أطلس الخلايا: قفزة نوعية في فهم جسم الإنسان

إن كل إنسان عبارة عن أوركسترا مضبوطة بدقة من أكثر من 37 تريليون خلية. ويُعد رسم خريطة هذا العالم غير المعروف أحد أكبر تحديات علم الأحياء - وهو تحدٍ يقول العلماء إنهم حققوا فيه إنجازًا كبيرًا.

فقد قام أكثر من 3,600 باحث من أكثر من 100 دولة بتحليل أكثر من 100 مليون خلية من أكثر من 10,000 شخص، وفقًا لآخر تحديث من مشروع طموح تم إطلاقه في عام 2016 لإنتاج أطلس لكل نوع من أنواع الخلايا في جسم الإنسان.

وتمثل الأبحاث الجديدة التي تستند إلى النتائج، والتي نُشرت في عدة أوراق بحثية يوم الأربعاء في مجلة Nature والمجلات الشقيقة لها، "قفزة في فهم جسم الإنسان"، وفقًا لاتحاد أطلس الخلايا البشرية. ويتشابه هذا المسعى من حيث الحجم والنطاق مع مشروع الجينوم البشري، الذي استغرق عقدين من الزمن لإكماله.

قال أفيف ريجيف، الرئيس المشارك المؤسس لأطلس الخلية البشرية ونائب الرئيس التنفيذي للأبحاث والتطوير المبكر في شركة جينينتك (Genentech)، وهي شركة تكنولوجيا حيوية مقرها جنوب سان فرانسيسكو، كاليفورنيا: "الخلايا هي الوحدة الأساسية للحياة، وعندما تسوء الأمور، فإنها تسوء في خلايانا أولاً وقبل كل شيء".

"التحدي الذي واجهنا هو أننا لم نكن نعرف الخلايا بشكل جيد بما فيه الكفاية لفهم كيفية تأثير المتغيرات والطفرات في الجينات على المرض. وبمجرد حصولنا على هذه الخريطة، سنكون قادرين على إيجاد أسباب المرض بشكل أفضل"، كما قالت في مؤتمر صحفي يوم الثلاثاء.

تحديث لـ "خريطة القرن الخامس عشر

قارنت ريجيف المعرفة العلمية ببيولوجيا الخلية قبل مبادرة أطلس الخلية البشرية بـ "خريطة القرن الخامس عشر".

وقالت: "الآن، وبعد مرور سنوات، أصبحت دقة الخريطة أعلى بكثير". "إنها أشبه ما تكون بخرائط جوجل، حيث لديك عرض عالي الدقة للتضاريس الحقيقية، ثم فوق ذلك لديك عرض الشارع الذي يشرح لك حقًا ما يحدث هناك. وعلاوة على ذلك، يمكنك حتى رؤية أنماط القيادة، مثل التغييرات الديناميكية التي تحدث خلال اليوم".

"هذه هي القفزة التي حققناها... ولكن لا يزال أمامنا عمل يتعين علينا القيام به."

ويتمثل التحدي في أن الأنواع المختلفة من الخلايا يمكن أن تبدو غير قابلة للتمييز شكلياً تحت المجهر ولكن يمكن أن تختلف بشكل كبير على المستوى الجزيئي. والأكثر من ذلك أن الخلايا تتغير مع تقدم البشر في العمر وفيما يتعلق بالبيئة الخارجية.

تتيح التطورات في تكنولوجيا تسلسل الخلية الواحدة للعلماء فهم كيفية تشغيل الجينات في الخلية الواحدة وإيقافها من خلال تحليل الحمض النووي الريبوزي الذي يقرأ الحمض النووي الموجود في كل خلية. وتتيح هذه التقنية، إلى جانب أساليب الحوسبة القوية والذكاء الاصطناعي، للباحثين إنشاء بطاقة هوية لكل نوع من الخلايا.

كان يُعتقد في السابق أنه لا يوجد سوى 200 نوع مختلف من الخلايا. يعرف العلماء الآن أن هناك الآلاف.

قال ريجيف إن الاتحاد يقوم ببناء خرائط لـ 18 شبكة بيولوجية، أكثرها تعقيدًا هو الدماغ، وسيتم نشر أول مسودة كاملة لأطلس الخلية البشرية في عام 2026. يهدف أطلس الخلايا إلى ملء الحلقة المفقودة بين الجينات والأمراض والعلاجات العلاجية.

وقالت سارة تيشمان، الرئيس المشارك المؤسس لأطلس الخلايا البشرية والأستاذة للخلايا الجذعية في جامعة كامبريدج البريطانية: "هذه رحلة مثيرة للغاية من حيث رحلتنا عبر جسم الإنسان واكتشاف رؤى جديدة أساسية في خلايانا".

معالم بارزة يمكن أن تكشف عن علاجات جديدة

تشمل الإنجازات التي تم الإعلان عنها يوم الأربعاء رسم خريطة لجميع خلايا الأمعاء؛ وإنتاج مخطط لكيفية تشكل الهيكل العظمي البشري في الرحم؛ وفهم بنية الغدة الزعترية، وهو عضو يلعب دورًا رئيسيًا في كيفية عمل الجهاز المناعي؛ ورسم خريطة بنية المشيمة الجزيئية (https://www.nature.com/articles/s41591-024-03073-9)؛ وبناء أطلس خلايا الأوعية الدموية البشرية.

تم إنشاء أطلس الجهاز الهضمي، الذي يشمل أنسجة الفم وصولاً إلى المريء والمعدة والأمعاء والقولون، باستخدام بيانات من 1.6 مليون خلية وكشف عن نوع من الخلايا قد يلعب دورًا في الحالات المزمنة مثل مرض التهاب الأمعاء.

وجدت خريطة الهيكل العظمي المبكرة جينات معينة يتم تنشيطها في خلايا العظام المبكرة والتي قد تكون مرتبطة بزيادة خطر الإصابة بالتهاب المفاصل في مرحلة البلوغ. قال كين تو، الباحث في معهد ويلكوم سانجر في إنجلترا الذي شارك في تأليف هذا البحث، في بيان: "إن الحصول على صورة أوضح لما يحدث أثناء تشكل الهيكل العظمي، وكيف يؤثر ذلك على حالات مثل التهاب المفاصل العظمي، يمكن أن يساعد في إطلاق علاجات جديدة في المستقبل".

اكتشف العالم الإنجليزي روبرت هوك الخلايا في عام 1665، وهو ينظر إلى الفلين تحت المجهر. وقد أدخل كلمة خلية لأن الأنماط التي صنعتها جدران السليلوز في الفلين الميت ذكّرته بكتل الخلايا التي يستخدمها الرهبان. ولكن بعد مرور 200 عام أدرك العلماء أخيرًا أن الخلايا هي الوحدة الأساسية لجسم الإنسان.

وعلى عكس المسودة الأصلية للجينوم البشري، والتي كانت تعتمد في الغالب على فرد واحد، يهدف أطلس الخلايا إلى أن يكون ممثلاً عالميًا ويشمل باحثين وعينات من الأنسجة البشرية من جميع أنحاء العالم.

وقد أدى المشروع بالفعل إلى بعض الإنجازات المهمة، بما في ذلك اكتشاف نوع من الخلايا لم يكن معروفًا من قبل في الجهاز التنفسي يسمى الخلية الأيونية. يمكن أن تؤدي دراسة هذا النوع النادر من الخلايا إلى طرق جديدة لعلاج التليف الكيسي، وهي حالة وراثية ناجمة عن جين تؤثر على حركة الملح والماء داخل الخلايا وخارجها.

خلال جائحة كوفيد-19، استخدم مجتمع أطلس الخلايا البشرية البيانات المتاحة للكشف عن أن الأنف والعينين والفم هي الأكثر عرضة للإصابة بالعدوى.

"كان من الواضح فقط من خلال بيانات أطلس الخلية البشرية أن تلك الخلايا كانت ... نقاط دخول قبل أن يستمر الفيروس في الأعضاء الداخلية. وهذا يوضح بكل بساطة مدى أهمية وجود خريطة مرجعية صحية لجسم الإنسان وفهم جزيئي عميق لأنفسنا".

ووافق جيريمي فارار، كبير العلماء في منظمة الصحة العالمية، الذي لم يشارك في البحث، على أن الرؤى المنبثقة من الأطلس "تعيد بالفعل تشكيل فهمنا للصحة والمرض".

وقال فارار في بيان: "تؤكد هذه المجموعة التاريخية من الأوراق البحثية من مجتمع أطلس الخلية البشرية الدولي على التقدم الهائل نحو رسم خريطة لكل نوع من أنواع الخلايا البشرية وكيف تتغير مع تقدمنا في العمر".