كيف تنقل الفئران أجهزة المناعة التوربينية إلى ذريتها من خلال الحيوانات المنوية

من المفترض أن تكون قواعد الميراث سهلة. يمتزج الحمض النووي للأب مع الحمض النووي للأم لينتج مزيجًا جديدًا. وبمرور الوقت، ستمنح الطفرات العشوائية بعض الأفراد قدرة أفضل على التكيف مع البيئة. يتم اختيار الطفرات عبر الأجيال، وتصبح الأنواع أقوى.

ولكن ماذا لو كانت تلك العقيدة المركزية مجرد جزء من الصورة؟

كشفت دراسة جديدة in علم الطبيعة يثير الريش من حيث أنه يعيد صياغة سياقه تطور. يمكن للفئران المصابة بجرعة غير مميتة من البكتيريا، بمجرد تعافيها، أن تنقل جهاز المناعة المعزز إلى أطفالها وأحفادها، وكل ذلك دون تغيير أي تسلسل للحمض النووي. ويبدو أن الحيلة تكمن في التغيرات اللاجينية، أي كيفية تشغيل الجينات أو إيقافها، في الحيوانات المنوية. بمعنى آخر، مقارنة بآلاف السنين من التطور، هناك طريق أسرع لازدهار الأنواع. بالنسبة لأي فرد، من الممكن أن يكتسب القدرة على البقاء والقدرة على التكيف في حياة واحدة، ويمكن نقل هذه التغييرات إلى النسل.

"أردنا اختبار ما إذا كان بإمكاننا ملاحظة وراثة بعض السمات للأجيال اللاحقة، دعنا نقول بشكل مستقل عن الانتقاء الطبيعي". محمد مؤلف الدراسة الدكتور خورخي دومينغيز أندريس في مركز نيميغن بجامعة رادبود.

"إن وجود الوراثة اللاجينية له أهمية بيولوجية قصوى، ولكن مدى حدوثه في الثدييات لا يزال غير معروف إلى حد كبير". محمد الدكاترة. باولا دي كانديا من IRCCS MultiMedica، ميلانو، وجوزيبي ماتاريسي من مختبر Treg Cell Lab، Dipartimento di Medicina Molecolare e Biotechnologie Mediche في جامعة الدراسات في نابولي في نابولي، الذين لم يشاركوا في الدراسة. "إن عملهم يمثل قفزة مفاهيمية كبيرة."

التطور على المنشطات

هذه الورقة مثيرة للجدل لأنها تعتمد على نظرية التطور الأصلية لداروين.

أنت تعرف هذا المثال: الزرافات ليس لديها رقاب طويلة لأنها اضطرت إلى مد أعناقها للوصول إلى أوراق أعلى. وبدلاً من ذلك، تم في النهاية اختيار الطفرات العشوائية في الحمض النووي الذي يرمز إلى الأعناق الطويلة، ويرجع ذلك في الغالب إلى أن تلك الزرافات هي التي نجت وتكاثرت.

ومع ذلك، فقد ألقت الدراسات الحديثة بظلالها على العقيدة القديمة حول كيفية تكيف الأنواع. في جذورها يكمن علم الوراثة اللاجينية، وهي آلية "فوق" الحمض النووي لتنظيم كيفية التعبير عن جيناتنا. من المفيد أن نفكر في الحمض النووي باعتباره كودًا أساسيًا منخفض المستوى - ASCII في أجهزة الكمبيوتر. لتنفيذ التعليمات البرمجية، يجب ترجمتها إلى لغة أعلى: البروتينات.

على غرار لغة البرمجة، من الممكن إسكات الحمض النووي باستخدام أجزاء إضافية من التعليمات البرمجية. إنها الطريقة التي تتطور بها خلايانا إلى أعضاء وأجزاء مختلفة إلى حد كبير من الجسم - مثل القلب والكلى والدماغ - على الرغم من أنها تحتوي على نفس الحمض النووي. يُطلق على هذا المستوى من التحكم اسم علم الوراثة اللاجينية، أو "فوق علم الوراثة". إحدى الطرق الأكثر شيوعًا لإسكات الحمض النووي هي إضافة مجموعة كيميائية إلى الجين بحيث "يعلق" الجين، مثل قفل العجلة، أثناء محاولته صنع البروتين. يؤدي هذا إلى إسكات الشفرة الوراثية دون الإضرار بالجين نفسه.

هذه العلامات الكيميائية منتشرة على طول جيناتنا، وتمثل وسيلة قوية لتحقيق ذلك السيطرة على بيولوجيتنا الأساسية- أي شيء من الإجهاد إلى السرطان إلى أمراض المناعة الذاتية أو الصراعات النفسية. ولكن على عكس الحمض النووي، يُعتقد أن العلامات الكيميائية تم محوها بالكامل في الجنين، مما يؤدي إلى ظهور صفحة بيضاء للجيل التالي ليبدأ من جديد.

ليس كثيرا. والآن دراسة مشهورة أظهر أن المجاعة التي حدثت خلال شتاء عامي 1944 و1945 غيرت عملية التمثيل الغذائي لدى الأطفال الذين كانوا، في ذلك الوقت، أجنة في طور النمو. وكانت النتيجة أن هؤلاء الأطفال كانوا أكثر عرضة للسمنة والسكري، على الرغم من أن جيناتهم ظلت دون تغيير. دراسات مماثلة في الفئران ، أظهرت أنه يمكن نقل الخوف والصدمة في الآباء على الجراء - والأحفاد - مما يجعلهم أكثر عرضة ، في حين بعض أنواع تعاطي المخدرات زيادة قدرة الجراء على مقاومة الإدمان.

قصة طويلة قصيرة؟ وراثة الحمض النووي ليست اللعبة الوحيدة في المدينة.

مناعة خارقة

وتلعب الدراسة الجديدة على فكرة مماثلة: أن تجارب الفرد في الحياة يمكن أن تغير التركيب اللاجيني لنسله. هنا، ركز المؤلفون على "المناعة المدربة" - جزء من الجهاز المناعي الذي لدينا عند الولادة، ولكنه قادر على تعلم و"تذكر" العدوى السابقة لمحاربة الجولة التالية بشكل أفضل.

قام الفريق أولاً بتعريض الفئران البالغة لعناصر معدية مثل الفطريات أو جزيئات الخميرة لمحاكاة العدوى. وبمجرد تعافيها، تم تزاوج الفئران مع فئران سليمة، مما أدى إلى ظهور صغار طبيعية المظهر.

لكنهم جميعا كان لديهم قوة خارقة. عند مواجهة مسببات الأمراض المحتملة، مثل البكتيريا E. كولاي- أظهروا رد فعل مناعي أقوى بكثير مقارنة بالفئران التي لديها آباء غير مصابين. وكانت أجسام الجراء قادرة على تجنيد الخلايا المناعية بشكل أفضل في مواقع العدوى، كما أثارت أيضًا استجابة مناعية أكثر شراسة ضد المهاجمين البكتيريين، على الرغم من أن هذه كانت أول مواجهة لهم مع مسببات الأمراض هذه.

والأكثر إثارة للإعجاب هو أن هذه المناعة الفائقة استمرت للجيل القادم. كما كان لدى أحفاد الفئران المصابة في الأصل مستويات منخفضة من البكتيريا في نظامهم بعد البحث في بيئة غنية بالبكتيريا. ومع ذلك، تضاءلت الحماية في الجيل الثالث - أحفاد الأحفاد - مما يشير إلى أن كل ما تم تمريره له تاريخ انتهاء الصلاحية.

لحن جيني جديد

كيف يمكن نقل المناعة المدربة إلى الأبناء؟

أول ما يثير الحيرة هو أنه على السطح، لا تبدو خلايا الدم البيضاء و"المهاجمون" الآخرون مختلفين بين الفئران المقاومة للأمراض والفئران الطبيعية. ولكن عندما نظر الفريق إلى مصدر الخلايا المناعية – النخاع العظمي – رسم المشهد اللاجيني لديهم صورة متغيرة إلى حد كبير.

كان لدى الفئران المولودة من آباء أو أجداد مصابين سابقًا مشهد جيني أكثر "انفتاحًا". وهذا يعني أن العديد من جيناتها التي تساعد الخلايا المناعية على التطور والتنشيط كان من السهل الوصول إليها، مما يسمح لها بالعمل بسرعة في أوقات الحاجة. تم تجهيز نوع واحد من الجنود المناعيين بشكل خاص للعمل في هذه الفئران، مع تعزيز عملية التمثيل الغذائي والاستجابة للتهديدات.

ولكن كيف يمكن تمرير هذه التغييرات إلى الجيل التالي عندما لا يتعرض الوالدان للعدوى بشكل مباشر؟

يبدو أن إحدى الإجابات هي تغيير الحيوانات المنوية. وبالنظر إلى المشهد اللاجيني، وجد الفريق "بصمة" تعمل على إعداد خلايا الدم البيضاء بشكل أفضل لحماية الجراء من أي بكتيريا. الحيوانات المنوية المدعمة ليست هي الحل الوحيد؛ وكانت الفئران المولودة من أمهات مصابات سابقًا تتمتع أيضًا بمناعة معززة، لكن كيفية عمل ذلك تظل لغزًا. كيف يتم إرسال التغيرات في علم الوراثة اللاجينية للخلايا المناعية إلى الخلايا الإنجابية، هو أيضًا أمر لا يمكن تخمينه، على الرغم من أن الجزيئات الحيوية المنجرفة التي تسمى الحمض النووي الريبي المتداخل الصغير قد تكون هي الرسول.

الحد الأدنى؟ إن الميراث اللاجيني "الناعم" أكثر انتشارًا مما كنا نعتقد. بينما يتم العمل في الفئران، دراسة سابقة أظهر أن أطفال الآباء الذين تم إعطاؤهم لقاح BCG لديهم نسبة بقاء أعلى بكثير في بداية حياتهم. مثل الفئران، قد نرث أيضًا مناعة والدينا وننقلها إلى أطفالنا.

ولكن ليس كل حيدات وقوس قزح. الاستجابات الالتهابية القوية، على الرغم من فعاليتها في مكافحة الغزاة البكتيرية، يمكن أن تؤدي أيضًا إلى تصلب الشرايين وأمراض القلب والأوعية الدموية، وحتى تسارع الشيخوخة. السؤال الذي يسعى الفريق بعد ذلك للإجابة عليه هو: هل المناعة الفائقة الموروثة لها جوانب سلبية غير متوقعة؟

في الوقت الحالي، تعتمد النتائج على ملاحظات سابقة مفادها أن الحمض النووي ليس هو الحل النهائي عندما يتعلق الأمر بالميراث. "أنا فضولي حقًا لمعرفة كيف يرى المجتمع العلمي هذه الورقة. قال دومينغيز أندريس: “أنا متأكد من أنه سيكون هناك بعض الانتقادات”.

الصورة الائتمان: جيرد التمان تبدأ من Pixabay

المصدر: https://singularityhub.com/2021/11/02/how-mice-transmit-turbocharged-immune-systems-to-their-offspring-through-sperm/