כיצד העבירו עכברים מערכות חיסון מוגדשות טורבו לצאצאיהם דרך זרע

כללי הירושה כביכול קלים. ה-DNA של אבא מתערבב עם זה של אמא כדי ליצור שילוב חדש. עם הזמן, מוטציות אקראיות יעניקו לחלק מהאנשים יכולת הסתגלות טובה יותר לסביבה. המוטציות נבחרות בדורות, והמין מתחזק.

אבל מה אם הדוגמה המרכזית הזו היא רק חלק מהתמונה?

מחקר חדש in טבע אימונולוגיה הוא מפרך נוצות בכך שהוא עושה קונטקסטואליזציה מחדש אבולוציה. עכברים שנדבקו במינון לא קטלני של חיידקים, לאחר שהחלימו, יכולים להעביר לילדיהם ולנכדיהם מערכת חיסונית מחוזקת בטורבו - כל זאת מבלי לשנות שום רצף DNA. נראה שהטריק הוא שינויים אפיגנטיים - כלומר איך גנים מופעלים או מכבים - בזרע שלהם. במילים אחרות, בהשוואה לאלפי שנים של אבולוציה, יש מסלול מהיר יותר למין לשגשג. עבור כל אדם, ניתן להשיג שרידות וכושר הסתגלות במהלך חיים בודדים, ושינויים אלו יכולים לעבור לצאצאים.

"רצינו לבדוק אם נוכל לראות את ההורשה של כמה תכונות לדורות הבאים, נניח ללא תלות בברירה הטבעית." אמר מחבר המחקר ד"ר חורחה דומינגז-אנדרס במרכז אוניברסיטת רדבוד בניימגן.

"קיומה של תורשה אפיגנטית הוא בעל רלוונטיות ביולוגית עליונה, אך המידה שבה היא מתרחשת ביונקים נותרה בלתי ידועה במידה רבה." אמר דרס. פאולה דה קנדיה ב-IRCCS MultiMedica, מילאנו, וג'וזפה מאטארזה במעבדת התא Treg, Dipartimento di Medicina Molecolare e Biotecnologie Mediche באוניברסיטת נאפולי בנאפולי, שלא היו מעורבים במחקר. "העבודה שלהם היא קפיצה רעיונית גדולה."

אבולוציה על סטרואידים

המאמר שנוי במחלוקת מכיוון שהוא מתבסס על תיאוריית האבולוציה המקורית של דרווין.

אתם מכירים את הדוגמה הזו: לג'ירפות אין צוואר ארוך כי הן נאלצו למתוח את הצוואר שלהן כדי להגיע לעלים גבוהים יותר. במקום זאת, מוטציות אקראיות ב-DNA המקודד לצוואר ארוך נבחרו בסופו של דבר, בעיקר בגלל שהג'ירפות הללו היו אלו ששרדו והתרבות.

עם זאת, מחקרים אחרונים זרקו מפתח ברגים לדוגמה ארוכת השנים סביב אופן הסתגלות המינים. בשורשם נמצאת האפיגנטיקה, מנגנון "מעל" ל-DNA כדי לווסת את אופן ביטוי הגנים שלנו. זה מועיל לחשוב על DNA כעל קוד בסיס ברמה נמוכה - ASCII במחשבים. כדי להפעיל את הקוד, יש לתרגם אותו לשפה גבוהה יותר: חלבונים.

בדומה לשפת תכנות, אפשר להשתיק DNA עם פיסות קוד נוספות. כך התאים שלנו מתפתחים לאיברים וחלקי גוף שונים בתכלית - כמו הלב, הכליות והמוח - למרות שיש להם אותו DNA. רמת שליטה זו מכונה אפיגנטיקה, או "מעל גנטיקה". אחת הדרכים הנפוצות ביותר להשתיק DNA היא להוסיף קבוצה כימית לגן כך שכמו נעילת גלגלים, הגן "נתקע" בזמן שהוא מנסה לייצר חלבון. זה משתיק את הקוד הגנטי מבלי לפגוע בגן עצמו.

הסמנים הכימיים הללו מנוקדים לאורך הגנים שלנו, ומייצגים דרך רבת עוצמה לעשות זאת לשלוט בביולוגיה הבסיסית שלנו- כל דבר ממתח לסרטן ועד למחלות אוטואימוניות או מאבקים פסיכיאטריים. אבל בניגוד ל-DNA, התגים הכימיים נחשבים נמחקים לחלוטין בעובר, וכתוצאה מכך לוח ריק עבור הדור הבא להתחיל מחדש.

לא כל כך. א עכשיו מחקר מפורסם הראה שרעב במהלך החורף של 1944 ו-1945 שינה את חילוף החומרים של ילדים שבאותו זמן הגדילו עוברים. התוצאה הייתה שאותם ילדים היו רגישים יותר להשמנה ולסוכרת, למרות שהגנים שלהם נותרו ללא שינוי. מחקרים דומים בעכברים הראו שפחד וטראומה בהורים יכולים לעבור לגורים - ולנכדים - מה שהופך אותם לרגישים יותר, בעוד סוגים מסוימים של שימוש בסמים הגביר את חוסנם של הגורים נגד התמכרות.

בקיצור? תורשת DNA היא לא המשחק היחיד בעיר.

חסינות מעצמת על

המחקר החדש משחק על רעיון דומה: שהתנסויותיו של אדם בחיים יכולות לשנות את המבנה האפיגנטי של צאצאיו. כאן, המחברים התמקדו ב"חסינות מאומנת" - החלק של מערכת החיסון שיש לנו בלידה, אבל הוא מסוגל ללמוד ו"לזכור" זיהומים קודמים כדי להילחם טוב יותר בסיבוב הבא.

הצוות חשף לראשונה עכברים בוגרים לאלמנטים מדבקים כמו פטריות או חלקיקי שמרים כדי לדמות זיהום. לאחר שהחלימו, העכברים זודוו עם עכברים בריאים, וכתוצאה מכך היו גורים רגילים למראה.

אבל לכולם היה כוח-על. כאשר מאותגרים עם פתוגנים פוטנציאליים - נגיד, החיידקים חיידק E. coli- הם הראו תגובה חיסונית חזקה הרבה יותר בהשוואה לעכברים עם הורים לא נגועים. גופם של הגורים הצליח לגייס טוב יותר תאי חיסון לאתרי זיהום, והם גם עוררו תגובה חיסונית אכזרית יותר נגד תוקפי חיידקים - למרות שזה היה המפגש הראשון שלהם עם הפתוגנים הללו.

אפילו יותר מרשים, חסינות העל הזו המשיכה לדור הבא. גם לנכדים של עכברים שנדבקו במקור היו רמות נמוכות יותר של חיידקים במערכת שלהם לאחר שחיטטו בסביבה עשירה בחיידקים. עם זאת, ההגנה הצטמצמה בדור השלישי - הנינים - מה שמרמז שלכל מה שהועבר יש תאריך תפוגה.

מנגינה אפיגנטית חדשה

כיצד ניתן להעביר חסינות מאומנת לצאצאים?

מגרדת הראש הראשונה הייתה שעל פני השטח, תאי דם לבנים ו"תוקפים" אחרים לא נראו כל כך שונים בין עכברים עמידים למחלות לבין עכברים רגילים. אבל כשהצוות הסתכל על מקורם של תאי החיסון - מח העצם - הנוף האפיגנטי שלהם צייר תמונה שהשתנתה מאוד.

לעכברים שנולדו מהורים או סבים שנדבקו בעבר היה נוף אפיגנטי "פתוח" יותר. כלומר, כמה מהגנים שלהם שעוזרים לתאי חיסון להתפתח ולהפעיל היו נגישים יותר, מה שאפשר להם להידלק במהירות בעת הצורך. סוג אחד של חייל חיסוני תוכנן במיוחד לפעולה בעכברים אלה, עם חילוף חומרים מוגבר והיענות לאיומים.

אבל איך אפשר להעביר את השינויים האלה לדור הבא כשההורים מעולם לא חוו ישירות זיהום?

נראה שתשובה אחת היא זרע שהשתנה. בהסתכלות על הנוף האפיגנטי, הצוות מצא "טביעת אצבע" שמפרגנת טוב יותר את תאי הדם הלבנים כדי להגן על הגורים מכל חיידק. זרע מועשר אינו התשובה היחידה; גם לעכברים שנולדו מאמהות שנדבקו בעבר הייתה חסינות מוגברת בטורבו, אבל איך זה עובד נשאר בגדר תעלומה. כיצד שינויים באפיגנטית של תאי החיסון מועברים לתאי רבייה הוא גם ניחוש של כל אחד, אם כי ביו-מולקולות נסחפות הנקראות RNA מתערב קטן עשויות להיות השליח.

שורה תחתונה? תורשה "רכה" אפיגנטית נפוצה יותר ממה שחשבנו. בזמן שהעבודה היא בעכברים, מחקר קודם הראה שלילדים להורים שקיבלו את החיסון BCG יש הישרדות גבוהה יותר בשלבים המוקדמים. כמו עכברים, אנו עשויים גם לרשת את החסינות של הורינו ולהעביר אותה לילדינו.

אבל זה לא הכל חדי קרן וקשתות בענן. תגובות דלקתיות חזקות, למרות שהן יעילות במלחמה בפולשים של חיידקים, יכולות גם לעורר טרשת עורקים, מחלות לב וכלי דם, ואפילו הזדקנות מואצת. השאלה שהצוות מבקש לענות עליה היא האם לחסינות-על בירושה יש חסרונות בלתי צפויים?

לעת עתה, התוצאות מתבססות על תצפיות קודמות לפיהן ה-DNA אינו הסוף בכל הנוגע להורשה. "אני באמת סקרן לראות איך הקהילה המדעית רואה את המאמר הזה. אני בטוח שתהיה קצת ביקורת", אמר דומינגז-אנדרס.

תמונת אשראי: גרד אלטמן החל מ- pixabay

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