אלפי גנים חדשים מסתתרים בתוך "החומר האפל" של הגנום שלנו.
בעבר נחשב לרעש שנשאר מהאבולוציה,מחקר חדשגילו שחלק מקטעי ה-DNA הזעירים האלה יכולים ליצור מיני-פרוטאינים - פוטנציאליים לפתוח יקום חדש של טיפולים, מחיסונים ועד אימונותרפיות לסרטן מוח קטלני.
ההדפסה המוקדמת, שעדיין לא עברה ביקורת עמיתים, היא האחרונה של קונסורציום עולמי שצוד אחר גנים חדשים פוטנציאליים. מאז ההשלימה את הטיוטה הראשונה שלה בתחילת המאה, מדענים ניסו לפענח את ספר החיים הגנטי. קבור בתוך ארבע האותיות הגנטיות - A, T, C ו-G - והחלבונים שהם מקודדים הוא שפע של מידע שיכול לעזור להתמודד עם האויבים הרפואיים המתסכלים ביותר שלנו, כמו סרטן.
הממצאים הראשוניים של פרויקט הגנום האנושי הפתיעו. מדענים מצאו פחות מ-30,000 גנים שבונים את גופנו ושומרים עליו לפעול - בערך שליש מזה שנחזה בעבר. כעת, בערך 20 שנה מאוחר יותר, כשהטכנולוגיות שמרצפות את ה-DNA שלנו או את חלבוני המפה שלנו הפכו יותר ויותר מתוחכמות, מדענים שואלים: "מה פספסנו?"
המחקר החדש מילא את הפער על ידי חפירה בחלקים לא נחקרו יחסית של הגנום. חלקים אלה, הנקראים "לא מקודדים", עדיין לא נקשרו לחלבונים כלשהם. בשילוב מספר מערכי נתונים קיימים, הצוות איפס אלפי גנים חדשים פוטנציאליים שמייצרים כ-3,000 מיני-פרוטאינים.
יש לבדוק אם החלבונים הללו מתפקדים, אך מחקרים ראשוניים מצביעים על כך שחלקם מעורבים בסרטן מוח קטלני בילדות. הצוות משחרר את הכלים והתוצאות שלהם לקהילה המדעית הרחבה יותר לצורך חקירה נוספת. הפלטפורמה אינה מוגבלת רק לפענוח הגנום האנושי; הוא יכול להתעמק גם בתוכנית הגנטית של בעלי חיים וצמחים אחרים.
למרות שמסתוריות נותרו, התוצאות "עוזרות לספק תמונה מלאה יותר של החלק המקודד של הגנום", עמי בהט מאוניברסיטת סטנפורדסיפר מַדָע.
מה יש בגן?
גנום הוא כמו ספר ללא סימני פיסוק. רצף אחד קל יחסית היום, הודות ל. להבין את זה זה עניין אחר.
מאז פרויקט הגנום האנושי, מדענים חיפשו את השרטוט הגנטי שלנו כדי למצוא את ה"מילים", או הגנים, שיוצרים חלבונים. מילות ה-DNA הללו מפורקות עוד יותר לקודונים בני שלוש אותיות, שכל אחד מהם מקודד לחומצה אמינית מסוימת - אבן הבניין של חלבון.
גן, כאשר הוא מופעל, מועתק ל-RNA שליח. מולקולות אלו מעבירות מידע גנטי מה-DNA למפעל לייצור חלבונים של התא, הנקרא ריבוזום. דמיינו אותו כלחמנייה פרוסה, עם מולקולת RNA עוברת דרכה כמו חתיכת בייקון.
כאשר מגדירים לראשונה גן, מדענים מתמקדים במסגרות קריאה פתוחות. אלה עשויים מרצפי DNA ספציפיים שמכתיבים היכן גן מתחיל ויעצר. כמו פונקציית חיפוש, המסגרת סורקת את הגנום לאיתור גנים פוטנציאליים, אשר לאחר מכן מאומתים באמצעות ניסויי מעבדה המבוססים על אינספור קריטריונים. אלה כוללים אם הם יכולים לייצר חלבונים בגודל מסוים - יותר מ-100 חומצות אמינו. רצפים העונים על הסימן מורכבים לתוךGENCODE, מסד נתונים בינלאומי של גנים מוכרים רשמית.
גנים המקודדים לחלבונים משכו את מרבית תשומת הלב מכיוון שהם מסייעים להבנת המחלה ומעוררים דרכים לטפל בה. אבל חלק גדול מהגנום שלנו הוא "לא מקודד", בכך שחלקים גדולים ממנו אינם מייצרים חלבונים ידועים.
במשך שנים, נתחי ה-DNA הללו נחשבו לזבל - השרידים שנפלו מהעבר האבולוציוני שלנו. אולם מחקרים אחרונים החלו לחשוף ערך נסתר. חלקים מווסתים מתי גנים נדלקים או מכבים. אחרים, כגון טלומרים, מגנים מפני פירוק ה-DNA כפי שהוא משתכפל במהלך חלוקת התא ומרחיק את ההזדקנות.
ובכל זאת, הדוגמה הייתה שהרצפים האלה לא יוצרים חלבונים.
עדשה חדשה
עדויות אחרונות הולכות ומצטברות לכך שלאזורים שאינם מקודדים יש מקטעים לייצור חלבון המשפיעים על הבריאות.
מחקר אחדגילה שקטע חסר קטן באזורים שלכאורה לא מקודדים גרם לבעיות מעיים תורשתיות אצל תינוקות. בעכברים שהונדסו גנטית כדי לחקות את אותה בעיה, שחזור קטע ה-DNA - שעדיין לא הוגדר כגן - הפחית את הסימפטומים שלהם. התוצאות מדגישות את הצורך ללכת מעבר לגנים ידועים המקודדים לחלבון כדי להסביר ממצאים קליניים, כתבו המחברים.
קטעים אלה, שכונו מסגרות קריאה פתוחות לא קנוניות (ncORFs), או "אולי-גנים", צצו על פני סוגי תאים ומחלות אנושיים, מה שמרמז שיש להם תפקידים פיזיולוגיים.
בשנת 2022, הקונסורציום מאחורי המחקר החדש החל להציץפונקציות פוטנציאליות, בתקווה להרחיב את אוצר המילים הגנטי שלנו. במקום לבצע רצף של הגנום, הם בחנו מערכי נתונים שרצפו את ה-RNA בזמן שהוא הופך לחלבונים בריבוזום.
השיטה לוכדת את התפוקה האמיתית של הגנום - אפילו שרשראות חומצות אמינו קצרות במיוחד שנחשבות בדרך כלל קטנות מכדי לייצר חלבונים. החיפוש שלהם הניב קטלוג של למעלה מ-7,000 "אולי-גנים" אנושיים, שחלקם יצרו מיקרופרוטאינים שהתגלו בסופו של דבר בתוך תאי סרטן ותאי לב.
אבל בסך הכל, באותה תקופה "לא התמקדנו בשאלות של ביטוי חלבון או פונקציונליות", כתב הצוות. אז, הם הרחיבו את שיתוף הפעולה שלהם במחקר החדש, וקיבלו בברכה מומחים במדעי החלבון מלמעלה מ-20 מוסדות ברחבי העולם כדי להבין את ה"אולי-גנים".
הם גם כללו כמה משאבים המספקים מסדי נתונים של חלבונים מניסויים שונים - כגוןארגון פרוטאום אנושיואתאטלס פפטיד- והוסיפו נתונים מניסויים שפורסמו המשתמשים במערכת החיסון האנושית כדי לזהות שברי חלבון.
בסך הכל, הצוות ניתח למעלה מ-7,000 "אולי-גנים" ממגוון תאים: שורות תאים בריאות, סרטניות וגם אלמוות שגדלו במעבדה. לפחות רבע מה"אולי-גנים" הללו תורגמו ליותר מ-3,000 מיני-פרוטאינים. אלו הם הרבה יותר קטנים מחלבונים רגילים ויש להם הרכב חומצות אמינו ייחודי. נראה שהם גם מותאמים יותר לחלקים של המערכת החיסונית - כלומר הם יכולים לעזור למדענים לפתח חיסונים, טיפולים אוטואימוניים או אימונותרפיות.
ייתכן שלחלק מהמיני-פרוטאינים החדשים שנמצאו אין תפקיד ביולוגי כלל. אבל המחקר נותן למדענים דרך חדשה לפרש פונקציות פוטנציאליות. לצורך בקרת איכות, הצוות ארגן כל מיני חלבון לדרגה אחרת, בהתבסס על כמות הראיות מהניסויים, ושילב אותן במסד נתונים קייםכדי שאחרים יוכלו לחקור.
אנחנו רק מתחילים לחקור את החומר האפל של הגנום שלנו. נותרו שאלות רבות.
"יכולת ייחודית של שיתוף הפעולה הרב-קונסורציום שלנו היא היכולת לפתח קונצנזוס על האתגרים המרכזיים" שאנו מרגישים זקוקים לתשובות, כתב הצוות.
לדוגמה, ניסויים מסוימים השתמשו בתאים סרטניים, כלומר "אולי-גנים" מסוימים עשויים להיות פעילים רק בתאים האלה - אבל לא בתאים רגילים. האם צריך לקרוא להם גנים?
מכאן, למידה עמוקה ושיטות AI אחרות עשויות לעזור להאיץ את הניתוח. אף על פי שהוספת גנים "מושרשת היסטורית בבדיקה ידנית" של הנתונים, כתבו המחברים, בינה מלאכותית יכולה לעבור דרך מערכי נתונים מרובים הרבה יותר מהר, ולו רק כמעבר ראשון למציאת גנים חדשים.
כמה עשויים מדענים לגלות? "50,000 הם בתחום האפשרויות", מחבר המחקר תומס מרטינזסיפר מַדָע.
קרדיט תמונה:מירוסלב מיראסמִןPixabay
