دستاورد بزرگ در زمینه احیای گونه‌ها؛ تولد موش‌های کایمریک با کروموزوم گونه‌ای دیگر

خلاصه مقاله:

• پژوهشگران ژاپنی موفق شدند کروموزوم یک موش صحرایی را که بیش از یک سال در حالت انجماد عمیق نگهداری شده بود استخراج و به سلول‌های زنده موش آزمایشگاهی منتقل کنند.
• کروموزوم در سلول‌های بنیادی رویانی موش باقی ماند و به تولد موش‌های کایمریکی منجر شد که بخشی از سلول‌های بدنشان حامل کروموزوم موش صحرایی بود. دانشمندان با استفاده از نشانگر فلورسنت سبز توانستند حضور و فعالیت کروموزوم منتقل‌شده را در سلول‌های این حیوانات ردیابی کنند.
• در حال حاضر فناوری انتقال ژن تنها برای کروموزوم شماره ۹ موش صحرایی موفق بوده و انتقال سایر کروموزوم‌ها هنوز با مشکل روبه‌رو است.
• پژوهشگران قصد دارند در گام بعدی این روش را روی بافت‌های منجمد فیل آزمایش و در آینده امکان استفاده از آن برای مطالعه کروموزوم‌های ماموت را نیز بررسی کنند. این دستاورد می‌تواند به مطالعه ژن گونه‌های منقرض‌شده، حفاظت از تنوع زیستی و توسعه فناوری‌های احیای گونه‌ها کمک کند.

دستاوردی تازه در زیست‌شناسی مولکولی نشان داده است که حتی کروموزوم‌های به‌دست‌آمده از حیوانات منجمد نیز ممکن است دوباره در سلول‌های زنده فعال شوند. پژوهشگران ژاپنی موفق شده‌اند کروموزومی را از یک «موش صحرایی» منجمد استخراج و آن را به سلول‌های «موش آزمایشگاهی» منتقل کنند. این موفقیت اکنون امیدها را برای مطالعه ژن‌های گونه‌های منقرض‌شده و حتی بررسی امکان استفاده از کروموزوم‌های ماموت‌ها در سلول‌های زنده افزایش داده است.

پیش از پرداختن به جزئیات پژوهش، باید به تفاوت دو جانوری که در این آزمایش به کار رفته‌اند اشاره کرد. در زبان انگلیسی، واژه mouse به موش‌های کوچک آزمایشگاهی و خانگی گفته می‌شود، در حالی که rat به جوندگان بزرگ‌تر موسوم به موش صحرایی اشاره دارد. در این پژوهش، کروموزوم از موش صحرایی گرفته اما به سلول‌های موش آزمایشگاهی منتقل شد. بنابراین انتقال ژنتیکی نه تنها میان دو حیوان مختلف، بلکه میان دو گونه متفاوت از جوندگان انجام شده است.

پژوهش در دانشگاه یاماناشی ژاپن انجام شد. ترهیکو واکایاما، سرپرست گروه تحقیقاتی، می‌گوید در صورت بهبود این فناوری، ممکن است بتوان از آن برای بررسی کروموزوم‌های فیل و حتی ماموت‌های پشمالو استفاده کرد. به گفته او، هدف فعلی احیای ماموت‌ها نیست، بلکه مطالعه عملکرد ژن‌های حیوانات منقرض‌شده در سلول‌های زنده است. دانشمندان سال‌هاست DNA این گونه‌ها را توالی‌یابی می‌کنند، اما توالی ژنتیکی به‌تنهایی نحوه عملکرد ژن‌ها را نشان نمی‌دهد. پژوهشگران امیدوارند با انتقال کروموزوم‌های این حیوانات به سلول‌های زنده، رفتار واقعی ژن‌ها را مشاهده کنند.

فناوری انتقال ژن همچنین می‌تواند به حفاظت از گونه‌های در معرض خطر کمک کند. برای نمونه، از گونه‌ای منقرض‌شده مثل پرنده «عسل‌کش رخ‌سیاه هاوایی» هنوز نمونه‌های منجمد باقی مانده است و انتقال کروموزوم شاید راهی برای بازیابی بخشی از اطلاعات ژنتیکی ازدست‌رفته این گونه‌ها باشد.

برای درک اهمیت این دستاورد باید بدانیم کروموزوم چیست. ماده ژنتیکی موجودات زنده یا همان DNA در ساختارهایی به نام کروموزوم سازمان‌دهی شده است. هر کروموزوم حاوی هزاران ژن است و مجموعه آن‌ها دستورالعمل‌های لازم برای ساخت و عملکرد بدن را در خود جای داده است. هنگام تقسیم سلولی، DNA به شدت فشرده می‌شود و شکل مشخص کروموزوم‌ها را ایجاد می‌کند؛ همان ساختارهایی که معمولاً در کتاب‌های زیست‌شناسی دیده می‌شوند.

به‌گزارش نیوساینتیست، روش مورد استفاده در پژوهش اخیر بر پایه فناوری انتقال هسته سلول بنا شده است که در شبیه‌سازی مشهور گوسفند دالی نیز به کار رفت. در این روش، پژوهشگران ابتدا هسته سلول را استخراج و آن را به داخل تخمک منتقل می‌کنند. این کار باعث می‌شود کروموزوم‌ها فشرده شوند و بتوان آن‌ها را به‌طور جداگانه مشاهده و دستکاری کرد. سپس آنزیم‌هایی به تخمک افزوده می‌شود تا جداسازی کروموزوم‌ها آسان‌تر شود.

در مرحله بعد، پژوهشگران با استفاده از سوزن میکروسکوپی بسیار ظریف، یک کروموزوم را جدا و آن را به تخمک دیگری منتقل می‌کنند. اگر این تخمک بتواند به رویان تبدیل شود، تمام سلول‌های بنیادی رویانی حاصل، حامل آن کروموزوم اضافی خواهند بود.

گروه تحقیقاتی ابتدا این فناوری را با استفاده از کروموزوم‌های موش آزمایشگاهی توسعه داد. سپس برای آزمون واقعی روش، از موش‌های صحرایی اصلاح ژنتیکی‌شده‌ای استفاده کرد که سلول‌هایشان پروتئین فلورسنت سبز تولید می‌کرد. این ویژگی به دانشمندان امکان می‌داد کروموزوم منتقل‌شده را به‌راحتی ردیابی کنند.

پژوهشگران سلول‌های خونی را از دم یک موش صحرایی که بیش از یک سال در شرایط انجماد عمیق نگهداری شده بود استخراج کردند. سپس موفق شدند از این نمونه منجمد، کروموزومی را جدا و به سلول‌های بنیادی رویانی موش آزمایشگاهی منتقل کنند.

در مرحله بعد، این سلول‌های بنیادی به رویان‌های عادی موش تزریق شدند و رویان‌ها در رحم موش‌های ماده قرار گرفتند. نتیجه، تولد حیواناتی موسوم به «کایمریک» یا «دورگه سلولی» بود. در این نوع جانوران، همه سلول‌ها یکسان نیستند؛ بخشی از سلول‌ها دارای کروموزوم موش صحرایی و بخش دیگر فاقد چنین کروموزومی هستند.

این حیوانات از نظر ظاهری کاملاً شبیه موش‌های عادی بودند. بااین‌حال، هنگامی که در معرض نور فرابنفش قرار می‌گرفتند، برخی از سلول‌های آن‌ها به رنگ سبز می‌درخشیدند. این درخشش نشان می‌داد که کروموزوم موش صحرایی همچنان در آن سلول‌ها حضور دارد و فعالیت می‌کند.

پژوهشگران همچنین تلاش کردند موش‌هایی تولید کنند که همه سلول‌های بدنشان حامل کروموزوم موش صحرایی باشد، اما هنوز به این هدف نرسیده‌اند. در حال حاضر، این فناوری فقط با کروموزوم شماره ۹ موش صحرایی موفق بوده است. هنگامی که پژوهشگران کروموزوم‌های دیگر را وارد تخمک می‌کنند، رشد رویان متوقف می‌شود.

دانشمندان احتمال می‌دهند علت این مسئله آن باشد که برخی ژن‌های موجود روی سایر کروموزوم‌های موش صحرایی در روند طبیعی رشد رویان اختلال ایجاد می‌کنند. اگر این فرضیه درست باشد، ممکن است لازم شود برخی از ژن‌های کروموزوم منتقل‌شده غیرفعال شوند؛ فرآیندی مشابه آنچه در سلول‌های ماده پستانداران رخ می‌دهد و درجریان آن یکی از دو کروموزوم X خاموش می‌شود.

با وجود این چالش‌ها، واکایاما امیدوار است بتوان بدون نیاز به خاموش‌کردن ژن‌ها، راهی برای افزایش نرخ موفقیت این فناوری پیدا کرد. او می‌گوید گروهش در حال آزمایش روش‌های مختلف برای بهبود فرایند انتقال کروموزوم است.

پژوهشگران هم‌اکنون نمونه‌هایی از بافت منجمد فیل را از یک باغ‌وحش دریافت کرده‌اند و قصد دارند این روش را روی سلول‌های فیل آزمایش کنند. همچنین آن‌ها با گروهی از دانشمندان همکاری می‌کنند که پیش‌تر موفق شده‌اند هسته سلول‌های ماموت پشمالوی ۲۸هزار ساله‌ای به نام «یوکا» را استخراج و مطالعه کنند.

شبیه‌سازی مستقیم ماموت‌ها از چنین نمونه‌هایی تقریباً غیرممکن است، زیرا DNA موجود در آن‌ها درطول هزاران سال آسیب فراوان دیده است. بااین‌حال، ممکن است برخی کروموزوم‌های منفرد هنوز تا حدی سالم باقی مانده باشند. اگر بتوان این کروموزوم‌ها را استخراج و به سلول‌های زنده منتقل کرد، امکان مطالعه عملکرد ژن‌های ماموت‌ها در محیط زنده فراهم خواهد شد.

بن نوواک، پژوهشگر سازمان حفاظت از حیات‌وحش «ریوایو اند رستور» در آمریکا، دستاورد پژوهشگران ژاپنی را نقطه شروعی مهم توصیف می‌کند. به گفته او، حتی یک انتقال موفق کروموزوم نیز نشان می‌دهد که چنین رویکردی در اصل امکان‌پذیر است.

نوواک توضیح می‌دهد که این فناوری به‌ویژه برای برخی پرندگان اهمیت دارد. در گروه بزرگی از پرندگان موسوم به گنجشک‌سانان، سلول‌های معمولی بدن مانند پوست و ماهیچه در طول رشد یکی از کروموزوم‌های خود را از دست می‌دهند و این کروموزوم فقط در سلول‌های تولیدمثلی باقی می‌ماند. در نتیجه، اگر از یک گونه منقرض‌شده فقط بافت‌های معمولی بدن باقی مانده باشد، بازسازی کامل اطلاعات ژنتیکی آن بسیار دشوار خواهد بود.

برای مثال، از پرنده منقرض‌شده عسل‌کش رخ‌سیاه تنها بافت‌های غیرتولیدمثلی یک نر منجمد شده است. بنابراین برای احیای احتمالی این گونه باید کروموزوم‌های گمشده از گونه‌های خویشاوند تأمین شوند. نوواک می‌گوید چنین رویکردی احتمالاً موجودی کاملاً مشابه گونه اصلی ایجاد نمی‌کند، اما می‌تواند راهی برای بازگرداندن بخش بزرگی از ویژگی‌های آن باشد.

این نخستین بار نیست که حیواناتی با کروموزوم اضافی ساخته می‌شوند. در سال ۲۰۲۲ نیز گروه دیگری از پژوهشگران ژاپنی موش‌هایی با یک نسخه اضافی از کروموزوم ۲۱ انسان ایجاد کردند تا سندرم داون را مطالعه کنند. با این حال، آن فناوری به تغییرات ژنتیکی گسترده نیاز داشت و برای کاربردهای حفاظتی یا احیای گونه‌های منقرض‌شده مناسب نبود.

پژوهشگران معتقدند کروموزوم‌های ویژه مرتبط با تولیدمثل ممکن است در بسیاری از گونه‌ها رایج‌تر از آن چیزی باشند که تاکنون تصور می‌شد. اگر چنین باشد، بخشی از نمونه‌های ذخیره‌شده در بانک‌های زیستی جهان ممکن است فاقد برخی از این کروموزوم‌های مهم باشند و فناوری انتقال کروموزوم بتواند در آینده به بازیابی آن‌ها کمک کند.

پژوهش در ژورنال Scientific Reports منتشر شده است.