العوامل المؤثرة بالصفات الوراثية

العلاقة بين الوراثة والبيئة:

أن الحمض النووي هو حمض ديوكسي ريبونوكلييك: جزيء حلزوني مزدوج يتكون من خيطين متكاملين من DNA، إذ أن  الحمض النووي هو أحد النوعين الرئيسيين من الأحماض النووية الموجودة في الطبيعة (الآخر هو RNA)، حيث تصنع الأحماض النووية من وحدات فرعية تسمى النيوكليوتيدات، ويتكون كل نوكليوتيد من 5 سكر ريبوز كربوني وقاعدة نيتروجينية وجزيء فوسفات، وهناك أربعة أنواع من القواعد النيتروجينية تشكل نيوكليوتيدات الأحماض النووية – الأدينين والثايمين والجوانين والسيتوزين – التي تشكل الشفرة الجينية، كما تخضع المادة الجينية لتكرار الحمض النووي في كل مرة تنقسم فيها الخلية بحيث (تقريبًا) تحتوي كل خلية في الجسم على مجموعة كاملة من الجينات.

تعتمد كيفية ظهور الكائن الحي على كل من الوراثة والبيئة، على سبيل المثال بيلة الفينيل كيتون (PKU) هي أحد الاضطرابات الوراثية التي يمكن أن يرثها الناس، حيث يمكن أن تسبب بيلة الفينيل كيتون إعاقات ذهنية ومشاكل أخرى؛ لأن الجسم لا يستطيع معالجة الحمض الأميني فينيل ألانين.

إذا نظرنا إلى الجينات فقط فيتوقع أن يعاني الشخص المصاب ببيلة الفينيل كيتون دائمًا من إعاقة ذهنية ومع ذلك بفضل الاكتشاف المبكر عند الأطفال حديثي الولادة من الممكن أن يتعايش الأشخاص مع بيلة الفينيل كيتون في نظام غذائي منخفض البروتين ولا يصابون أبدًا بمشكلات صحية خطيرة.

عندما ننظر إلى كل من العوامل البيئية والجينات فمن الممكن أن ترى كيف يمكن أن تؤثر حياة الشخص على التعبير الجيني، نباتات الكوبية هي مثال آخر على التأثير البيئي على الجينات، وقد تختلف ألوان نباتين من نبات الهدرانج لهما نفس الجينات بسبب درجة حموضة التربة، تخلق التربة الحمضية الكوبية الزرقاء في حين أن التربة القلوية تصنع منها الوردية، كما تؤثر مغذيات التربة والمعادن أيضًا على لون هذه النباتات على سبيل المثال يجب أن تحتوي تربة الكوبية الزرقاء على ألومنيوم في التربة لتصبح هذا اللون.

مساهمات مندل:

على الرغم من أن دراسات جريجور مندل قد أوجدت الأساس لمزيد من الأبحاث إلا أن علم الوراثة الحديث قد وسع نتائجه واكتشف أنماطًا وراثية جديدة مثل الهيمنة غير المكتملة والسيطرة المشتركة، إذ يعد فهم كيفية مسؤولية الجينات عن السمات الجسدية التي يمكنك رؤيتها جانبًا مهمًا من جوانب علم الأحياء، من الاضطرابات الوراثية إلى تربية النبات، كما يمكن للوراثة أن تفسر العديد من الأسئلة التي يسألها الناس عن العالم من حولهم.

يوضح مخطط الكائنات الحية في الشفرة الوراثية الموجودة في نوى الخلايا، تكون جزيئات الحلزون المزدوج للحمض النووي للكروموسومات من تعليمات مشفرة تسمح للخلايا بإنتاج البروتينات والمواد الأخرى الضرورية للحياة، وعند تلف الحمض النووي أو وجود أخطاء في الشفرة لا تستطيع الخلايا إنتاج بعض المواد المطلوبة أو تنتج نوعًا خاطئًا مما يتسبب في اضطرابات وراثية أو أمراض وراثية أو حالات وراثية خاصة.

يمكن أن يكون لهذه الاضطرابات الوراثية أسباب عديدة، كما يمكن أن تتلف جزيئات الحمض النووي بسبب العوامل البيئية أو يمكن أن تتكاثر بشكل غير صحيح أثناء انقسام الخلية، وبعض الحالات الوراثية موروثة بينما يتطور البعض الآخر بسبب عوامل داخلية وتأثيرات من نمط الحياة أو التعرض للسموم أو الإشعاع، أحيانًا يكون الخطأ صغيرًا مع وجود عنصر واحد مشفر في غير مكانه بينما في حالات أخرى قد تكون الكروموسومات بأكملها مفقودة، وفي كل حالة ينتج عن اضطراب وراثي معين أو مرض وراثي.

التشوهات الجينية التي تسبب اضطرابات وراثية:

الشذوذ الجيني يعني أنه عند قراءة تسلسل الحمض النووي الذي يحتوي على الخطأ إذ يتم تنفيذ التعليمات الخاطئة، وإذا أدركت الخلية وجود مشكلة فقد لا يتم إنتاج المادة المشفرة في التسلسلات على الإطلاق، وفي حالة وجود نسخ مكررة أو وجود كروموسومات إضافية يمكن إنتاج مواد زائدة، وتشمل التشوهات الجينية النموذجية:

• قد يكون نوكليوتيد واحد في تسلسل الحمض النووي مفقودًا أو مشوهًا.

• يمكن تكرار النيوكليوتيدات المفردة أو تسلسل الحمض النووي.

• قد تكون أجزاء من تسلسل الحمض النووي مفقودة.

• قد تكون الكروموسومات مشوهة.

• قد تكون الكروموسومات بأكملها مفقودة.

• قد يحتوي الكائن الحي على كروموسوم إضافي.

عندما يتم استخدام الجين لإعطاء تعليمات الخلية حول كيفية إنتاج مركب عضوي مطلوب تقوم آلية النسخ بعمل نسخة RNA من الجين، حيث تترك نسخة RNA النواة وتستخدم عضيات الخلية مثل الريبوسومات لتكوين المركب العضوي.

عند وجود خطأ بسيط قد يتم نسخ الخطأ ولكن لا يتم إنتاج المادة المطلوبة، وإذا كان تسلسل أو كروموسوم مفقودًا فلن تتمكن آلية النسخ من العثور على التسلسل الذي تبحث عنه، وإذا كان هناك ازدواج أو ( DNA) إضافي فقد تنتج آلية النسخ نسخًا إضافية، وفي كل حالة يؤدي الإنتاج غير الطبيعي للبروتينات والهرمونات والإنزيمات إلى اضطرابات وراثية.

أسباب الشذوذ الجيني:

تتراوح التشوهات الجينية التي تسبب الاضطرابات الوراثية من أخطاء جين واحد، حيث يكون جين واحد فقط غير طبيعي إلى اضطرابات معقدة متعددة العوامل لها العديد من التشوهات المؤثرة، وبعض الأمراض الوراثية هي اضطرابات أحادية الجين ناتجة عن خطأ بسيط في الشفرة الجينية، إذ غالبًا ما يمكن إرجاع سبب هذه الأمراض إلى الجين المصدر ولكن أسباب الأمراض الوراثية الأخرى معقدة للغاية بحيث يصعب العثور على النمط الكامل للشذوذ الجيني، وتشمل أسباب هذه التشوهات الجينية:

• ميراث: الشذوذ الجيني قد ينتقل من الآباء إلى الأبناء.

• الطفرات الجينية: قد يحدث تغيير في تسلسل الحمض النووي تلقائيًا أثناء انقسام الخلية أو بسبب عوامل خارجية مثل الأدوية أو المواد الكيميائية.

• ضرر: قد تتعطل تسلسل الحمض النووي بسبب العوامل البيئية مثل الإشعاع أو السموم.

• الانقسام المتساوي: قد لا تنفصل الكروموسومات بشكل صحيح مما يتسبب في فقدان تسلسلات أو مقاطع كروموسوم.

• الانقسام الاختزالي: أثناء إنتاج الحيوانات المنوية وخلايا البويضة تتوزع الكروموسومات بشكل غير متساوٍ مما يؤدي إلى زيادة أو فقدان الكروموسومات في البويضة المخصبة.

يمكن فصل أسباب التشوهات الجينية إلى فئتين: العيوب والعيوب الموروثة التي تسببها التأثيرات البيئية والسلوكية، كما يمكن أن يشمل هذا الأخير تأثيرات مثل التلوث أو تأثيرات نمط الحياة مثل التدخين وتعاطي المخدرات والنظام الغذائي، ويمكن أن تتراكم هذه الآثار مع تقدم الكائن الحي، وأكثر الأمراض شيوعًا:

• متلازمة داون: يحتوي اضطراب الكروموسومات على ثلاث نسخ من الكروموسوم 21 ويُسمى التثلث الصبغي 21، حيث ينتج عنه إعاقة ذهنية مع ثنايا مميزة حول العينين ووجوه أكثر استدارة واستدارة.

• تليف كيسي: ترجع الحالة إلى جين واحد معيب جين(CFTR) على الكروموسوم 7، وينتج عن الجين المعيب إنتاج إفرازات مخاطية لزجة بشكل مفرط مما يسبب مشاكل في الرئتين.

• متلازمة كلاينفلتر: ترجع المتلازمة إلى زيادة كروموسوم X في الذكور مما يعطي الكروموسومات XXY، وينتج عن هذا الخلل صغر حجم الخصيتين والعقم وتأخر بسيط في النمو.

• داء الكريات المنجلية: تؤدي الطفرات الموروثة في جينات الهيموجلوبين إلى ظهور خلايا الدم ذات الشكل المنجلي الضيق بدلاً من الشكل الدائري الطبيعي، كما تؤدي الحالة إلى ضيق في التنفس ولكنها قد تسبب أيضًا مقاومة الملاريا.

• مرض هنتنغتون: يؤدي وجود عيب في الكروموسومات في الكروموسوم 4 إلى حدوث الخرف المبكر والمتزايد.

• عيوب القلب والأمراض: تتكون الحالة من مجموعة مرضية متعددة العوامل قد تكون ورثت مكونات وراثية بالإضافة إلى تأثيرات بيئية ونمط حياة.

• متلازمة X الهشة: تؤدي التسلسلات المكررة في الكروموسوم X إلى صعوبات التعلم.

• الهيموفيليا: تؤدي الجينات المعيبة الموروثة على الكروموسوم X إلى نقص عوامل التخثر في الدم، وقد يعاني المصابون بالهيموفيليا من نزيف مفرط حتى من الجروح الطفيفة.

 الاضطرابات الوراثية النادرة:

• جين سرطان الثدي: تؤثر الطفرات الموروثة في جينات (BRCA1 و BRCA2) على إنتاج البروتينات المثبطة للورم وتزيد من خطر الإصابة بسرطان الثدي.

• متلازمة لارسن: يؤثر تحور جين(FLNB) على تكوين الكولاجين وينتج عنه نمو غير طبيعي للعظام.

• تكون العظم الناقص: يحدث خلل في الجين الذي ينتج الكولاجين في بعض الأحيان وراثيًا وأحيانًا يتطور تلقائيًا، ويسبب هشاشة العظام.

• متلازمة بروتيوس: تؤدي الطفرة في جين (AKT1) إلى زيادة إنتاج إنزيمات عامل النمو التي تؤدي إلى معدلات نمو مرتفعة بشكل غير طبيعي في الجلد والعظام وبعض الأنسجة.

• متلازمة مارفان: يتسبب الجين المعيب الموروث المسؤول عن إنتاج الفبريلين في خلل في النسيج الضام يؤثر على العينين والجلد والقلب والجهاز العصبي والرئتين.

• متلازمة تيرنر: يؤدي عدم وجود كروموسوم X أو غيابه جزئيًا عند النساء إلى تطوير خصائص وجه خاصة وانخفاض النمو والعقم.

• مرض تاي ساكس: ينتج عن جين HEXA المتحور المسؤول عن إنزيم مهم لتطور الدماغ والخلايا العصبية تدهور تدريجي في وظائف التحكم العقلي والعضلي.

• نقص المناعة الشديد المشترك(SCID): تؤثر مجموعة تصل إلى 13 جينًا متحورًا على الاستجابة المناعية مما يجعل الأشخاص المصابين بهذا الاضطراب عرضة للعدوى.

يمكن تشخيص العديد من الاضطرابات الوراثية ولكن لا يمكن علاجها؛ لأن وظائف الجينات الأساسية غير معروفة تمامًا، وعندما يكون العلاج ممكنًا يمكن استبدال المواد العضوية التي تنتجها الجينات المعيبة، ويمكن للمرضى أن يعيشوا حياة طبيعية أكثر، حيث يستكشف مجال العلاج الجيني الجديد نسبيًا ويضيف باستمرار بحثًا جديدًا لهذا النوع من العلاج.