استنساخ العلماء الفئران من خلايا الجلد المجففة بالتجميد ، وفتحوا الباب للحفظ البيولوجي

على السطح ، كان دورامي مجرد فأر عادي. نمت إلى وزن صحي ، وأنجبت صغارها ، وماتت بشكل طبيعي بالقرب من عيد ميلادها الثاني - ما يقرب من 70 عامًا في عمر الإنسان ، وهو أمر غير استثنائي تمامًا بالنسبة لفأر المختبر.

باستثناء شيء واحد: تم استنساخ Dorami من خلايا مجففة بالتجميد. وليس فقط أي خلية - لقد تم استنساخها من الخلايا الجسدية (الخلايا التي تشكل أجسامنا) بدلاً من الحيوانات المنوية أو البويضات.

دورامي هو أحدث محاولة في حملة استمرت عقودًا لاستخدام الاستنساخ كوسيلة للحفاظ على التنوع البيولوجي. انتصار دوللي الخراف أوضح أنه من الممكن إحياء الحيوانات باستخدام الخلايا الإنجابية. استحوذ حلم استعادة الحيوانات المنقرضة ، أو البنوك الحيوية الحالية ، على خيال العلماء منذ ذلك الحين. إحدى الطرق القوية للحفاظ على الحمض النووي للأنواع هي تخزين الحيوانات المنوية في النيتروجين السائل. عند درجة حرارة -320 درجة فهرنهايت تقريبًا ، يمكن تجميد الخلايا بمرور الوقت لسنوات.

لكن هناك عثرة واحدة. إن جمع الخلايا التناسلية من الحيوانات التي على وشك الانقراض أمر صعب للغاية - بعبارة ملطفة -. في المقابل ، فإن خدش بعض خلايا الجلد أو حلق بعض الفراء أمر بسيط نسبيًا. تحتوي هذه الخلايا على الحمض النووي الكامل للحيوان ، لكنها هشة.

الدراسة الجديدةبقيادة الدكتور تيروهيكو واكاياما في جامعة ياماناشي في اليابان ، حقق قفزة من الحيوانات المنوية إلى الجلد. نجح الفريق في استنساخ 75 فأرًا سليمًا من خلايا جسدية مجففة بالتجميد تم جمعها من متبرعين من الذكور والإناث ، وذلك من خلال تطوير وصفة عالية التقنية تجعل أي طاهٍ فاخر يشعر بالفخر. ذهب العديد من النسل ، بما في ذلك دورامي ، في إنجاب صغار خاصة بهم.

مع نسبة نجاح تقارب خمسة بالمائة على الأكثر - ومنخفضة تصل إلى 0.2 بالمائة - فإن هذه التقنية بعيدة كل البعد عن الكفاءة. لكن الاستراتيجية ترسم طريقاً نحو الصورة الأكبر: قدرتنا على تخزين الاختلافات الجينية وإنعاشها المحتمل للأنواع شبه المنقرضة.

إلى د. بن نوفاك، العالم الرئيسي في Revive & Restore ، تعتبر الدراسة تقدمًا مرحبًا به على الرغم من عيوبه. "من وجهة نظر الحفظ ، يُعد ابتكار طرق جديدة لأنواع الأنسجة القابلة للتكاثر في البنك الحيوي حاجة كبيرة ... لذلك من المثير حقًا رؤية هذا النوع من الاختراق" ، محمد.

كتاب طبخ الحفظ الحيوي

الخلايا مخلوقات صعبة. تخيل فقاعة مائية بها مصانع جزيئية صغيرة مرتبطة بجدرانها التي تشبه البالون. يمكن أن يتسبب تجميد الخلية بدون حماية في تكوين المكونات المائية لبلورات ثلجية حادة ، مما يؤدي إلى إتلاف المكونات الداخلية للخلية وثقب جدار الخلية. عند إعادة تسخينها إلى درجات الحرارة العادية ، مثل وسادة دبابيس متسربة ، لا تملك الخلية فرصة للبقاء على قيد الحياة.

توصل العلماء في النهاية إلى وصفة رابحة للحفاظ على الخلايا: المفتاح هو إضافة مادة كيميائية مضادة للتجمد وتخزين الخلايا في خزانات معدنية ثقيلة من النيتروجين السائل. يتم تعليق الخلايا في قوارير صغيرة داخل صناديق تنزلق إلى قفص معدني يشبه البرج. اعتمادًا على نوع الخلية ، يمكن الاحتفاظ بها لسنوات. المشكلة؟ الإعداد مكلف ويصعب صيانته وعرضة لانقطاع التيار الكهربائي. أي اضطرابات يمكن أن تسبب خسارة فادحة في جميع العينات. بالنسبة للتنوع البيولوجي ، ليس من الممكن دائمًا وجود مثل هذا الإعداد المتطور بالقرب من الحيوان.

يجب أن تكون هناك طريقة أفضل.

قبل سنوات ، ذهب واكاياما في حملة صليبية لدفع حدود التخزين الخلوي. ركز على طريقة واحدة محددة: التجفيف بالتجميد. تُعرف خلايا التجفيف بالتجميد في الغالب عند الرحالة ورواد الفضاء كطريقة للحفاظ على العناصر الغذائية في الطعام ، لتكون بسيطة نسبيًا. في مطلع القرن ، واكاياما وفريقه أظهر أنه ممكن لتجميد الحيوانات المنوية الجافة للتكاثر. كانت الوصفة قوية للغاية أبقى الحيوانات المنوية على قيد الحياة لسنوات على متن محطة الفضاء الدولية ، أثناء تعرضها للقصف بمستويات الإشعاع المحيطة. كما أدى إلى يعيش النسل بعد رميها في درج المكتب لعام بدون تحكم في المناخ.

الخلايا الجسدية هي مسألة مختلفة. على عكس الحيوانات المنوية ، فإن الخلايا التي تتكون منها أجسامنا هي أكثر عرضة لجزيئات الماء التي تعانق بنية الحمض النووي لدينا ، مع نواة أكثر هشاشة. عندما يتم تجميدها ، فهذا يعني أن الخلايا يمكن أن تتعرض لضرر أكبر بكثير ، مما يجعلها غير صالحة للاستنساخ.

كتب الفريق: "حتى الآن ، الخلايا الوحيدة التي أنتجت ذرية بعد التجفيف بالتجميد هي الحيوانات المنوية الناضجة [الحيوانات المنوية]".

وصفة جديدة

ذهب العمل الجديد إلى المستحيل: هل يمكننا استنساخ حيوان من خلايا جسدية مجففة بالتجميد؟

في الجولة الأولى من التجارب ، عزل الفريق خلايا من إناث الفئران التي عادة ما تدعم خلية البويضة. ألقوا الخلايا في مادتين كيميائيتين وقائتين وجففوا العينات في النيتروجين السائل. لم يكن الأمر جميلًا: فقد تحطم الغشاء الواقي لجميع الخلايا ، مع ظهور علامات تحطم - لكنها سليمة نسبيًا - الحمض النووي.

المضي قدمًا ، قام الفريق بعد ذلك بإعادة ترطيب العينة المجمدة بعد ما يصل إلى ثمانية أشهر في التخزين. من المسحوق الذي لا حياة له ، قاموا بعزل النوى ، وهي البنية الشبيهة بالبذور التي تحتوي على الحمض النووي ، وزرعوها في خلية بويضة تم امتصاص مادتها الوراثية. إنه مثل استبدال نص كتاب بآخر - تغيير معناه البيولوجي تمامًا.

أصبح الأمر أكثر تعقيدًا. لا يمكن لخلايا البويضات "المعدلة" الأولية هذه أن تتكاثر ، ويرجع ذلك على الأرجح إلى تلف الحمض النووي والخلل الوراثي. كحل بديل ، استخدم الفريق الخلايا لتشكيل خطوط خلوية جنينية متعددة. هؤلاء عمال مرنون ، وكفاءة خاصة في تصحيح تلف الحمض النووي.

بمجرد الازدهار ، قام الفريق بعد ذلك بامتصاص المادة الوراثية وحقنها في بيض الفئران ذات الفراء الأسود. تُركت الأجنة الناتجة لتتطور في الفئران ذات الفراء الأبيض - الأم البديلة. أخذت جميع الجراء الناتجة الفراء الأسود اللامع لمانحي الحمض النووي ، بأوزان وخصوبة طبيعية تمامًا.

وأوضح الفريق أنه "بعد النضج ، اخترنا بشكل عشوائي تسع إناث وثلاثة ذكور مستنسخة من الفئران للتزاوج مع فئران التجارب العادية". في غضون ثلاثة أشهر تقريبًا ، أنجبت جميع الفئران الأنثوية المستنسخة الجيل التالي - بأربعة أقدام وشوارب وعادات الفئران سليمة. بتكرار التجربة مع خلايا الجلد من طرف الذيل ، استنسخ الفريق عشرات الفئران الأخرى أو نحو ذلك.

الوصفة لم تسير كما هو مخطط لها بالضبط. في إحدى التجارب الغريبة ، استخدم الفريق خلايا من ذكور الفئران لاستنساخ الجيل التالي ، وأصبح كل النسل إناثًا. بالحفر بشكل أعمق ، وجدوا أن كروموسوم Y بطريقة ما - الذي يعين ذكرًا بيولوجيًا - قد ضاع أثناء العملية ، مما أدى إلى جزيرة Themyscira. بالنسبة للمؤلفين ، إنها مشكلة في العملية ، ولكنها ليست انفجارًا للاستخدام العملي. وقالوا: "تشير هذه النتائج إلى أنه حتى في حالة حدوث فقدان للكروموسوم Y ، فلا يزال من الممكن استخدام هذه التقنية في الموارد الجينية المتاحة في الظروف القصوى ، مثل الأنواع المنقرضة تقريبًا".

مكتبة للحفظ؟

هذه التقنية بعيدة كل البعد عن الكمال. إنه ممل ، وله معدلات نجاح منخفضة ، ولا يزال يتطلب درجات حرارة تخزين في المجمد تجعله عرضة لفشل شبكة الطاقة.

إلى الدكتورة ألينا بانس من جامعة هيرتفوردشاير ، والتي لم تشارك في الدراسة ، فإن السؤال الأهم هو كم من الوقت يمكن تخزين المادة الجينية. "سيكون من الأهمية بمكان إظهار التخزين الموسع وغير المحدود في هذه الظروف لهذا النظام لتوفير حماية فعالة طويلة الأجل للأنواع والعينات" ، محمد.

يتفق المؤلفون على أن هناك المزيد من الألغاز. قد يواجه الجسم وقتًا أكثر صعوبة في إصلاح تلف الحمض النووي في الخلايا الجسدية مقارنة بالحيوانات المنوية ، والتي تسحب طاقتها من تطوير بويضة تعمل بكامل طاقتها. هُم علم التخلق- الذي ينظم كيفية تشغيل الجينات أو إيقاف تشغيلها - قد يتم إفساده أيضًا بسبب إعادة البرمجة غير المكتملة.

في النهاية ، هذه فقط الخطوة الأولى. الخلايا الجسدية أسهل في الالتقاط مقارنة بالخلايا الإنجابية ، خاصة بالنسبة للحيوانات المصابة بالعقم أو الأحداث. القيام بذلك أسهل وأرخص ميزة إضافية. يتطلع الفريق الآن إلى التقاط المواد الجينية من الجثث أو البراز لتوسيع النطاق.

قال بانس: "النهج الموصوف في هذا العمل يقدم بديلاً عن الأساليب المصرفية الحالية ، وبالتأكيد فإن السماح بمزيد من درجات الحرارة المتساهلة سيكون ميزة كبيرة".

الصورة الائتمان: واكاياما وآخرون al./Nature Communications