يجد العلماء التوقيع الجيني لمتلازمة داون في العظام القديمة

قام العلماء بتشخيص متلازمة داون من خلال الحمض النووي الموجود في العظام القديمة لسبعة أطفال، يبلغ عمر أحدهم 5500 عام. وقد تساعد طريقتهم، المنشورة في مجلة Nature Communications، الباحثين على معرفة المزيد حول كيفية تعامل مجتمعات ما قبل التاريخ مع الأشخاص المصابين بمتلازمة داون وغيرها من الحالات النادرة.

تحدث متلازمة داون، التي تحدث في 1 من كل 700 طفل اليوم، بسبب نسخة إضافية من الكروموسوم 21. وينتج الكروموسوم الإضافي بروتينات إضافية، مما قد يسبب مجموعة من التغييرات، بما في ذلك عيوب القلب وصعوبات التعلم.

لقد ناضل العلماء لمعرفة تاريخ هذه الحالة. واليوم، من الأرجح أن تنجب الأمهات الأكبر سنًا طفلًا مصابًا بهذه الحالة. ولكن في الماضي، كانت النساء أكثر عرضة للوفاة في سن مبكرة، الأمر الذي ربما جعل متلازمة داون أكثر ندرة، وكان الأطفال الذين يولدون بها أقل عرضة للبقاء على قيد الحياة دون جراحة القلب وغيرها من العلاجات التي تطيل حياتهم اليوم.

يستطيع علماء الآثار التعرف على بعض الحالات النادرة، مثل التقزم، من العظام وحدها. لكن متلازمة داون — المعروفة أيضًا باسم التثلث الصبغي 21 — هي مرض متغير بشكل ملحوظ.

قد يعاني الأشخاص المصابون به من مجموعات مختلفة من الأعراض، وقد يكون لديهم أشكال حادة أو أخف. على سبيل المثال، قد يكون لدى الأشخاص ذوي العيون اللوزية المميزة الناتجة عن متلازمة داون هياكل عظمية عادية نسبيًا.

ونتيجة لذلك، يصعب على علماء الآثار أن يشخصوا بثقة الهياكل العظمية القديمة المصابة بمتلازمة داون. قالت الدكتورة جوليا جريسكي، عالمة الأنثروبولوجيا في المعهد الأثري الألماني في برلين والتي لم تشارك في الدراسة الجديدة: «لا يمكنك أن تقول: أوه، هذا التغيير موجود، لذا فهو التثلث الصبغي 21».

وعلى النقيض من ذلك، ليس من الصعب تحديد متلازمة داون وراثيًا، على الأقل لدى الأشخاص الأحياء. في السنوات الأخيرة، قام علماء الوراثة باختبار أساليبهم على الحمض النووي المحفوظ في العظام القديمة.

ومع ذلك، فقد كان الأمر صعبًا، لأن العلماء لا يستطيعون ببساطة إحصاء الكروموسومات الكاملة، التي تتفكك بعد الموت إلى أجزاء.

في عام 2020، استخدمت لارا كاسيدي، عالمة الوراثة في كلية ترينيتي في دبلن، وزملاؤها الحمض النووي القديم لأول مرة لتشخيص طفل مصاب بمتلازمة داون. وكانوا يفحصون الجينات من الهياكل العظمية المدفونة في مقبرة عمرها 5500 عام في غرب أيرلندا. تحتوي عظام طفل يبلغ من العمر 6 أشهر على كميات عالية بشكل غير عادي من الحمض النووي من الكروموسوم 21.

منذ ذلك الحين، قام آدم روهرلاخ، الإحصائي الذي كان يعمل آنذاك في معهد ماكس بلانك للأنثروبولوجيا التطورية في لايبزيغ بألمانيا، وزملاؤه بتطوير طريقة جديدة للعثور على التوقيع الجيني، وهو أسلوب يمكنهم استخدامه للنظر بسرعة إلى آلاف العظام.

خطرت الفكرة للدكتور روهرلاخ عندما تحدث مع أحد العلماء في المعهد حول إجراءات البحث عن الحمض النووي القديم. نظرًا لأن تسلسل الحمض النووي عالي الجودة مكلف للغاية، فقد تبين أن الباحثين كانوا يقومون بفحص العظام باستخدام اختبار رخيص، يسمى تسلسل البندقية، قبل انتقاء عدد قليل منها لمزيد من التحقيق.

إذا كان العظم لا يزال محتفظًا بالحمض النووي، فقد أظهر الاختبار العديد من الأجزاء الجينية الصغيرة. وفي كثير من الأحيان، جاءت هذه من الميكروبات التي تنمو في العظام بعد الموت. لكن بعض العظام تحتوي أيضًا على الحمض النووي الذي يمكن التعرف عليه بشريًا، وتم وضع علامة على تلك التي تحتوي على نسبة عالية لإجراء اختبارات إضافية.

وعلم الدكتور روهرلاخ أن المعهد قام بفحص ما يقرب من 10000 عظمة بشرية بهذه الطريقة، وتم تخزين نتائج جميع تسلسل البندقية في قاعدة بيانات. وخطر للدكتور روهرلاخ وزملائه أنه بإمكانهم مسح قاعدة البيانات بحثًا عن كروموسومات إضافية.

قال الدكتور روهرلاخ: “لقد اعتقدنا أنه لم يسبق لأحد أن قام بالتحقق من هذه الأنواع من الأشياء”.

لقد كتب هو وزملاؤه برنامجًا يقوم بفرز أجزاء من الحمض النووي المستعاد حسب الكروموسوم. قام البرنامج بمقارنة الحمض النووي من كل عظمة بمجموعة العينات بأكملها. ثم حددت بعد ذلك عظامًا معينة تحتوي على عدد غير عادي من التسلسلات القادمة من كروموسوم معين.

وبعد يومين من محادثتهما الأولية، حصل الكمبيوتر على نتائجهما. وقال الدكتور روهرلاخ، الذي يعمل الآن محاضراً مشاركاً في جامعة أديلايد في أستراليا: «اتضح أن حدسنا كان صحيحاً».

واكتشفوا أن مجموعة المعهد تضم ستة عظام تحتوي على حمض نووي إضافي من الكروموسوم 21، وهو علامة متلازمة داون. ثلاث منها كانت لأطفال لا يتجاوز عمرهم سنة واحدة، والثلاثة الأخرى لأجنة ماتت قبل الولادة.

كما تابع الدكتور روهرلاخ دراسة الدكتور كاسيدي لعام 2020. استخدم برنامجه لتحليل تسلسل البندقية للهيكل العظمي الأيرلندي ووجد أنه يحمل أيضًا كروموسومًا إضافيًا رقم 21، مما يؤكد تشخيصها الأولي.

بالإضافة إلى ذلك، عثر الدكتور روهرلاخ على هيكل عظمي آخر يحتوي على نسخة إضافية من الكروموسوم 18. وتسبب هذه الطفرة حالة تسمى متلازمة إدواردز، والتي تؤدي عادة إلى الوفاة قبل الولادة. جاءت العظام من جنين لم يولد بعد وتوفي في الأسبوع الأربعين وكان مشوهًا بشدة.

لا يسمح الاستطلاع الجديد للدكتور روهرلاخ وزملائه بتحديد مدى شيوع متلازمة داون في الماضي. من المحتمل أن العديد من الأطفال المصابين بهذه الحالة ماتوا قبل سن البلوغ، ومن غير المرجح أن يتم الحفاظ على العظام الهشة لدى الأطفال.

قال الدكتور روهرلاخ: “هناك قدر كبير من عدم اليقين في أخذ العينات، وفي ما يمكننا العثور عليه وما لم نتمكن من العثور عليه”. “أعتقد أنه سيكون من الإحصائي الشجاع جدًا أن يحاول تحقيق الكثير من هذه الأرقام.”

لكن الدكتور روهرلاخ وجد أنه من المهم أن يتم دفن ثلاثة أطفال مصابين بمتلازمة داون والآخر مصاب بمتلازمة إدوارد في مدينتين متجاورتين في شمال إسبانيا منذ ما بين 2800 و2400 عام.

عادة، يتم حرق جثث الأشخاص في تلك الثقافة بعد الموت، لكن هؤلاء الأطفال يتم دفنهم داخل المباني، وأحيانًا مع المجوهرات. وتكهن الدكتور روهرلاخ قائلاً: “لقد كان الأطفال المميزون هم الذين تم دفنهم في هذه المنازل، لأسباب لا نفهمها بعد”.

لم يعتقد الدكتور جريسكي أن الأدلة تجعل من الممكن استبعاد الصدفة بدلاً من ذلك بالنسبة لمجموعة الحالات.

وقالت: “ربما كانت العظام هناك محفوظة جيدًا”. ربما كان علماء الآثار جيدين جدًا ومدربين جيدًا لدرجة أنهم أخرجوهم جميعًا. ربما تم دفنهم بطريقة جعلت العثور عليهم أسهل بكثير”.

ومع ذلك، اعتبر الدكتور جريسكي الدراسة الجديدة بمثابة تقدم مهم. لسبب واحد، قد يسمح لعلماء الآثار بمقارنة البقايا التي تم تحديدها وراثيا بمتلازمة داون واكتشاف بعض المجموعة الخفية من السمات المشتركة بين جميع هياكلهم العظمية.

وأعرب الدكتور جريسكي عن أمله في أن يستخدم باحثون آخرون الحمض النووي القديم لإلقاء الضوء على التاريخ الخفي للأمراض النادرة الأخرى: «عليك فقط أن تبحث عنها، وعليك أن تتحدث عنها. وإلا فإنهم سيبقون غير مرئيين.”