זוכרים ש…
כדי להצליח במשימה זו עליכם להכיר היטב את המושגים מתחום הגנטיקה הבסיסית: DNA, גן, אלל, תאחיזה גנטית. מתחום הגנום והביואינפורמטיקה: סמני שונות גנטית, מיפוי הגנום, ריצוף הגנום.
מדוע לא מסתפקים בקביעת דרך התורשה של גן?
בסיום שלב הייעוץ הגנטי, הדבר היחיד שידוע לגבי הגן הוא מהי דרך התורשה שלו. אם תדעו מהי דרך התורשה, תוכלו להעריך מי מבני המשפחה יהיה חירש בבגרותו. אבל בתפקיד גנטיקאים מולקולריים אנחנו רוצים יותר: אם נאתר בגנום את הגן המעורב בשמיעה, נדע להבחין בין רצף ה-DNA של שומעים וחירשים במשפחה. מידע זה יכול לאפשר אבחון מוקדם של בני משפחה שיהיו חירשים בגיל מבוגר.
כיצד קביעת דרך התורשה של גן מסייעת לאיתורו בגנום?
במשימת הייעוץ הגנטי הסקתם כי אצל בני המשפחה החירשים אלל אחד מהשניים פגום. מכיוון שאלל זה עבר בתורשה במשפחה, ניתן להניח כי רצף ה-DNA שלו זהה אצל כל החירשים ושונה אצל השומעים הבוגרים. בגנום מחפשים, אם כן, אלל שזהה אצל כל החירשים ושונה אצל השומעים.
הכנה למשימה – כיצד מאתרים גן בגנום?
אינכם יודעים היכן ממוקם האלל המבוקש בגנום, אבל כמה עובדות ביולוגיות יכולות לסייע לכם באיתורו:
- בגנום של בני המשפחה קיים הבדל אחד מובהק בין רצף ה-DNA של החירשים והשומעים הבוגרים: האלל, שהפגם בו קובע חירשות, זהה אצל כל החירשים ושונה אצל השומעים.
- אלל זה הוא חלק מ"קבוצת תאחיזה", כלומר, קבוצת האללים וסמני שונות גנטית, הסמוכים אליו על אותו מקטע DNA, עוברים בתורשה ביחד. לכן גם סמני השונות הגנטית, שהם בתאחיזה לאלל המבוקש, יהיו זהים אצל כל החירשים ושונים אצל השומעים במשפחה.
- סמני שונות גנטית מופו בפרויקט הגנום האנושי, כך שמיקומם של סמנים אלו בגנום ידוע כבר, ונקבע רצף ה-DNA של האללים השונים של כל סמן שונות.
"ציידי גנים" מצרפים את העובדות לעיל: במקום לחפש את האללים של הגן המבוקש, הם נוקטים גישה עקיפה. הם מחפשים אללים של סמני שונות גנטית, שהם בקבוצת התאחיזה של האלל המבוקש. בעזרת ההבדל בפנוטיפ ניתן לחפש הבדל בסמנים בגנוטיפ וכך לצמצם ולהגדיר אזור חיפושים חדש של הגן.
באיור הבא נדגים תהליך של איתור אזור בגנום שבו נמצא גן, בעזרת סמני שונות גנטית.
התבוננו בדוגמה הפשוטה שלפניכם, המציגה שושלת של משפחה שבה הגן המעורב בתהליך השמיעה עובר בתורשה. האלל הקובע חירשות הוא דומיננטי, ומסומן באות D. שני הקווים המקבילים בכל בן משפחה מייצגים זוג מקטעים מכרומוזומים הומולוגיים, שכל אחד מהם מכיל אלל אחד של הגן.
על אותו מקטע כרומוזום, בתאחיזה לגן המעורב בשמיעה, נמצא רצף DNA שנחשב לסמן שונות גנטית (
). במשפחה זו קיימים שלושה אללים שונים של הסמן (1,2,3 ).
שימו לב לכך שבמשפחה זו אלל D (הקובע חירשות) הוא בתאחיזה לאלל 1 . כלומר, במשפחה זו אלל D ואלל 1 עוברים ביחד בתורשה (האלל d יכול להיות בתאחיזה לאללים 2 או 3 ).
על אותו מקטע כרומוזום, רחוק יותר מהגן, נמצא סמן שונות גנטית אחר (
). משפחה זו קיימים ארבעה אללים שונים של הסמן (3,5,6,7 ). סמן זה אינו בתאחיזה לגן המעורב בשמיעה או לסמן .
שימו לב לכך שמקטע הכרומוזום, המכיל את האלל D של הבת החירשת, שונה מן המקטע המכיל את האלל D של האב החירש (סמן 5 אצל הבת במקום 3 אצל האב). מקור ההבדל הוא, כפי הנראה, בתהליך של שחלוף, שחל בין הכרומוזומים של האב בשלב יצירת הגמטות. בתהליך זה התחלפו הסמנים 3 ו- 5 אצל האב.
בהדגמה שלנו מופיעים האללים של הגן D ושל סמני השונות הגנטית. במציאות, לעומת זאת, לחוקר אין מושג כלל היכן בגנום נמצא הגן, וודאי שאין הוא יודע על איזה כרומוזום הוא נמצא, אבל הוא יכול לאתר גן לפי סמני שונות גנטית שבתאחיזה אליו:
נתאר לעצמנו חוקר, שמקבל ממעבדה רפואית דגימות דם מכל אחד מבני המשפחה. במעבדת המחקר המולקולרית הוא מבודד DNA מכל דגימה, ובעזרת שיטות ביוכימיות הוא בודק אילו אללים של סמני שונות גנטית ידועים מצויים בגנום של כל אחד מהם.
בפועל, קיימים סמני שונות רבים מאוד בגנום האנושי. לשם הפשטות בחרנו להציג מידע שהתקבל עבור שני סמנים בלבד:
חוקר שבידיו תמונה כזו, עשוי להיות קרוב מאוד לאיתור גן בגנום.
- הוא מכיר את הפנוטיפ של כל אחד מבני המשפחה.
- הוא בדק מה הם האללים של סמני השונות הגנטית של כל אחד מבני המשפחה.
- כל מה שנותר לו כעת הוא לחפש אללים של סמנים שמבדילים בין החירשים לשומעים. כלומר, את קבוצת הסמנים שיש להם אללים מאותו סוג אצל כל החירשים במשפחה ורק אצלם.
- איזה אלל של סמן שונות גנטית נמצא רק אצל החירשים ולא אצל השומעים במשפחה זו?
- מה משמעותו של אלל כזה עבור החוקרים? שימו לב לכך, שתהליך השחלוף מצמצם את האזור שבו יש לחפש: לאב ולבת סמנים שונים לאלל זה ושניהם חירשים. מכאן, שהאלל לגן המבוקש אינו סמוך, כנראה, לאלל שעבר שחלוף.
וכעת לסיפור האמיתי…
נתבונן בשושלת, שהכרתם במשימה הקודמת. ביולוג מולקולרי סרק את הגנום של כל אחד מבני המשפחה כדי לזהות את האללים השונים של סמני השונות הגנטית. הוא מצא (בעזרת תוכנות מחשב סטטיסטיות) מקטע DNA על כרומוזום מספר 5 שהסמנים הגנטיים שבו זהים אצל כל החירשים הבוגרים במשפחה ושונים אצל השומעים הבוגרים. בשושלת מוצגים סמנים ממקטע זה.
השמות המופיעים בצד התרשים הם שמות סמני השונות הגנטית, הסמוכים זה לזה על מקטע של כרומוזום מספר 5 באדם. דוגמה: הסמן העליון נקרא סמן D5S658 ולידו ברצף הסמן D5S1979 ואחריו ברצף סמן D5S2017, לפי רצף ה-DNA.
המספרים המופיעים בשני טורים מתחת לכל פרט במשפחה מציינים מספרים סידוריים של זוגות אללים של סמני שונות גנטית. זוג מספרים מקביל לאורך כל מקטע מסמן זוג אללים של הסמן, ששמו מופיע בצד שמאל של התרשים. דוגמה: סמן D5S658 אצל פרט מספר מופיע באללים 2 ו-4 ואצל פרט מופיע באללים 4 ו-1 המספרים מסמלים רצפים שונים זה מזה (מספיק שוני בבסיס יחיד), המאפיינים שונות נורמלית באוכלוסייה.
במשימה מספר 1 מצאתם כי האלל הקובע חירשות הוא דומיננטי. די באלל אחד כזה לאדם, מתוך שני האללים של הגן המעורב בשמיעה, כדי שיאבד אותה.
- בשושלת הפשוטה, שהוצגה קודם לכן, זיהיתם אלל של סמן שונות גנטית המופיע רק אצל חירשים ולא אצל שומעים. אלל זה היה בתאחיזה לגן המעורב בשמיעה.
בשושלת שלפניכם, עליכם לעקוב אחר הסמנים על מקטע הכרומוזום של החירשים. עליכם למצוא את מקטע הכרומוזום שצירוף האללים של סמני השונות הגנטית עליו מופיע אצל כל החירשים. השוו את המקטע הזה למקטעי הכרומוזומים של השומעים. הצירוף שמצאתם אצל החירשים לא אמור להופיע אצל אף אחד מהשומעים. קבוצת סמנים זו היא בתאחיזה לגן המעורב בשמיעה.
שימו לב: אצל כל החירשים, אחד מקטעי הכרומוזום צריך להיות זהה, בעוד שהקטע ההומולוגי לו שונה בין החירשים במשפחה. אצל השומעים, הקטעים בשני הכרומוזומים ההומולגיים הם, כמובן, שונים בין השומעים במשפחה. - התבוננו בסמנים שמופיעים אצל כל החירשים:
מה למדתם במשימה זו?
למדתם כי לאחר שנקבעה דרך התורשה הסבירה של ליקוי במשפחה, ניתן לנסות לאתר את הגן בגנום למטרות אבחון וריפוי. לשם כך גנטיקאים מולקולריים משווים את הגנום של בני המשפחה, תוך חיפוש מקטע DNA זהה אצל כל בעלי הליקוי התורשתי ושונה אצל בעלי הפנוטיפ התקין.
כגנטיקאים מולקולריים, נעזרתם במפת סמני תאחיזה גנטית כדי לאתר אזור בגנום שיש בו אללים זהים של סמנים גנטיים אצל כל החירשים במשפחה ושונים אצל השומעים הבוגרים.
במקרה הפרטי שבדקתם, זיהיתם קבוצה של סמני שונות גנטית שהם בתאחיזה לגן המעורב בשמיעה. הזיהוי נעשה על ידי מעקב אחר הפנוטיפ במשפחה ואיתור מקטע שלם של כרומוזום, שעליו צירוף של כמה אללים של סמני שונות שונים, הקיים רק אצל החירשים ולא אצל השומעים. קבוצת סמנים זו היא בתאחיזה לגן המעורב בשמיעה.
ניתן לשער כי אי-שם במקטע ה-DNA, התחום בין הסמנים, מסתתר הגן המעורב בשמיעה, תקין או פגום.
