يتعامل مجال علم الوراثة اللاجينية مع التحكم في المادة الوراثية ويتضمن مكونات التحكم الخلوية، بما في ذلك المثيلة والكروماتين والحمض النووي الريبي (RNA). الميثيل هو ارتباط مجموعة الميثيل (مادة هيدروكربونية) بالجينات. يمكن أن ترتبط البروتينات الفريدة بهذه المجموعة مما يمنع الوصول إلى الجينات، وبالتالي إسكاتها ومنع التعبير عنها؛ الكروماتين عبارة عن ألياف طويلة تتكون من البروتينات وتحزم الحمض النووي بداخلها. والـ RNA عبارة عن جزيئات تلعب دورًا مهمًا في إنتاج البروتينات وفقًا للمعلومات الموجودة في الحمض النووي.
تسمح هذه المكونات للخلايا السلفية (الخلايا الجذعية) بتحديد الخلية التي سيتم التمايز إليها (مثل خلايا العظام، وخلايا الغضروف، وخلايا الجلد، والخلايا العصبية، وخلايا العضلات والمزيد). يعد هذا التمايز ضروريًا للتطور الجنيني (تكوين الأعضاء) وتجديد الأنسجة (وهو مجال يستخدم أيضًا في الطب التجديدي). إن الاضطرابات في عملية التمايز في المرحلة الجنينية سوف تسبب عيوبًا في النمو، والاضطرابات اللاحقة قد تسبب أمراضًا مثل السرطان.
يقوم الدكتور رام أورين من معهد علوم الحياة في الجامعة العبرية وفريقه بإجراء أبحاث في علم الجينوم لفهم العمليات الخلوية التي قد تسوء وتسبب إصابات وأمراض. يقول الدكتور أورين: "حتى الآن، تمت دراسة العمليات البيولوجية مع الاعتقاد بأنها تحدث بطريقة مماثلة في جميع الخلايا، ولكن اليوم هناك فهم متزايد أنه في كل نظام بيولوجي هناك تباين كبير بين الخلايا. على سبيل المثال، لا تتمايز جميع الخلايا الجذعية الجنينية بنفس الطريقة إلى أعضاء مختلفة. في المرحلة الأولى من العملية، لا يزال البعض ساذجًا (لم يتم فرزه) والبعض الآخر يستعد بالفعل للتمايز."
ومن أجل فهم أفضل للتنوع بين الخلايا، يركز الدكتور أورين وفريقه - بمساعدة منحة بحثية من مؤسسة العلوم الوطنية - على تطوير التقنيات التي يقومون من خلالها بعزل الخلايا لفحص وقياس كل منها على حدة. على سبيل المثال، قاموا بتطوير تقنية تعتمد على تكوين قطرات (باستخدام الزيت والماء) واحتجاز الخلايا (البشرية أو الفأرية، السليمة أو المريضة) في المحتويات، بحيث تحتوي كل قطرة على خلية واحدة.
يقول الدكتور أورين: "من أجل فهم العمليات البيولوجية التي تقف وراء تطور الأمراض، يجب علينا فحصها على مستوى الخلية الواحدة". "هذه هي الطريقة الوحيدة التي يمكننا من خلالها فهم ما يحدث لكل خلية - على سبيل المثال، ما الذي لا يعمل فيها، وكيف يعمل الكروماتين فيها، وكيف تؤثر الأدوية عليها، وكيف تتفاعل مع إسكات الجينات، ولماذا يتم تدمير خلية واحدة". وينجو آخر. وباستخدام التكنولوجيا التي طورناها، يمكننا أخذ كل خلية على حدة وقياس كل هذه المعلمات والعوامل الأخرى فيها."
وهنا تبرز الصعوبة: في كل خلية فردية، تكون كمية المادة (مثل الحمض النووي الريبي (RNA)، والحمض النووي (DNA)، والكروماتين) صغيرة جدًا، وبالتالي يصعب دراستها. لذلك، سعى الدكتور أورين وفريقه في بحثهم الأخير، الذي حصل على منحة من المؤسسة الوطنية للعلوم، إلى التغلب على هذه المشكلة وزيادة كمية المادة في الخلية الواحدة.
هذه المرة أيضًا، استخدموا تقنية القطرات - حيث أدخلوا سائلًا وزيتًا وخلايا (في إحدى التجارب خلايا سرطان الرئة البشرية وفي تجربتين خلايا جذعية جنينية للفئران) - لكنهم أضافوا أيضًا مادة تتصلب (peg-dextran). وهكذا، بعد بضع دقائق، أصبح قوام القطرات هلامًا وقاموا بحبس الخلايا في محتوياتها. بعد ذلك، بدأ الباحثون في تنمية الخلايا المحاصرة، والتي تضاعفت حتى تم الحصول على عشرات الخلايا من نفس الأصل؛ تتضاعف كل خلية إلى المزيد والمزيد من الخلايا التي تشبهها، وتزداد كمية المادة التي تحتوي عليها وفقًا لذلك. يقول الدكتور أورين: "بهذه الطريقة، تمكنا من التعامل مع 30 خلية، على سبيل المثال، كخلية واحدة لأنها كانت متشابهة جدًا مع بعضها البعض، وتمكنا من قياس 30 ضعفًا من المواد".
وبهذه الطريقة، تمكن الباحثون من اكتشاف نتائج لم يكتشفوها من قبل (عند فحص الخلايا الفردية). على سبيل المثال، اكتشفوا مجموعة من الخلايا في سرطان الرئة تكون أقل فرزًا وبالتالي تنقسم وتنتشر بشكل أسرع. بالإضافة إلى ذلك، اكتشفوا أن قرار الخلايا الجذعية الجنينية بالتمايز يحدث في مرحلة أبكر بكثير مما كانوا يعتقدون (تم إعطاء إشارة بدء التمايز بالفعل في المرحلة التي كانت فيها الخلايا منفردة، قبل أن تتضاعف).
ويقول: "لقد حددنا مجموعة فريدة من الخلايا في سرطان الرئة، ومن الممكن أن نتمكن في المستقبل من دراسة خصائصها بعمق وبالتالي معرفة كيفية التغلب عليها، وأي دواء يجب استخدامه. بفضل الاكتشاف في الخلايا الجذعية الجنينية، أصبح لدينا فهم أعمق لعملية التمايز - التي تبدأ بالفعل على مستوى الحمض النووي الريبي (RNA) في الخلية. ويمكن أن نستنتج من ذلك أن القرار بشأن طريقة التمايز في التجارب المعملية ينبغي أن يتخذ في مرحلة مبكرة".
الحياة نفسها:
الدكتور رام أورن، 45 عامًا، متزوج وأب لثلاثة أطفال (11، 13، 16 عامًا)، يسكن في نتاف ويحب تسلق الصخور (على الصخور الكبيرة). ويقول إنه اختار العمل في مجال البحث، بعد أن رزق بطفلة مصابة بمرض وراثي نادر (طفرة في جين GABRG2 مما يجعلها ذات احتياجات خاصة)، واليوم يجري في مختبره مشروع للبحث عن المرض في نفس الوقت مع الدراسات الأخرى.
