راهنماتو- نتایج یک پژوهش پیش‌رو نشان می‌دهد که فرگشت (تکامل) آنقدرها که پیش از این تصور می‌شد تصادفی نیست که به دانشمندان امکان می‌دهد ژن‌هایی را جستجو کنند که می‌توانند در حل مسائل جهان مانند مقاومت آنتی‌بیوتیکی، بیماری و تغییرات اقلیمی مفید باشند.
به گزارش راهنماتو، این پژوهش که در نشریه Proceedings of the National Academy of Sciences منتشر شده است باوری طولانی‌مدت درباره پیش‌بینی‌ناپذیری تکامل را به چالش می‌کشد. این پژوهش دریافته است که مسیر تکاملی یک ژنوم ممکن است تحت تأثیر تاریخ تکاملی آن قرار داشته باشد اما توسط عوامل متعدد و تصادفات تاریخی تعیین نمی‌شود.
این پژوهش به هدایت پروفسور جیمز مک‌اینری و دکتر آلن بیون از مدرسه علم زندگی در دانشگاه ناتینگهام و دکتر ماریا روزا دومینگو از دانشگاه ناتینگهام ترند انجام شده است.
پروفسور مک‌اینری می‌گوید: «پیامدهای این پژوهش چیزی کم‌تر یک پژوهش انقلابی ندارد. ما با نشان دادن این موضوع که تکامل آنچنان که قبلا تصور می‌شد تصادفی نیست، دری تازه به روی طیفی از فرصت‌ها در زیست‌شناسی، داروسازی و علوم محیط‌زیستی باز کرده‌ایم.»
تیم تحقیقاتی پان‌ژنوم ـ مجموعه کاملی از ژن‌هایی که در یک گونه وجود دارد ـ را بررسی کرد تا به این پرسش که آیا فرگشت قابل پیش‌بینی است یا مسیرهای فرگشتی ژنوم‌ها به تاریخ‌شان بستگی دارد و بنابراین امروز نمی‌توان آن‌ها را پیش‌بینی کرد، پاسخ دهد.
این تیم با استفاده از رویکرد یادگیری ماشینی به نام Random Forest به همراه یک پایگاه داده از 2500 ژنوم کامل که از یک گونه باکتری به دست آمده بود، صدها هزار ساعت پردازش کامپیوتری انجام داد تا به این پرسش پاسخ دهد.
پژوهشگران بعد از آنکه داده‌ها را به کامپیوتری با عملکرد بالا دادند، اول «خانواده‌های ژنی» را از هر ژن در هر ژنوم ساختند. دکتر دومینگو می‌گوید: «به این طریق ما توانستیم ژنوم‌ها نظیر به نظیر با هم مقایسه کنیم.»
به محض آنکه خانواده‌های ژنی شناسایی شدند، تیم تحقیقاتی به شناسایی الگویی پرداخت که نشان می‌داد این خانواده‌ها چطور در بعضی ژنوم‌ها حاضر و در بعضی ژنوم‌ها غایب هستند.
«ما متوجه شدیم که برخی از خانواده‌های ژنی در حضور سایر خانواده‌های ژنی هرگز در یک ژنوم ظاهر نمی‌شدند و در بعضی مواقع برخی ژن‌ها به میزان زیادی به حضور یک خانواده ژنی دیگر وابسته بودند تا بتوانند در ژنوم حاضر شوند.»
به این ترتیب محققان اکوسیستمی نامرئی را شناسایی کردند که در آن ژن‌ها می‌توانند در تعارض یا در همکاری با هم عمل کنند.
«این تعاملات بین ژنی باعث می‌شود که تکامل تا حدی پیش‌بینی‌پذیر شود، ما اکنون ابزاری می‌شناسیم که به ما امکان می‌دهد فرگشت را پیش‌بینی کنیم.»
دکتر بیون می‌گوید: « مثلا ما بعد از این تحقیق می‌توانیم شروع به شناسایی ژن‌هایی کنیم که از مقاومت آنتی‌بیوتیکی «حمایت» می‌کنند. بنابراین، اگر می‌خواهیم مقاومت آنتی‌بیوتیکی را حذف کنیم، نه تنها می‌توانیم ژن کانونی را هدف قرار دهیم، بلکه می‌توانیم ژن‌هایی که از آن حمایت می‌کنند را نیز هدف قرار دهیم.»
«ما می‌توانیم از این رویکرد برای ساخت انواع تازه‌ای از ساختارهای ژنتیکی استفاده کنیم که می‌توانند به توسعه داروها و واکسن‌های جدید کمک کنند. آنچه امروز می‌دانیم و پیش از این نمی‌دانستیم، دری تازه به روی کلی اکتشافات دیگر باز کرده است.»
این تحقیق می‌تواند در موارد زیر کمک‌کننده باشد:
طراحی تازه ژنوم‌ها ـ که به دانشمندان امکان می‌دهد ژنوم‌های مصنوعی تولید کنند و نقشه راهی برای دستکاری پیش‌بینی‌پذیر ماده ژنتیکی تدوین کنند.
مبارزه با مقاومت آنتی‌بیوتیکی ـ فهم وابستگی بین ژن‌ها به شناسایی ژن‌های حمایت‌کننده‌ای که منجر به مقاومت ژنتیکی می‌شوند کمک می‌کند و راه را برای درمان‌های هدفمند می‌گشاید.
کاهش تغییرات اقلیمی- بینشی که از این تحقیق به دست آمده است می‌تواند به طراحی میکروارگانیسم‌هایی کمک کند که می‌توانند کربن را جذب و آلودگی را کاهش دهند و به تلاش‌ها برای مبارزه با تغییرات اقلیمی کمک کنند.
کاربردهای پزشکی ـ پیش‌بینی‌پذیری تعاملات ژنی می‌تواند با ایجاد معیارهای جدید در مورد خطر بیماری‌ها و کارامدی درمان، پزشکی را شخصی‌سازی کند.
