اكتشاف وظيفة المورثات (الجينات) - The Function of Genes
سنة الاكتشاف: 1934م
ما هو هذا الاكتشاف؟
- اكتشف بيدل كيف تؤدي الموّرثات وظيفتها الحيوية
من هو مكتشف الجينات؟
- جورج بيدل George Beadle
أهمية اكتشاف الجينات تاريخياً؟
الموّرثات (الجينات) مرصوفة على امتداد الكروموسومات وتتضمن أوامر تتعلق بعمل ونمو الخلايا المنفردة. لكن كيف لجزيئة من الحامض النووي (مورثة) أن توجه خلية معقدة بأكملها لتصرف وتؤدي عملها بطريقة معينة؟ تكفل جورج بیدل بالرد على هذا السؤال المهم للغاية وحسن كثيراً من فهمنا للوراثة التطورية.
اكتشف بيدل أن كل مورثة توّجه لتكوين إنزيم معين، فتقوم الإنزيمات بعدها بدفع الخلية إلى العمل. لقد سد اكتشافه ثغرة عظيمة في فهم العلماء للكيفية التي تترجم ها مخططات الDNA إلى وظائف بنائية لهيكل الخلية، كما حول العمل الخلاق لبيدل تركيز حقل البحث الوراثي برمته من الدراسة النوعية للصفات الخارجية (التشوهات والاختلالات الجسدية الناتجة عن المورثات المطفرة إلى الدراسة الكيميائية الكمية للمورثات وأنماط إنتاجها للإنزيمات.
كيف تم اكتشاف الجينات؟
كان يفترض لجورج بيدل George Beadle أن يصبح مزارعاً، فقد ولد في مزرعة خارج واهو بولاية نبراسکا عام 1903م. لكن دراسة جامعية له عن وراثة الحنطة الهجينة فتنته بسحر علم الوراثة، فأصبح شغف حياته.
في عام 1934م، بعمر الواحد والثلاثين، إستلم بيدل وظيفة مع قسم الوراثة بجامعة ستانفورد، وذلك بناء على رغبة من الجامعة المذكورة بتطوير دراستها عن الوراثة البايو كيميائية. كان علم الوراثة يبلغ الثمانين من عمره آنذاك ، ولكن الوراثة البايو كيميائية، أو الدراسة الجزيئية للكيفية التي تولد بهما الإشارات الوراثية وترسل إلى الخلايا، كانت لا تزال في عمر الرضاعة.
انضم بيدل إلى المتخصص بالأحياء المجهرية إدوارد تاتوم Edward Tatum لمحاولة تحديد الطريقة التي تتمرن بها المورثات على تأثيرها المتحكم.
كان عملهما بسيطة من حيث المفهوم، ولكنه كان مملاً للغاية ومتطلباً للكثير من الجهد والصبر من حيث الواقع العملي. بدأ الاثنان عملهما بالبحث عن أبسط نوع حيائي يمكنهما العثور عليه، فوجدا ضالتهما في عفن الخبز (نیوروسبورا) Neurospora، مستغلين تركيب مورثته البسيط والمعروف من قبل.
استزرع بیدل وتاتوم أطباقاً فوق أطباق من مستعمرات النيوروسبورا في وسط زرعي مشترك، ثم قاما بعدها بقصف كل مستعمرة بالأشعة السينية، التي عرف عنها تسريعها لحدوث الطفرات الوراثية. خلال 12 ساعة استمرت معظم المستعمرات (بالنمو طبيعيا لم تطفر)، بينما ماتت قلة منها (بفعل الأشعة السينية) وعاشت قلة ثمينة أخرى فقدت القدرة على النمو (أعاقت الطفرات الوراثية نموها الآن).
كانت المجموعة المثيرة للإهتمام هي هذه الثالثة بالذات، لأنها عانت طفرة وراثية ما جعلت من المستحيل على العفن أن ينمو من تلقاء نفسه.
الآن، لو استطاع بيدل وتاتوم أن يكتشفا ما يحتاجه هذا العفن المطفر لنموه بالتحديد ، لعرفا ما قامت به مونتها المطفرة من وظيفة قبل تحطيمها.
وضع بيدل وتاتوم أبواغ منفردة من إحدى هذه المستعمرات داخل ألف من أنابيب الاختبار المختلفة، يحتوي كل منها على الوسط الزرعي القياسي ذاته. ولكل أنبوب من هذه الأنابيب، إضافة مادة واحدة يفترض أن العفن الأصلي كان قادراً على صنعها لنفسه ولكن دون أن يقدر العفن المطفر على إنتاجها. بعدها انتظرا مراقبين أياً منها سيبدأ بالنمو- لو حدث نمو لأي منها أصلا.
أنبوب واحد فقط بدأ بالنمو بشكل طبيعي - الأنبوب 299، ذلك الذي أضافا إليه الفيتامين B6. لا بد، إذن، أن الطفرة في مورثة العفن قد جعلت منه عاجزاً عن صنع الفيتامين B6 فشل من نموه الذاني، وهو ما يعني أيضاً أن المورثة الأصلية قد أنتجت شيئاً ما من الخلايا من صنع الفيتامين بنفسها.
الخطوة الثانية من تجربة بيدل وتاتوم كانت تقضي بالبحث عن ذاك الشيء.
وجد بيدل بأنه عندما أزال إنزيمات معينة أو سد عملها ، توقف العفن عن النمو. ووفق تماماً في إرجاع هذه الإنزيمات إلى المورثات، مظهراً بأن تلك المورثة المطفرة من أنبوب 299 لم تعد قادرة على إنتاج ذلك الإنزيم المعين.
خلال هذه التجربة اكتشف بيدل كيف تؤدي المورثات عملها، فقد اثبت بأن المورثات تنتج إنزيمات وبأن الإنزيمات تؤجه الخلية كيميائية لأداء وظيفتها. حقاً، لقد كان ذلك اكتشاف بثقل جائزة نوبلª.
الهوامش المرجعية:
ª تبسيطا لمفهوم «المورثة أو الجين» يمكن أن نعتبرها «بروتينا مشفرة ضمن ال DNA». فمعروف أن البروتين مؤلف من سلسلة من الأحماض الأمينية، وكل حامض أميني مشفر بثلاثة قواعد مزدوجة ضمن جزيئة DNA النواة. فلو افترضنا بروتينا (أو إنزيما) مؤلفة من 100 حامض أميني، فهذا يعني أنه مشفر له ب 300 قاعدة مزدوجة للDNA. هذه القواعد ال300 المسؤولة عن صنع ذاك البروتين ضمن کامل تركيب جزيئة الDNA تمثل مورثة واحدة. فالمورثة، إذن، بمثابة بروتين لا يزال في رحم DNA النواة.
