Table of Contents
ما هو مراقبة جينوميك ولماذا يهم
أما مراقبة الجينوميك فهي جمع وتحليل البيانات الوراثية المسببة للأمراض لإعلامها بأعمال الصحة العامة، وبدلا من الاعتماد فقط على الأعراض السريرية أو اختبارات المختبرات الأساسية، يقوم العلماء بتسلسل الجيل الكامل أو الجزئي من الفيروسات والبكتيريا والفطريات والطفيليات التي تدور في السكان، وتكشف هذه المخططات الوراثية عن تطور المسببات المرضية، ومن أين تأتي، وكيف تنتقل عبر المجتمعات المحلية.
وتكمن قوة المراقبة الجينية في خضمها، إذ يمكن لتحول واحد أن يغير من إمكانية نقل المسببات المرضية أو اليقظة أو الاستجابة للمعالجات واللقاحات، ومن خلال تتبع هذه الطفرة في الوقت الحقيقي، يمكن للسلطات الصحية أن تعدل استراتيجيات الاحتواء قبل أن تزول دوامة التفشي عن السيطرة، وقد انتقل النهج من أداة بحثية متخصصة إلى ركيزة أساسية من عناصر التصدي للتفشي، وخاصة بعد أن يظهر وباء الأوبئة في العالم.
وتتكامل مراقبة الجينوميك مع علم الأوبئة التقليدي، فبدلاً من مطاردة الحالات عن طريق إجراء مقابلات بمفردها، يمكن لأفرقة الصحة العامة أن تربط الحالات عن طريق التماثل الوراثي، وتؤكد أو تدحض سلاسل النقل المشتبه فيها، وهذا النهج الهجين - الوبائي - الجيني - يوفر مستوى من التفصيل لم يكن ممكناً تصوره قبل عقدين.
كيف تعمل مراقبة جينوميك:
مجموعة العينات والإعداد
وتبدأ المراقبة الفعالة للمجين قبل التسلسل، ويجب جمع العينات من مجموعة تمثيلية من الحالات، بما في ذلك الأفراد الطفحون والشديدون والذوي الحساسية، وتختلف استراتيجيات أخذ العينات: فبعض البرامج تركز على المراقبة العشوائية، بينما تستهدف بلدان أخرى فئات شديدة الخطورة، والعديد من مواقع الرسل المستخدمة مثل المستشفيات أو العيادات، وتؤثر نوعية العينة على اكتمال سلسلة الجينوم الباردة.
Sequencing Technologies
وتسيطر ثلاث منابر التتابع الرئيسية على مراقبة الجينوميين. Illumina]
خطوط المعلومات البيولوجية
(ب) بيانات التتابع السريع لا تعني سوى القليل دون معلومات حيوية قوية.
منابر تبادل البيانات
ولا تفي المراقبة الجينية إلا بقدراتها عندما تتقاسم البيانات على الصعيد العالمي. أصبحت هذه الشبكة مستودعاً رئيسياً لسلسلة التدفق والتصويب على النطاق العالمي، حيث تم إيداع أكثر من 16 مليون جنوم خلال الأوبئة.
دراسة حالة 1: COVID-19 - ثورة مراقبة الجنوميك
وقد شكل وباء COVID-19 نقطة تحول للمراقبة الجينية، وفي غضون أسابيع من الحالات الأولى، نشر العلماء الصينيون المجين الكامل من SARS-CoV-2، مما مكّن من تطوير اختبارات التشخيص، واللقاحات التي تستخدمها وزارة الصحة والتربية الوطنية، والعلاجات المضادة للفيروسات، ولكن الانطلاق الحقيقي جاء عندما بدأت البلدان تسلسلا منهجيا للعينات الإيجابية طوال عام 2020 وعام 2021.
Variant Detection and Response
وفي أواخر عام 2020، تعاقبت اتحادات اتحادات المملكة المتحدة في منطقة أوروبا الوسطى والشمالية أكثر من 000 100 جنو، وحددت متغير ألفا (باء-1-7)، الذي كان أكثر قابلية للاختراق بنسبة 50 في المائة، وأثار هذا الاكتشاف حظر السفر، وتعزيز المراقبة، وحملات إطلاق النار المعجلة. وبالمثل، كشفت شبكة التتابع لجنوب أفريقيا عن ارتفاع معدل البيتا في خواص الهروب من بوتسوانا المناعي، وعلام الهند
الأثر الحقيقي العالمي
وقد أثرت المراقبة الجينيّة تأثيرا مباشرا على السياسة العامة، وعندما ظهرت دلتا، أعادت البلدان فرض القفل وولايات القناع، وعندما وجد أن أوميكرون قد تجنّب الحصانة التي تسببها اللقاحات، تم تحديد أولويات الجرعات المعززة، واعتمدت منظمة الصحة العالمية نظام تتبع المتغيرات ] على بيانات جينومية مقدمة لتصنيف أشرطة المراقبة.
القيود المفروضة
كما كشفت الجائحة عن وجود ثغرات، إذ يفتقر العديد من البلدان المنخفضة الدخل والمتوسطة الدخل إلى القدرة المتتابعة، مما يترك البقع العمياء، وقدرت منظمة الصحة العالمية أنه في منتصف عام 2022، كان هناك تسلسل أقل من 1 في المائة من العينات الإيجابية في أفريقيا، مقارنة بما يزيد على 10 في المائة في أوروبا، وأن عدم المساواة العالمية في المراقبة يسمح بتفشي المتغيرات دون اكتشاف، والجهود المبذولة مثل مبادرة سداسي البروم أفريقيا([1]).
دراسة حالة: Ebola - Tracing Transmission Chains in Real Time
وكان تفشي فيروس إيبولا في غرب أفريقيا في الفترة 2013-2016 هو الأكثر فتكاً في التاريخ، حيث بلغ عدد الحالات التي حدثت في الآونة الأخيرة 000 28 حالة، وبدأ الباحثون في نشر أجهزة تتابع محمولة (مينيون) مباشرة في الميدان، وكانت هذه هي المرة الأولى التي تستخدم فيها المراقبة الجينية أثناء تفشي حمى النزيف لتوجيه قرارات الصحة العامة.
التسلسل الميداني في سيراليون وغينيا
وتسلسلت الأفرقة التي يقودها معهد سانغر وشركاؤها في سلسلة جينويات فيروس إيبولا من عينات المرضى في غضون 24 إلى 48 ساعة من جمعها، وأظهرت البيانات أن تفشي المرض ناجم عن مقدمة واحدة من الحيوانات، ثم ينتشر بشكل رئيسي من خلال انتقال الفيروس من البشر.() وقد كشفت الأشجار المسببة للفيروسات أن بعض سلاسل نقل المرض لم تكتشف نتيجة للتعقب.
الأثر على الاحتواء
وقد ساعدت بيانات التطهير على التمييز بين الانتقال المستمر والأحداث الجديدة التي تداعياتها من خزانات الحيوانات، وخلال تفشي الفيروس بين عامي 2018 و 2020 في جمهورية الكونغو الديمقراطية، أكدت التسلسلية أن الفيروس لم يقفز من الحيوانات مرة أخرى، بل كان مرتبطاً بسلسلة بشرية مستمرة، حيث أطلعت على التطعيم المستهدف باللقاح المضاد للفيروسات الفوقية والزبيبوف، وقد سمح المستجيبون السريعون بتخصي الموارد بمزيد من الكفاءة.
الدروس المستفادة
وقد أظهرت المراقبة الجينية للحمض الإيبولا أن التسلسل النقالي يعمل في بيئات المحصول، كما أبرزت الحاجة إلى أطر أخلاقية: فتقاسم البيانات الوراثية من مناطق تفشي المرض يثير القلق إزاء الوصم المجتمعي وتقاسم المنافع، ونتيجة لذلك، تؤكد البروتوكولات الآن على الموافقة المسبقة، وإدارة البيانات، وإمكانية الحصول على اللقاحات والعلاجات المستمدة من البصيرة الجينية.
دراسة الحالة 3: إنفلونزا الموسمية - نظام مراقبة الجنيوميك الأصلي
ومنذ فترة طويلة قبل انعقاد مؤتمر الكومنولث الدولي للسلامة الكيميائية - 19، كان أنفلونزا أكثر شبكة مراقبة نضجاً، حيث كان نظام مراقبة التدفق والاستجابة العالمي للإنفلونزا ، الذي تنسقه منظمة الصحة العالمية، يجمع ويُتسلسل سلالات الإنفلونزا منذ الخمسينات، وتستخدم البيانات الجينية من أكثر من 150 مركزاً وطنياً من مراكز التلقيح في الأنفلونزا.
الدورة السنوية
وعلى مدار السنة، تسلسل المختبرات من الجينات الهايمولوتينين (HA) والنيورامينيداس (NA) من فيروسات الفلور الناموسية، ويحدّد التحليل الفلكي ظهور القلاديسات التي قد تتهرب من الحصانة السابقة، وتعقد منظمة الصحة العالمية مرتين في السنة خبراء لاستعراض البيانات وتوصية ما ينبغي أن تلحقه السلالات باللقاح الموسمي المقبل، وتعتمد هذه العملية كليا على المراقبة الدينامية المستمرة.
التأهب للأوبئة
كما أن مراقبة الأنفلونزا الجينية تشكل نظاما للإنذار المبكر بشأن الإجهادات الوبائية، وعندما ظهرت H1N1pdm09 في عام 2009، كشف التسلسل بسرعة أنه كان مطهر من الخنازير والفيانيين والفيروسات البشرية، وكانت نفس الشبكة تكتشف أنفلونزا الطيور A(H5N1) و A(H7N9) حالات إنسانية، مما أدى إلى ظهور فيروسات جديدة.
Case Study 4: Antimicrobial Resistance — Genomic Surveillance in Bacteria
Gen[Fomic surveillance is not limited to viruses. Bacteria develop resistance to antibiotics at alarming rates, and whole-genome sequencing (WGS) now used to track resistant clones in hospitals and communities. The Global Antimicrobial Resistillance System (GLASS)
الكشف عن المعلومات في مجموعات الرعاية الصحية
وعندما يحدث تفشي مرض الرئوي في وحدة رعاية مكثفة، يمكن للفريق العامل أن يحدد ما إذا كانت الحالات مرتبطة أو غير متصلة بها، وهذا يتيح لأفرقة مكافحة العدوى تركيز جهود التنظيف والعزلة، وعلى سبيل المثال، فإن شبكة مكافحة الأمراض غير المعدية التابعة لـ تمنع انتشارها [FLT]:
مراقبة صحية واحدة
وكثيراً ما تنشأ مقاومة الأوبئة في الماشية، ويمكن أن تتعقب مراقبة الجينوميك البكتيريا المقاومة من الحيوانات الزراعية إلى البشر من خلال سلسلة الأغذية، وتدمج البرامج التعاونية مثل منظمة الصحة العالمية AWaRe بيانات جينية لتوجيه سياسات الرعاية الحيوية في جميع أنحاء العالم.
الاستراتيجيات الرئيسية لبناء أو تعزيز برنامج لمراقبة الجينوميك
خطط أخذ العينات الاستراتيجية
ولا يلزم تسلسل كل عينة إيجابية، إذ أن وجود تمثيل لأرصدة إطار العينات مصمم تصميما جيدا مع إمكانية القيام بذلك، وتوصي منظمة الصحة العالمية بأن تأخذ عينات من الحالات المؤكدة التي تتراوح بين 5 و 10 في المائة على الأقل أثناء تفشي المرض، مع أخذ العينات المفرطة في العينات من العروض غير العادية، والحالات الشديدة، وحالات الإصابة بالوباء، وبالنسبة للمسببات المرضية المتوطنة، يمكن أن يقدم عدد ثابت من العينات في الأسبوع لكل موقع جغرافي إشارات متسقة.
الاستثمار في البنية التحتية المختبرية
ويتطلب التصفيق معدات متخصصة ومفاعلات وكهرباء مستقرة، ويمكن للبلدان أن تبدأ بتسلسلات صغيرة وناقلة مثل مينيون لتلبية الاحتياجات المنخفضة الناتج، ثم ترتفع إلى منابر إيلومينا كنمو للقدرات.
بناء القدرات الحيوية
ولا يكفي تكديس المعدات الحاسوبية وحدها، إذ أن برامج التدريب في مجال المعلومات البيولوجية أساسية، كما أن منابر مثل Galaxy توفر وصلات بينية سهلة الاستعمال لتحليل البيانات الجينية دون مهارات القيادة، كما أن هناك دورات على الإنترنت من برنامج " ستيرا " و " إيدكس " ، وبرنامج " عالم المعلومات والاتصالات " يساعد على تنمية المواهب المحلية.
تعزيز تبادل البيانات والتعاون
وقد تأخر الاستجابات العالمية في وقت مبكر من وباء COVID-19، وينبغي أن تتضمن اتفاقات المراقبة التي تم الاتفاق عليها مسبقاً بروتوكولات لتقاسم البيانات تتوازن بين الشفافية وحقوق البلدان التي تولد البيانات، وتوفر منابر مثل نظام المعلومات الجغرافية توزيعاً وتتيح لمنتجي البيانات الاحتفاظ بالتحكم في الوقت الذي تتيح فيه إجراء تحليل عالمي.() ويجري تحديث اللوائح الصحية الدولية لتشجيع تبادل البيانات الجينية في الوقت المناسب.
إدماج البيانات الوبائية والعيادية
وتزداد قوة البيانات الجينية عندما ترتبط بالبيانات الوصفية للمرضى الذين يتم الكشف عن هويتهم: العمر، وحالة التطعيم، وتاريخ السفر، ونتائجه.() ويستلزم الربط الشبكي المضموني بين البيانات وجود نظم معلومات قوية، كثيرا ما تستند إلى أدوات مفتوحة المصدر مثل نظام المعلومات الديمغرافية - 2 أو نظام REDCap.() ويتيح مجموعة البيانات مجتمعة إجراء تحليلات قوية، مثل تقدير فعالية اللقاحات ضد متغيرات محددة.
مواجهة التحدي
القيود على الموارد
وتكرار التكاليف المرتفعة - مع انخفاض ميزانيات الإجهاد في المناطق المنخفضة الموارد - فإن سلاسل الإمداد بالمفاعلات ضعيفة؛ وخلال الوباء، تتنافس البلدان على مجموعات المواد، مما يؤدي إلى عدم المساواة، ويمكن للنهج البديلة مثل التتابع المتجمع وأفرقة المورد المستهدفة أن تقلل التكاليف، ولكنها تتطلب التحقق.
الشواغل الأخلاقية والمتعلقة بالخصوصية
ويمكن أن تحدد بيانات الجيني الأفراد إذا ما ربطوا بالمعلومات الشخصية، كما يمكن أن تكشف عن تفاصيل حساسة عن حالة الميكروبيوم أو المناع، التي يتمتع بها البلد المضيف، كما أن من الضروري وضع سياسات واضحة بشأن الكشف عن البيانات والموافقة عليها والوصول إلى البيانات، ويكفل إشراك المجتمع المحلي اعتبار المراقبة منفعة عامة وليس من قبيل الإفراط في المراقبة.
نقص القوة العاملة
وهناك نقص عالمي في علماء علماء علماء علماء علماء علماء علماء علماء علماء علماء الأحياء، فالاحتفاظ بنظم الصحة العامة أمر صعب عندما تكون مرتبات القطاع الخاص أعلى، والبرامج التي تقدم زمالات، مثل معهد الاتحاد الأفريقي للجينات المسببة للمرض ، تهدف إلى تدريب المواهب والاحتفاظ بها من خلال مسارات وظيفية وفرص بحثية.
التقييم والتوحيد التقنيان
ويمكن أن تسفر مختلف بروتوكولات التتابع وخطوط الأنابيب الأرضية الحيوية عن نتائج متضاربة، إذ أن إجراءات التشغيل الموحدة والمقارنات بين المختبرات ضرورية لمواءمة البيانات، وتستدعي استراتيجية منظمة الصحة العالمية لمراقبة الجينوميك ] إطارا لضمان الجودة لضمان موثوقية التسلسلات من أي مختبر.
توجيهات المستقبل لمراقبة جينوميك
مراقبة مياه الفضلات
ويتجاوز قياس الناموسيات المعالجة بالمبيدات في مياه المجاري الحاجة إلى اختبار الأفراد، وقد اشتعل هذا النهج انتشارا مبكرا في عدة مدن قبل أن ترتفع الحالات السريرية، ويمكن أن يوفر إدماج الكائنات الحية في المياه المستعملة في المراقبة الروتينية إنذارات مبكرة فعالة من حيث التكلفة لفيروسات الجهاز التنفسي وشلل الأطفال بل وحتى جينات المقاومة المضادة للأوبئة.
التسلسل النقال ونقاط الحرير
(ب) تعد أجهزة مثل وزارة التعليم الوطني وأجهزة التتابع السريع الجديدة من شركات مثل Quantapore ] بجلب التتابع إلى مستشفيات المقاطعات ومناطق تفشي المرض، مع انخفاض الاحتياجات من الطاقة والتحليل القائم على الغيوم، يمكن أن تصبح المراقبة الجينية في الوقت الحقيقي شائعة مثل الاختبار السريع للمضادات.
الاستخبارات الفنية للمراقبة الافتراضية
ويمكن أن تُتوقع نماذج التعلم من الآلات التي يتم تدريبها على البيانات الجينية والوبائية من أي متغيرات يرجح أن تصبح مهيمنة، كما يمكن أن تُتوقع بالفعل من أدوات مثل PyR0 و EVEscape] أن تنبأ باختلالات الهروب فيما يتعلق بـ SARS-CoV-2.
تكامل صحي واحد
وكثيراً ما تقفز مسببات الأمراض الناشئة من الحيوانات، ويمكن لمراقبة الكائنات الحية البرية والماشية والحيوانات المحلية (مثلاً، مشروع الولايات المتحدة الأمريكية ((FLT:0)) أن تكشف التهديدات قبل أن تصبح حالات تفشي بشرية، كما أن نظاماً موحداً لمراقبة جينومياً صحياً سيتقاسم البيانات عبر قطاعات الصحة البشرية والحيوانية والبيئية.
الحوكمة العالمية والعدالة
ويتفاوض العالم على معاهدة للأوبئة تتضمن أحكاماً لتقاسم البيانات الجينية، ويهدف الصندوق الوبائي ] و] نظام الصحة الأحيائي التابع لمنظمة الصحة العالمية إلى ضمان تقاسم المنافع - مثل اللقاحات والتشخيصات - على نحو منصف مع البلدان التي تسهم في بيانات الرصد الجيومي.
خاتمة
وقد تحولت المراقبة الجينيــة من كيفية اكتشاف حالات تفشي الأمراض المعدية وتتبعها والتصدي لها، ومن أول تسلسلات إيبولا التي نشأت في خيمة إلى عدد أكبر من الجينوات التي تحملها أسبوعياً، فإن التكنولوجيا أثبتت قيمتها، ولكنها ليست رصاصة فضية، وتتوقف النجاح على الهياكل الأساسية القوية، والموظفين المدربين، والأطر الأخلاقية، والتعاون الدولي.