جينوميات الجماعة

علم الجينوم الجماعي هو المقارنة واسعة النطاق لتسلسلات الحمض النووي للسكان. وهو مصطلح جديد مرتبط بعلم الوراثة السكانية . يدرس علم الجينوم السكاني التأثيرات على مستوى الجينوم لتحسين فهمنا للتطور الجزئي ، مما يتيح لنا معرفة التاريخ التطوري والديموغرافي للسكان.

 تاريخ 
لقد كان علم الجينوم السكاني موضع اهتمام العلماء منذ داروين. وشملت بعض الطرق الأولى المستخدمة لدراسة التباين الجيني في مواضع متعددة الرحلان الكهربائي للهلام ورسم خرائط إنزيم القطع. في السابق، كان علم الجينوم يقتصر فقط على دراسة عدد قليل من موقع صبغوي . ومع ذلك، سمحت التطورات الحديثة في التسلسل وتخزين الكمبيوتر والطاقة بدراسة مئات الآلاف من المواضع من السكان. يتطلب تحليل هذه البيانات تحديد المواضع غير المحايدة أو الشاذة التي تشير إلى الاختيار في تلك المنطقة من الجينوم.

 تطبيقات البحث 
في دراسة خميرة الانشطار ( سكيراء الجعة )، وهي كائن حي نموذجي شائع، استُخدمت جينوميات السكان لفهم سبب التباين الظاهري داخل النوع.

في البشر، استُخدمت جينوميات السكان لدراسة التغير الجيني منذ أن بدأ البشر في الهجرة بعيدًا عن أفريقيا منذ ما يقرب من 50,000-100,000 عام. وقد ثبت أن الجينات المرتبطة بالخصوبة والتكاثر لم تكن فقط منتقاة بشكل كبير، بل أيضًا أنه كلما ابتعد البشر عن أفريقيا، زاد وجود اللاكتاز.

في دراسة أجراها بيجون وزملاؤه عام 2007، تمت مقارنة التسلسل الجينومي الكامل لعدة سلالات من ذبابة الفاكهة المتشابهة مع تلك الخاصة بكلٍّ من ذبابة الفاكهة السوداء وذبابة الفاكهة الزرقاء.

أُنجزت هذه المقارنة من خلال محاذاة تسلسلات الحمض النووي المستخرجة من الجينومات الكاملة لذبابة الفاكهة المتشابهة مع تسلسل مرجعي قياسي، وذلك قبل إجراء تحليل شامل للجينوم من حيث التعدد الأشكالي والتباعد الجيني.

أظهرت النتائج وجود عدد كبير من البروتينات التي خضعت لـانتقاء توجيهي (اصطفاء اتجاهي)، كما كشفت عن تقلبات واسعة وغير معروفة سابقًا في كلٍّ من التعدد الأشكالي والتباعد على امتداد أذرع الكروموسومات.

وتبيّن أن الكروموسوم X يتميز بـتباعد أسرع وتعدد أشكال أقل بكثير مما كان متوقعًا في السابق.

إضافة إلى ذلك، تم تحديد مناطق جينومية معينة – مثل المناطق غير المترجمة (UTRs) – تُظهر دلائل واضحة على التطور التكيفي.

في عام 2014، أجرى جاكوت وزملاؤه دراسة حول تنوع ووبائيات مسببات الأمراض البكتيرية المتوطنة، مستخدمين مجمع أنواع بوريليا برغدورفيريةi – البكتيريا المسببة لمرض لايم – كنموذج بحثي.

هدفت الدراسة أيضًا إلى مقارنة البنية الجينية بين بوريليا برغدورفيرية وأنواع قريبة منها، وهي بوريليا غارينية وبوريليا أفزلية.

بدأ الباحثون بـتسلسل عينات مزروعة، ثم مطابقة القراءات الخام مع تسلسلات مرجعية معروفة.

واستخدموا في تحليلاتهم بيانات تعدد أشكال النوكليوتيدات المفردة (SNPs) إلى جانب دراسات التطور على المستويين داخل النوع وبين الأنواع.

كشفت النتائج أنه من حيث درجة العزلة الجينية، فإن معدل إعادة التركيب داخل النوع كان أعلى بحوالي 50 مرة من معدل إعادة التركيب بين الأنواع.

أجرى مور وآخرون دراسة في عام 2014 حيث تم تحليل مجموعة من مجموعات سمك السلمون الأطلسي التي سبق تحليلها باستخدام التحليلات الجينية السكانية التقليدية ( التكرارات المترادفة القصيرة ، والنمط الجيني لمصفوفة SNP ، وBayeScan (الذي يستخدم توزيع Dirichlet متعدد الحدود )) لوضعها في وحدات حفظ محددة. وقد اتفق هذا التقييم الجينومي في الغالب مع النتائج السابقة، ولكنه حدد المزيد من الاختلافات بين المجموعات المنفصلة إقليميًا وجينيًا، مما يشير إلى وجود عدد أكبر من وحدات حفظ سمك السلمون في تلك المناطق.

في هجرة الأسماك ، غالبًا ما تفشل التحليلات الجينية السكانية التقليدية في تحديد بنية السكان. في أسماك التونة، واجهت العلامات التقليدية مثل منتجات تفاعل البوليميراز المتسلسل قصير المدى والأقمار الصناعية الدقيقة ومصفوفات SNP صعوبة في التمييز بين مخزونات الأسماك من أحواض المحيطات المنفصلة. ومع ذلك، فقد تمكن البحث الجينومي السكاني باستخدام تسلسل RAD في سمك التونة ذات الزعانف الصفراء  والأسماك البيضاء  من التمييز بين السكان من أحواض المحيطات المختلفة والكشف عن بنية سكانية دقيقة النطاق. تحدد هذه الدراسات مواضع تكيفية مفترضة تكشف عن بنية سكانية قوية، على الرغم من أن هذه المواقع تمثل نسبة صغيرة نسبيًا من إجمالي بيانات تسلسل الحمض النووي. في المقابل، فإن غالبية المواضع المتسلسلة التي يُفترض أنها محايدة انتقائيًا لا تكشف عن أنماط التمايز السكاني، مما يطابق النتائج لعلامات الحمض النووي التقليدية. نفس النمط من المواقع التكيفية المفترضة وتسلسل RAD الذي يكشف عن بنية السكان، مقارنة بالرؤية المحدودة التي توفرها علامات الحمض النووي التقليدية، لوحظ أيضًا في الأسماك البحرية الأخرى، بما في ذلك المارلن المخطط  وسمك القد .

 التداعيات الأخلاقية 
في الولايات المتحدة، تنبع القواعد الفيدرالية التي تحكم الأبحاث التي تجرى على البشر من ثلاثة مبادئ أخلاقية تم تحديدها في تقرير بلمونت : احترام الأشخاص، والإحسان، والعدالة.

 الاعتراف بالاستقلال الشخصي 
في الأبحاث التي تشمل البشر، فإن الممارسة السليمة للاستقلالية تتطلب أن يوافق المشاركون في البحث على الدخول في البحث طواعية ومع معلومات كافية.

 حماية الأفراد 
يستلزم الإحسان شرطين: تعظيم الفوائد الممكنة، مع تقليل الأضرار المحتملة. أما العدالة فتبحث في كيفية توزيع فوائد وأعباء البحث بشكل عادل. تُعد هذه الحماية بالغة الأهمية للفئات السكانية المُصنفة على أنها ضعيفة، والتي تُعرّف عادةً بأنها الأكثر عرضة للأذى والاستغلال، ومحدودية القدرة على الموافقة و/أو الاستقلالية.

 الموافقة الحرة المستنيرة 
يعتمد التعريف الحديث للمصطلح بشكل أساسي على ثلاثة مفاهيم: 1) معلومات الدراسة، 2) فهم المشاركين وإدراكهم، و3) التطوع. أولاً، ينص ركيزة "المعلومات" على أهمية الكشف عن جميع المعلومات المتعلقة بالدراسة للمشاركين. علاوة على ذلك، يجب الكشف عن جميع المخاطر، بغض النظر عن تأثيرها على رغبة المشارك في المشاركة في الدراسة. أما المفهوم الثاني، "الفهم"، فيقيم القدرة العقلية للمشاركين وقدرتهم على فهم ومعالجة المعلومات التي أبلغهم بها الباحثون بشكل كامل (بما في ذلك المخاطر التي قد تنشأ عن مشاركة بياناتهم الشخصية مع مؤسسات البحث والفوائد التي يمكن أن تعود على المجتمع من مشاركتهم). وقد اقترح أيضًا أن الفهم والمعلومات مرتبطان، حيث يقيس الفهم مدى قدرة الفرد على استيعاب المعلومات المقدمة له في الركيزة الأولى. ثالثًا، تؤكد "التطوع" على أهمية موافقة المشاركين على أن يكونوا طوعيين. وفي هذا الصدد، لا تشمل الطوعية مجرد الانضمام إلى دراسة بحثية، بل تشمل أيضًا الانسحاب منها (الموافقة الديناميكية).

 الموافقة الفردية والجماعية 
قد ينظر الأفراد ضمنيًا إلى مشاركتهم على أنها ممارسة جماعية وليست قرارًا شخصيًا، وهو موقف يتعارض مع النهج الفردي الذي تُفضّله إرشادات أخلاقيات البحث الحديثة للموافقة المستنيرة. ومن ناحية أخرى، قد تتفاقم التوترات بين الطوائف وداخلها إذا ارتبطت المشاركة بفرصة الحصول على مكافأة مالية أو غيرها من المكافآت الاقتصادية، حتى لو كانت مستويات التعويض منخفضة نسبيًا.

 صعوبات الموافقة 
الحجة الرئيسية ضد الموافقة المستنيرة (وخاصةً من منظور البيانات الضخمة) هي العبء المفرط الذي يقع على عاتق المشاركين. ويجادل البعض بأنها تُحمّل المشاركين أكثر مما يستطيعون تقديمه، إذ تقع على عاتقهم مسؤولية اتخاذ القرارات بشأن قضايا معقدة يفتقرون إلى الوقت أو القدرة على فهمها وتقييمها بشكل كامل.

 المساواة 
تشير العدالة التوزيعية إلى ضرورة تكافؤ فرص الحصول على التدخلات والاستفادة منها بين مختلف الفئات المجتمعية. ومع ذلك، من المعلوم أن معدلات الفحص أقل لدى الأقليات والفئات الاجتماعية والاقتصادية الدنيا.

 التقييم الاقتصادي 
يُعدّ الفحص الجيني للسكان ضروريًا في برنامج الصحة العامة، وفي ظلّ الظروف المالية الحالية، يجب تبرير الاستثمار الكبير المطلوب فيه. على سبيل المثال، ثبتت فعالية فحص سرطان الثدي وفحص جين BRCA في سياق الفئات السكانية عالية الخطورة من حيث التكلفة في الولايات المتحدة الأمريكية والمملكة المتحدة [10، 55]، كما أظهرت الأدلة الحديثة أن فحص جينات سرطان الثدي والمبيض الوراثية في فئة سكانية غير مختارة أكثر فعالية من حيث التكلفة مقارنةً بالفحوصات القائمة على معايير التاريخ السريري أو العائلي.

 إدارة العينات البيولوجية 
إن التشاور المناسب مع المجموعات المشاركة في الدراسة يضمن اتباع الإجراءات المتعلقة بجمع العينات البيولوجية وتخزينها واستخدامها وإتلافها وإعادتها إلى الوطن وفقًا للقيم والتوقعات الثقافية المحلية. ونظرًا لأن العينات المأخوذة من المجتمعات قد تحمل معانٍ ثقافية وروحية مهمة، ينبغي أن تُعامل إدارة العينات البيولوجية بنفس الاحترام الذي تُعامل به المجتمعات والمشاركون. وينبغي لجميع أعضاء فريق البحث إدراك أهمية العينات وقيمتها لدى المتبرعين والمجتمعات التي يعملون لديها.

 الخصوصية 
تستخدم العديد من الشركات بيانات المستهلكين لأغراض ثانوية، وتشارك المعلومات أو تبيعها لأطراف ثالثة (دافيت وآخرون، ٢٠٢٢). وتُثير ملكية الشركات للمعلومات الجينومية الشخصية القلق، إذ تستخدمها الشركات وفقًا لتقديرها الخاص، بعيدًا تمامًا عن سيطرة المستهلكين. وقد أكدت شركة 23andMe، إحدى أكبر شركات DTCGT، أنها تُعيد بيع بيانات المستخدمين الجينومية إلى مؤسسات الأبحاث السريرية والدوائية. ويؤثر هذا على استقلالية الأفراد، إذ لا يستطيعون اتخاذ قرارات بشأن استخدام معلوماتهم الجينومية الخاصة بمجرد بدء الاختبار.

قد تتيح البيانات الجينومية للأفراد استخلاص استنتاجات حول أقاربهم. فعندما يُقدّم الفرد عينة شخصية، يكون قد قدّم بشكل غير مباشر البيانات الجينومية لعائلته بأكملها دون موافقته. وخلافًا لاختبارات الأنساب الجينومية المُوجّهة مباشرةً للمستهلك، لا تُقدّم الاختبارات السريرية نتائج تربط الأقارب. وقد تُتعرّض الخصوصية للخطر بشكل أكبر مع الاختبارات الجينومية بسبب ثغرات الأمن السيبراني أو طلبات الوصول إلى البيانات من جهات إنفاذ القانون أثناء عمليات البحث الجنائي. فإذا لم يتمكّن الأفراد من التحكّم في الوصول إلى بياناتهم الجينومية واستخدامها، فإنّ استقلالية المريض معدومة.

 قانون عدم التمييز على أساس المعلومات الوراثية 
صدر قانون عدم التمييز في المعلومات الجينية لحماية الأفراد من التمييز المرتبط بمعلوماتهم الجينية. يمنع هذا التشريع شركات التأمين الصحي وأصحاب العمل من التمييز بناءً على تاريخ عائلي للمرض و/أو نتائج فحوصات الجينوم. ولهذا تداعيات في سياق عدم الإيذاء. قد يفترض الأفراد أن فوائد الفحص الجيني تفوق مخاطره، وأن المعلومات المكتسبة ستعود عليهم وعلى إدارتهم الطبية مستقبلًا. ومع ذلك، قد يكون لنتائج الفحوصات الإيجابية آثار كبيرة على قابلية التأمين المستقبلية على الحياة، أو الرعاية طويلة الأجل، أو العجز. إذا لم يتم الإبلاغ عن هذه المخاطر بشكل عادل ومنصف خلال الاستشارات قبل الفحص أو إجراءات الموافقة المستنيرة، فإن المبدأ الأخلاقي للعدالة معرض للخطر أيضًا.

 التأثير النفسي 
بالنسبة لبعض الأفراد، يمكن أن تكون نتائج الاختبار الجينومي مزعجة. في دراسة استقصائية أجريت على 23196 مستهلكًا خضعوا لاختبار GT، أفاد 61٪ من المشاركين بنتائج نقلت معلومات رعاية صحية جديدة عن أنفسهم أو أحد أقاربهم. وشمل ذلك أخبارًا مؤلمة مفادها أن أحد الوالدين ليس والدهم البيولوجي، أو أن لديهم شقيقًا لم يكونوا على علم به. أفاد المستهلكون الذين علموا أنهم تم الحمل بهم عن طريق متبرع (حيوان منوي أو بويضة أو جنين) أنهم ندموا على قرارهم بمتابعة اختبار GT. يتعرض المرضى لخطر الكشف عن معلومات تغير الحياة  ، بما في ذلك حالات الاغتصاب أو الهجر أو غيرها من أسرار الأسرة. من الناحية الأخلاقية، توفر الاستشارة قبل الاختبار فرصًا لوزن المخاوف بشأن الإحسان وعدم الإيذاء وتضع المرضى في موقف من الاستقلالية حيث يمكنهم، بمجرد تثقيفهم وإعلامهم، اتخاذ قرار بشأن الاختبار وفقًا لتقديرهم.

 النماذج الرياضية 
يتطلب فهم وتحليل البيانات الضخمة التي تأتي من دراسات الجينوم السكاني نماذج رياضية مختلفة. إحدى طرق تحليل هذه البيانات الضخمة هي من خلال رسم خرائط QTL . وقد تم استخدام رسم خرائط QTL للمساعدة في العثور على الجينات المسؤولة عن النمط الظاهري التكيفي. لقياس التنوع الجيني داخل السكان، يتم استخدام قيمة تُعرف باسم مؤشر التثبيت ، أو F ST . عند استخدامه مع D لـ Tajima ، تم استخدام F ST لإظهار كيفية تأثير الاختيار على السكان. كما يُفضل اختبار McDonald-Kreitman (أو اختبار MK) عند البحث عن الاختيار لأنه ليس حساسًا للتغيرات في التركيبة السكانية للأنواع التي من شأنها أن تربك اختبارات الاختيار الأخرى.

 التطورات المستقبلية 
ترتبط معظم التطورات في مجال جينوميات السكان بالزيادة في تقنية التسلسل. على سبيل المثال، يُعد تسلسل الحمض النووي المرتبط بموقع التقييد، أو RADSeq، تقنية جديدة نسبيًا تُجري تسلسلات بتعقيد أقل وتوفر دقة أعلى بتكلفة معقولة. كما تُعد تقنيات التسلسل عالي الإنتاجية مجالًا سريع النمو يسمح بجمع المزيد من المعلومات حول التباعد الجينومي أثناء عملية التطور النوعي. يُعد التسلسل عالي الإنتاجية مفيدًا جدًا أيضًا في الكشف عن تعدد أشكال النوكليوتيدات المفردة (SNP)، والذي يلعب دورًا رئيسيًا في الطب الشخصي. ومن الأساليب الجديدة نسبيًا الأخرى تسلسل مكتبة التمثيل المنخفض (RRL)، الذي يكتشف تعدد أشكال النوكليوتيدات المفردة (SNPs) ويحدد النمط الجيني لها، ولا يتطلب أيضًا جينومات مرجعية.

 انظر أيضا 

 الجينوميات المعرفية
 جينوميات المناظر الطبيعية
 الجينوميات الشخصية
 المجموعات السكانية في الطب الحيوي
 علم الاجتماع الجينومي

 مراجع 

تصنيف:وراثيات سكانية
تصنيف:علم الجينوم