يكشف البروفيسور بيتر جوجراتن من ولاية كونيتيكت وزميله الإسرائيلي الدكتور أوري جوفنا عن حوار جيني عاصف بين الأنواع البيولوجية المختلفة ويهدد بنية الشجرة الجينية التقليدية
منذ أيام تشارلز داروين، كان من المعتاد أن يصف العلماء الذين يتعاملون مع التطور تطور الأنواع البيولوجية المختلفة - وحيدة الخلية ومتعددة الخلايا، والنباتات والحيوانات - في شكل شجرة. في قاعدة جذع هذه الشجرة تقف أول خلية حية، وهي "السلف المشترك" لجميع الكائنات الحية. أثناء التطور، عندما ينقسم أحد الأنواع البيولوجية إلى نوعين، مثل البشر والشمبانزي، يتم وصفه عادة على أنه فرعين ينبتان من فرع مشترك. النقطة الأساسية في هذا النموذج هي أن الجنسين، مثل الفرعين، لا يلتقيان مرة أخرى. يستمر كل نوع بيولوجي في تطوره التطوري المستقل، ولا ينزل إلى أسفل الشجرة ولا يتصل بالفروع الأخرى. النوعان اللذان انفصلا عن بعضهما البعض لا يعودان معًا ولا يتبادلان الجينات المتغيرة بينهما - كل منهما له طريقه الخاص في التغيير الجيني والتطور.
لكن البروفيسور بيتر جوغراتن، رئيس قسم بيولوجيا الخلايا الجزيئية في جامعة كونيتيكت والدكتور أوري جوفنا، كبير المحاضرين في قسم الأحياء الدقيقة الجزيئية في جامعة تل أبيب، يدّعيان خلاف ذلك. وفي دراساتهم المشتركة والمنفصلة، يعرضون حالات نقل الجينات بين الأنواع البيولوجية المختلفة والمنفصلة، وهي آلية تُعرف في كلماتهم باسم "نقل الجينات الأفقي". ومن ثم، يقوم جوغراتن وجوفنا وزملاؤهما بإعادة تشكيل المسار التطوري المألوف والمعروف: لم تعد شجرة تطورية بل شبكة تطورية توجد فيها روابط أفقية بين الفروع المختلفة. الصورة التصويرية الأخرى التي يستخدمها الاثنان هي البطاطس. "البطاطا" هي الجسم المشترك ذو الحجم الكبير الذي يمكن أن يحدث فيه نقل الجينات الجانبي، والذي تظهر منه براعم متعددة ومختلفة - فروع تطورية ذات بنية أكثر كلاسيكية.
بين الحيوانات القديمة، مثل الكائنات بدائية النواة وحيدة الخلية، الموجودة في قلب "البطاطا"، يعد نقل الجينات الجانبي أمرًا شائعًا كحدث يومي. ومع ذلك، فقد وجد أن مثل هذا النقل الجيني يحدث أيضًا بين الكائنات الأكثر تطورًا. على سبيل المثال، تتبادل خلايا الخميرة المختلفة هذه الجينات مع بعضها البعض. يمكن لبعض أنواع البكتيريا إدخال جينات في الخلايا النباتية، وبالتالي التسبب في تكوين العقيدات، وهي نموات توفر لها العناصر الغذائية ومكانًا مناسبًا للحياة.
الطريقة البحثية لإثبات النقل الجيني الجانبي هي العثور على جينات متطابقة في كائنين ينتميان إلى أنواع بيولوجية مختلفة. وهذا ليس نادرًا كما قد يظن المرء في البداية. لكن جوجراتن وجوبنا يحاولان فك رموز الآليات التي تسمح بنقل الجينات الجانبي. إن الوراثة عبر الأجيال تفسر بشكل جيد للغاية انتقال الجينات بين الكائنات ونسلها، من بكتيريا تنقسم إلى قسمين إلى بقرة تلد عجلها، في حين أن نقل الجينات بين المخلوقات المختلفة يجب أن يساعده عامل، "" رسول ليتكلم بالعدوان" الذي سينقل الجينات بين الأنواع المختلفة.
بين البكتيريا، غالبًا ما تكون هذه الرسائل فيروسات (فيروسات أو عاثيات) تُعرف باسم العاثيات. عندما يهاجم مثل هذا الفيروس بكتيريا، فإنه يقوم بإدخال جيناته في أسطوانة جسم الخلية البكتيرية ويجبر الآلية الخلوية للبكتيريا على إنتاج الحمض النووي أو الحمض النووي الريبي (RNA) للفيروس، وتغليفه في بروتين فيروسي وإنشاء نسخ عديدة من العاثيات. خلال هذه العملية، يتم أحيانًا احتجاز جزء من الحمض النووي البكتيري (DNA أو RNA) داخل الحمض النووي للعاثية. وبالتالي فإن الجيل التالي من العاثيات يحتوي على مادة وراثية بكتيرية، وعندما تخترق نسخ الفيروس بكتيريا جديدة، فإنها تحقن قطعة الحمض النووي للبكتيريا السابقة مع معلوماتها الوراثية. إذا أصابت العاثيات بكتيريا من نوع آخر، فإنها تنقل الجينات عبر الشجرة الجينية. وإذا كان الجزء الجيني يحتوي على جينات تعطي البكتيريا الجديدة أفضلية، مثل مقاومة المضادات الحيوية، يتم إنشاء بكتيريا أكثر تكيفا مع بيئتها بهذه الطريقة، بطريقة غير ممكنة بالوراثة الطبيعية. وبالتالي فإن النقل الجيني المستعرض هو آلية فعالة للغاية تسمح بـ "الاختصارات" التطورية وحتى "القفزات"، وفهمها مهم جدًا في فهم كيفية عمل الفيروسات والبكتيريا.
يمكن إدخال الجينات الأجنبية في المعلومات الوراثية البكتيرية باستخدام عدة إنزيمات. أحد هذه الإنزيمات يسمى "النوكلياز الداخلي الموجه" وتتمثل وظيفته في قطع الحمض النووي البكتيري عند نقطة محددة بالقرب من الجين الغريب الذي سيغزو جينوم البكتيريا. توجد هذه الإنزيمات أيضًا في أنواع البكتيريا "المحبة للملوحة" (حرفيًا: المحبة للملح) من مملكة العتائق، القادرة على العيش عند مستوى عالٍ جدًا من الملوحة، حتى في مياه بحرنا الميت، والتي تسمى خطأً "الموت". بحر". يركز جوفنا وجوجراتن على هذه البكتيريا بهدف فك رموز الآلية الجزيئية لنقل الجينات الجانبية (وبالصدفة، تم فك رموز التركيب الجزيئي للريبوسوم، مما أدى إلى حصول البروفيسورة أدا يونيت على جائزة نوبل في الكيمياء، بين أشياء أخرى، في مثل هذه البكتيريا المحبة للملوحة.)
هل تقوم الكائنات الحية الأخرى بتبادل الجينات في آلية نقل الجينات الجانبية مع الأنواع البيولوجية غير الفيروسات والبكتيريا؟ من المسلم به من قبل العلماء أن أصل العضيات تحت الخلوية السليمة، مثل الميتوكوندريا، هو في بكتيريا من المملكة البكتيرية التي اندمجت مع بكتيريا من مملكة العتائق وخلقت أول حقيقيات النوى.
نحن البشر نرى أنفسنا على قمة الشجرة التطورية، ونهتم دائمًا بالآثار العملية للبحث العلمي. هل للبحث في مجال نقل الجينات الجانبي بين الكائنات وحيدة الخلية أي تطبيق لمساعدة الكائنات المعقدة مثل البشر؟ يبتسم جوفنا وجوجراتن، مثل كل العلماء المنخرطين في الأبحاث البحتة، لهذا السؤال الشائع، وتكون إجابتهم الأولى هي أن الدافع لأبحاثهم هو الفضول العلمي البحت وليس بالضرورة الإمكانيات العملية لنتائجهم. ولكن مما لا شك فيه أن آليات نقل المعلومات الوراثية بين الأنواع المختلفة لها العديد من النتائج العملية، حيث أن الإنسان اليوم هو العامل الأول في نقل الجينات من الإنتاج إلى الإنتاج في عمليات الهندسة الوراثية. تعتبر الفئران التي تتوهج بالضوء الأخضر لقنديل البحر، أو الفئران التي يمكن التحكم في تصرفاتها باستخدام جين حساس للضوء مشتق من الطحالب، أمثلة على نقل الجينات الاصطناعية. إن نتائج أبحاث جوغراتن وغوفنا وفهم آليات "الهندسة الوراثية الطبيعية" يمكن أن تساهم بالفعل، حسب رأيهما، على سبيل المثال في مجال زرع الجينات للأغراض الطبية (العلاج الجيني).
ولد البروفيسور جوجراتن في ألمانيا ويعيش ويعمل الآن في الولايات المتحدة. لقد جاء إلى إسرائيل كجزء من برنامج فولبرايت الأمريكي لتبادل المحاضرين والطلاب. تتم إدارة مشاركة إسرائيل في هذا البرنامج من قبل مؤسسة التعليم الأمريكية الإسرائيلية. أصبحت زيارة البروفيسور غوغراتن إلى جامعة تل أبيب كزميل فولبرايت ممكنة بفضل التمويل الإضافي الذي تلقاه من برنامج إدموند سافرا للمعلوماتية الحيوية.
ردًا على سؤالي حول سبب اختياره المجيء إلى إسرائيل، يوضح البروفيسور جوغراتن أن الباحثين الإسرائيليين رائدون في مجال أبحاث المعلوماتية الحيوية بشكل عام وفي الموضوعات القريبة من قلبه وأبحاثه بشكل خاص. علاوة على ذلك، يقول إن العلماء الإسرائيليين يتميزون في تجربته البحثية بالانفتاح والرغبة في التعاون العلمي. هذه الأسباب، بالإضافة إلى حقيقة أن إسرائيل دولة مثيرة للاهتمام، جعلته على اتصال بالدكتور أوري جوفنا. أوري جوفنا هو خريج التخنيون في التكنولوجيا الحيوية وحصل على درجتيه الثانية والثالثة في جامعة تل أبيب وعاد إلى هذه الجامعة في نهاية بحث ما بعد الدكتوراه في جامعة دالهوزي في نوفا سكوتيا.
هل سيؤدي التعاون بين الاثنين إلى إعادة كتابة كتب التطور المدرسية؟ الوقت سوف اقول.
الدكتورة ديبورا جاكوبي هي عضو في الهيئة التعليمية في حمادة، مركز التعليم العلمي في تل أبيب، ومحررة علمية في ساينتفيك أمريكان إسرائيل.
