أداة ذكاء اصطناعي تكتشف توقيت نشاط الجينات بدقة

في تطور علمي لافت، قدّم باحثو جامعة ييل الأميركية دراستين حديثتين، تلقيان الضوء على جانبين متكاملين من علم الوراثة، حول: متى تنشط الجينات في أثناء نمو الدماغ؟ وكيف يتغير هذا النشاط عبر ملايين السنين؟

وهذه النتائج المنشورة في مجلتَي: «Nature Communications» في 19 أغسطس (آب) 2025 و«Molecular Biology and Evolution» في 2 يونيو (حزيران) 2025، لا توسّع فهمنا لآليات الحياة فحسب؛ بل تمهد الطريق لتطوير علاجات جينية فورية دقيقة.

أداة لتحديد لحظة التنشيط المثاليةفي الدراسة الأولى طوّر فريق من علماء الفيزياء الحيوية والمعلوماتية الحيوية أداة حاسوبية مبتكرة، تحمل اسم «كرون أو دي إي» (chronODE) التي تجمع بين النمذجة الرياضية والذكاء الاصطناعي، للتنبؤ باللحظات الدقيقة التي تنشط فيها الجينات أو تتوقف في أثناء نمو الدماغ.

وقال مور فرانك، المؤلف المشارك من قسم الفيزياء الحيوية والكيمياء الحيوية في جامعة ييل: «لدينا الآن معادلة يمكنها تحديد اللحظة التي يصبح فيها الجين نشطاً. وهو ما قد يساعد في المستقبل على معرفة التوقيت الأمثل للتدخل العلاجي قبل أن تتفاقم الأمراض». واستخدم الفريق معادلة لوجستية لوصف التغيرات الديناميكية في نشاط الجينات، وحلَّلوا أدمغة فئران نامية لرسم خريطة دقيقة لتسلسل تنشيط الجينات. ووجد الباحثون أن الجينات تتبع 3 أنماط رئيسية، هي: مسرِّعات (Accelerators) تتسارع في المراحل اللاحقة من النمو، ومُبدِّلات (Switchers) تتسارع قبل أن تتباطأ مجدداً، ومُبطِّئات (Decelerators) تهدأ تدريجياً مع الوقت. ثم ربطوا هذه الأنماط بتغيرات في الكروماتين (chromatin)، وهي المادة التي تُغلِّف الحمض النووي داخل الخلايا، مستخدمين تقنيات الذكاء الاصطناعي. وكانت النتيجة نموذجاً قادراً؛ ليس فقط على التنبؤ بوقت التنشيط؛ بل أيضاً بسرعة وصول الجينات إلى ذروة نشاطها. وقالت بياتريس بورساري، من برنامج علم الأحياء الحاسوبي والمعلوماتية الطبية الحيوية بجامعة ييل، ومؤلفة مشاركة: «قد نحتاج أحياناً لإيقاف جين ضار قبل وصوله إلى نقطة اللاعودة. وإن معادلتنا تحدد هذه النقطة بدقة، ما يفتح الباب أمام علاجات جينية أكثر فاعلية».

الإيقاع التطوري للتعبير الجيني

أما الدراسة الثانية بقيادة الدكتور جيفري تاونسند، من كلية الصحة العامة بجامعة ييل، فقد تناولت السؤال من زاوية أوسع: كيف يتغير التعبير الجيني عبر ملايين السنين؟

وحلّل الفريق أكثر من 3900 جين في 9 أنواع من الفطريات، اختيرت لإمكانية زراعتها في ظروف متطابقة، ما أتاح قياس الاختلافات الجينية فقط دون تأثيرات بيئية. وباستخدام نماذج إحصائية متقدمة حسب الباحثون معدل تضاعف أو انخفاض نشاط كل جين بمرور الزمن.

وكشفت النتائج عن مفارقة مذهلة؛ حيث تغيّرت معظم الجينات ببطء شديد، بمعدل مرة كل 400 إلى 900 مليون سنة. ولكن الجينات المسؤولة عن الإنبات المبكر للأبواغ تطورت بسرعة كبيرة خلال 6.9 مليون سنة فقط.

وهذه الجينات تخضع لضغط تطوري قوي؛ لأنها أساسية لتكيف الفطريات مع بيئات جديدة والحصول على الموارد بسرعة، كما أوضح ين- وين وانغ، من قسم الإحصاء الحيوي بكلية الصحة العامة في جامعة ييل كونيتيكت بالولايات المتحدة الأميركية، وهو الباحث الرئيسي في الدراسة.

وكشفت الدراسة أن وظيفة الجين تحدد سرعة تطوره. فالجينات المسؤولة عن العمليات الأساسية مثل الانقسام الاختزالي (meiosis) الضروري للتكاثر ظلت مستقرة عبر الزمن.

أما الجينات المرتبطة بالمسارات الأيضية والوظائف المرنة فكانت أسرع في التكيف، ما يمنح الكائنات الحية قدرة أكبر على مواجهة التغيرات البيئية. وقال جيفري تاونسند: «إذا كان الجين جزءاً من عملية دقيقة وأساسية للحياة، فلا مجال لكثير من التغيير. أما الجينات المسؤولة عن التكيف مع البيئة، فلديها مساحة أوسع للتجربة والتطور».

تطبيقات مستقبلية واسعة

وتقدم الدراستان معاً أدوات ومعرفة جديدة قد تغيّر طريقة تعامل العلماء مع الأمراض الوراثية وتطور الكائنات.

فمعرفة متى تنشط الجينات وكيف تتغير عبر الزمن، يمكن أن يساعد في تصميم علاجات جينية تتدخل في اللحظة المثالية. وتحديد الجينات الأنسب للدراسات الوظيفية في مجالات مثل الطب والزراعة والتكنولوجيا الحيوية.

وكذلك أصبحت بيانات الدراستين متاحة للجمهور، ما يتيح للباحثين حول العالم توسيع هذه الاكتشافات لتشمل كائنات وظروفاً جديدة. ومع تلاقي علم الأحياء بالرياضيات والذكاء الاصطناعي، يبدو المستقبل واعداً بفهم أعمق لآليات الحياة نفسها.

قد يهمك أيضــــــــــــــا

الذكاء الاصطناعي يفتح آفاقا جديدة للتنبؤ المبكر بالأمراض

علم الوراثة في وحدات العناية المركزة للمرضى البالغين