Article image
مصدر الصورة: إم إس تك / مراكز السيطرة على الأمراض



يعتمد الباحثون الذين يسابقون الزمن لتتبع تطور كوفيد على نظام غير معروف طوره بعض الباحثين الشباب في إسكتلندا.

2021-08-18 13:00:09

18 أغسطس 2021

في مارس، عندما بدأت الإصابات بكوفيد تتفاقم في كافة أنحاء الهند، قررت باني جولي أن تبحث عن الإجابات داخل الرمز الجيني للفيروس.

وقد كان بعض الباحثين في المملكة المتحدة قد أثاروا ضجة عالمية هائلة بالإعلان عن أن تفاقم تلك الإصابات يعود إلى متحور جديد من كوفيد باسم B.1.1.7 -الذي سيُعرف قريباً باسم ألفا- وقد توقعت جولي -وهي طالبة دكتوراه في السنة الثالثة في معهد الجينوم والبيولوجيا التكاملية في نيودلهي، الذي يتبع للمجلس الاستشاري للأبحاث العلمية والصناعية- أن تجد أن هذا المتحور هو الذي أدى إلى تفاقم الإصابات في بلادها أيضاً.

وبما أن معهدها كان في مقدمة المؤسسات البحثية التي تدرس كوفيد في الهند، كانت قادرة على الوصول إلى الآلاف من التتابعات الجينية لعينات كوفيد المأخوذة من كافة أنحاء البلاد. ولهذا، بدأت بدراستها عبر برنامج يقوم بتصنيفها وفق فروع شجرة عائلة كوفيد.

وبدلاً من العثور على تكتلات كثيفة من إصابات B1.1.7، وجدت جولي مجموعة من التتابعات التي لم تكن مطابقة لأي متحور معروف، وبعضها يتضمن تحولين للبروتين الشوكي، وهي تحولات يُعتقد أنها تجعل الفيروس أشد خطورة.

تحدثت جولي مع المشرف، الذي اقترح أن تتواصل مع مختبرات تتابعات جينية أخرى في الهند. وقد أظهرت بيانات تلك المختبرات أيضاً علامات تدل على أن إحدى الجائحات المحلية أدت إلى ظهور عائلة جديدة من الفيروس.

وخلال فترة قصيرة، وصلت أخبار التطور الجديد إلى الصحافيين، وبدأت جولي ترى مقالات حول “المتحول المزدوج” و”المتحور الهندي”.

وأدركت أن الباحثين يمكن أن يعملوا بشكل أفضل بإطلاق اسم مفيد على هذا المتحور بدلاً من اسم مرعب ورنان من اختيار الصحافة. وهكذا، ذهبت إلى مكان حيث توجد مجموعة صغيرة من العلماء تقوم بتسمية المتحورات الجديدة، وهي صفحة على موقع (GitHub) تشرف عليها حفنة من المتطوعين من حول أنحاء العالم، ويدير هذه المجموعة بشكل أساسي طالب دكتوراه في إسكتلندا.

ويشرف هؤلاء على نظام يسمى بانجو، الذي أصبح -دون إثارة الكثير من الضجيج- عنصراً أساسياً في أبحاث كوفيد على مستوى العالم؛ فقد ساعدت أدواته البرمجية ونظام التسمية فيه الكثير من العلماء في مختلف أنحاء العالم على استيعاب وتصنيف ما يقارب 2.5 مليون عينة من الفيروس.

وفي أبريل، نشرت جولي تتابعاتها على صفحة (GetHub)، مرفقة بشرح حول سبب اعتبارها بمنزلة تغير هام في الفيروس. (كانت جولي المستخدم الثاني الذي يعلن عن المتحور الجديد، فقد سبقها باحث في المملكة المتحدة في الإعلان عنه ببضعة أيام). وبسرعة، قام فريق بانجو بصياغة اسم جديد: B.1.17. وتتضمن هذه العائلة المتحور الشهير القابل للانتقال المعروف حالياً في وسائل الإعلام باسم: دلتا.

تقول جولي: “يسهل نظام بانجو على الجميع تنسيق مشاهداتهم وملاحظاتهم واكتشافاتهم؛ فإذا كانت الملاحظات متباينة، فمن السهل للغاية أن نبلغ مثلاً عما اكتشفناه في الهند، بحيث يستطيع الآخرون تتبعه في مناطق أخرى”.

يعتمد الكثيرون في كافة أنحاء العالم على نظام بانجو لفهم تطور كوفيد، مثل الباحثين ومسؤولي الصحة العامة والصحافيين. ولكن القليلين منهم يدركون أن هذا العمل بأسره -على غرار جهود أخرى كثيرة في المجال الناشئ الذي يركز على جينات كوفيد- يعتمد على جهود فريق صغير من الباحثين الشباب الذين أجلوا أعمالهم الخاصة لبنائه.

بيانات أكثر من اللازم 

قد يكون من السهل أن نفترض وجود عملية رسمية ومجربة لتسمية الفروع الجديدة من شجرة عائلة الفيروس مع تطوره أثناء إصابته للشخص تلو الآخر. وهو أمر متوقع، فقد بدأ الباحثون يستخدمون التتابعات الجينية لدراسة الفيروسات منذ عقدين.

ولكن هذا العمل كان مقتصراً على بيانات بمقدار أصغر مما نراه حالياً بعدة مراتب، كما أنه لم يُشارك بين عدة علماء من قارات مختلفة كما في حالة تتابعات كوفيد إلا فيما ندر. وبالتالي، لم تكن هناك حاجة حقيقية إلى تطوير أسماء معيارية.

في مارس من العام 2020، عندما أعلنت منظمة الصحة العالمية تصنيف كوفيد كوباء، كانت قاعدة بيانات التتابعات العامة (GISAID) تتضمن 524 تتابعاً. وخلال الشهر التالي، قام العلماء بتحميل 6,000 تتابع آخر. وبحلول نهاية مايو، وصل الإجمالي إلى أكثر من 35,000 تتابع. (وللمقارنة، أضاف العلماء من جميع أنحاء العالم 40,000 تتابع لفيروس الأنفلونزا إلى GISAID على مدار العام 2019 بالكامل).

يقول أندرسون بريتو، وهو باحث في مرحلة ما بعد الدكتوراه في مدرسة يال للصحة العامة، وأحد المساهمين في بانجو: “دون وجود اسم، لا داعي لتجشم عناء المحاولة، فلن نتمكن من فهم ما يقوله الآخرون”.

ومع تزايد عدد تتابعات كوفيد، اضطر الباحثون الذين يحاولون دراستها إلى وضع بنية تحتية ومعايير جديدة بالكامل، وعلى وجه السرعة. لقد كان نظام التسمية العالمي أحد أهم عناصر هذا العمل؛ فمن دونه، سيجد العلماء صعوبة كبيرة في التواصل مع بعضهم البعض حول انتقال وتغير الأجيال المختلفة من الفيروسات، سواء لطرح تساؤل، أو -وهو الأهم- إطلاق جرس الإنذار.

من أين أتى بانجو؟

في أبريل من العام 2020، اقترحت مجموعة من أخصائيي الفيروسات في المملكة المتحدة وأستراليا نظاماً من الأحرف والأرقام لتسمية السلالات أو الفروع الجديدة لعائلة كوفيد. وكانت هذه الطريقة تعتمد على منطق معين وتراتبية محددة، على الرغم من أن الأسماء التي نتجت عنها -مثل B.1.1.7- كانت طويلة بعض الشيء.

كانت آين أوتول، وهي مرشحة للدكتوراه في جامعة إدنبره، واحدة من مؤلفي البحث، وأصبحت -بسرعة- الشخص الأساسي الذي يقوم بعملية التصنيف والترتيب، وفي نهاية المطاف، بدأت تعمل على تصنيف ودراسة مئات الآلاف من التتابعات بالطريقة اليدوية.

“دون وجود اسم، لا داعي لتجشم عناء المحاولة، فلن نتمكن من فهم ما يقوله الآخرون”.

– أندرسون بريتو، مدرسة يال للصحة العامة

وتقول: “في البداية، كان ترتيب التتابعات يقع على عاتق أي شخص متاح من أفراد المجموعة. وأصبحت تلك المهمة من اختصاصي بنسبة كبيرة. وأعتقد أنني لم أكن مدركة تماماً للنطاق الذي سيصل إليه العمل”.

بدأت أوتول على الفور ببناء برنامج يوزع الجينومات الجديدة على السلالات الموافقة. وبعد ذلك بفترة قصيرة، قامت باحثة أخرى في مرحلة ما بعد الدكتوراه، إميلي شير، ببناء خوارزمية تعلم آلي لتسريع العمل.

أطلق الباحثون على البرنامج اسم بانجولين، وهو بمثابة إشارة ساخرة إلى الجدل الدائر حول الحيوان الذي نشأ منه الفيروس. أما الآن، فقد أصبح النظام بأسره معروفاً ببساطة باسم بانجو.

وبسرعة، تحول نظام التسمية والبرنامج اللازم لتطبيقه إلى أداة ضرورية على مستوى العالم. وعلى الرغم من أن منظمة الصحة العالمية بدأت تستخدم مؤخراً الأحرفَ الإغريقية للمتحورات المثيرة للقلق، مثل دلتا، فإن هذه الألقاب مخصصة للاستخدام العام والإعلامي. وفي الواقع، فإن دلتا يشير إلى عائلة متزايدة من المتحورات، التي يتعامل معها العلماء بأسمائها الدقيقة المصاغة وفق نظام بانجو: (B.1.617.2, AY.1, AY.2, and AY.3).

تقول جولي: “عندما ظهر ألفا في المملكة المتحدة، أتاح لنا بانجو البحث عن تحولاته بسهولة فائقة في جينوماتنا للتحقق من وجود تلك السلالة في بلادنا أيضاً. ومنذ ذلك الحين، استُخدم بانجو كعنصر أساسي في الإبلاغ عن المتحورات ومراقبتها في الهند”.

يقدم بانجو مقاربة منطقية ومرتبة للقيام بعمل يمكن أن يتدهور بسرعة نحو الفوضى، ولهذا فقد يؤدي إلى تغيير طريقة تسمية العلماء للسلالات الفيروسية إلى الأبد، ما يسمح للخبراء من جميع أنحاء العالم بالعمل معاً وفق لغة مشتركة. يقول بريتو: “من الأرجح أن هذه الصيغة ستتحول إلى معيار معتمد في تتبع أي فيروس جديد آخر”.

تم تطوير الكثير من الأدوات التأسيسية لتتبع جينومات كوفيد -والإشراف عليها أيضاً- من قِبل علماء في بداية حياتهم المهنية، مثل أوتول وشير، على مدى السنة والنصف الماضية. ومع تصاعد الحاجة إلى التعاون العالمي لمواجهة كوفيد، سارع العلماء إلى دعم هذا التعاون ببِنى تحتية ارتُجلت على عجل، مثل بانجو. وقد وقع عبء هذا العمل بنسبة كبيرة على عاتق الباحثين الشباب بعمر العشرينيات والثلاثينيات من ذوي المعرفة التكنولوجية العالية. وقد استخدم هؤلاء الباحثون شبكات وأدوات غير رسمية ومفتوحة المصدر، ما يعني أن استخدامها كان مجانياً، وأن أي شخص كان قادراً على التطوع لإضافة التعديلات والتحسينات.

تقول أنجيلا هينريك، وهي أخصائية بالمعلوماتية البيولوجية في جامعة كاليفورنيا سانتا كروز، وقد انضمت إلى المشروع في وقت سابق من هذه السنة: “غالباً ما يكون الباحثون الذين يعملون على أحدث التكنولوجيات الجديدة من طلبة الدراسات العليا والباحثين في مرحلة ما بعد الدكتوراه”. وعلى سبيل المثال، فإن أوتول وشير تعملان في مختبر أندرو رامبو، وهو أخصائي جينات وبائية نشر أول التتابعات الخاصة بكوفيد للعموم بعد تلقيها من علماء صينيين. تقول هينريك: “لقد شاءت الصدفة أن تكونا في المكان المثالي لتقديم هذه الأدوات التي أصبحت أساسية بشكل مطلق”.

البناء بسرعة

لم يكن هذا العمل سهلاً على الإطلاق؛ فخلال معظم فترة العام 2020، تحملت أوتول عبء مسؤولية تحديد وتسمية السلالات الجديدة بنفسها. وعلى الرغم من إغلاق الجامعة، فقد حصلت بالاشتراك مع فيريتي هيل -وهي طالبة دكتوراه أخرى لدى رامبو- على إذن للدخول إلى المكتب. وقد كانت تنقلاتها اليومية، حيث تسير مدة 40 دقيقة من شقتها التي تعيش فيها وحيدة إلى الجامعة، مصدراً للشعور باستعادة شيء من الحياة الطبيعية.

وفي كل بضعة أسابيع، كانت أوتول تقوم بتحميل مخزن كوفيد الكامل من قاعدة بيانات GISAID، التي كانت تتضخم أُسِّياً في كل مرة. وبعد ذلك، كانت تبحث عن مجموعات الجينومات التي تتضمن تحولات متشابهة، أو أية أشياء غريبة أو مصنفة بشكل خاطئ.

“لكم أن تتخيلوا عناء تفحص 20,000 تتابع من 100 مكان مختلف من كافة أنحاء العالم. لقد رأيت تتابعات من أماكن لم أسمع بها حتى من قبل”.

– آين أوتول، جامعة إدنبره

وعندما كانت تواجه مشكلة صعبة، كان رامبو وهيل وغيرهم من العاملين في المختبر يشاركون في مناقشة التسميات. ولكن العبء الأكبر من العمل كان يقع على عاتقها.

إن اتخاذ القرار حول أحقية سلالة فيروس ما باسم عائلة جديد قد يكون فناً بقدر ما هو علم. وقد كانت عملية مرهقة، تتطلب تفحص أعداد هائلة من الجينومات، والتساؤل مرة تلو الأخرى: أهذا متحور جديد من كوفيد أم لا؟

تقول أوتول: “لقد كان عملاً مضنياً. ولكنه كان أيضاً يبعث على التواضع”، ولكم أن تتخيلوا عناء تفحص 20,000 تتابع من 100 مكان مختلف من كافة أنحاء العالم. لقد رأيت تتابعات من أماكن لم أسمع بها حتى من قبل”.

ومع مرور الوقت، كانت أوتول تبذل جهوداً كبيرة لمجاراة الأعداد الكبيرة من الجينومات الجديدة التي يجب تصنيفها وتسميتها.

وفي يونيو من العام 2020، وصل عدد التتابعات المخزنة في قاعدة بيانات GISAID إلى 57,000، وكانت أوتول قد صنفتها في 39 متحور. وبحلول نوفمبر من العام 2020، أي بعد شهر من موعد تسليم أطروحتها، تفحصت أوتول البيانات لآخر مرة. واحتاجت إلى 10 أيام لتفحص جميع التتابعات، التي كان عددها قد وصل إلى 200,000. وعلى الرغم من أن كوفيد طغى على أبحاثها حول فيروسات أخرى، فسوف تضيف فصلاً عن بانجو إلى أطروحتها.

من حسن الحظ، كان برنامج بانجو مصمماً للتكيف مع العمل الجماعي، وبدأ آخرون يعملون. وظهرت مجموعة على الإنترنت للقيام بهذا العمل وبدأت تنمو، وهي المجموعة التي لجأت إليها جولي عندما لاحظت اكتساح المتحور للهند. أما في هذه السنة، فإن أوتول تعمل بشكل غير مباشر في أغلب الأحيان. وحالياً، يتم تصنيف معظم السلالات الجديدة عندما يتواصل أخصائيو الأوبئة مع أوتول وبقية الفريق عبر تويتر، والبريد الإلكتروني، وموقع GitHub، وهو طريقتها المفضلة.

وتقول: “الآن، أصبح العمل أقرب إلى منحى رد الفعل؛ فإذا كانت مجموعة من الباحثين تعمل على بعض البيانات في مكان ما من العالم، واعتقدوا أنهم اكتشفوا سلالة جديدة، يمكن أن يقدموا طلباً لتصنيفها”.

أما تدفق البيانات، فلم يتوقف. وفي الربيع المنصرم، أقام الفريق “سباق بانجو”، وهو أقرب إلى مسابقة قرصنة برمجية قاموا فيها بتصنيف 800,000 تتابع إلى 1,200 سلالة.

تقول أوتول: “لقد أعطينا نفسنا مهلة 3 أيام كاملة، ولكننا احتجنا إلى أسبوعين”.

ومنذ ذلك الحين، قام فريق بانجو بضم المزيد من المتطوعين، مثل الباحث هيندريكس من جامعة كاليفورنيا سانتا كروز والباحث بريتو من يال، اللذين بدءاً بالمشاركة في هذا العمل بطرح آرائهما على تويتر وصفحة GitHub. كما أن الباحث كريس روس في مرحلة ما بعد الدكتوراه في جامعة كامبريدج قرر أن يركز اهتمامه على مساعدة أوتول في التعامل مع ضغط الطلبات المقدمة على GitHub.

ومؤخراً، طلبت أوتول منهم أن ينضموا إلى المنظمة رسمياً كجزء من شبكة بانجو المشكلة حديثاً باسم لجنة تصنيف السلالات، التي تناقش أسماء المتحورات وتتخذ القرارات حولها. وتقوم لجنة أخرى تتضمن مدير المختبر رامبو باتخاذ القرارات الأعلى مستوى.

تقول أوتول: “لدينا موقع ويب وبريد إلكتروني مختلف عن بريدي الإلكتروني الشخصي. لقد أصبحت العملية أكثر رسمية وتنظيماً، وأعتقد أن هذا سيساعدنا على التوسع”.

المستقبل

مع تضخم البيانات، بدأت تظهر بعض المشاكل. فحالياً، يوجد ما يقارب 2.5 مليون تتابع في قاعدة بيانات GISAID، التي وزعها الفريق على 1,300 فرع. ويتوافق كل فرع مع متحور معين. ووفقاً لمنظمة الصحة العالمية، توجد ثمانية متحورات يجب مراقبتها باستمرار.

وبوجود الكثير من البيانات التي يجب معالجتها، فقد بدأ البرنامج يرزح تحت الضغط. وبدأت الأخطاء تظهر في التسميات والتصنيفات. ونظراً لتطور الفيروس وفق أفضل التحولات بشكل متكرر، فإن الكثير من السلالات تبدو متشابهة.

وكإجراء مؤقت، قام الفريق ببناء برنامج جديد يعتمد على طريقة تصنيف مختلفة، ويستطيع التقاط الأشياء التي قد لا يتمكن بانجو من تمييزها.

ولكن، يجب ألا ننسى أنه لم يسبق لأي نظام أن تعامل مع هذا السيل الهائل من البيانات حول تحول الفيروسات؛ لقد أصبح كوفيد الفيروس الخاضع لأعلى درجة من المراقبة على الإطلاق، كما أنها المرة الأولى التي يتمكن فيها العلماء من رصد تغيرات الفيروس مع انتقاله بين البلدان.

تقول جولي: “لقد أمكن تحقيق كل هذا بفضل الأشخاص الذين يشاركون بياناتهم وأدواتهم”.

ومع اضطرار العلماء لابتكار وسائل للتواصل مع بعضهم البعض، اضطروا أيضاً إلى تعلم أساليب التواصل مع العامة. ويبدو الأمر الآن “أشبه بحلم غريب”، وفقاً لأوتول التي تتحدث عن مشاهدتها لوسائل الإعلام وهي تستخدم هذه الأسماء ذات الطابع الاختصاصي الاحترافي.

وتضيف قائلة: “لقد كنا نستخدم هذه الأسماء طوال السنة، وكان أمراً مفيداً للغاية للأوساط العلمية، غير أن اسماً مثل B.1.1.7 لم يكن مصمماً على الإطلاق للاستخدام في نشرة أخبار بي بي سي. لقد كان التعرض إلى هذه الدرجة من التدقيق العام تجربة تعليمية كبيرة”.

والآن، ما زال فريق بانجو يعمل خلف الكواليس على تتبع تطور كوفيد بحيث يستطيع العلماء من كافة أنحاء العالم العمل معاً على إيقاف الوباء.

يقول بريتو: “تتحدث وسائل الإعلام طوال الوقت حول المتحور دلتا والمتحور ألفا، كما أن سي إن إن برازيل تتحدث حول تحديد التتابعات للجينومات، وتقول: سيتم تحديد السلالة وسنحصل على تقرير خلال بضعة أيام… وهو أمر لم نكن حتى لنتخيله منذ سنتين”.

هذا المقال جزء من مشروع تكنولوجيا مواجهة الجائحة الذي تدعمه مؤسسة روكفيلر.