أوقف الباحثون في Mayo Clinic جينات سمك الزرد ثم أعادوا تشغيلها

قد يسلط البحث الضوء على مشاكل طبية مثل الطريقة التي تنتشر بها الخلايا السرطانية، أو لماذا يكون بعض الأشخاص أكثر عرضة للنوبات القلبية، أو الدور الذي تلعبه الجينات في الإدمان. 

صمم باحثو Mayo Clinic أداة جديدة تساعد في اكتشاف وظيفة البروتينات بناءً على الشفرة الوراثية. وتمكن فريق الباحثين برئاسة الدكتور ستيفن أكر من إيقاف عمل الجينات المنفصلة ومن ثم استئناف عملها وملاحظة تطور الأجنة والزريعة. ونشرت الدراسة في مجلة Nature Methods.
وقد يسلط البحث الضوء على مشاكل طبية مثل الطريقة التي تنتشر بها الخلايا السرطانية، أو لماذا يكون بعض الأشخاص أكثر عرضة للنوبات القلبية، أو الدور الذي تلعبه الجينات في الإدمان. باستخدام هذه الطريقة، من الممكن أيضًا التحقيق في قضايا أكثر تعقيدًا، مثل وراثة السلوك، ومرونة الخلايا وذاكرتها، والإجهاد، والتعلم، وعلم الوراثة اللاجينية.

الدراسة التي أجريت في منشأة الزرد (مرفق الزرد الأساسية) من Mayo Clinic قد يساهم في توحيد علم الأحياء وعلم الوراثة ويصف النسيج المعقد للعلاقات المتبادلة بين الحمض النووي ووظيفة الجينات والتعبير أو انتقال الجينات والبروتينات. في هذه الدراسة، تم فحص تعبيرات البروتين ووظيفة 350 موقعًا (loci) من بين حوالي 25,000 جينًا لترميز البروتين. ويعتزم الباحثون اكتشاف 2,000 مكان آخر.
قال الدكتور أكر، عالم الأحياء الجزيئية في Mayo Clinic والمؤلف الرئيسي للدراسة: "بالنسبة لي، هذا النظام عبارة عن مجموعة أدوات يمكنها تقديم إجابات للأسئلة العلمية الأساسية". "إن النتائج تفتح الطريق أمام مجال بيولوجي كان حتى الآن مستحيلا، أو غير عملي، مع الأساليب الحالية للبحث الجيني."

لاول مرةعلى الاطلاق…

ويتضمن البحث العديد من الإنجازات الرائدة في دراسة علم الوراثة. تتضمن هذه الإنجازات قدرة عكسية على إدخال الطفرات الناقلة بكفاءة. وفي جميع الأماكن التي تم فحصها تقريبًا، تجاوز معدل التعبير الداخلي 99 بالمائة.
أسفرت الدراسة عن أول مجموعة من الأليلات الطافرة المشروطة غير الفأرية؛ وعلى النقيض من الأليلات الشرطية الشائعة في الفئران، والتي تتحول من النشطة إلى غير النشطة، فإن الطفرات الشرطية في الزرد تتحول من غير نشطة إلى نشطة - مما يوفر رؤى جديدة حول المتطلبات المحلية للجينات. يشتمل نظام الترانسبوزونات على كروموسومات متحولة تحمل علامات الفلورسنت، مما يفتح الباب أمام عالم جيني جديد كان من الصعب جدًا تحقيقه حتى الآن، أو لم يكن من الممكن تحقيقه على الإطلاق، باستخدام الطرق الطفرية التقليدية، مثل الإدخال الكيميائي أو إدخال الفيروسات القهقرية.
يمثل المشروع أيضًا سابقة أخرى في طفرة الفقاريات. بفضل الشفافية الطبيعية لجسم سمكة الزرد، تمكن الباحثون من تسجيل وظيفة الجينات وديناميكية البروتينات، وإيجاد روابط بين التعبير عن الجينات أو البروتينات والوظيفة في نظام واحد، لتوفير اتصال مباشر الروابط الجينية.
ويعتزم الباحثون دمج المعلومات من البحث في مخطوطة وراثية جديدة، والتي يمكن استخدامها كنقطة مرجعية للمعلومات المخزنة في جينوم الفقاريات.

تسليط الضوء على الأمراض...
وكشف الباحثون أن سمك الزرد شفاف بالنسبة للينقولات - المعروفة أيضًا باسم الجينات القافزة - لأنها تتحرك في جميع أنحاء جينوم الخلية. وجهت الترانسبوزونات خلايا الزرد إلى تحديد البروتينات الطافرة باستخدام "علامة" البروتين الفلوري.
قال الدكتور آكر: "بهذه الطريقة يمكنك التحقيق في مجموعة جديدة تمامًا من المشكلات". "وهذا يضيف مستوى آخر من التعقيد لمشروع الجينوم."
يقوم فريق الدكتور آكر بتربية حوالي 50,000 سمكة زرد في المنشأة الأساسية لسمكة الزرد. لمراقبة الطفرات وتصويرها وتوثيقها، في الأسماك العديدة والصغيرة، يتعاون أعضاء الفريق مع باحثين من جميع أنحاء العالم ويساعدون أيضًا المعلمين من مدرسة روتشستر الابتدائية العامة. كجزء من برنامج Mayo Clinic وجامعة ولاية وينونا، والذي يسمى InSciEd Out (التوعية المتكاملة لتعليم العلوم)، يقوم المعلمون بتوثيق الطفرات والتعرف على المنهج العلمي.
ومن بين الأعضاء الآخرين في فريق البحث الدكتور كارل كلارك؛ الدكتور يونغ دينغ؛ ستيفاني ويستكوت؛ فيكتوريا باديل؛ تامي غرينوود؛ حساء حضري كيمبرلي شوستر؛ الدكتور أندرو بيتزولد؛ الدكتور جون ني؛ والدكتور كاسيالوي إكسو، وجميعهم من Mayo Clinic؛ الدكتور داريوس بلاكيونس؛ أودري نيلسن؛ والدكتور سريدار سيفاسوبو، وجميعهم من جامعة مينيسوتا؛ والدكتور هانز مارتن بوجودا، والدكتور ماتياس هيرمشميت من جامعة كولونيا في ألمانيا؛ فاشوك باثوفاري والدكتور فينود ساكاريا من معهد علم الوراثة والبيولوجيا التكاملية في نيودلهي.

تم تمويل الدراسة من قبل المعهد الوطني لتعاطي المخدرات، والمعهد الوطني للعلوم الطبية العامة، والمعهد الوطني للسكري وأمراض الجهاز الهضمي والكلى، ومايو كلينك.