يمكن أن يستغرق التغيير في عدد الكروموسومات في حيوان ما ملايين الأجيال ليحدث في الطبيعة نتيجة للتطور ، وقد تمكن العلماء الآن من إجراء نفس التغييرات في فئران المختبر في غمضة عين نسبية.
تعتبر التقنية الجديدة ، التي تستخدم الخلايا الجذعية وتحرير الجينات ، تقدمًا كبيرًا ، ويأمل الفريق أن تكشف المزيد عن كيفية تأثير إعادة ترتيب الكروموسومات على تطور الحيوانات بمرور الوقت.
في الكروموسومات – سلاسل البروتينات والحمض النووي داخل الخلايا – نجد جيناتنا ، الموروثة من آبائنا والمختلطة معًا لتجعلنا ما نحن عليه.
عادة ما يكون للثدييات مثل الفئران ونحن البشر كروموسومات مقترنة. هناك استثناءات ، على سبيل المثال ، في الخلايا الجرثومية.
عادةً ما تكون الخلايا الجذعية الجنينية غير المخصبة هي أفضل نقطة انطلاق لعمل الحمض النووي. ومع ذلك ، فإن غياب هذه المجموعة الإضافية من الكروموسومات التي يوفرها الحيوان المنوي يحرم الخلايا من خطوة مهمة في الاتفاق على الجينات والكروموسومات التي سيتم تمييزها بنشاط من أجل القيام بمهمة بناء الجسم.
أصبحت هذه العملية ، التي تسمى الطباعة ، حجر عثرة للمهندسين الذين يسعون إلى إعادة هيكلة أجزاء كبيرة من الجينوم.
يقول عالم الأحياء Li-Bing Wang من الأكاديمية الصينية للعلوم: “غالبًا ما تُفقد البصمة الجينومية ، مما يعني أن المعلومات المتعلقة بالجينات التي يجب أن تكون نشطة تختفي في الخلايا الجذعية الجنينية أحادية الصيغة الصبغية ، مما يحد من تعدد قدراتها وهندستها الوراثية”.
“اكتشفنا مؤخرًا أنه من خلال إزالة ثلاث مناطق من البصمة ، يمكننا إنشاء نمط بصمة ثابت يشبه الحيوانات المنوية في الخلايا.”
بدون هذه المناطق الثلاث المطبوعة بشكل طبيعي ، سيكون اندماج الكروموسوم القوي ممكنًا. في تجاربهم ، جمع الباحثون بين اثنين من الكروموسومات متوسطة الحجم (4 و 5) واثنين من أكبر الكروموسومات (1 و 2) في اتجاهين مختلفين ، مما أدى إلى ثلاثة ترتيبات مختلفة.
كان اندماج الكروموسومات 4 و 5 هو الأكثر نجاحًا من حيث نقل الشفرة الوراثية إلى نسل الفئران ، على الرغم من أن التكاثر كان أبطأ من المعتاد.
لم ينتج أحد الاندماجين 1 و 2 نسلًا من الفئران ، بينما أنتج الآخر نسلًا من الفئران كانت أبطأ وأكبر وأكثر قلقًا من النسل الناتج عن اندماج الكروموسومات 4 و 5.
قال الباحثون إن الانخفاض في الخصوبة يرجع إلى الطريقة التي تنفصل بها الكروموسومات بعد المحاذاة ، وهو ما لا يحدث عادة. يوضح هذا أن إعادة ترتيب الكروموسومات أمر بالغ الأهمية للعزلة الإنجابية ، وهي جزء أساسي من قدرة الأنواع على التطور والبقاء متميزة.
“احتفظ فأر المنزل في المختبر بنمط نووي قياسي مكون من 40 كروموسومًا – أو صورة كاملة لكروموسومات الكائن الحي – بعد أكثر من 100 عام من التكاثر الاصطناعي” ، كما يقول عالم الأحياء تشى كون لي ، أيضًا من الأكاديمية الصينية للعلوم.
“ومع ذلك ، على النطاقات الزمنية الأطول ، فإن تغيرات النمط النووي الناتجة عن إعادة ترتيب الكروموسومات شائعة. القوارض لديها 3.2 إلى 3.5 إعادة ترتيب لكل مليون سنة ، في حين أن الرئيسيات لديها 1.6 “.
وبالمقارنة ، ساعدت القفزات النادرة في إعادة ترتيب الكروموسومات في توجيه المسار التطوري لأسلافنا. الكروموسومات التي تبقى منفصلة في الغوريلا ، على سبيل المثال ، تندمج في جينومنا البشري.
يمكن أن تحدث مثل هذه التغييرات مرة كل عدة مئات من آلاف السنين. في حين أن التغييرات الجينية التي أجريت هنا في المختبر كانت صغيرة نسبيًا ، إلا أن هناك مؤشرات على أنه يمكن أن يكون لها عواقب وخيمة على الحيوانات المعنية.
لا يزال الوقت مبكرًا – بعد كل شيء ، إنه العلم أولاً – ولكن في المستقبل قد يكون من الممكن تصحيح الكروموسومات المنحرفة أو المشوهة في سلالات الدم البشرية. نحن نعلم أن اندماج الكروموسوم ونقله يمكن أن يؤدي إلى مشاكل صحية لدى بعض الأشخاص ، بما في ذلك سرطان الدم في مرحلة الطفولة.
يقول لي: “لقد أثبتنا تجريبيًا أن حدث إعادة ترتيب الكروموسومات هو محرك لتطور الأنواع ومهم للعزل الإنجابي ، مما يوفر مسارًا محتملاً لهندسة الحمض النووي على نطاق واسع في الثدييات”.
تم نشر الدراسة في العلم.