمة من الشيفرة الجينية في كل من النباتات والحيوانات.

المصدر: Cell

من بين أمثلة تحرير الجينوم التي أجرها الباحثون كاختبار، قاموا بتعديل الأرز ليصبح مقاومًا للمبيدات عن طريق قلب قسم ضخم من حمضه النووي (انعكاس دقيق بطول 315 كيلوبايت)، وهو ما كان شبه مستحيل من قبل.

التطبيقات المستقبلية

في الواقع، من الصعب استيعاب إمكانات هذه التقنية الجديدة بالكامل. السبب هو أنها يمكنها استبدال قطاعات كاملة من الكروموسوم بسلاسة، وبطريقة تبدو محكومة جدًا.

هذا يفتح الطريق لنوع من الهندسة الجينية كان في السابق بعيد المنال تمامًا، مما يجعلها محتملة أن تكون ذات تأثير مماثل لاكتشاف كريسبر الحائز على جائزة نوبل.

أحد أمثلة هذا التعديل قد يكون استبدال طريقة مقاومة بعض النباتات أو الكائنات لممرض معين بالكامل، من خلال نقل كتلة كاملة من المادة الجينية بين الأصناف أو الأنواع لإنشاء صفات جديدة تمامًا.

خيار آخر قد يكون تعديل قطاعات كاملة من الكروموسومات في السلالة الجرثومية (عند الحمل أو مستوى الجنين) التي تتجمع معًا وتتحكم في صفات محددة.

إذا جُربت وصُدّقت في البشر، يمكن أن تغير، على سبيل المثال، المقاومة لبعض السرطانات، الجهاز المناعي، مخاطر أمراض معينة مثل الزهايمر، الصفات الجسدية مثل لون الشعر والبشرة، أو حتى الجينات المتعلقة بالذكاء والسمات العقلية الأخرى.

حتى الآن، كان البحث عن الصفات التي تتحكم فيها عدة جينات، خاصة المعقدة مثل الجهاز المناعي أو الذكاء، المرتبطة بمئات الجينات المختلفة، معوقًا بسبب التطبيقات المحدودة التي يمكن أن تحققها هذه الاكتشافات.

ولكن إذا أصبح تحرير الجينوم الكامل ممكنًا، فإن اكتشاف كيفية استبدال كروموسوم كامل مرة واحدة قد يساعد في إنشاء مادة جينية مثالية، طالما أننا نفهم بما فيه الكفاية أي الصفات مرغوبة وأيها غير مرغوب فيها.

الأسئلة الأخلاقية

من الواضح أن هذا سيكون مثيرًا للجدل بالفعل فيما يتعلق بالنباتات أو الحيوانات. وسيكون أكثر جدلاً إذا تم النظر فيه للبشر.

ومع ذلك، سيواجه الكثيرون ضغوطًا واهتمامات هائلة لإمكانية توفير حياة أطول وأكثر صحة لأطفالهم، أو ميزة تنافسية في الذكاء أو المظهر مقارنة بأقرانهم “غير المعدلين”.

تم مناقشة هذا مسبقًا في الخيال العلمي، لا سيما في فيلم جاتاكا، الذي يستكشف مستقبلًا يُمنح فيه فقط البشر “المثاليين” الوصول إلى المستويات العليا من المجتمع، بغض النظر عن مواهبهم الفعلية.

المصدر: Frame Rated

مثل هذه النتيجة غير مرغوب فيها. ولكن إذا تم تنفيذها بطريقة أخلاقية ومقاسة، فإن هذه التقنية قد تمتلك إمكانات هائلة في زيادة طول عمر الإنسان، وتحسين الصحة على مستوى السكان، وحل جميع الأمراض الجينية بشكل شبه دائم، والتي تتسبب حاليًا في معاناة ملايين الأشخاص يوميًا.

الاستثمار في علم الجينوم والتقنية الحيوية

إذا أصبح تحرير الجينوم أمرًا شائعًا، سيصبح اختبار الجينومات على نطاق واسع لاكتشاف التسلسلات الجينية المسببة للأمراض أمرًا شائعًا.

قد يصبح أيضًا اختبارًا منتظمًا يُجرى على كل مولود جديد، حتى وإن لم يُقبل تحرير الجينات على نطاق واسع، ويُصرّح به فقط للحالات المهددة للحياة، وليس للمظهر أو الذكاء.

وبالتالي، ستكون الشركات التي تمتلك موقعًا قويًا في تسلسل الجينوم هي الأولى التي تستفيد.

Illumina

بينما الـ أوميكات أخرى في متعدد الأوميكات (البروتيوميات، الترنسكريبتوميات، إلخ.) مهمة، ومعظمها يتعامل بطريقة أو بأخرى مع علم الجينوم، وهو “دليل التعليمات” الأساسي لكل خلية حية.

وبالفعل، أكبر منتج لأجهزة تسلسل الجينوم هو إلومينا. تركز الشركة على قراءة التسلسلات الجينية القصيرة، وهي المستخدمة في كشف السرطان. لديها حاليًا أكثر من 22,000 جهاز تسلسل مثبت في 165 دولة.

حوالي نصف مستهلكات أجهزة تسلسل إلومينا تُستخدم في التطبيقات السريرية، بينما النصف الآخر يُستخدم في مختبرات البحث العامة والخاصة. في التطبيقات السريرية، يأتي نصف الطلب من مجال الأورام.

المصدر: Illumina

مع تحول علم الجينوم ومتعدد الأوميكات إلى مركز عملية اكتشاف الأدوية، وكذلك تشخيص السرطان، من المتوقع أن يكون طلب معدات إلومينا مرتفعًا. تتوقع الشركة أن ينمو الطلب على NGS (التسلسل الجيني من الجيل التالي) بنسبة نمو مركب سنوي 18٪ للتطبيقات السريرية و6٪ للبحث، مما يعزز السوق القابلة للاستهداف للقطاع من 100 مليار دولار للتطبيقات السريرية إلى 25 مليار دولار للبحث بحلول عام 2033.

المصدر: Illumina

إلومينا لديها تاريخ معقد مع شركة Grail المتخصصة في الخزعات السائلة (GRAL -0.36%), كانت شركة فرعية من إلومينا، ثم أعيد الاستحواذ عليها، والآن أُجبرت على الانفصال مرة أخرى من قبل هيئات المنافسة في الولايات المتحدة والاتحاد الأوروبي.

مع حل هذه المشكلة، قد تستأنف إلومينا نموها على المدى الطويل وارتفاع سعر سهمها، خاصةً أن اختبارات الخزعة السائلة لشركة Grail ستظل على الأرجح تعتمد على أجهزة تسلسل إلومينا.

(يمكنك أيضًا قراءة تحليل أكثر تفصيلاً لأعمال إلومينا، والتقنيات المستقبلية وتاريخها في تقرير الاستثمار المخصص).

آخر أخبار وتطورات سهم إلومينا (ILMN)

الدراسة المشار إليها

^{1. تشاو سون، هونغتشاو لي، ييجينغ ليو، يونجيا لي، روي غاو، شياولي شي، هونغيوان في، جينكسينغ ليو، رونغهونغ ليانغ، كايكسا غاو. تقنيات الإنزيمات القابلة لإعادة التركيب المتكررة لهندسة الجينوم الفعّالة والدقيقة على نطاقات من الكيلوباز إلى الميغاباز. Cell. 04 أغسطس 2025. DOI: 10.1016/j.cell.2025.07.011}