تويت
أنجز باحثو المختبر الأوروبي للبيولوجيا الجزيئية بمركز هايدلبرغ بألمانيا، بمعاونة باحثي كلية الطب بجامعة بادوفا الإيطالية، أول وصف كامل للمراحل المبكرة من تطور الجنين ، عبر إعطاء معلومات مفصلة عن كل خلية من خلايا الجنين. سيساعد هذا (الجنين الافتراضي) على فهم نشأة خلايا الجسم المتنوعة من خلية واحدة (البيضة المُلقحة). نُشرت نتائج الدراسة في مجلة Cell في 20 إبريل 2020.
يقول الدكتور بيير نيفو، قائد فريق المختبر الأوروبي للبيولوجيا الجزيئية: «كيف تنشأ خلايا متنوعة من بيضة مُلقحة، التي هي مجرد خلية واحدة؟ إنه أحد أهم الأسئلة الأساسية في علم الأحياء»، مُبينًا الأساس المنطقي وراء الأبحاث التي أجراها فريقه بالتعاون مع فريق الدكتور لارس هوفناغل.
رغم ضرورة الإجابة عن هذا السؤال، لفهم كيفية تشكل الكائنات متعددة الخلايا، فإن دراسة آليات النمو التي تقود هذا التنوع الخلوي، سواءً على مستوى الخلية الواحدة، أو على نطاق الجينوم، أو الجنين بالكامل، مهمةٌ صعبة. تشرح الدكتورة هانا سلاديتشيك، الباحثة بجامعة بادوفا، المؤلفة الرئيسية للدراسة: «حتى الآن نفتقر إلى فهم شامل لنُظم التعبير الجيني ، التي تُعطي كل خلية التعليمات، لتشكيل أنواع الخلايا المختلفة اللازمة لبناء الجنين». ورغم التقدم المتحقق في هذا المجال، ما زلنا لم نتوصل إلى نموذج لكيفية تكون الجنين بالكامل، أو كيفية إعطاء كل خلية معلومات مفصلة محددة في وقت محدد.
تمكن باحثو المختبر الأوروبي للبيولوجيا الجزيئية من حل هذه المعضلة عبر بناء (جنين افتراضي) من فالوشيا ماميلاتا (Phallusia mammillata)، وهو نوع من الكائنات البحرية، معروف باسم بَخّ البحر. اختير هذا النوع بوصفه نموذجًا لارتباطه -تطوريًا- بالفقاريات، ولامتلاك أفراده نفس عدد الخلايا، ما يُسهل جمع الملاحظات من عدة عينات.
يعطينا هذا الجنين الافتراضي تصورًا عن التعبير الجيني وهيئة كل خلية، عند كل انقسام في المراحل المبكرة من تكون الجنين، ما يُظهر التطور من خلية واحدة إلى مرحلة 64 خلية. وهو النموذج الأول من نوعه للتطور الجنيني المبكر، ويعطينا تفاصيل كل خلية من خلايا الجنين، ويصف كلًّا من التعبير الجيني (كيفية التعبير عن المعلومات الوراثية للخلية وظهورها) والموقع المكاني (ثلاثي الأبعاد) للخلية.
لتكوين هذا الأطلس الشامل، استخدم الباحثون أجهزةً عالية الدقة تفحص مستوى التعبير الجيني لكل خلية، عبر قياس الحمض النووي والتصوير الضوئي.
صرح الدكتور نيفو: «يُظهر نموذجنا إمكانية معرفة موقع الخلية وتاريخها، عبر تحليل تعبيرها الجيني. ورغم التنظيم الدقيق للتعبير الجيني داخل الجنين، تفسر الاختلافات في توقيت النمو الجنيني التباين الفردي الملحوظ بين الأجنة».
كان الاعتقاد عمومًا أن التعبير الجيني عملية تتصف بالعشوائية، لكن النتائج الجديدة تظهر أنه قابل للتكرار بدرجة ملحوظة، ومُنسق عبر خلايا الجنين. يتساءل الدكتور نيفو: «كيف يتحقق هذا التناسق؟ وكيف يُنسق الجنين بين نصفيه المتناظرين؟»، مشيرًا بذلك إلى بعض الأسئلة الجديدة التي يود العلماء الإجابة عنها.
يقول الدكتور هوفناغل: «تُمثل دراستنا قفزةً إلى الأمام في مجال علم الوراثة المتعلق بالنمو. اعتمدت دراستنا الحالية على كائن قليل الخلايا، لذا سيكون من المثير للاهتمام أن تمتد دراستنا إلى كائنات تحتوي عددًا أكبر من الخلايا، مثل الثدييات».
يقول الدكتور بيير نيفو، قائد فريق المختبر الأوروبي للبيولوجيا الجزيئية: «كيف تنشأ خلايا متنوعة من بيضة مُلقحة، التي هي مجرد خلية واحدة؟ إنه أحد أهم الأسئلة الأساسية في علم الأحياء»، مُبينًا الأساس المنطقي وراء الأبحاث التي أجراها فريقه بالتعاون مع فريق الدكتور لارس هوفناغل.
رغم ضرورة الإجابة عن هذا السؤال، لفهم كيفية تشكل الكائنات متعددة الخلايا، فإن دراسة آليات النمو التي تقود هذا التنوع الخلوي، سواءً على مستوى الخلية الواحدة، أو على نطاق الجينوم، أو الجنين بالكامل، مهمةٌ صعبة. تشرح الدكتورة هانا سلاديتشيك، الباحثة بجامعة بادوفا، المؤلفة الرئيسية للدراسة: «حتى الآن نفتقر إلى فهم شامل لنُظم التعبير الجيني ، التي تُعطي كل خلية التعليمات، لتشكيل أنواع الخلايا المختلفة اللازمة لبناء الجنين». ورغم التقدم المتحقق في هذا المجال، ما زلنا لم نتوصل إلى نموذج لكيفية تكون الجنين بالكامل، أو كيفية إعطاء كل خلية معلومات مفصلة محددة في وقت محدد.
تمكن باحثو المختبر الأوروبي للبيولوجيا الجزيئية من حل هذه المعضلة عبر بناء (جنين افتراضي) من فالوشيا ماميلاتا (Phallusia mammillata)، وهو نوع من الكائنات البحرية، معروف باسم بَخّ البحر. اختير هذا النوع بوصفه نموذجًا لارتباطه -تطوريًا- بالفقاريات، ولامتلاك أفراده نفس عدد الخلايا، ما يُسهل جمع الملاحظات من عدة عينات.
يعطينا هذا الجنين الافتراضي تصورًا عن التعبير الجيني وهيئة كل خلية، عند كل انقسام في المراحل المبكرة من تكون الجنين، ما يُظهر التطور من خلية واحدة إلى مرحلة 64 خلية. وهو النموذج الأول من نوعه للتطور الجنيني المبكر، ويعطينا تفاصيل كل خلية من خلايا الجنين، ويصف كلًّا من التعبير الجيني (كيفية التعبير عن المعلومات الوراثية للخلية وظهورها) والموقع المكاني (ثلاثي الأبعاد) للخلية.
لتكوين هذا الأطلس الشامل، استخدم الباحثون أجهزةً عالية الدقة تفحص مستوى التعبير الجيني لكل خلية، عبر قياس الحمض النووي والتصوير الضوئي.
صرح الدكتور نيفو: «يُظهر نموذجنا إمكانية معرفة موقع الخلية وتاريخها، عبر تحليل تعبيرها الجيني. ورغم التنظيم الدقيق للتعبير الجيني داخل الجنين، تفسر الاختلافات في توقيت النمو الجنيني التباين الفردي الملحوظ بين الأجنة».
كان الاعتقاد عمومًا أن التعبير الجيني عملية تتصف بالعشوائية، لكن النتائج الجديدة تظهر أنه قابل للتكرار بدرجة ملحوظة، ومُنسق عبر خلايا الجنين. يتساءل الدكتور نيفو: «كيف يتحقق هذا التناسق؟ وكيف يُنسق الجنين بين نصفيه المتناظرين؟»، مشيرًا بذلك إلى بعض الأسئلة الجديدة التي يود العلماء الإجابة عنها.
يقول الدكتور هوفناغل: «تُمثل دراستنا قفزةً إلى الأمام في مجال علم الوراثة المتعلق بالنمو. اعتمدت دراستنا الحالية على كائن قليل الخلايا، لذا سيكون من المثير للاهتمام أن تمتد دراستنا إلى كائنات تحتوي عددًا أكبر من الخلايا، مثل الثدييات».