طبق مطالعه‌ای جدید، بررسی نشانه‌های شیمیایی روی تنها دو بخش از DNA انسان می‌تواند سن تقویمی فرد را با دقتی در حدود ۱٫۳۶ سال تخمین بزند – البته در صورتی که فرد زیر ۵۰ سال سن داشته باشد.
این تحقیق در دانشگاه عبری اورشلیم انجام شده است، جایی که پروفسور «تامی کاپلان» و همکارانش یک مدل یادگیری عمیق به نام MAgeNet را برای خواندن الگوهای متیلاسیون در سطح مولکول‌های منفرد DNA آموزش دادند.
«به نظر می‌رسد گذر زمان ردپایی قابل اندازه‌گیری روی DNA ما می‌گذارد»
— پروفسور کاپلان
متیلاسیون DNA؛ ساعتی مولکولی برای سن
متیلاسیون چیست و چرا اهمیت دارد؟
متیلاسیون DNA یک فرآیند شیمیایی است که در آن گروه‌های متیل به نقاط خاصی از DNA اضافه می‌شوند. این تغییرات در طول زمان به‌صورت پایدار و قابل پیش‌بینی رخ می‌دهند، به همین دلیل دانشمندان بیش از یک دهه است که از آن به‌عنوان «ساعت مولکولی» استفاده می‌کنند.
تفاوت MAgeNet با مدل‌های قبلی
برخلاف مدل‌های پیشین که صدها نقطه مختلف روی ژنوم را بررسی می‌کردند، MAgeNet تنها روی دو ناحیه خاص تمرکز می‌کند. این مدل با استفاده از هزاران قطعه DNA از همان دو ناحیه، الگوهای متیلاسیون را تحلیل کرده و بیش از ۱۳۰ هزار الگوی ممکن را ارزیابی می‌کند تا سن دقیق را پیش‌بینی کند.
چرا تنها دو ناحیه کافی است؟
مقایسه با مدل‌های پیشین
- مدل Horvath (2013): از ۳۵۳ نقطه CpG استفاده می‌کرد، اما میانگین خطای ۴ ساله داشت.
- مدل GP-age: با استفاده از ۳۰ نقطه CpG خطا را به ۲ سال کاهش داد، ولی به داده‌های بلوری و غیر دقیق وابسته بود.
- روش Pyrosequencing: لیست را به ۵ نقطه کاهش داد، اما همچنان خطای میانگین ۳٫۹ سالی باقی ماند.
مدل جدید MAgeNet با تمرکز بر الگوهای ترکیبی (نه فقط میانگین‌ها)، دقتی تقریباً دو برابر بیشتر از مدل‌های پیشین ارائه می‌دهد.
سن‌سنجی سلولی؛ راهی به‌سوی درمان‌های شخصی‌سازی‌شده
پایداری نتایج، مستقل از سبک زندگی
پیش‌بینی‌های MAgeNet تحت تأثیر شاخص توده بدنی، سابقه سیگار کشیدن یا جنسیت قرار نمی‌گیرند. این موضوع نشان می‌دهد که امضاهای دو نقطه‌ای DNA به تغییرات سبک زندگی مقاوم هستند.
کاربردهای درمانی
این پایداری به پزشکان کمک می‌کند تا برنامه درمانی را بر اساس سن سلولی فرد تنظیم کنند، نه صرفاً سن تقویمی – مسئله‌ای بسیار مهم در آزمایش‌های درمانی نوظهور که بر پیری زیستی تمرکز دارند.
دوام در طول زمان
مطالعه‌ای روی ۵۲ ساکن اورشلیم در طول یک دهه نشان داد که تفاوت‌های اولیه بین سن تقویمی و سن پیش‌بینی‌شده ثابت مانده‌اند. این یافته حاکی از آن است که برچسب‌های متیلاسیون همچون مهر زمان عمل می‌کنند و با تغییرات کوتاه‌مدت سلامت تغییر نمی‌کنند.
حداقل نمونه، حداکثر دقت
مدل MAgeNet تنها با ۵۰ مولکول DNA می‌تواند سن را تخمین بزند. بنابراین حتی با یک خراش کوچک از نوک انگشت کودک یا نمونه آرشیوی خون نوزاد می‌توان فهمید که آیا درمان‌های رشد در مسیر تسریع یا کند شدن روند زیستی کودک هستند یا خیر.
نقش حیاتی در پزشکی قانونی
سن‌یابی متهم از روی DNA
متخصصان پزشکی قانونی سال‌ها به‌دنبال ابزاری برای تعیین سن مظنون از روی پروفایل DNA بودند. اما فناوری‌های موجود به مقدار زیادی بافت نیاز داشتند.
حال، تیم دانشگاه عبری با کاهش تعداد نسخه‌های ژنومی به اندازه تنها ۲۰ کپی DNA همچنان توانستند خطا را زیر ۴ سال نگه دارند – که برای محدوده سنی متداول در تحقیقات جنایی، کاملاً قابل قبول است.
نتایج از مایعات بدن
- ادرار: دقت ۲٫۵ سال
- بزاق: دقت پایین‌تر با خطای ۶٫۴ سال
این نتایج نشان می‌دهد که بازآموزی مدل با داده‌های متناسب با نوع سلول می‌تواند دقت در دادگاه را افزایش دهد.
بیشتر مظنونان زیر ۴۰ سال هستند، جایی که MAgeNet به دقت زیر یک سال می‌رسد.
چرا بعد از ۶۰ سالگی ساعت دچار خطا می‌شود؟
پرسش بی‌پاسخ دانشمندان
هنوز مشخص نیست که چرا برخی خوشه‌های CpG با دقت بالا حرکت می‌کنند، در حالی که برخی دیگر تصادفی عمل می‌کنند. نویسندگان حدس می‌زنند که جایگاه نوکلئوزوم‌ها و سرعت آنزیم‌های محلی در این فرآیند نقش داشته باشند.
همچنین، آن‌ها اشاره می‌کنند که بعد از ۶۰ سالگی، خطای مدل افزایش می‌یابد که ممکن است ناشی از:
- نویز اپی‌ژنتیکی انباشته
- بقای انتخابی انواع خاصی از سلول‌های خونی باشد
گام‌های بعدی پژوهش
- استفاده از شناسه‌های مولکولی در PCR برای حذف خوانش‌های تکراری
- گسترش جامعه نمونه‌گیری برای آزمون تأثیر عواملی چون نژاد، بیماری‌های مزمن یا شرایط محیطی شدید
هدف نهایی این است که مشخص شود آیا همه سلول‌ها در سراسر دنیا با یک ساعت مولکولی حرکت می‌کنند یا عوامل خارجی می‌توانند آن را تغییر دهند.
