ما هو اكثر حيوان يستعمل في الابحاث العلمية ؟ ولمآذا ..؟
تعد فئران التجارب أداة مثالية بالنسبة لعلماء المورثات لدراسة سلوك الحيوان.
كيف يتم إنتاج هذه الفئران وهل لها مواصفات خاصة؟
إن قائمة الآثار السلوكية التي يدرسها علماء المورثات على هذه الفئران تكاد لا تنتهي، من العدوانية إلى الأمومة إلى التعلم والذاكرة أو تأثير الكحول عليها إلخ. كان العلماء قبل التطور الكبير الذي شهده عصر المورثات يستخدمون نمطين أساسيين من أجل الكشف عن تأثير المورثات على ردود فعل الفئران: انتخاب الحيوانات ذات المواصفات المطلوبة والأنسال ذات الدم الواحد. ففي الحالة الأولى كانوا يعينون الحيوانات الأكثر نشاطاً مثلاً، أو الأكثر خوفاً بمواجهة بيئة جديدة، ثم يزاوجونها مع مثيلاتها التي لها المواصفات نفسها، ثم يكررون التجربة على عدة أجيال.
وفي الحالة الثانية كانوا يزاوجون ويكاثرون أخوة وأخوات للحصول على نسل نقي مورثيا من الفئران، أي على نسل متحد بالدم. وبعد حد أدنى من الأجيال يصل إلى عشرين جيلاً (وهو غالباً بين 60 و 80 جيلاً) تكون الفئران المولودة مستنسخة عملياً وطبق الأصل عن أهلها. ويكون عندها من الممكن مقارنة مختلف الأنسال، ومزاوجتها ومن ثم تقدير المعاملات المورثية المختلفة بما فيها التغيرات الملاحظة، أكانت عصبية ـ بيولوجية أم سلوكية. وتوجد اليوم مئات الأنسال من الفئران التي تم تطويرها بهذه الطرق وهي متوفرة في المخابر الكبرى التي تزود الباحثين بها.
كيف تطورت هذه التقنيات مع تطور الهندسة المورثية؟
تطورت دراسات الفئران مع تقنيات نقل المورثات وبخاصة مع إمكانية التدمير المحدد لمورثة معينة. وتشتمل هذه التقنية الأخيرة على تعطيل عمل المورثة بالإبدال المثلي، أي باستبدالها بأحد التشكيلات الممكنة للمورثة نفسها المبطلة. والمبدأ هو نفسه الذي في التجارب التي تُحرَّض فيها روابط الدماغ: فمثلاً، إذا كان تدمير مورثة معطاة يؤدي إلى انتاج فئران ذات تناوبات دقيقة في المخيخ فنستنتج من ذلك أن هذه المورثة تلعب دوراً في تشكيل هذا العضو. ويعتبر هذا النظام التجريبي فعالاً جداً من أجل اكتشاف وظائف المورثات.
وقد طبق على الفئران منذ عام 1989 على أمل الكشف على المستوى الجزيئي، أي على مستوى الـ DNA، عن طبائع مورثية معقدة مثل التعلم أو الذاكرة. ويوجد اليوم نحو 250 سلالة ذات مورثة معطلة، وكان بعضها قد أنتج خصيصاً لدراسة السلوك.
ما هي الطريقة التي يتم بها انتاج هذه السلالات؟
بفضل الإبدال المثلي يتم إدخال مورثة بديلة معطلة في خلايا الفروع الجنينية المزروعة، وهي خلايا قادرة على التمايز وعلى إنتاج كافة نسج الحيوان. ويتم اصطفاء خلايا الفروع الجنينية التي أدخلت التحول في المكان الصحيح.
ثم يتم زرعها في جنين فأر صغير يُنقَل بدوره إلى أم حامل له.
وتكون الفئران الوليدة مختلطة إذ تكون نسجها مشتقة من خلايا الجنين ومن خلايا الفروع الجنينية المنقولة له.
ويبقى التأكد من أن التغير المورثي قائم في خلاياها الجنسية، ويتم ذلك بمزاوجة هذه الفئران المختلطة مع سلالة نقية أو برية كما تسمى.
ويكون الجيل الأول مؤلفاً من حيوانات ذات نسختين من البدائل المورثية بحيث يملك بعضها النسخة المعطلة. وفي المرحلة الأخيرة تتم مزاوجة كل من هذه الفئران ذات النسختين حتى الوصول إلى فئران تملك الشكل المورثي نفسه على الصبغيين المتماثلين بالنسبة للمورثة المعطلة.
كيف يمكن التأكد من أن الطبائع المورثية ناتجة عن التحول المورثي الذي تم إقحامه؟
يشكل هذا السؤال منطلقاً للجدال النظري العميق بين العلماء. وتتأتى الصعوبة الأولى من أن التحول المقحم يمكن أن يطلق سلسلة من آليات التعويض والتعديل، الأمر الذي يمكن أن يؤدي إلى تغيير مورثة أخرى أو أكثر.
ويتبع ذلك تغيرات مورثية معقدة لا تكون مرتبطة مباشرة بتعطيل المورثة المدروسة. وفي حالات أخرى يمكن ألا نلاحظ أي تغير في السلوك.
ولهذا من المهم جداً أن نستطيع التمييز بين الآثار المباشرة أو الثانوية.
أما الصعوبة الثانية فتتمثل في أن المخطط المورثي للحيوان المخبري يختلف عن النمط البري الذي يستخدم كشاهد اختبار.
ولأسباب تاريخية وتقنية فإن خلايا الفروع الجنينية المستخدمة في التجارب تشتق من سلالة خاصة من الفئران تسمى الفرع 129.
لكن لنذكر أن الفئران الخليطة التي يتم الحصول عليها يتم مزاوجتها مع سلالة يسهل أكثر تربيتها، لأن السلالة 129 صعبة التكاثر وعرضة لأمراض كثيرة.
وبالتالي يكون الجيل التالي هجيناً يسمى F1.
وهذه الفئران هي من النوع الذي يحتوي على نسختين مختلفتين من المورثة نفسها.
وبمزاوجتها فيما بينها فإنها تعطي بحسب قوانين مندل جيلاً ثانياً F2 يشتمل على فئران ذات النسختين المورثيتين المتحولتين وعلى فئران لها نسخة متحولة واحدة وعلى فئران غير متحولة تسمى بالبرية. وهذه الأخيرة هي التي تستخدم للمعايرة. لكنها في الحقيقة ربما لا تكون شواهد جيدة. وثمة صعوبة ثالثة ظهرت من خلال الدراسات الحديثة التي بينت أهمية المخطط المورثي للحيوانات المعدلة مورثياً.
فهي تبين أن آثار تعطيل مورثة ما يمكن أن تتغير بوضوح بحسب السلالات.
كيف يمكن حل هذه الصعوبات؟
طرحت حتى الآن حلول كثيرة، لكن قلة منها وضع موضع التطبيق. وأحد هذه الحلول هو جعل فأر المختبر نفسه شاهداً على نفسه.
ويتم ذلك بضبط تأثير المورثة المتغيرة في الزمن باللجوء إلى مورثة أخرى ترمِّز معامل نقل لها.
وبتعطيل هذه المورثة بوجود مضاد حيوي هو التتراسيلين فإنها تمنع المورثة المتحولة من التأثير.
لكن هذه الطريقة لا تعمل دائماً بل يمكن أن يكون للتتراسيلين فيها تأثيرات جانبية على الأجنة.
وثمة حل آخر مقترح يعتمد على إنتاج فئران ذات مخطط مورثي مشترك، بحيث يتم تجنب استخدام الحيوانات الهجينة. أما الحل الأكثر منطقية فهو تحضير زروع من خلايا الفروع الجنينية ابتداء من سلالات المختبر ثم مزاوجة الفئران الخليطة مع فئران الفرع نفسه، لكن ذلك ليس بالأمر السهل. ومع ذلك تعمل عدة مختبرات حالياً على تحقيق هذا الحل، وهي تهدف في النهاية إلى انتاج فئران تجارب أكثر نقاء وقابلية للمعايرة بالنسبة لسلالات شاهدة.
تحياتي
تعد فئران التجارب أداة مثالية بالنسبة لعلماء المورثات لدراسة سلوك الحيوان.
كيف يتم إنتاج هذه الفئران وهل لها مواصفات خاصة؟
إن قائمة الآثار السلوكية التي يدرسها علماء المورثات على هذه الفئران تكاد لا تنتهي، من العدوانية إلى الأمومة إلى التعلم والذاكرة أو تأثير الكحول عليها إلخ. كان العلماء قبل التطور الكبير الذي شهده عصر المورثات يستخدمون نمطين أساسيين من أجل الكشف عن تأثير المورثات على ردود فعل الفئران: انتخاب الحيوانات ذات المواصفات المطلوبة والأنسال ذات الدم الواحد. ففي الحالة الأولى كانوا يعينون الحيوانات الأكثر نشاطاً مثلاً، أو الأكثر خوفاً بمواجهة بيئة جديدة، ثم يزاوجونها مع مثيلاتها التي لها المواصفات نفسها، ثم يكررون التجربة على عدة أجيال.
وفي الحالة الثانية كانوا يزاوجون ويكاثرون أخوة وأخوات للحصول على نسل نقي مورثيا من الفئران، أي على نسل متحد بالدم. وبعد حد أدنى من الأجيال يصل إلى عشرين جيلاً (وهو غالباً بين 60 و 80 جيلاً) تكون الفئران المولودة مستنسخة عملياً وطبق الأصل عن أهلها. ويكون عندها من الممكن مقارنة مختلف الأنسال، ومزاوجتها ومن ثم تقدير المعاملات المورثية المختلفة بما فيها التغيرات الملاحظة، أكانت عصبية ـ بيولوجية أم سلوكية. وتوجد اليوم مئات الأنسال من الفئران التي تم تطويرها بهذه الطرق وهي متوفرة في المخابر الكبرى التي تزود الباحثين بها.
كيف تطورت هذه التقنيات مع تطور الهندسة المورثية؟
تطورت دراسات الفئران مع تقنيات نقل المورثات وبخاصة مع إمكانية التدمير المحدد لمورثة معينة. وتشتمل هذه التقنية الأخيرة على تعطيل عمل المورثة بالإبدال المثلي، أي باستبدالها بأحد التشكيلات الممكنة للمورثة نفسها المبطلة. والمبدأ هو نفسه الذي في التجارب التي تُحرَّض فيها روابط الدماغ: فمثلاً، إذا كان تدمير مورثة معطاة يؤدي إلى انتاج فئران ذات تناوبات دقيقة في المخيخ فنستنتج من ذلك أن هذه المورثة تلعب دوراً في تشكيل هذا العضو. ويعتبر هذا النظام التجريبي فعالاً جداً من أجل اكتشاف وظائف المورثات.
وقد طبق على الفئران منذ عام 1989 على أمل الكشف على المستوى الجزيئي، أي على مستوى الـ DNA، عن طبائع مورثية معقدة مثل التعلم أو الذاكرة. ويوجد اليوم نحو 250 سلالة ذات مورثة معطلة، وكان بعضها قد أنتج خصيصاً لدراسة السلوك.
ما هي الطريقة التي يتم بها انتاج هذه السلالات؟
بفضل الإبدال المثلي يتم إدخال مورثة بديلة معطلة في خلايا الفروع الجنينية المزروعة، وهي خلايا قادرة على التمايز وعلى إنتاج كافة نسج الحيوان. ويتم اصطفاء خلايا الفروع الجنينية التي أدخلت التحول في المكان الصحيح.
ثم يتم زرعها في جنين فأر صغير يُنقَل بدوره إلى أم حامل له.
وتكون الفئران الوليدة مختلطة إذ تكون نسجها مشتقة من خلايا الجنين ومن خلايا الفروع الجنينية المنقولة له.
ويبقى التأكد من أن التغير المورثي قائم في خلاياها الجنسية، ويتم ذلك بمزاوجة هذه الفئران المختلطة مع سلالة نقية أو برية كما تسمى.
ويكون الجيل الأول مؤلفاً من حيوانات ذات نسختين من البدائل المورثية بحيث يملك بعضها النسخة المعطلة. وفي المرحلة الأخيرة تتم مزاوجة كل من هذه الفئران ذات النسختين حتى الوصول إلى فئران تملك الشكل المورثي نفسه على الصبغيين المتماثلين بالنسبة للمورثة المعطلة.
كيف يمكن التأكد من أن الطبائع المورثية ناتجة عن التحول المورثي الذي تم إقحامه؟
يشكل هذا السؤال منطلقاً للجدال النظري العميق بين العلماء. وتتأتى الصعوبة الأولى من أن التحول المقحم يمكن أن يطلق سلسلة من آليات التعويض والتعديل، الأمر الذي يمكن أن يؤدي إلى تغيير مورثة أخرى أو أكثر.
ويتبع ذلك تغيرات مورثية معقدة لا تكون مرتبطة مباشرة بتعطيل المورثة المدروسة. وفي حالات أخرى يمكن ألا نلاحظ أي تغير في السلوك.
ولهذا من المهم جداً أن نستطيع التمييز بين الآثار المباشرة أو الثانوية.
أما الصعوبة الثانية فتتمثل في أن المخطط المورثي للحيوان المخبري يختلف عن النمط البري الذي يستخدم كشاهد اختبار.
ولأسباب تاريخية وتقنية فإن خلايا الفروع الجنينية المستخدمة في التجارب تشتق من سلالة خاصة من الفئران تسمى الفرع 129.
لكن لنذكر أن الفئران الخليطة التي يتم الحصول عليها يتم مزاوجتها مع سلالة يسهل أكثر تربيتها، لأن السلالة 129 صعبة التكاثر وعرضة لأمراض كثيرة.
وبالتالي يكون الجيل التالي هجيناً يسمى F1.
وهذه الفئران هي من النوع الذي يحتوي على نسختين مختلفتين من المورثة نفسها.
وبمزاوجتها فيما بينها فإنها تعطي بحسب قوانين مندل جيلاً ثانياً F2 يشتمل على فئران ذات النسختين المورثيتين المتحولتين وعلى فئران لها نسخة متحولة واحدة وعلى فئران غير متحولة تسمى بالبرية. وهذه الأخيرة هي التي تستخدم للمعايرة. لكنها في الحقيقة ربما لا تكون شواهد جيدة. وثمة صعوبة ثالثة ظهرت من خلال الدراسات الحديثة التي بينت أهمية المخطط المورثي للحيوانات المعدلة مورثياً.
فهي تبين أن آثار تعطيل مورثة ما يمكن أن تتغير بوضوح بحسب السلالات.
كيف يمكن حل هذه الصعوبات؟
طرحت حتى الآن حلول كثيرة، لكن قلة منها وضع موضع التطبيق. وأحد هذه الحلول هو جعل فأر المختبر نفسه شاهداً على نفسه.
ويتم ذلك بضبط تأثير المورثة المتغيرة في الزمن باللجوء إلى مورثة أخرى ترمِّز معامل نقل لها.
وبتعطيل هذه المورثة بوجود مضاد حيوي هو التتراسيلين فإنها تمنع المورثة المتحولة من التأثير.
لكن هذه الطريقة لا تعمل دائماً بل يمكن أن يكون للتتراسيلين فيها تأثيرات جانبية على الأجنة.
وثمة حل آخر مقترح يعتمد على إنتاج فئران ذات مخطط مورثي مشترك، بحيث يتم تجنب استخدام الحيوانات الهجينة. أما الحل الأكثر منطقية فهو تحضير زروع من خلايا الفروع الجنينية ابتداء من سلالات المختبر ثم مزاوجة الفئران الخليطة مع فئران الفرع نفسه، لكن ذلك ليس بالأمر السهل. ومع ذلك تعمل عدة مختبرات حالياً على تحقيق هذا الحل، وهي تهدف في النهاية إلى انتاج فئران تجارب أكثر نقاء وقابلية للمعايرة بالنسبة لسلالات شاهدة.
تحياتي
