إن العالم الرائع الذي تتشكل فيه الخلايا الجنينية الأولى أصبح الآن في متناولنا أكثر من أي وقت مضى
كل خلية من ملايين الخلايا التي يتكون منها جسمنا وجسم الحيوانات الأخرى، تعرف مكانها وتعمل جيدًا وتتكامل بدقة في تطور وعمل الجسم العضوي بأكمله. ويتابع العلماء هذه الديناميكية الرائعة باهتمام كبير، عندما تعمل بشكل مثالي أو عندما تضعف بسبب أمراض مثل السرطان والشيخوخة.
إن الوقت المناسب بشكل خاص لدراسة هذه العمليات المعقدة هو بداية تطور الجنين، عندما تظهر أنواع جديدة من الخلايا بسرعة مذهلة. تتكيف مجموعات من الخلايا الفردية مع أدوار متنوعة، وفي هذه العملية تتكاثر إلى مئات، وآلاف، وأخيرًا ملايين الخلايا - التي تشكل البنية الأولية التي ستتطور منها جميع أعضاء الجنين (عملية تعرف باسم المعدة).
عادة، تتشكل الخلايا وتتغير ببطء نسبي، وتخضع للعديد من التأثيرات البيئية. تتميز اللحظات الأولى للجنين بعمليات نمو تتكرر بدقة، في نوع من الرقص المنسق لملايين المشاركين. إن مراقبة هذه العمليات تجعل من الممكن البحث عن إجابات للأسئلة الكبيرة في عالم الخلايا ومعرفة كيف ومتى تتبنى أدوارًا مختلفة وتصبح جزءًا من الدماغ أو العظام أو الجهاز الهضمي. ومع ذلك، نظرًا لأن الجنين عبارة عن بنية صغيرة تنمو بسرعة ويحميها جسم الأم، فقد كان على العلماء عادةً دراستها بطرق غير مباشرة.
الدكتور يوآف مشير والباحثون من مختبر د يوناتان ستيلزر من قسم البيولوجيا الجزيئية للخلية في معهد وايزمان للعلوم، بالتعاون مع الدكتور ماركوس ميتنزويج وباحثين من مجموعة البروفيسور. حالة محملة من قسم علوم الحاسوب والرياضيات التطبيقية ومن قسم المكافحة البيولوجية تجد طريق جديد اتبع العملية المعقدة. وقد ساعدتهم الإنجازات التكنولوجية التي تحققت في السنوات الأخيرة، والتي سمحت برسم خرائط لأنماط النشاط الجيني على مستوى الخلية الواحدة. وسبق للباحثين في جميع أنحاء العالم أن أنشأوا أطالس مفصلة لجميع أنواع الخلايا النشطة في مختلف الحيوانات، لكن الباحثين في معهد وايزمان قدروا أن الفهم الأعمق للتطور الجنيني يتطلب رسم هذه الأطالس مع الإشارة إلى البعد الزمني.
ولأن رسم الخرائط الجينية على مستوى الخلية الواحدة يعوق استمرار الأداء الطبيعي للخلية، فقد اضطر الباحثون في السابق إلى تقديم تخمينات مدروسة حول عملية تطور الخلايا. على سبيل المثال، افترضوا أن الخلايا تأخذ أقصر مسار من الحالة الأساسية إلى الحالة المرتبة. يقول الدكتور ميتنزويج: "إذا كان نمو الجنين عبارة عن رقصة، فقد اضطررنا في النماذج السابقة إلى افتراض أن كل راقص هو عازف منفرد يبحث عن أقصر طريق للدخول إلى المسرح والخروج منه". ومع ذلك، يضيف الدكتور مشير: "هذا لا يتوافق مع علم الأحياء التطوري كما نفهمه بناءً على سنوات من التجارب".
في الدراسة الحالية، تم إنشاء مزيج فريد من المعلومات من عشرات الآلاف من الخلايا الفردية لأجنة الفئران، بالإضافة إلى الصور والقياسات الفيزيائية للأجنة بأكملها. وبهذه الطريقة يمكن إعادة بناء عملية النمو من خلال تحديد التغيرات الصغيرة في شكل الجنين، كما جرت العادة في هذا البحث منذ عقود، بالإضافة إلى نموذج رياضي يأخذ في الاعتبار النشاط الجيني للخلايا. في كل جنين على حدة. والنتيجة هي "فيلم" مستمر يصف التحول المشترك لخلايا الجنين ويتكون من مجموعة من "الصور الخلوية" المنفصلة.
لاحظ الباحثون أنه في حين أن بعض الخلايا تتجه مباشرة نحو الهدف، على سبيل المثال تكوين أعضاء حيوية للجنين، فإن بعض الخلايا تحتفظ بإمكانات نمو واسعة النطاق. وتؤكد الدراسة فرضية أن الخلايا تتطور في عملية تغير مستمر، وأن هناك إمكانية كبيرة للتغيير ليس فقط في لحظاتها الأولى، بل أيضا في مراحل لاحقة. وتوجد هذه الإمكانية في إطار بنية معقدة، ذات تأثيرات متبادلة عديدة ومتغيرة بين الخلايا، مع تغير دور كل جين حسب الزمن والخلية التي يعبر عنها.
مجازيًا، يمكن القول أن النموذج الناتج يصف كيفية تحرك الخلايا في نوع من الرقص الموهوب حيث لا يتحرك كل راقص، أي كل خلية، في طريق محدد مسبقًا - ولكنه يتصل بمجموعات ديناميكية للغاية تضم الآلاف و ملايين الخلايا الأخرى حوله. والأنسجة المتكونة بهذه الطريقة تنتظم في بنية عضوية كاملة وفي تناغم سحري يتكرر مرارا وتكرارا في كل مرة يتكون فيها جنين جديد.
يقدم البحث أداة عمل جديدة ومتطورة يمكن من خلالها الاستمرار في متابعة عالم الخلايا وفهم سبب وكيفية قيامها بأدوار مختلفة، وكيف تؤثر على بيئتها وكيف تؤثر عليها، و لماذا في بعض الأحيان يسير نشاطهم بشكل خاطئ بطريقة تضر بعمل ووجود الكائن الحي.
