الاء سعد تكتب : الجينوم المصري وعلاقته بعلم الأحياء الحاسوبي

سمعنا جميعا في شهر مارس من عام 2021 عن المشروع العلمي الأكبر على مستوى مصر وهو مشروع "الجينوم المصري"، حيث من المتوقع انتهائه في عام 2025 بتكلفة تصل الى 2 مليار جنيه،فلذلك سيتم توفير معامل مختصة بذلك وتوفير كافة المستلزمات من أجل أن يتم المشروع على أكمل وجه.
ستتسائل عزيزي القارئ ما علاقة هذا المشروع بعلم الأحياء الحاسوبي كما هو موضح بالعنوان، سأخبرك الأن عزيزي القارئ ولكن قبل ان أخبرك أفضل أن أعلمك اولا ما هو علم الأحياء الحاسوبي؟ هو عبارة عن أستخدام أحدث التقنيات التطبيقية والمعلوماتية والأحصاء وعلوم الحاسب من اجل حل المشكلات البيلوجية الحيوية، وجهود الأبحاث الرئيسية في هذا الحقل تتضمن التراصف التسلسلي Sequence alignment، إيجاد المورثات، مشروع الجينوم البشري، تراصف البنية البروتينية protein structural alignment، تنبؤ البنية البروتينية protein structure prediction، التنبؤ بالتعبير الجيني. gene expression، وتآثرات بروتين-بروتين، إضافة لنمذجة التطور
سنجد عزيزي القارئ ان من ضمن جهود الأبحاث في تخصص علم الأحياء الحاسوبي هو الجينوم البشري، ويسمى حينها بعلم الجينوم الحاسوبي، فيشيرهذا النوع من العلم إلى استخدام التحليل الحاسوبي لحل شفرة علم الأحياء من تسلسلات الجينوم والبيانات ذات الصلة،  بما في ذلك كل من تسلسل الحمض النووي الريبوزي منقوص الأكسجين والحمض الريبي النووي فضلاً عن غيرها من بيانات "علم الجينوم" القائم (أي البيانات التجريبية التي تم الحصول عليها من خلال التقنيات التي تتطلب تسلسل الجينوم، مثل مصفوفة دنا الدقيقة الجينومية). وبالمثل، ربما يُنظر إلى علم الجينوم الحاسوبي كمجموعة فرعية من المعلوماتية الحيوية، ولكن من خلال تركيز على استخدام مجموعة الجينوم كاملة (وليس الجينات الفردية) لفهم مبادئ كيفية سيطرة أنواع الحمض النووي الريبوزي منقوص الأكسجين على علم الأحياء على مستوى الجزيء وما بعده، ومن خلال التدفق الحالي لمجموعات البيانات البيولوجية الضخمة، فقد أصبحت الدراسات الحاسوبية واحدة من أهم وسائل الاكتشاف البيولوجية.
يوجد لدى علم الجينوم الحاسوبي تاريخ طويل منذ القدم وهو: خلال فترة الستينيات من القرن العشرين، جمعت مارغريت دايهوف وغيرها في مؤسسة الأبحاث الطبية الحيوية الوطنية قواعد بيانات عن سلاسل البروتين المتماثل لدراسة التطور. حيث طورت أبحاثهم شجرة المحتد التي حددت التغيرات التطورية التي كانت مطلوبة لنوع محدد من البروتينات ليتغير إلى بروتين آخر استنادًا إلى التسلسلات الأساسية لـ الأحماض الأمينية.، وقادهم ذلك إلى إنشاء مصفوفة تسجيل تحدد احتمال ارتباط أحد البروتينات بغيرها،وبداية من ثمانينيات القرن العشرين، بدأ تسجيل قواعد بيانات تسلسلات الجينوم، ولكن ذلك فرض تحديات جديدة في شكل الأبحاث ومقارنة قواعد البيانات بالمعلومات الجينية، وعلى عكس خوارزميات البحث عن الأبحاث النصية المستخدمة على مواقع الإنترنت مثل جوجل أو ويكيبيديا، يتطلب البحث عن المجموعات المتشابهة وراثيًّا العثور على المجموعات غير المتطابقة ببساطة، ولكن المتشابهة، وبالتالي أدى ذلك إلى تطوير خوارزمية نيدلمان-ونش (Needleman-Wunsch) التي تُعد خوارزمية برمجة ديناميكية لمقارنة مجموعات من تسلسلات الأحماض الأمينية مع بعضها باستخدام مصفوفات تسجيل مستمدة من الأبحاث الأولية لدايهوف، ومؤخرًا، تم تطوير خوارزمية بلاست للقيام لتنفيذ الأبحاث بصورة أسرع وأكثر مثالية وفقًا لقواعد بيانات التسلسل الوراثي، وعلى الأرجح تُعد بلاست ومشتقاتها الخوارزميات الأكثر استخدامًا على نطاق واسع لهذا الغرض.
عام 2012 تطور علم الجينوم الحاسوبي، حيث أسفرت الجهود المشتركة بين جامعة ستانفورد ومعهد جيه كريغ فنترعن ابتكار أول محاكاة لبرمجيات كائن حي بالكامل، حيث تُعد المفطورة التناسلية هي أصغر الكائنات الحية الحرة، حيث يوجد بها 525 جينًا تم تحديدهم بشكل كامل، ووفقًا للبيانات المستخرجة من أكثر من 900 بحث علمي أُعد عن البكتيريا، طور الباحثون نموذج البرمجيات باستخدام مناهج البرمجة المرتكزة على الكائن. وبالتالي تقلد سلسلة الوحدات الوظائف المختلفة للخلية ومن ثم دمجهما معًا في كائن حي محاكى وتعمل المحاكاة في مجموعة مكونة من 128 جهاز حاسوب، وتقوم بإعادة العمر الافتراضي الكامل للخلية على المستوى الجزيئي واستنساخ تفاعلات الجزيئات في عمليات الخلية بما في ذلك التمثيل الغذائي
وانقسام الخلايا. وبصورة توافقية، تستغرق عملية محاكاة تقسيم خلية واحدة حوالي 10 ساعات، وهو تقريبًا نفس الزمن الذي تستغرقه خلية حية في بيئتها الطبيعية، بينما ستعمل "خلية السيليكون" كمختبرات محوسبة حيث ستقوم بأداء التجارب التي يصعب القيام بها على الكائن الحي الفعلي أو يمكن تنفيذ إجراءات بصورة أسرع بكثيروبالتالي، ستشتمل التطبيقات على فحص أسرع للمركبات الجديدة وفهم المبادئ والسلوك الخلوي الأساسيين.

ستسألني عزيزي القارئ ما هو نفع العائد للبلاد من ذلك وايضا لي كمواطن بسيط، سأخبرك الأن إن علم الجينوم الحاسوبي سيساعد على اكتشافنا سبب مقاومة المصريين وخاصة الكبار منهم لفيروس كورونا، حيث سيتم الكشف جينات والعوامل الوراثية لدى المصريين، وايضا سيتم النظر في ان في ظل جائحة كورونا كانت البلدان المتطورة بها ارتفاع في اعداد اصابات كورونا في حين البلدان النامية بها اعداد اصابات اقل، فعن طريق هذا المشروع ستكتشف السبب وأيضا سيتم الكشف عن الامراض الوبائية المستقبلية وهل يقدر المواطن المصري على مقاومتها ام لا، فبذلك الفائدة هي كشف المرض وتحصن منه قبل ان يكون وباءاً.