معلومة

دائما ما ينتج استنساخ الخلايا الجسدية ذرية من الإناث؟

دائما ما ينتج استنساخ الخلايا الجسدية ذرية من الإناث؟


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

كنت أنظر إلى استنساخ الخلايا الجسدية للماعز.

إحدى مزايا العملية المذكورة كانت

  • كل النسل الناتج من الإناث.

الآن أنا في حيرة من أمري. كيف هذا هو الحال؟

أعلم أنه يتم حقن الجنين بعد الالتحام الكهربائي في أم بديلة ، لكنني لا أفهم كيف تكمن الميزة في أنهم "جميعًا ... إناث".


بالنسبة لمعظم أنواع الماشية ، تعتبر الإناث فقط ذات قيمة اقتصادية. وإذا قمت باستنساخ أنثى ، فسوف تحصل على ذرية فقط.

يمكنني أيضًا أن أتخيل أنك قد ترغب في استخدام نواة بيضية ونواة جسدية من نفس الحيوان. بهذه الطريقة ، يمكنك أيضًا الحفاظ على الحمض النووي للميتوكوندريا من ماعزك الذهبي. والذكور فقط لا يصنعون خلايا البيض. يمكن أيضًا أن يتجنب أي تضارب بين المضيف والمانح ، يمكن مقارنته إلى حد ما بالأعضاء المانحة. لكني لا أعرف ما إذا كانت هذه مشكلة بالفعل.


خلية جسدية

أ خلية جسدية (من اليونانية القديمة σῶμα سوما، تعني "الجسم") ، أو خلية نباتية، هي أي خلية بيولوجية تشكل جسم كائن متعدد الخلايا بخلاف الأمشاج أو الخلايا الجرثومية أو الخلايا المشيمية أو الخلايا الجذعية غير المتمايزة. [1]

تسمى الخلية التي تشارك في تكوين جسم الكائن الحي وتنقسم من خلال عملية الانشطار الثنائي والانقسام الانقسام الخلية الجسدية.

في المقابل ، الأمشاج عبارة عن خلايا تندمج أثناء التكاثر الجنسي ، والخلايا الجرثومية هي خلايا تؤدي إلى ظهور الأمشاج ، والخلايا الجذعية هي خلايا يمكن أن تنقسم من خلال الانقسام الفتيلي وتتفرق إلى أنواع خلايا متخصصة متنوعة. على سبيل المثال ، في الثدييات ، تشكل الخلايا الجسدية جميع الأعضاء الداخلية والجلد والعظام والدم والنسيج الضام ، بينما تنتج الخلايا الجرثومية للثدييات الحيوانات المنوية والبويضات التي تندمج أثناء الإخصاب لإنتاج خلية تسمى الزيجوت ، والتي تنقسم وتميز في خلايا الجنين. يوجد ما يقرب من 220 نوعًا من الخلايا الجسدية في جسم الإنسان. [1]

من الناحية النظرية ، هذه الخلايا ليست خلايا جرثومية (مصدر الأمشاج) فهي تنقل طفراتها ، إلى نسلها الخلوي (إذا كان لديهم أي منها) ، ولكن ليس إلى نسل الكائن الحي. ومع ذلك ، في الإسفنج ، تشكل الخلايا الجسدية غير المتمايزة الخط الجرثومي ، وفي Cnidaria ، تكون الخلايا الجسدية المتمايزة هي مصدر السلالة الجرثومية. يظهر انقسام الخلايا الانقسامية فقط في الخلايا الجسدية ثنائية الصبغة. فقط بعض الخلايا مثل الخلايا الجرثومية تشارك في التكاثر. [2]


نقل نووي للخلايا الجذعية

تم إنشاء نقل نواة الخلية الجسدية للخلايا الجذعية متعددة القدرات للأنواع الحيوانية ، ولا سيما في الفئران والرئيسيات غير البشرية. ومع ذلك ، كانت هناك صعوبات كبيرة في اشتقاق الخلايا الجذعية متعددة القدرات عن طريق النقل النووي في الإنسان. على الرغم من هذه الصعوبة ، هناك اهتمامات قوية في إنشاء نقل نواة الخلية الجسدية (SCNT) في الإنسان لدراسة التطور البشري المبكر ، وإنتاج الأمشاج لمرضى العقم / العقيم ، ومقارنات بين إمكانات النمو والتمايز مع الخلايا الجذعية المستحثة (iPSCs) ، والبحث في بيولوجيا الخلايا الجذعية. إن الجمع بين العوامل المشتقة من البويضات وعوامل النسخ لإعادة البرمجة الفعالة والفعالة للنواة الجسدية للخلايا الجذعية متعددة القدرات هو حافز قوي لمزيد من البحث في نقل نواة الخلية الجسدية.


النقل النووي ☆

C. Lorthongpanich و. سولتر ، في الوحدة المرجعية في علوم الحياة ، 2017

الملخص

تم استخدام تقنيات النقل النووي وما زالت تستخدم لأغراض متنوعة. على نطاق أوسع ، يشمل النقل النووي نقل المادة الجينية بأكملها من خلية إلى خلية أخرى تمت إزالة نواتها أو تعطيلها من أجل دراسة التفاعل النووي السيتوبلازمي. ستتم إعادة برمجة نمط التعبير الجيني لنواة المتبرع بعد النقل إلى السيتوبلازم المتلقي تحت تأثير العوامل السيتوبلازمية الموجودة. إن إعادة البرمجة وتحليل الآليات المتضمنة هي النموذج العلمي الأساسي للنقل النووي. يمثل نقل نوى الخلايا الجسدية إلى سيتوبلازم البيض المنوي لغرض تكوين كائن حي جديد - الاستنساخ - جانبًا محددًا ولكنه مهم جدًا لنقل النواة.


محتويات

نقل نواة الخلية الجسدية هو أسلوب للاستنساخ يتم فيه نقل نواة الخلية الجسدية إلى سيتوبلازم البويضة المنزوعة النواة. بعد نقل الخلايا الجسدية ، تؤثر العوامل السيتوبلازمية على النواة لتصبح زيجوت. يتم تطوير مرحلة الكيسة الأريمية بواسطة البويضة للمساعدة في تكوين خلايا جذعية جنينية من كتلة الخلايا الداخلية للكيسة الأريمية. [3] أول حيوان تم تطويره بهذه التقنية هو النعجة دوللي في عام 1996. [4]

تتضمن عملية زرع نواة الخلية الجسدية خليتين مختلفتين. الأول هو أنثوي مشيج ، والمعروف باسم البويضة (البويضة / البويضة). في تجارب SCNT البشرية ، يتم الحصول على هذه البويضات من خلال متبرعين موافقين ، باستخدام تحفيز المبيض. والثاني خلية جسدية تشير إلى خلايا جسم الإنسان. خلايا الجلد والخلايا الدهنية وخلايا الكبد ليست سوى أمثلة قليلة. تتم إزالة المادة الوراثية لخلية البويضة المانحة والتخلص منها ، وتركها "غير مبرمجة". ما تبقى هو خلية جسدية وخلية بويضة مستأصلة. ثم يتم دمجها عن طريق إدخال الخلية الجسدية في البويضة الفارغة. [5] بعد إدخالها في البويضة ، تتم إعادة برمجة نواة الخلية الجسدية بواسطة خلية البويضة المضيفة. يتم تحفيز البويضة ، التي تحتوي الآن على نواة الخلية الجسدية ، بصدمة وتبدأ في الانقسام. البويضة الآن قابلة للحياة وقادرة على إنتاج كائن حي بالغ يحتوي على جميع المعلومات الجينية الضرورية من أحد الوالدين فقط. سيحدث التطور بشكل طبيعي وبعد العديد من الانقسامات الانقسامية ، تشكل الخلية المفردة كيسة أريمية (جنين في مرحلة مبكرة به حوالي 100 خلية) بجينوم مطابق للكائن الأصلي (أي استنساخ). [6] يمكن بعد ذلك الحصول على الخلايا الجذعية عن طريق تدمير هذا الجنين المستنسخ لاستخدامه في الاستنساخ العلاجي أو في حالة الاستنساخ التناسلي ، يتم زرع الجنين المستنسخ في أم مضيفة لمزيد من التطوير وإكماله.

تحرير أبحاث الخلايا الجذعية

أصبح زرع الخلايا الجسدية النووية محورًا للدراسة في أبحاث الخلايا الجذعية. الهدف من تنفيذ هذا الإجراء هو الحصول على خلايا متعددة القدرات من جنين مستنسخ. هذه الخلايا تطابق وراثيا الكائن المتبرع الذي أتوا منه. يمنحهم هذا القدرة على إنشاء خلايا متعددة القدرات خاصة بالمريض ، والتي يمكن استخدامها بعد ذلك في العلاجات أو أبحاث الأمراض. [7]

الخلايا الجذعية الجنينية هي خلايا غير متمايزة للجنين. تعتبر هذه الخلايا لديها إمكانات متعددة القدرات لأن لديها القدرة على إنتاج جميع الأنسجة الموجودة في الكائن البالغ. تسمح هذه القدرة للخلايا الجذعية بإنشاء أي نوع من الخلايا ، والتي يمكن بعد ذلك زرعها لاستبدال الخلايا التالفة أو التالفة. يحيط الجدل بعمل الإنسان ESC بسبب تدمير الأجنة البشرية القابلة للحياة. يقود العلماء للبحث عن طريقة بديلة للحصول على الخلايا الجذعية ، SCNT هي إحدى هذه الطرق.

قد يكون الاستخدام المحتمل للخلايا الجذعية المطابقة وراثيًا للمريض هو إنشاء خطوط خلوية تحتوي على جينات مرتبطة بمرض مريض معين. من خلال القيام بذلك ، فإن ملف في المختبر يمكن إنشاء نموذج ، سيكون مفيدًا لدراسة هذا المرض المعين ، واحتمال اكتشاف الفيزيولوجيا المرضية ، واكتشاف العلاجات. [8] على سبيل المثال ، إذا تبرع شخص مصاب بمرض باركنسون بخلاياه الجسدية ، فإن الخلايا الجذعية الناتجة عن نقل نواة الخلايا الجذعية سيكون لها جينات تساهم في الإصابة بمرض باركنسون. يمكن بعد ذلك دراسة خطوط الخلايا الجذعية الخاصة بالمرض من أجل فهم الحالة بشكل أفضل. [9]

تطبيق آخر لأبحاث الخلايا الجذعية باستخدام تقنية نقل الخلايا الجذعية هو استخدام خطوط الخلايا الجذعية الخاصة بالمريض لتوليد الأنسجة أو حتى الأعضاء لزرعها في مريض معين. [10] ستكون الخلايا الناتجة مطابقة وراثيًا للمتبرع بالخلايا الجسدية ، وبالتالي تجنب أي مضاعفات ناجمة عن رفض الجهاز المناعي. [9] [11]

لا يستخدم حاليًا سوى عدد قليل من المختبرات في العالم تقنيات نقل نواة الخلية الجذعية في أبحاث الخلايا الجذعية البشرية. في الولايات المتحدة ، يبحث العلماء في معهد هارفارد للخلايا الجذعية ، وجامعة كاليفورنيا سان فرانسيسكو ، وجامعة أوريغون للصحة وعلوم الأمبير ، [12] وستيماجين (لا جولا ، كاليفورنيا) وربما تقنية الخلية المتقدمة حاليًا عن تقنية لاستخدام جسدية نقل نواة الخلية لإنتاج الخلايا الجذعية الجنينية. [13] في المملكة المتحدة ، منحت هيئة الإخصاب البشري وعلم الأجنة الإذن لمجموعات بحثية في معهد روزلين ومركز نيوكاسل للحياة. [14] قد تحدث عملية نقل نواة الخلايا الجذعية أيضًا في الصين. [15]

في عام 2005 ، نشر فريق بحثي كوري جنوبي بقيادة البروفيسور هوانغ وو سوك ادعاءات بأنه قد اشتق خطوطًا للخلايا الجذعية عبر تقنية نقل نواة الخلايا الجذعية ، [16] لكنهم دعموا هذه الادعاءات ببيانات ملفقة. [17] وقد أثبتت الأدلة الحديثة أنه في الواقع قام بتكوين سلالة من الخلايا الجذعية من التوالد العذري. [18] [19]

على الرغم من النجاحات العديدة في استنساخ الحيوانات ، لا تزال هناك أسئلة تتعلق بآليات إعادة البرمجة في البويضة. على الرغم من المحاولات العديدة ، كان النجاح في إنشاء خلايا جذعية جنينية نقل نواة بشرية محدودًا. تكمن مشكلة في قدرة الخلية البشرية على تكوين كيسة أريمية تفشل الخلايا في التقدم بعد مرحلة تطور الخلايا الثمانية. يُعتقد أن هذا ناتج عن عدم قدرة نواة الخلية الجسدية على تشغيل الجينات الجنينية الضرورية للتطور السليم. استخدمت هذه التجارب السابقة إجراءات تم تطويرها في حيوانات غير الرئيسيات ولم تحقق نجاحًا يذكر.

عرضت مجموعة بحثية من جامعة أوريغون للصحة وعلوم الأمبير ، إجراءات نقل نواة الخلية عن طريق الحقن التي تم تطويرها للقرود باستخدام خلايا الجلد بنجاح. كان مفتاح نجاحهم هو استخدام البويضات في الطور الثاني (MII) من دورة الخلية. تحتوي خلايا البويضات في MII على عوامل خاصة في السيتوبلازم لها قدرة خاصة في إعادة برمجة نوى الخلايا الجسدية المزروعة إلى خلايا ذات حالات متعددة القدرات. عندما تتم إزالة نواة البويضة ، تفقد الخلية معلوماتها الجينية. وقد تم إلقاء اللوم على هذا بسبب إعاقة قدرة البيض المنوي في إعادة البرمجة. يُنظَر إلى أن الجينات الجنينية الحرجة مرتبطة ماديًا بصبغيات البويضات ، ويؤثر الاستئصال سلبًا على هذه العوامل. الاحتمال الآخر هو إزالة نواة البويضة أو إدخال نواة جسدية يسبب تلفًا في السيتوبلاست ، مما يؤثر على قدرة إعادة البرمجة.

مع أخذ ذلك في الاعتبار ، قامت مجموعة البحث بتطبيق تقنيتها الجديدة في محاولة لإنتاج خلايا جذعية بشرية باستخدام تقنية نقل نواة الخلية. في مايو 2013 ، أبلغت مجموعة أوريغون عن اشتقاق ناجح لخطوط الخلايا الجذعية الجنينية البشرية المشتقة من خلال SCNT ، باستخدام الخلايا المانحة للجنين والرضع. باستخدام بويضات MII من متطوعين وإجراءات نقل نواة الخلية الجسدية المحسنة ، تم إنتاج أجنة بشرية مستنسخة بنجاح. كانت هذه الأجنة ذات نوعية رديئة ، وتفتقر إلى كتلة الخلايا الداخلية الكبيرة والأديم الظاهر بشكل سيء. حالت الأجنة غير الكاملة دون اكتساب ESC البشري. أدت إضافة الكافيين أثناء إزالة نواة البويضة واندماج الخلية الجسدية والبويضة إلى تحسين تكوين الكيسة الأريمية وعزل ESC. تم العثور على الحصول على ESC ليكون قادرًا على إنتاج الأورام المسخية ، وعوامل النسخ متعددة القدرات المعبر عنها ، وعبر عن النمط النووي 46XX العادي ، مما يشير إلى أن SCNT كانت في الواقع تشبه ESC. [12] كان هذا هو المثال الأول لاستخدام تقنية نقل نواة الخلية الجسدية بنجاح لإعادة برمجة الخلايا الجسدية البشرية. استخدمت هذه الدراسة الخلايا الجسدية الجنينية والطفولية لإنتاج ESC.

في أبريل 2014 ، توسع فريق بحث دولي في هذا الاختراق. لا يزال هناك سؤال حول ما إذا كان يمكن تحقيق نفس النجاح باستخدام الخلايا الجسدية البالغة. كان يُعتقد أن التغيرات اللاجينية والمتعلقة بالعمر قد تعيق قدرة الخلايا الجسدية البالغة على إعادة البرمجة. من خلال تنفيذ الإجراء الرائد من قبل مجموعة أوريغون البحثية ، فقد تمكنوا بالفعل من تنمية الخلايا الجذعية التي تم إنشاؤها بواسطة SCNT باستخدام خلايا بالغة من متبرعين تتراوح أعمارهم بين 35 و 75 عامًا ، مما يشير إلى أن العمر لا يعيق قدرة الخلية على إعادة البرمجة. [20] [21]

في أواخر أبريل 2014 ، نجحت مؤسسة New York Stem Cell Foundation في تكوين خلايا جذعية باستخدام تقنية نقل نواة الخلايا الجذعية مشتقة من الخلايا الجسدية البالغة. تم اشتقاق أحد هذه الخطوط من الخلايا الجذعية من الخلايا المانحة لمرضى السكري من النوع الأول. ثم تمكنت المجموعة بعد ذلك من زراعة هذه الخلايا الجذعية بنجاح والحث على التمايز. عند حقنها في الفئران ، تشكلت خلايا الطبقات الجرثومية الثلاث بنجاح. وأهم هذه الخلايا هي تلك التي تفرز الأنسولين وتكون قادرة على إفراز الهرمون. [22] يمكن استخدام هذه الخلايا المنتجة للأنسولين كعلاج بديل لمرضى السكر ، مما يدل على الإمكانات العلاجية الحقيقية للخلايا الجذعية باستخدام تقنية نقل الخلايا الجذعية.

تم تقليل الزخم لأبحاث الخلايا الجذعية القائمة على نقل الخلايا الجذعية بواسطة تطوير وتحسين طرق بديلة لتوليد الخلايا الجذعية. تم تطوير طرق لإعادة برمجة خلايا الجسم الطبيعية إلى خلايا جذعية متعددة القدرات في البشر في عام 2007. وفي العام التالي ، حققت هذه الطريقة هدفًا رئيسيًا لأبحاث الخلايا الجذعية القائمة على نقل نواة الخلية الجذعية: اشتقاق خطوط الخلايا الجذعية متعددة القدرات التي تحتوي على جميع الجينات المرتبطة بأمراض مختلفة . [23] انتقل بعض العلماء الذين يعملون في أبحاث الخلايا الجذعية القائمة على نقل نواة الخلايا الجذعية مؤخرًا إلى الأساليب الجديدة للخلايا الجذعية المستحثة متعددة القدرات. على الرغم من أن الدراسات الحديثة قد طرحت تساؤلات حول مدى تشابه الخلايا الجذعية المحفزة بالخلايا الجذعية الجنينية. تؤثر الذاكرة اللاجينية في iPS على سلالة الخلية التي يمكن أن تتمايز إليها. على سبيل المثال ، ستكون خلية iPS المشتقة من خلية دم أكثر كفاءة في التمايز إلى خلايا الدم ، بينما ستكون أقل كفاءة في تكوين الخلايا العصبية. [24] وهذا يثير التساؤل حول مدى قدرة خلايا iPS على محاكاة المعيار الذهبي ESC في التجارب ، حيث يتم تعريف الخلايا الجذعية على أنها تتمتع بالقدرة على التمايز إلى أي نوع من الخلايا. لا تشكل الخلايا الجذعية التي تعمل بتقنية نقل نواة الخلايا الجذعية مثل هذه المشكلة وتظل ذات صلة بدراسات الخلايا الجذعية.

تحرير الاستنساخ

تعد هذه التقنية حاليًا أساس استنساخ الحيوانات (مثل النعجة دوللي الشهيرة) ، [25] وقد تم اقتراحها كطريقة ممكنة لاستنساخ البشر. ثبت أن استخدام تقنية نقل نواة الخلية في استنساخ التكاثر أمر صعب مع نجاح محدود. ارتفاع معدل وفيات الأجنة وحديثي الولادة يجعل العملية غير فعالة للغاية. يُصاب النسل المستنسخ الناتج أيضًا باضطرابات النمو والتطبع في الأنواع غير البشرية. لهذه الأسباب ، إلى جانب الاعتراضات الأخلاقية والمعنوية ، يُحظر الاستنساخ البشري في أكثر من 30 دولة. [26] يعتقد معظم الباحثين أنه في المستقبل المنظور لن يكون من الممكن استخدام تقنية الاستنساخ الحالية لإنتاج استنساخ بشري يتطور إلى المدى البعيد. يظل احتمالًا ، على الرغم من أن التعديلات الحاسمة ستكون مطلوبة للتغلب على القيود الحالية أثناء التطور الجنيني المبكر في SCNT البشري. [27] [28]

هناك أيضًا إمكانية علاج الأمراض المرتبطة بالطفرات في الحمض النووي للميتوكوندريا. تظهر الدراسات الحديثة نقل نواة خلية الجسم المصابة بأحد هذه الأمراض إلى بويضة صحية تمنع وراثة مرض الميتوكوندريا. لا يشمل هذا العلاج الاستنساخ ولكنه سينتج طفلاً له ثلاثة أبوين وراثيين. يقدم الأب خلية منوية ، وأم توفر نواة البويضة ، وأم أخرى توفر خلية البويضة المستأصلة. [10]

في عام 2018 ، كان أول استنساخ ناجح للقرود باستخدام نقل نواة الخلية الجسدية ، بنفس طريقة النعجة دوللي ، مع ولادة اثنين من الإناث المستنسخات الحية (قرود المكاك آكلة السلطعون المسماة تشونغ تشونغ و هوا هوا). [2] [29] [30] [31] [32]

نقل نووي بين الأنواع تحرير

النقل النووي بين الأنواع (iSCNT) هو وسيلة لنقل نواة الخلية الجسدية تُستخدم لتسهيل إنقاذ الأنواع المهددة بالانقراض ، أو حتى لاستعادة الأنواع بعد انقراضها. تشبه هذه التقنية استنساخ SCNT الذي يتم عادةً بين الحيوانات الأليفة والقوارض ، أو حيث يوجد إمداد جاهز من البويضات والحيوانات البديلة. ومع ذلك ، فإن استنساخ الأنواع المهددة بشدة أو المنقرضة يتطلب استخدام طريقة بديلة للاستنساخ. يستخدم النقل النووي بين الأنواع مضيفًا ومتبرعًا لكائنين مختلفين مرتبطين ارتباطًا وثيقًا وداخل نفس الجنس. في عام 2000 ، تمكن روبرت لانزا من إنتاج جنين مستنسخ من جور ، بوس جوروس، ودمجها بنجاح مع بقرة منزلية ، بوس توروس. [33]

يوفر النقل النووي بين الأنواع دليلاً على عالمية آلية إطلاق إعادة برمجة نواة الخلية. على سبيل المثال ، استكشف جوبتا وزملاؤه ، [34] إمكانية إنتاج أجنة مستنسخة معدلة وراثيًا عن طريق نقل نواة الخلية الجسدية بين الأنواع (iSCNT) من الخلايا المانحة للماشية والفئران والدجاج إلى بويضات خنازير مستأصلة. علاوة على ذلك ، فإن وسط NCSU23 ، الذي تم تصميمه للزراعة في المختبر لأجنة الخنازير ، كان قادرًا على دعم التطور في المختبر لأجنة الماشية والفئران والدجاج حتى مرحلة الكيسة الأريمية. علاوة على ذلك ، يمكن استخدام سيتوبلاست بويضات الأغنام لإعادة تشكيل وإعادة برمجة الخلايا الجسدية البشرية إلى المرحلة الجنينية. [35]

يمكن أن يكون نقل نواة الخلية الجسدية (SCNT) غير فعال بسبب الضغوط المفروضة على كل من خلية البويضة والنواة التي تم إدخالها في البحث المبكر والتي كانت هائلة. يمكن أن يؤدي هذا إلى انخفاض نسبة الخلايا التي تمت إعادة برمجتها بنجاح. على سبيل المثال ، في عام 1996 ، ولدت النعجة دوللي بعد استخدام 277 بيضة في عملية نقل نواة الخلية ، مما أدى إلى إنتاج 29 جنينًا قابلاً للحياة ، مما جعلها تافهة بنسبة 0.3٪. [36] نجا ثلاثة فقط من هذه الأجنة حتى الولادة ، ونجا واحد فقط حتى سن الرشد. [25] ميلي ، النسل الذي نجا ، استغرق 95 محاولة للإنتاج ، [36] نظرًا لأن الإجراء لم يكن آليًا ، ولكن كان يجب إجراؤه يدويًا تحت المجهر ، كان نقل نواة الخلية الجسدية كثيفًا للموارد. سبب آخر لوجود معدل وفيات مرتفع مع النسل المستنسخ يرجع إلى أن الجنين يكون أكبر حتى من النسل الكبير الآخر ، مما يؤدي إلى الوفاة بعد الولادة بوقت قصير. [36] الكيمياء الحيوية المستخدمة في إعادة برمجة نواة الخلية الجسدية المتمايزة وتنشيط البويضة المتلقية كانت أيضًا بعيدة عن الفهم. قيد آخر هو محاولة استخدام أجنة أحادية الخلية أثناء عملية نقل نواة الخلية الجسدية. عند استخدام أجنة مستنسخة من خلية واحدة فقط ، فإن التجربة لديها فرصة بنسبة 65٪ للفشل في عملية تكوين توتية أو كيسة أريمية. يجب أيضًا أن تكون الكيمياء الحيوية دقيقة للغاية ، حيث إن معظم موت الأجنة المستنسخة المتأخرة ناتجة عن عدم كفاية المشيمة. [36] ومع ذلك ، بحلول عام 2014 ، أبلغ الباحثون عن معدلات نجاح تتراوح بين 70-80٪ في استنساخ الخنازير [37] وفي عام 2016 ، تم الإبلاغ عن شركة كورية ، Sooam Biotech ، أنها تنتج 500 جنين مستنسخ يوميًا. [38]

في SCNT ، لا يتم نقل جميع المعلومات الجينية لخلية المتبرع ، حيث يتم ترك ميتوكوندريا الخلية المانحة التي تحتوي على الحمض النووي الخاص بها. تحتفظ الخلايا الهجينة الناتجة بتراكيب الميتوكوندريا التي كانت تنتمي في الأصل إلى البويضة.نتيجة لذلك ، فإن الحيوانات المستنسخة مثل Dolly التي ولدت من SCNT ليست نسخًا مثالية للمتبرع بالنواة. قد تعيق هذه الحقيقة أيضًا الفوائد المحتملة للعلاج بالأنسجة والأعضاء المشتقة من تقنية نقل نواة الخلية ، حيث قد تكون هناك استجابة مناعية للـ mtDNA غير الذاتي بعد الزرع.

تثير مقترحات استخدام تقنيات نقل النواة في أبحاث الخلايا الجذعية البشرية مجموعة من المخاوف تتجاوز الحالة الأخلاقية لأي جنين مخلوق. وقد أدت هذه إلى بعض الأفراد والمنظمات الذين هم ليس على عكس أبحاث الخلايا الجذعية الجنينية البشرية التي تهتم أو تعارض أبحاث SCNT. [39] [40] [41]

يتمثل أحد المخاوف في أن تكوين الأريمة في أبحاث الخلايا الجذعية البشرية القائمة على نقل نواة الخلية الجسدية سيؤدي إلى الاستنساخ التناسلي للبشر. تستخدم كلتا العمليتين نفس الخطوة الأولى: إنشاء جنين نووي منقول ، على الأرجح عن طريق SCNT. أولئك الذين لديهم هذا القلق غالبًا ما يدعون إلى تنظيم قوي لـ SCNT لمنع زرع أي منتجات مشتقة بغرض التكاثر البشري ، [42] أو حظرها. [39]

الشاغل الثاني المهم هو المصدر المناسب للبيض المطلوب. يتطلب نقل نواة الخلية الجسدية خلايا بويضة بشرية ، والتي لا يمكن الحصول عليها إلا من النساء. المصدر الأكثر شيوعًا لهذه البويضات اليوم هو البويضات التي يتم إنتاجها والتي تزيد عن الحاجة السريرية أثناء علاج التلقيح الاصطناعي. هذا إجراء طفيف التوغل ، لكنه ينطوي على بعض المخاطر الصحية ، مثل متلازمة فرط تنبيه المبيض.

تتمثل إحدى رؤى علاجات الخلايا الجذعية الناجحة في إنشاء خطوط خلايا جذعية مخصصة للمرضى. سيتألف كل خط من الخلايا الجذعية المخصصة من مجموعة من الخلايا الجذعية المتطابقة تحمل كل منها الحمض النووي الخاص بالمريض ، وبالتالي تقليل أو القضاء على أي مشاكل مع الرفض عند زرع الخلايا الجذعية للعلاج. على سبيل المثال ، لعلاج رجل مصاب بمرض باركنسون ، سيتم زرع نواة خلية من إحدى خلاياه بواسطة نقل نواة الخلية في خلية بويضة من متبرع بالبويضة ، مما يخلق سلالة فريدة من الخلايا الجذعية مطابقة تقريبًا لخلايا المريض نفسه. (ستكون هناك اختلافات. على سبيل المثال ، سيكون الحمض النووي للميتوكوندريا هو نفسه الموجود في المتبرع بالبويضات. وبالمقارنة ، ستحمل خلاياه الخاصة الحمض النووي للميتوكوندريا لأمه.)

من المحتمل أن يستفيد ملايين المرضى من العلاج بالخلايا الجذعية ، وسيحتاج كل مريض إلى عدد كبير من البويضات المتبرع بها من أجل إنشاء خط واحد من الخلايا الجذعية العلاجية المخصصة بنجاح. مثل هذه الأعداد الكبيرة من البويضات المتبرع بها ستتجاوز عدد البويضات المتبقية والمتاحة حاليًا من الأزواج الذين يحاولون إنجاب الأطفال من خلال تقنية الإنجاب المساعدة. لذلك ، يجب حث الشابات الأصحاء على بيع البيض لاستخدامه في إنشاء خطوط الخلايا الجذعية المخصصة التي يمكن بعد ذلك شراؤها من قبل الصناعة الطبية وبيعها للمرضى. من غير الواضح حتى الآن من أين ستأتي كل هذه البيض.

يرى خبراء الخلايا الجذعية أنه من غير المحتمل أن تحدث مثل هذه الأعداد الكبيرة من التبرع بالبويضات البشرية في بلد متقدم بسبب الآثار الصحية العامة غير المعروفة وطويلة الأمد لعلاج أعداد كبيرة من النساء الشابات الأصحاء اللواتي يعانين من جرعات كبيرة من الهرمونات من أجل إحداث فرط الإباضة. (التبويض عدة بويضات دفعة واحدة). على الرغم من إجراء مثل هذه العلاجات منذ عدة عقود حتى الآن ، لم تتم دراسة التأثيرات طويلة المدى أو الإعلان عن أنها آمنة للاستخدام على نطاق واسع على النساء الأصحاء. من المعروف أن العلاجات طويلة الأمد بجرعات أقل بكثير من الهرمونات تزيد من معدل الإصابة بالسرطان بعد عقود. من غير المعروف ما إذا كانت العلاجات الهرمونية للحث على زيادة الإباضة لها تأثيرات مماثلة. هناك أيضًا أسئلة أخلاقية تتعلق بالدفع مقابل البيض. بشكل عام ، يعتبر تسويق أجزاء الجسم أمرًا غير أخلاقي ومحظور في معظم البلدان. كان البيض البشري استثناءً ملحوظًا لهذه القاعدة لبعض الوقت.

لمعالجة مشكلة إنشاء سوق للبويضات البشرية ، يبحث بعض باحثي الخلايا الجذعية في إمكانية إنتاج بويضات اصطناعية. إذا نجحت ، فلن تكون هناك حاجة إلى تبرعات البويضات البشرية لإنشاء خطوط خلايا جذعية مخصصة. ومع ذلك ، قد تكون هذه التكنولوجيا بعيدة المنال.

تعد عملية نقل نواة الخلية عبر الخلايا التي تتضمن خلايا بشرية قانونية حاليًا لأغراض البحث في المملكة المتحدة ، حيث تم دمجها في قانون الإخصاب البشري وعلم الأجنة لعام 1990. [43] [5] يجب الحصول على إذن من هيئة الإخصاب البشري وعلم الأجنة من أجل إجراء أو محاولة SCNT.

في الولايات المتحدة ، تظل هذه الممارسة قانونية ، حيث لم يتم تناولها في القانون الفيدرالي. [٤٤] ومع ذلك ، في عام 2002 ، حظر التمويل الفيدرالي للولايات المتحدة لـ SCNT تمويل هذه الممارسة لأغراض البحث. وبالتالي ، على الرغم من كونها قانونية ، لا يمكن تمويل SCNT من الناحية الفيدرالية. [45] جادل العلماء الأمريكيون مؤخرًا بأنه نظرًا لأن منتج نقل نواة الخلية الجسدية هو جنين مستنسخ ، وليس جنينًا بشريًا ، فإن هذه السياسات خاطئة من الناحية الأخلاقية ويجب مراجعتها. [46]

في عام 2003 ، تبنت الأمم المتحدة اقتراحًا قدمته كوستاريكا يدعو الدول الأعضاء إلى "حظر جميع أشكال الاستنساخ البشري بقدر ما تتعارض مع كرامة الإنسان وحماية الحياة البشرية". [47] قد تتضمن هذه العبارة تقنية نقل نَفَس الخلايا ، اعتمادًا على التفسير.

مجلس أوروبا اتفاقية حقوق الإنسان والطب الحيوي وله البروتوكول الإضافي لاتفاقية حماية حقوق الإنسان وكرامة الإنسان فيما يتعلق بتطبيق علم الأحياء والطب ، بشأن حظر استنساخ الإنسان يبدو أنه يحظر SCNT من البشر. من بين 45 دولة عضو في المجلس ، كان اتفاقية. معاهدة تم التوقيع عليها من قبل 31 وصدقت عليها 18. البروتوكول الإضافي تم التوقيع عليها من قبل 29 دولة عضو وصدقت عليها 14 دولة. [48]


كفاءة الاستنساخ لأنواع الخلايا الجسدية المختلفة

العديد من أنواع الخلايا الجسدية ، بما في ذلك الخلايا الظهارية الثديية ، وخلايا الركام المبيض ، وخلايا الخلايا الليفية من الجلد والأعضاء الداخلية ، وخلايا الأعضاء الداخلية المختلفة ، وخلايا سيرتولي [38 ، 56] ، والبلاعم [56] ، وكريات الدم البيضاء [34 ، 35] تم بنجاح تستخدم في النقل النووي. ومع ذلك ، لم يتم التوصل بعد إلى إجماع واضح على نوع الخلية الجسدية المتفوقة لنقل النواة. ويرجع ذلك جزئيًا إلى حقيقة أن المختبرات المختلفة تستخدم إجراءات متنوعة وثقافة الخلايا ، والنقل النووي ، والمعالجة الدقيقة كلها تتطلب مهارات تقنية مهمة. من أجل جعل هذه المقارنات صحيحة ، يجب أن تكون الإجراءات والتقنيات المستخدمة ، بالإضافة إلى مهارة العاملين في المختبر ، متطابقة لكل حيوان متبرع ونوع خلية. لمقارنة كفاءة أنواع مختلفة من الخلايا لإعادة البرمجة عن طريق الاستنساخ ، تجنبنا الاختلاف الحيواني من خلال النظر في كفاءة الاستنساخ لثلاثة أنواع من الخلايا: الركام المبيضي والخلايا الظهارية للجلد وخلايا الأرومة الليفية الجلدية ، وكلها من نفس الحيوان المتبرع ، وعمره 13 عامًا- البقرة يوميات النخبة القديمة.

تم تقييم قدرة خلايا المتبرع على إعادة برمجتها من خلال تطوير الأجنة المستنسخة في المختبر وولادة عجول مستنسخة بعد نقل الأجنة. كما هو مبين في الجدولين 2 و 3 ، على الرغم من عدم وجود فروق في معدلات انقسام الأجنة من ثلاثة أنواع مختلفة من الخلايا ، أنتجت الخلايا الركامية أعلى معدل لتطور الكيسة الأريمية في هذه الدراسة وأسفرت عن 6 عجول مستنسخة كاملة المدة. علاوة على ذلك ، نجت أربعة من أصل ستة عجول مشتقة من خلايا الركام ولا تزال تتمتع بصحة جيدة في عمر 4 سنوات تقريبًا (الجدول 3). على النقيض من ذلك ، تم الحصول على أفقر نمو في المختبر ، ولم يكن هناك بقاء على المدى الكامل ، باستخدام الخلايا الظهارية الثديية. نتج عن خلايا الخلايا الليفية الجلدية معدل متوسط ​​للتطور في المختبر وأنتجت 4 عجول مستنسخة كاملة المدة.

أظهرت نتائجنا أن نوع خلية المتبرع يمكن أن يؤثر بشكل كبير على نمو الجنين في المختبر وكذلك في الجسم الحي. أثبتت خلايا الركام أنها أكثر أنواع الخلايا فاعلية في الاستنساخ الجسدي وفقًا لكل من اختبار التطور في المختبر وكذلك البقاء على قيد الحياة على المدى الكامل. تشير هذه النتائج إلى أن الحمض النووي لخلايا الركام تتم إعادة برمجته بشكل أكثر فاعلية بعد النقل النووي. تتفق نتائجنا مع تلك التي تم الحصول عليها في الفئران [57] حيث قارنوا كفاءة النقل النووي للخلايا العصبية وخلايا سيرتولي والخلايا الركامية ، وحصلوا على أفضل معدل ولادة حية من الأجنة المستنسخة المشتقة من الخلايا الركامية. علاوة على ذلك ، تم الإبلاغ عن أن الفئران المستنسخة المشتقة من الخلايا الركامية لا تعاني من خلل في تنظيم البصمة [23]. كاتو وآخرون. [15 ، 36] مقارنة خلايا الكبد ، والخصية ، والجلد ، والأذن ، جنبًا إلى جنب مع خلايا الركام وخلايا البويضة ، وخلصت إلى أن الخلايا الظهارية للقناة والركام هي الأنسب للمتبرعين النوويين. تأتي الأدلة التي تدعم تفوق الخلايا الركامية في النقل النووي أيضًا من دراسة Forsberg et al. [58] الذين أجروا أعدادًا كبيرة من عمليات نقل الأجنة في الماشية. وتبين أن الخلايا الركامية أعطت معدل ولادة إجمالي قدره 15.2٪ ، بينما أنتجت خلايا التلال التناسلية للجنين وخلايا الخلايا الليفية معدل ولادة بنسبة 9٪. أعطت الخلايا الليفية البالغة في هذه الدراسة أقل معدل ولادة بنسبة 5٪ فقط.

باختصار ، من بين أنواع الخلايا الجسدية التي تم اختبارها ، هناك إجماع من العديد من المعامل على أن الخلايا الركامية تعطي أعلى كفاءة في الاستنساخ وتؤدي إلى أقل عدد من التشوهات في الحيوانات المستنسخة.


التطورات الحديثة في الاستنساخ عن طريق نقل نواة الخلية الجسدية

استنساخ نقل نواة الخلية الجسدية (SCNT) هو تقنية الهندسة الإنجابية الوحيدة التي تمنح جينوم الخلية الجسدية قدرة تامة. منذ التقرير الأول عن ولادة خروف مستنسخ من خلايا جسدية بالغة في عام 1997 ، تم إجراء العديد من التحسينات التقنية في نقل نواة الخلية الجسدية باستخدام مناهج جينية مختلفة ، بما في ذلك تحسين مستويات أستلة الهيستون في كروماتين الأجنة المعاد بناؤها. على الرغم من أن الأمر سيستغرق وقتًا طويلاً قبل أن نفهم تمامًا طبيعة البرمجة الجينية والقدرة الكاملة ، إلا أننا قد نتوقع أن تصبح تقنية استنساخ الخلايا الجسدية قريبًا قابلة للتطبيق على نطاق واسع للأغراض العملية ، بما في ذلك الطب وتصنيع الأدوية والزراعة. نراجع هنا التقدم الأخير في استنساخ الخلايا الجسدية ، مع التركيز بشكل خاص على دراسات الوراثة اللاجينية باستخدام فأر المختبر كنموذج.

1 المقدمة

نقل نواة الخلية الجسدية (SCNT) في الثدييات هو تقنية مساعدة على الإنجاب تستخدم لإنتاج حيوان من نواة خلية واحدة باستخدام بويضة مستأصلة كمستقبل. حيث يمكن تكاثر الخلايا الجسدية وتعديلها جينيًا في المختبر، من المتوقع أن تساهم هذه التقنية بشكل كبير في صناعة إنتاج حيوانات المزرعة وإنتاج الأدوية والطب التجديدي والحفاظ على الموارد الوراثية التي لا تقدر بثمن [1،2]. إلى جانب تطبيقاته العملية الواسعة ، يمكن لـ SCNT توفير أنظمة تجريبية فريدة ومثيرة للاهتمام للبحث الجيني ، خاصة في علم التخلق ، لمعرفة كيفية إعادة برمجة جينوم الخلية الجسدية إلى حالة مكافئة لحالة البويضة المخصبة: ما يسمى بالحالة الكاملة [3 ]. على الرغم من أنه يمكن إعادة برمجة جينوم الخلية الجسدية (أو عدم التمايز) بطرق أخرى ، بما في ذلك إدخال عوامل النسخ [4] ، واحتضان الخلايا المنفعلة مع مستخلصات الخلايا [5] واندماج الخلية بالخلية [6] ، فإن الحالة الناتجة عن إعادة البرمجة من هذا الجينوم هو في نهاية المطاف حالة متعددة القدرات معادلة لحالة الخلايا الجذعية الجنينية (الشكل 1). لذلك ، فإن تقنية نقل نواة الخلية الجسدية هي التقنية الوحيدة حتى الآن التي يمكن أن تمنح جينوم الخلية الجسدية قدرة كاملة.

الشكل 1. نوعان من إعادة برمجة جينوم الخلية الجسدية. يمكن إعادة برمجة جينوم الخلايا الجسدية المتمايزة إلى الحالة متعددة القدرات من خلال إدخال ما يسمى بعوامل ياماناكا [4] ، أو حضانة الخلايا المنفصلة مع مستخلصات الخلايا [5] أو اندماج الخلية [6]. ومع ذلك ، فإن الحالة الجينومية الناتجة حتى مع أفضل إعادة برمجة هي تلك الخاصة بالخلايا الجذعية الجنينية (ES) ، والتي تختلف جينيًا عن خلايا كتلة الخلايا الداخلية (ICM) للكيسات الأريمية (انظر النص). يمكن الافتراض أن هناك حاجزًا جينيًا بين الخلايا الجسدية والجنينية بين الأجنة السابقة للانغراس والأنسجة الجنينية بعد الانغراس. يمكن فقط لنقل نواة الخلية الجسدية (SCNT) باستخدام البويضات المنواة التغلب على هذا الحاجز لمنح الجينوم الجسدي قدرة تامة ، وهي الحالة اللاجينية المكافئة للبويضات الملقحة (البيضة الملقحة). تجريبيًا ، يتجاوز نقل نواة الخلية الجرثومية المسار الطبيعي لتطور الخلايا الجرثومية ، حيث يتم محو العلامات اللاجينية الجسدية ويتم فرض العلامات اللاجينية للخلايا الجرثومية. من المحتمل أن يتسبب هذا في حدوث أخطاء في إعادة البرمجة في جينوم الخلية الجسدية والأنماط الظاهرية غير الطبيعية المرتبطة بـ SCNT. على النقيض من ذلك ، يكون النقل النووي (NT) باستخدام المتفجرات الجنينية أكثر كفاءة. قد يكون الحاجز اللاجيني المقترح هنا أكثر صرامة في الفئران والبشر منه في ذوات الحوافر لأن الأنواع الأخيرة لها مرحلة ما قبل الزرع غير المرتبطة قبل أن يتم إنشاء المشيمة في الرحم ، بعد التمايز الجنيني. iPS ، الخلايا الجذعية المستحثة متعددة القدرات.

تتمتع الخلايا الجذعية الجنينية ، خاصة تلك الموجودة في الفئران والجرذان في أقصى حالاتها الأرضية ، بقدرة كاملة ويمكنها التمايز إلى جميع سلالات الخلايا التي تتألف من الجسم [7،8] وحتى إلى خلايا مشيمة في ظل ظروف استزراع محددة [9]. هيكل الكروماتين عالي الديناميكي المفتوح [10] وفرط نشاط النسخ العالمي [11] يميزهما عن الخلايا الجسدية المتمايزة [12]. ومع ذلك ، بالمعنى الواسع ، يبدو أن الخلايا الجذعية الجنينية هي نوع من الخلايا الجسدية لأنها تشترك في بعض الخصائص المهمة المشتركة مع الخلايا الجسدية الأخرى أو للأجنة بعد الانغراس ، مثل أنماط مثيلة الحمض النووي في المناطق المحفزة والمركزية / المحيطية والفقدان التام للـ ذاكرة تعطيل الكروموسوم X الخاصة بالسلالة الجرثومية [9،13-16]. كما تم إثبات أن عملية اشتقاق الخلايا الجذعية الجنينية تسبب تغيرات قوية في مثيلة هيستون H3 في ليسين 4 (H3K4me3) و 27 (H3K27me3) [17]. وبالمثل ، تم الكشف عن العديد من الاختلافات في برامج النسخ بين الخلايا الجذعية الجنينية ونمو الخلايا الداخلية لكتلة الخلايا (ICM) عن طريق التنميط RNA-seq [18،19]. مجتمعة ، أثناء اشتقاق الخلايا الجذعية الجنينية ، تتراكم الصفات اللاجينية من نوع الخلايا الجسدية ، مما يعكس بأمانة الظواهر التي تحدث أثناء الانغراس في الجسم الحي. وفقًا لهذا ، من المعروف أن الفئران المستنسخة المشتقة من الخلايا الجذعية الجنينية تظهر مشيمة مفرطة التنسج خاصة بـ SCNT ، والتي تبلغ ضعف حجم تلك المستنسخة من خلايا ICM [20 ، 21]. على النقيض من ذلك ، فإن النقل النووي (NT) من الخلايا المتفجرة لأجنة الفئران قبل الانغراس يكون أكثر كفاءة من حيث معدل المواليد لكل عدد من الأجنة المنقولة ويسبب عددًا قليلاً جدًا من التشوهات في الحيوانات المستنسخة الناتجة [21 ، 22]. بقدر ما تم اختباره في الثدييات ، قد تكون هناك فجوة بين استنساخ NT قسيم أريمي و SCNT من حيث معدلات المواليد والحالة الطبيعية للنسل المستنسخ [20-23]. لذلك ، من المعقول أن نفترض أن هناك "حاجزًا جينيًا" بين الأجنة السابقة للانغراس والخلايا الجسدية بعد الانغراس. قد يكون هذا الحاجز أكثر صرامة في الفئران والبشر منه في ذوات الحوافر لأن الأنواع الأخيرة لها مرحلة ما قبل الانغراس قبل أن يتم إنشاء المشيمة في الرحم ، بعد التمايز الجنيني. من المحتمل أن يتم فرض بعض العلامات اللاجينية على جينوم الخلية الجسدية في وقت الزرع ، وتبقى في الجينوم طوال دورة الحياة اللاحقة. يتم محو علامات الخلايا الجسدية هذه فقط من خلال تطوير الخلايا الجرثومية التناسلية بطريقة تدريجية ، على الرغم من أن الآلية لا تزال غير واضحة [24]. يُجبر نقل نواة الخلية الجسدية جينوم الخلية الجسدية على إعادة برمجته مباشرة إلى حالة كاملة القدرة من خلال تجاوز خطوات المحو هذه ، وهذا قد يجعل التقنية عرضة للأخطاء اللاجينية ويسبب الموت المتكرر وفقدان الأجنة. بالإضافة إلى ذلك ، يجب أن يمحو SCNT أيضًا الذاكرة الخاصة بنوع الخلية التي تم فرضها أثناء التمايز. قد يكون من الأسهل إعادة برمجة هذه الذاكرة المرتبطة بالتمايز مقارنة بعلامات الخلايا الجسدية المفترضة السابقة لأنه أثناء توليد الخلايا الجذعية المحفزة (iPS) ، يتم محو معظم إن لم يكن كل الصفات اللاجينية للخلايا المانحة الأصلية بنجاح [25].

باختصار ، يجب أن تتغلب تقنية SCNT بطريقة ما على هاتين العقبتين اللاجينيتين: وسم الخلايا الجسدية وذاكرة التمايز الخاصة بنوع الخلية. قد تتسبب كل عقبة في حدوث أخطاء محددة في إعادة البرمجة وتشوهات مرتبطة بالاستنساخ. نتوقع أنه بينما نسعى إلى تحسين كفاءة SCNT ، فإن مثل هذه العلاقات بين عقبات الوراثة اللاجينية وأخطاء إعادة البرمجة المحددة الخاصة بها ستصبح أكثر وضوحًا ، مما يؤدي إلى فهم أكثر دقة لآليات التحكم اللاجينية التي تعمل أثناء الزرع وتمايز الخلايا. ربما يوفر الماوس أفضل نموذج تجريبي لهذا الغرض.

2. ما الذي يحدد قابلية إعادة البرمجة الجينية؟ دروس من الفئران

منذ ولادة النعجة دوللي في عام 1996 ، تم إجراء العديد من المحاولات لاستنساخ حيوانات من أنواع مختلفة باستخدام أنواع مختلفة من الخلايا الجسدية [26]. بناءً على المعلومات المتراكمة حول مستويات الكفاءة المختلفة في تجارب الاستنساخ تلك ، من المقبول على نطاق واسع أن كفاءة الاستنساخ من حيث معدلات المواليد للذرية يمكن أن تتأثر بعدد من العوامل البيولوجية والتقنية. ومع ذلك ، في استنساخ حيوانات المزرعة ، هناك اختلافات فردية كبيرة حتمًا في جودة البويضات المتلقية والخلايا المانحة والإناث المتلقية ، لذلك من الصعب جدًا تحديد العوامل الحاسمة إحصائيًا [2]. لذلك ، يمكن المساومة على محاولات تحديد أفضل الظروف التجريبية لاستنساخ حيوانات المزرعة ، وفي بعض الأحيان تصبح قضايا مثيرة للجدل. على النقيض من ذلك ، تقدم الفئران المختبرية أنظمة تجريبية أكثر قابلية للتكاثر بسبب توفر الخلفيات الجينية المحددة [27] والبروتوكولات الراسخة للإباضة الفائقة وزراعة الأجنة ونقل الأجنة. منذ التقرير الأول لاستنساخ الفئران الناجح في عام 1998 [28] ، كانت الخلايا الركامية ذات الخلفية الجينية B6D2F1 هي المصدر المعياري للمانحين النوويين واستخدمت كعناصر تحكم لتقييم الخلايا المانحة الأخرى من أجل "قابليتها للاستنساخ" [29]. كشفت تجربة استنساخ الفئران واسعة النطاق باستخدام نوعين مختلفين من الخلايا وستة أنماط وراثية مختلفة من الخلايا المانحة أن معدلات ولادة الحيوانات المستنسخة تم تحديدها من خلال الجمع بين هذين العاملين [30]. في هذا التحليل ، كان معدل المواليد باستخدام الخلايا التراكمية B6D2F1 2.2 في المائة بينما كان معدل المواليد (B6 × 129) ف.1 وبلغت نسبة استنساخ خلايا سيرتولي الوليدية 10.8 في المائة. بشكل عام ، نتج عن نقل نواة الخلية بالنقل باستخدام خلايا سيرتولي الوليدية كفاءة أفضل من الخلايا الركامية. كان هذا صحيحًا في دراسات أحدث [31،32] ويتوافق مع نتائج تحليل التعبير الجيني العالمي للكيسات الأريمية المستنسخة من الركام أو خلايا سيرتولي [33]. تم استخدام الخلايا الجذعية الجنينية أيضًا في دراسات الاستنساخ على الفئران ، خاصةً في الخطوة الثانية من بروتوكول الاستنساخ التسلسلي حيث تم إنشاء الخلايا الجذعية الجنينية المشتقة من NT كخطوة متداخلة بين الجولتين الأولى والثانية من SCNT [34] (الشكل 2). تعد كفاءة استنساخ الفئران باستخدام الخلايا الجذعية الجنينية عالية جدًا بشكل عام ، بشرط أن تكون دورة الخلية متزامنة بنجاح مع دورة الأوبلازم وتجنب الأخطاء الوراثية / اللاجينية أثناء في المختبر حضاره.تراوحت معدلات المواليد لكل عدد من الأجنة المنقولة من 12 في المائة في التقرير الأصلي من واكاياما وآخرون. [20] إلى 33 في المائة في تجربة باستخدام F1 الخلايا الجذعية الجنينية الهجينة [37]. قد تُعزى القابلية العالية لإعادة البرمجة (إمكانية إعادة برمجة الجينوم) لجينوم الخلية الجذعية الجنينية إلى التعبير المتتالي عن أكتوبر 3/4، وهو عامل المنبع الرئيسي المطلوب للتطور الطبيعي للجنين المبكر [38]. يمكن تحقيق تزامن أفضل لدورة الخلية بين نواة الخلية الجذعية الجنينية والأوبلازم المتلقي من خلال الزراعة المتكدسة [39] أو من خلال إيقاف دورة الخلية في المرحلة M مع علاج نوكودازول [40].

الشكل 2. خطوتين SCNT في الفئران. يتم إنشاء الخلايا الجذعية الجنينية المشتقة من NT بواسطة الجولة الأولى من SCNT. ثم يتم استخدام هذه لتوليد الفئران المستنسخة عن طريق إجراء SCNT ثانٍ أو عبر مرحلة متداخلة باستخدام إنتاج الأجنة الكيميرية. تم استخدام هذا البروتوكول بنجاح لدراسات استنساخ الفئران حيث لا تنجح عملية نقل نواة الخلية التقليدية ذات الخطوة الواحدة أو عندما يكون من الصعب جدًا توليد الفئران على سبيل المثال ، عند استنساخ الخلايا الليمفاوية [35] وعند استخدام الخلايا الجسدية المسترجعة من الجثث المجمدة [36].

بالنظر إلى أن أفضل أنواع الخلايا المانحة من حيث كفاءة الاستنساخ هي الخلايا الجذعية الجنينية ، تليها خلايا سيرتولي الوليدية وخلايا الركام البالغة [28،30،34،41] ، قادنا هذا إلى افتراض أن درجة التمايز قد تكون مرتبطة عكسياً مع كفاءة الاستنساخ. كانت إحدى الاستراتيجيات لاختبار هذا الافتراض هي استنساخ الخلايا المتمايزة داخل نفس سلالة الخلية. بقدر ما تم فحصه حتى الآن ، يبدو أن خلايا النسب العصبية تؤكد هذا الافتراض. عندما تم جمع الخلايا العصبية من الأجنة في 15.5-17.5 يومًا بعد الجماع (dpc) ، وُلد نسل مستنسخ طبيعي بمعدل مرتفع نسبيًا (5.5٪) [42]. على النقيض من ذلك ، لم يولد أي نسل حي من الخلايا العصبية لفئران حديثي الولادة (الأيام 0-4 بعد الولادة) بسبب موت الجنين عند حوالي 10.5 dpc [43]. ساهمت الخلايا العصبية البالغة أيضًا في إعادة بناء الأجنة المستنسخة ، ولكنها دعمت نموها فقط حتى 6-7 ديسيبلات كلوريد [28]. يمكن استنساخ الخلايا الجذعية العصبية المشتقة من أدمغة الجنين أو حديثي الولادة لإنتاج نسل طبيعي بواسطة SCNT [31 ، 44]. تشير هذه النتائج إلى أن خلايا النسب العصبية تفقد قابليتها لإعادة البرمجة عندما تتمايز. ومع ذلك ، اقترح دليل آخر باستخدام خلايا النسب المكونة للدم أن هذا السيناريو ليس هو الحال دائمًا. كان استنساخ الخلايا T أو B أمرًا صعبًا للغاية بينما كان استنساخ الخلايا القاتلة الطبيعية (NKT) أمرًا سهلاً نسبيًا ، على الرغم من أنها جميعًا خلايا ليمفاوية متمايزة نهائيًا تحمل الحمض النووي المعاد ترتيبه [35 ، 45]. بقدر ما تم اختباره حتى الآن ، فإن توليد الفئران من الخلايا اللمفاوية التائية أو البائية عن طريق نقل نواة الخلية اللمفاوية المباشر لم يكن ناجحًا ، وبالتالي ، فإن جولة من خطوتين من NT - وهي تقنية تتضمن توليد الخلايا الجذعية الجنينية والتكميل رباعي الصبغيات - ضرورية [35] (الشكل 2). في هذا ، تتيح مرحلة الخلايا الجذعية الجنينية وقتًا إضافيًا لإعادة البرمجة ، وقد تساهم خطوط الخلايا الرباعية الصبغية في معظم الأنسجة الجنينية الإضافية ، والتي تعد عادةً أكثر المكونات تضررًا في الحيوانات المستنسخة [46]. على النقيض من ذلك ، وجدنا أن خلايا NKT ذات الواسمات المتمايزة المحددة كانت مانحًا مناسبًا لتوليد ذرية مستنسخة وخطوط خلايا جذعية جنينية مشتقة من NT عن طريق SCNT المباشر [45]. ثم قمنا بعد ذلك بفحص ما إذا كانت الخلايا الجذعية المكونة للدم (HSCs) ذات اللدونة التفاضلية الفطرية يمكن استنساخها بواسطة SCNT. بشكل غير متوقع ، وصلت نسبة 6 في المائة فقط من الأجنة المعاد بناؤها إلى مرحلة التويج أو الكيسة الأريمية في المختبر (مقابل 46٪ للنسخات المشتقة من الخلايا الركامية) وفي أحسن الأحوال فقط 0.7٪ لكل جنين تم نقله وصل إلى المدى الكامل [47]. لم يتم الحصول على نسل عند استخدام الخلفية الجينية القياسية B6D2F1 [47]. سونغ وآخرون. [48] ​​أكد أيضًا عدم ملاءمة الخلايا الجذعية السرطانية لـ SCNT من خلال مقارنة معدل ولادة الحيوانات المستنسخة مع تلك المستنسخات المحببة. كان التطور الضعيف للأجنة المستنسخة المشتقة من HSC متسقًا مع نمط التعبير الجيني في المرحلة ثنائية الخلية عندما يحدث التنشيط الجيني الرئيسي (ZGA) في الفأر [49]. فشلت استنساخ HSC في تنشيط خمسة من أصل ستة جينات ZGA مهمة تم فحصها ، بما في ذلك Hdac1 ترميز هيستون ديستيلاز 1 ، منظم رئيسي لـ ZGA [50،51]. نتيجة لذلك ، وصل 34 في المائة فقط من استنساخ HSC إلى مرحلة الخلايا الأربع (ص & lt 0.05 مقابل 65-78٪ من الأجنة المستنسخة الأخرى). يبدو أن هذه النتيجة متناقضة مع اكتشاف أن مثبطات HDAC تعمل بالفعل على تحسين تطور الأجنة المستنسخة (انظر أدناه) ، ولكن العلاج بهذه الأدوية يقتصر عادةً على المرحلة المبكرة جدًا من التطور (أقل من 10 ساعات بعد تنشيط البويضة) لتجنب تأثيراتها المثبطة على ZGA في مرحلة لاحقة [50]. كما أكدنا أن التعبير Hdac1 كان الرنا المرسال في الخلايا الجذعية السرطانية أقل مما هو عليه في الخلايا الجسدية الأخرى ، وربما يعكس بنية كروماتين مفتوحة تمكن من الوصول السهل لعوامل النسخ [52،53]. مجتمعة ، نفترض أن إعادة البرمجة الجينية تختلف بيولوجيًا عن درجة اللدونة الجينية بناءً على حالة تمايزها (أو "جذوعها" ، في الاتجاه المعاكس). بدلاً من ذلك ، قد يكون له ارتباط وثيق بنمط التعبير الجيني أو بنية الكروماتين الخاصة بكل نوع من خلايا المتبرع. استعرض Oback العلاقات بين إعادة البرمجة الجينية للمتبرعين وحالة تمايزهم في الفئران والأنواع الأخرى بالتفصيل في عام 2009 ، وافترض أن حالة التمايز لجينوم المتبرع وإمكانية إعادة برمجته إلى الكلي قد لا يكونا مرتبطين.

بحسب امينلي وآخرون. [55] ، وفرت الخلايا الجذعية السرطانية والخلايا المكونة للدم أسلاف كفاءة أفضل في توليد الخلايا الجذعية المحفزة من الخلايا البائية أو التائية. هذا ليس مفاجئًا لأن إعادة البرمجة الجينية إلى الحالة متعددة القدرات لا تحتاج إلى ZGA أو تنشيط الجينات من أجل التطور الجنيني المبكر. على سبيل المثال ، قمع HDAC1 في HSCs قد يسهل توليد iPS ، ولكنه قد يعيق أيضًا ZGA والتطور الجنيني اللاحق. وبالتالي ، فإن المتطلبات الأساسية لاكتساب القدرة على التعددية والكفاءة تختلف اختلافًا جينيًا ، على الرغم من أنه قد تكون هناك آلية مشتركة لإعادة برمجة بنية الكروماتين والعمارة النووية.

بعد سلسلة من تجارب SCNT باستخدام أنواع مختلفة من الخلايا المانحة مع ذكر مشترك (B6 × 129) F.1 النمط الجيني ، وجدنا ارتباطًا عاليًا (ص = 0.92, ص = 9.1 × 10 –5) بين معدلات الأجنة التي تطورت بعد مرحلة الخلايا الثنائية ومعدلات الولادة بعد نقل الأجنة (الشكل 3). تشير هذه النتيجة إلى أن درجة ZGA لها تأثير قوي على التطور الجنيني حتى النهاية. تشير البيانات أيضًا بوضوح إلى عدم وجود علاقة بين إعادة البرمجة الجينية والحالة غير المتمايزة للجينوم (الشكل 3).

الشكل 3. الارتباط بين معدلات التطور بعد مرحلة الخلايا الثنائية والتطور الكامل المدى في الأجنة المستنسخة. هناك علاقة وثيقة بين هذه المعلمات في حين أن درجة "الجذعية" أو الحالة غير المتمايزة للخلايا المانحة ليس لها علاقة بكفاءات الاستنساخ هذه. تم إجراء جميع التجارب باستخدام خلايا مانحة من الذكور ذات (B6 × 129) F.1 الخلفية الوراثية ، باستثناء الخلايا الجرثومية البدائية الأنثوية (PGCs). يعتمد هذا على البيانات المنشورة [30،44،45،47،56] وغير المنشورة (A. Ogura ، K. Inoue ، بيانات غير منشورة). تم حساب معدلات المواليد ، بما في ذلك الحمل المشيمة فقط. تم حذف النتائج باستخدام الخلايا المانحة ذات البصمة الجينومية غير المكتملة مثل الخلايا الجرثومية الأولية الأولية [57] أو مع تكوينات كروموسومية غير طبيعية مثل الخلايا الجذعية اللحمية الطويلة المستزرعة [44] أو الخلايا السرطانية [58]. TSA ، trichostatin A.

كما ذكر أعلاه ، يمكن أن يؤثر النمط الجيني للخلايا المانحة أيضًا على كفاءة الاستنساخ. في إحدى الدراسات ، وُلدت عجول يابانية سوداء بعد نقل نواة الخلية بالنقل بمعدل مرتفع يصل إلى 80 في المائة (8/10 لكل أجنة منقولة) باستخدام الخلايا الظهارية الركامية وخلايا قناة البيض [59]. كانت هذه الكفاءة أعلى بكثير من كفاءة الاستنساخ البقري الذي تم إجراؤه خلال نفس الفترة (حوالي 10٪) [60]. منذ ذلك الحين ، تم الإبلاغ عن معدلات حمل عالية في SCNT الأبقار باستخدام السلالة اليابانية السوداء [61،62]. أظهرت الأغنام أيضًا تنوعًا خاصًا بالسلالة من حيث نجاح تطور الأجنة المستنسخة [63]. ومع ذلك ، لا توجد بيانات قابلة للمقارنة بشكل مباشر عن الحيوانات المستنسخة من الماشية والأغنام والتي يمكن أن تسمح بتقييم دقيق لتأثيرات الخلفيات الجينية. على النقيض من ذلك ، سمحت لنا تجارب استنساخ الفئران بتقييم تأثير التركيب الجيني على تطور الحيوانات المستنسخة بطريقة أكثر دقة بفضل توفر سلالات الفئران المحددة وراثيًا [27]. بحسب فان ثوان وآخرون. [64] ، يمكن الحصول على الفئران المستنسخة من جميع السلالات الفطرية التي تم اختبارها حتى الآن [64]. تم الحصول على أفضل معدل ولادة بسلالة 129 ، تليها سلالة DBA / 2 (الشكل 4). بناءً على هذه الدراسات ، من المتوقع أن يؤدي وجود الجينوم من سلالة 129 إلى زيادة كفاءة إعادة برمجة جينوم المتبرع بعد نقل نواة الخلية الجسدية [30]. تاريخيًا ، تم إثبات مرونة جينوم هذا الفأر من خلال التأسيس السهل نسبيًا للخلايا الجذعية الجنينية من هذه السلالة [65] وكذلك من خلال ارتفاع معدل الإصابة بسرطان الخصية [66]. ومن المثير للاهتمام ، أن مشيمة الحيوانات المستنسخة المأخوذة من سلالة 129 أظهرت شكلًا طبيعيًا تقريبًا ، على عكس تلك الموجودة في السلالات الأخرى ، والتي أظهرت تضخم المشيمة [67]. لذلك ، قد تكون هناك عوامل معينة داخل جينوم السلالة 129 التي تضمن المرونة الجينية العالية. في الوقت الحالي ، ليس لدينا أي فكرة عن هوية هذه العوامل ، ولكن إذا تمكنا من تحديدها فإنها ستساهم بشكل كبير في التطوير الآمن والفعال للتقنيات الجديدة في الطب التجديدي والصيدلة. يجب أن تساعد تجارب SCNT باستخدام مجموعة من السلالات الفطرية المؤتلفة القائمة على تقاطعات بين سلالة 129 والسلالات الأخرى في تنفيذ هذه الاستراتيجية من خلال ما يسمى ب "علم الوراثة الأمامية".

الشكل 4. آثار trichostatin A (TSA) والعلاج النصي على استنساخ الفأر الفطري. بدون علاج مثبط هيستون ديستيلاز (HDACi) (القضبان السوداء) ، يمكن الحصول على الفئران المستنسخة من سلالات هجينة و 129 / سيفيرت ، ولكن بمعدل نجاح منخفض. تم الحصول على فأر واحد مستنسخ من سلالة DBA / 2 ، لكن هذا الحيوان لم يتكاثر أبدًا. عندما تم استخدام TSA (أشرطة رمادية فاتحة) ، زادت معدلات نجاح السلالات الهجينة والفارسية ، لكننا لم ننجح أبدًا في إنتاج فئران مستنسخة كاملة المدة من سلالات فطرية. ومع ذلك ، عند استخدام scriptaid (أشرطة رمادية داكنة) ، زاد معدل النجاح الإجمالي حتى من السلالات الفطرية.

3. التحسينات التقنية على أساس تعديلات هيستون

كما ذكر أعلاه ، من المتوقع أن يؤدي منع الأخطاء الوراثية اللاجينية أثناء إعادة البرمجة النووية إلى تحسين معدل نجاح استنساخ الحيوانات. إنرايت وآخرون. [68] حاولوا تغيير الحالة اللاجينية للنواة المانحة قبل NT باستخدام مادتين كيميائيتين: 5-azacytidine (مثبط لميثيل الحمض النووي) و trichostatin A (TSA a histone deacetylase inhibitor (HDACi)). ال في المختبر تم تحسين الإمكانات التنموية للأجنة المستنسخة البقري بشكل طفيف. ومع ذلك ، فإن هذه الأدوية التي تؤثر على الوراثة اللاجينية شديدة السمية [69،70] ويجب اختبار كل دواء صيدلانيًا لمعرفة مدى تعرضه المناسب وتوقيته وتركيزه ومدته. وهكذا ، كيشيجامي وآخرون. [71] اكتشف بالتجربة والخطأ التركيز الأمثل وتوقيت وفترة علاج TSA لاستنساخ أجنة الفئران. في النهاية ، أدت هذه الطريقة إلى زيادة أكبر من خمسة أضعاف في معدل نجاح استنساخ الفئران ، باستثناء استنساخ الخلايا الجذعية الجنينية (الشكل 5). على عكس الوضع في استنساخ الفئران ، فإن تأثيرات TSA على كفاءة الاستنساخ مثيرة للجدل بالنسبة لنماذج الأبقار [72،73] والخنازير [74،75] والأرانب [76،77] والفئران [78]. علاوة على ذلك ، أفادت بعض المجموعات أن علاج TSA كان له آثار ضارة على في المختبر و في الجسم الحي تطوير أجنة SCNT [73،76]. على حد علمنا ، لم يتم تحديد تأثيرات علاج TSA على التطور الكامل المدى في أي نوع آخر غير الماوس.

الشكل 5. آثار علاج HDACi على استنساخ الفئران باستخدام خلايا الركام B6D2F1 كمانحين NT. بدون علاج HDACi ، يمكن الحصول على الفئران المستنسخة ولكن بمعدل نجاح منخفض (تابع). عندما تم استخدام TSA أو scriptaid أو SAHA أو oxamflatin ، زادت معدلات النجاح بشكل كبير ، ولكن عند استخدام APHA ، لم يتم الحصول على أي استنساخ. تنتمي جميع عوامل HDACi المدرجة هنا إلى فئات المركبات الكيميائية لحمض الهيدروكساميك أو الهيدروكسامات.

يجب التأكيد على أن معظم الفئران المستنسخة قد تم إنشاؤها فقط من سلالات هجينة ولم يتم استنساخها مطلقًا من سلالات فطرية أو فطرية [30،67]. ومع ذلك ، عندما تم استخدام نص الدواء ، الذي يعمل بمثابة HDACi ولكنه أقل سمية من TSA [79] ، في الاستنساخ ، يمكن أن يزيد معدلات نجاح استنساخ الفئران ليس فقط في الهجين ولكن أيضًا في سلالات الفئران الفطرية المفترضة "غير القابلة للاستنساخ" [79]. 64،80]. وبالمثل ، عندما تم استخدام scriptaid بدلاً من TSA ، Zhao وآخرون. [81] تحسن معدل نجاح استنساخ الخنازير إلى المدى الكامل. تشير هذه النتائج إلى أنه على الرغم من أن استخدام عقاقير HDACi يمكن أن يعزز إعادة البرمجة في الأجنة المستنسخة ، نظرًا لسميتها ، فإن التأثيرات تعتمد على الحساسية الفردية لسلالة أو نوع المتبرع. لهذا السبب ، حاولنا اكتشاف عقاقير أخرى مفيدة لـ HDACi لاستنساخ الفئران ، ووجدنا أن عاملين آخرين ، وهما suberoylanilide hydroxamic acid (SAHA) و oxamflatin ، يمكن أن يحسنا أيضًا التطور الكامل للفئران المستنسخة بشكل كبير دون أن يؤدي ذلك إلى توضيح واضح. شذوذ [82]. وجدت مجموعة أخرى ذلك مكما حسّن البيشيدروكساميد-carboxycinnamic acid أيضًا من معدل نجاح استنساخ الفئران على المدى الكامل [83]. ومع ذلك ، على الرغم من الإبلاغ عن زيادة حمض الفالبرويك في كفاءة إعادة برمجة الخلايا الليفية للفأر بأكثر من 100 ضعف لتأسيس خلايا iPS [84] ، إلا أنه كان له تأثير ضئيل [85] أو بلا تأثير [82] على معدل نجاح استنساخ الفئران. كما أن مادة HDACi الأخرى ، وهي aroyl pyrrolyl hydroxamide (APHA) ، لم تستطع أيضًا تحسين كفاءة الاستنساخ [64]. يلخص الشكل 4 تأثير عوامل HDACi على استنساخ الماوس باستخدام خلايا BDF1 الركامية [64،71،82].

(أ) كيف يعزز علاج HDACi إعادة البرمجة؟

على الرغم من أن كيفية تحسين معالجة HDACi لكفاءة الاستنساخ لا تزال غير معروفة ، إلا أنه يُعتقد أنها يمكن أن تحفز فرط الأستلة في الهيستونات الأساسية ، مما يؤدي إلى تغييرات هيكلية في الكروماتين تسمح بالنسخ وإزالة ميثيل الحمض النووي المعزز للجينوم المشتق من الخلايا الجسدية بعد SCNT [71]. هذا جزء ضروري من إعادة البرمجة الجينية [86]. في الواقع ، أظهرت العديد من التقارير بوضوح أن علاج HDACi أثناء استنساخ SCNT أدى إلى تحسين أستلة الهيستون [87] ، وإنتاج mRNA الناشئ [64] والتعبير الجيني [88] بطريقة مشابهة لتلك الموجودة في الأجنة المخصبة بشكل طبيعي. أدى علاج TSA أيضًا إلى تحسين الاتساق طويل الأمد لتنظيم التعبير الجيني على مستوى الجينوم: انخفض العدد الإجمالي للجينات التي تظهر عادةً زيادة أو خفض التنظيم في الجراء المستنسخة المعالجة بـ TSA إلى نصف الجراء التقليدية SCNT وملف تعريف التعبير الجيني الكلي لـ أصبحت استنساخ TSA تشبه تلك الموجودة في صغار حقن الحيوانات المنوية داخل الهيولى (ICSI) [89].

كيف يتم تعديل مثيلة الهيستون في الأجنة المستنسخة المعالجة بـ TSA ليست مفهومة تمامًا. بوي وآخرون. [90] وجد أن علاج TSA تسبب في زيادة تفكك الكروموسوم والحجم النووي في الأجنة المولدة بواسطة نقل نواة الخلية ، على غرار الأجنة التي ينتجها الحقن المجهري [90]. ارتبط هذا بتشكيل أكثر فعالية لمجمعات تكرار الحمض النووي في الأجنة المعالجة. يمكن أن تتغلب هذه الأجنة على فشل في بداية النسخ الجيني الجنيني في الوقت المناسب عن طريق تنشيط جينات الرنا الريباسي وتعزيز تخصيص البروتين النووي خلال المرحلة المبكرة من ZGA [91]. تشير هذه النتائج إلى أن HDACi يمكن أن يعزز إعادة برمجة النوى الجسدية من حيث إعادة تشكيل الكروماتين وتعديل الهيستون وتكرار الحمض النووي ونشاط النسخ.

(ب) لماذا تتطلب الأجنة المستنسخة معالجة HDACi لتحسين إعادة البرمجة الجينية؟

في الطبيعة ، تحتوي الأوبلازم على آليات إعادة البرمجة ، مثل أستلة الهيستون أو إزالة ميثيل الحمض النووي ، والتي تحول نوى الحيوانات المنوية والبويضات إلى حالة مكتملة القدرة [87،92،93]. بالنظر إلى أن نقل نواة الخلية الجسدية يمكن أن يؤدي إلى ولادة حيوانات قابلة للحياة ، فإن آلية إعادة برمجة البويضة كافية لإعادة برمجة نواة الخلية الجسدية ، على الأقل في بعض الحالات. ومع ذلك ، فإن آلية إعادة البرمجة المحتملة للسيتوبلازم البويضة يتم تحضيرها لاستلام نواة الحيوانات المنوية أحادية الصيغة الصبغية ، وليس نواة الخلية الجسدية. بشكل عام ، يعتبر أن إعادة البرمجة غير المكتملة لنواة الخلية الجسدية بعد نقل نواة الخلية الجسدية تنشأ عن إعادة البرمجة الجينومية الضعيفة في البويضة. ومع ذلك ، نعتقد الآن أن سيتوبلازم البويضات قد يعيد برمجة نواة الخلية الجسدية بقوة شديدة ، أو أن نواة الخلية الجسدية أكثر حساسية لعوامل إعادة برمجة البويضات من نواة خلية الحيوانات المنوية. لذلك ، من خلال تثبيط HDAC معين أو أحد عوامل إعادة البرمجة في الأوبلازم أثناء إعادة البرمجة ، ربما تمت إعادة برمجة نوى المتبرع في دراساتنا بشكل صحيح ، مما أدى إلى معدل نجاح أعلى للاستنساخ [64،71].

4. التحسينات التقنية على أساس حالة تعطيل كروموسوم X

من المحتمل جدًا أن يكون تأثير علاج HDACi على إعادة تشكيل الكروماتين للأجنة المستنسخة واسعًا في الجينوم وليس خاصًا بمنطقة الجينوم ويؤدي إلى إعادة برمجة شبه طبيعية للجينوم بأكمله. ومع ذلك ، فإن وجود العديد من الأنماط الظاهرية الخاصة بـ SCNT ، مثل تشوهات المشيمة [21،94،95] ، والسمنة [96] ونقص المناعة [97] ، يشير إلى أن نقل نواة الخلية الجسدية يؤدي حتماً إلى حدوث أخطاء جينية معينة في جينوم المتبرع. قد تكون خصائص غير عشوائية وقابلة للتحديد ، ربما بسبب الطبيعة الجينية الأساسية المفروضة على نوى الخلية الجسدية في وقت الانغراس الموصوف أعلاه. لدراسة هذا الاحتمال ، تم تحليل الكيسات الأريمية المستنسخة المفردة لأنماط التعبير الجيني العالمية الخاصة بها من خلال مقارنتها بالنمط الجيني والضوابط المتطابقة مع الجنس التي تنتجها في المختبر الإخصاب في نفس البيئة. لاحظنا أنه عندما تم رسم مستويات التعبير النسبي لجميع الجينات الـ 41233 في الأجنة المستنسخة على الكروموسومات العشرين ، تم تقليل تنظيم العديد من الجينات الموجودة على الكروموسوم X بشكل خاص [32]. كان هذا القمع للجين المرتبط بـ X صبغيًا واسعًا وكان مرتبطًا بالتعبير المرتفع لـ زيست الجين المسؤول عن تعطيل أحد الكروموسومات X في الخلايا الأنثوية. الفلورسنت RNA فى الموقع تحليل التهجين (FISH) زيست كشفت mRNA في نوى قسيم أرومي عن إشارة مفرطة في الأجنة المستنسخة من الذكور والإناث ، مما يشير إلى أن زيست تم التعبير عنها خارج الرحم من الكروموسوم X النشط في كلا الجنسين. ثم قمنا بفحص إلى أي مدى كان تعبيره خارج الرحم مسؤولاً عن معدلات المواليد المنخفضة للحيوانات المستنسخة ، وذلك باستخدام استراتيجيات الضربة القاضية والضربة القاضية. نظرًا لأن الكروموسوم X هو واحد فقط من 20 كروموسومًا في الفئران (باستثناء Y) ، فقد توقعنا أولاً أن زيست قد يؤدي التعبير ببساطة إلى بعض التحسينات الطفيفة في كفاءة الاستنساخ. ومع ذلك ، كانت النتائج رائعة أكثر مما توقعنا. عندما تحتوي خلايا المتبرع على زيست- تم استخدام الكروموسوم X الناقص في NT ، وزادت معدلات المواليد بمقدار 8 و 14 ضعفًا بعد استنساخ خلايا الركام و Sertoli على التوالي [32]. وبالمثل ، ضربة قاضية زيست عن طريق حقن الحمض النووي الريبي (Si) قصير التداخل في البويضات المعاد بناؤها ، مما أدى إلى زيادة معدل المواليد بمقدار 10 أضعاف [98]. ومن المثير للاهتمام أن تطبيع زيست أدى مستوى التعبير إلى انخفاض عدد الجينات الصبغية الخاضعة للتنظيم إلى 6 في المائة و 25 في المائة في استنساخ الإناث والذكور ، على التوالي. هذه النتائج تشير إلى أن خارج الرحم زيست قد يكون التعبير في الحيوانات المستنسخة قد أثر سلبًا على التعبير الجيني في الأجنة المستنسخة بطريقة الجينوم. على الرغم من أن استراتيجية الضربة القاضية هذه لا تنطبق حاليًا إلا على الحيوانات المستنسخة من الذكور بسبب عدم قدرتنا على تحقيق التحكم الكمي الدقيق في زيست قمع mRNA ، هذه التقنية أكثر واقعية للتطبيقات العملية المستقبلية لـ SCNT لأنها سهلة من الناحية الفنية ولا تغير التركيب الجيني لجينوم المتبرع أو النسل المستنسخ. ال XIST يتم تنظيم الجين في أجنة SCNT الأبقار وقد تورط في موت ما قبل الولادة للخنازير والعجول المستنسخة [99-101]. في الأنواع الحيوانية المستأنسة مثل الأبقار والخنازير ، يحدث الانغراس الجنيني بعد فترة طويلة من نقل الجنين. لذلك ، يجب أن نفحص بعناية ما إذا كان تأثير XIST يمكن أن تستمر ضربة قاضية خلال فترة النمو الحرجة للأجنة المستنسخة للبقاء على قيد الحياة.

ظلت مجموعتان منفصلتان من الجينات مكبوتتين في زيست- حذف الكيسات الأريمية استنساخ الفأر. كانوا ال ماجي و Xlr مجموعات الجينات ، المترجمة في مناطق الكروموسومات XqF3 و XqA7.2-7.3 ، على التوالي [32]. تقع هذه المناطق داخل الكتل المخصبة بثنائي ميثيل هيستون H3 في ليسين 9 (H3K9me2) ، وهو المسؤول عن إسكات الجين الذي يوفر حالة تغاير الكروماتين التأسيسي. يطلق عليها "تعديلات الكروماتين K9 المنظمة الكبيرة" [102] ونمط توزيعها مطابق تمامًا بين الخلايا الجذعية الجنينية [102] وخلايا الركام المانحة [32]. افترضنا أن الحالة القمعية لـ ماجي و Xlr كانت المناطق التي تم التوسط فيها عن طريق تعديل النوع الجسدي من النوع H3K9me2 في الخلايا المانحة مقاومة لإعادة البرمجة بواسطة عامل (عوامل) الأوبلازمية المفترضة وبالتالي انتقلت إلى الأجنة المستنسخة. ال ماجي و Xlr تم نسخ الجينات بشكل نشط في الكيسات الأريمية الطبيعية المشتقة من الإخصاب ، ولكن تم إغلاقها في الخلايا الجذعية الجنينية [32] ، مما يشير إلى أن كتل H3K9me2 قد تكون بمثابة "توقيع جسدي" يتم فرضه أثناء الانغراس. يمكن أن تكون هذه هي الأهداف التالية للتحسينات التقنية في SCNT.

5. العوامل الأخرى التي قد تؤثر على تطور الحيوانات المستنسخة

(أ) تشوهات المشيمة

معظم الأجنة المستنسخة المشتقة من SCNT توقف نموها في وقت ما خلال فترة ما بعد الزرع المبكرة ، اعتمادًا على الأنواع: قبل 6.5 يومًا في الفئران [103] وقبل 60 يومًا في أجنة الأبقار [104]. هذه الفترات حاسمة للمشيمة المبكرة. في الواقع ، غالبًا ما تم وصف الأنماط الظاهرية المشيمية غير الطبيعية المرتبطة بـ SCNT في العديد من الأنواع المستنسخة حتى الآن [105]. ترتبط الفئران المستنسخة بالمشيمة الناقصة التنسج أثناء الحمل المبكر [106107] وبتضخم المشيمة من منتصف الحمل حتى نهاية الحمل [94،95،108]. تحتوي مشيمة العجول المستنسخة على عدد أقل من المشيمة ولكن أكبر بكثير ، ويفترض أن يكون ذلك للتعويض عن انخفاض عدد مواقع المشيمة لتبادل الأم والجنين [109]. وبالتالي ، من الممكن أن تكون العيوب في سلالة الخلايا الجنينية الإضافية أحد الأسباب الرئيسية لمعدل نجاح الاستنساخ التناسلي المنخفض [105]. في البداية ، كان يُعتقد أن هذا الافتراض يتوافق مع سهولة اشتقاق خلايا ntES من خلايا الكتلة الداخلية للكيسات الأريمية المستنسخة [110]. ومع ذلك ، فقد وجد أن هذا السيناريو غير صالح لأن الخلايا الجذعية للأرومة الغاذية (ntTS) تم إنشاؤها أيضًا بكفاءة من أجنة SCNT [111،112]. لتحديد كيفية تورط الأنسجة خارج الجنين في ضعف نمو الحيوانات المستنسخة والأنماط الظاهرية للمشيمة المتضخمة في الفئران ، قامت العديد من المعامل بتحليل الكيميرات الناتجة عن دمج الأجنة المستنسخة والأجنة المخصبة. بالإضافة إلى ذلك ، تم تمييز خلايا ntTS أيضًا في الجسم الحي و في المختبر لهذا الغرض. نتيجة لذلك ، أشارت بعض الدراسات إلى أن التفاعلات غير المنظمة بين الأنسجة الجنينية والأنسجة خارج الجنين هي المسؤولة عن الاستنساخ غير الفعال أو عن تشوهات المشيمة [111،113،114] ، بينما أشارت دراسات أخرى إلى التورط السائد للأنسجة خارج الجنين نفسها [107،112]. في الآونة الأخيرة ، أعاد لين وزملاؤه [115] تقييم النتائج التطورية للأجنة الوهمية باستخدام خلايا ICM المعزولة ، وليس الكيسات الأريمية الكاملة. من خلال تجميع خلايا ICM المشتقة من استنساخ مع أجنة مخصبة رباعي الصبغيات ، نجحوا في إنقاذ أنماط ظاهرية مشيمية غير طبيعية وزيادة معدل ولادة الحيوانات المستنسخة حتى 15.7 في المائة ، مما يشير إلى أن العيوب في النسب خارج الجنين تكمن وراء معدل النجاح المنخفض لاستنساخ SCNT. إنقاذ الأجنة المشتقة من نقل نواة الخلية بواسطة زيست لم يكن للضربة القاضية أو الضربة القاضية الموصوفة أعلاه أي تأثير مفيد على النمط الظاهري المشيمة مفرط التنسج. سيكون من المثير للاهتمام معرفة ما إذا كانت استراتيجيتان لإنقاذ أجنة نقل نواة الخلايا الجذعية قد يكون لها تأثير تآزري.

(ب) وراثة الأم من الحمض النووي للميتوكوندريا

منذ الدراسات المبكرة لـ SCNT في التسعينيات ، كان ما إذا كان الحمض النووي للميتوكوندريا (mtDNA) الذي ينتقل من الخلايا المانحة قد يتسبب في ضعف نمو الأجنة المستنسخة يمثل مشكلة. هذه مجموعة من الجينومات السيتوبلازمية التي تشفر مجموعة فرعية من الجينات التي تشفر الفسفرة المؤكسدة وتنتقل إلى النسل عن طريق الوراثة الصارمة للأم [116،117]. بشكل عام ، تحتوي البويضة الواحدة على أكثر من 10 5 نسخ من mtDNA ، بينما تحتوي الخلايا الجسدية على 10 2-10 3 نسخ فقط [117،118]. من الناحية النظرية ، تمتلك الحيوانات المستنسخة نوعين من mtDNAs المشتقة من البويضات وخلايا المتبرع ، وتسمى هذه الحالة التغاير. إيفانز وآخرون. [119] أوضح أن أول حيوان ثديي مستنسخ ، دوللي ، لم يكن يمتلك mtDNA مشتقًا من خلايا مانحة نووية في أنسجته ، في حين أن Steinborn وآخرون. [120] تم الكشف عن تغاير الخلايا في أجنة الأبقار المنتجة من ثلاثة أنواع من الخلايا المانحة. تم إجراء العديد من المحاولات للتمييز بين البويضات من mtDNA المشتق من الخلايا المانحة من الناحية الكمية. وقد دعمت هذه وجود الجراثيم غير المتجانسة في الحيوانات المستنسخة ، على الرغم من اختلاف درجتها اختلافًا كبيرًا بين التجارب [121-124]. في الفئران ، حمل 24 من 25 نسلًا مستنسخًا mtDNA المشتق من الخلية المانحة بنسبة تصل إلى 13.1٪ من الإجمالي [125]. ومع ذلك ، على حد علمنا ، لا يوجد دليل تجريبي على أن البلازما غير المتجانسة قد تضر بتطور الأجنة المستنسخة أو الحالة الصحية للنسل ، على الأقل في نقل نواة الخلية الجسدية التقليدي. على النقيض من ذلك ، يختلف وضع SCNT بين الأنواع (iSCNT) اختلافًا كبيرًا. يُعتقد أن عدم التوافق بين جينات mtDNA والجينات النووية التي تشفر بروتينات الميتوكوندريا هو أحد الأسباب الرئيسية لتوقف النمو بين أجنة iSCNT [126]. في iSCNT بين الكلاب والقطط ، قد لا تكون هذه مشكلة حرجة لأن الذئاب والقطط البرية ولدت باستخدام البويضات من الكلاب والقطط الأليفة ، على التوالي [127،128].

6. الآفاق المستقبلية

(أ) إمكانية إحياء حيوان منقرض

يوفر استنساخ الحيوانات بواسطة SCNT فرصة للحفاظ على أنواع الثدييات المهددة بالانقراض ، بشرط أن يتم جمع خلايا قابلة للحياة. ومع ذلك ، يُعتقد أن "بعث" الأنواع المنقرضة من التربة الصقيعية (مثل الماموث الصوفي) غير عملي ، لأنه لن تتوفر خلايا حية. من ناحية أخرى ، من المعروف أن الحيوانات المنوية "الميتة" من علاجات التجفيف بالتجميد [129] أو من جثة مجمدة كاملة [130] لا تزال تمتلك جينومًا فرديًا كاملًا. عندما يتم حقن هذه الحيوانات المنوية في البويضات ، يمكن أن تتطور الأجنة الناتجة إلى ذرية صحية كاملة المدى. والمثير للدهشة أن صلابة الحمض النووي لم تظهر فقط في رأس الحيوانات المنوية ولكن أيضًا في الخلايا الجسدية. حاولنا إنتاج فئران مستنسخة من جثث ظلت مجمدة عند درجة حرارة -20 درجة مئوية لمدة تصل إلى 16 عامًا دون أي وقاية من التجمد. تشبه هذه الحالات تلك الخاصة بجسم متجمد تم استعادته من التربة الصقيعية ، وتعطلت الخلايا من جميع أعضاء الجثث تمامًا. عندما حقننا نوى هذه الخلايا في بويضات الفئران المنزوعة النواة ، يمكن أن تتطور بعض الأجنة إلى تكيسات أريمية. على الرغم من أننا لم نتمكن من إنتاج نسل مستنسخ من الخلايا الجسدية مباشرة ، فقد تم إنشاء العديد من سلالات الخلايا الجذعية الجنينية من الأجنة المستنسخة. أخيرًا ، تم إنتاج الفئران السليمة المستنسخة من هذه الخلايا الجذعية الجنينية في الجولة الثانية من NT (الشكل 2) [36131]. وبالتالي ، يمكن استخدام هذه التقنيات لإحياء الحيوانات أو للحفاظ على مخزون الجينوم من الأنسجة التي تم تجميدها لفترات طويلة أو حتى في حالة عدم توفر خلايا حية. في مثل هذه الحالات ، ستكون جميع الحيوانات المستنسخة المتوقعة من نفس جنس المتبرع ولا يمكنها أبدًا التكاثر عن طريق التكاثر الطبيعي. في تجربة استنساخ حديثة ، حصلنا على أنثى فأر من خلية سيرتولي غير ناضجة. نما هذا الاستنساخ "الأنثوي المشتق من الذكور" ليصبح بالغًا طبيعيًا وينتج ذرية عن طريق التزاوج الطبيعي [132]. على الرغم من أن هذه كانت ظاهرة عرضية نشأت عن خطأ في الكروموسومات الجنسية ، إلا أن النتيجة تشير بشكل لا لبس فيه إلى إمكانية إنتاج إناث من حيوانات مانحة للذكور إذا كانت تقنيات التلاعب بالكروموسومات الجنسية متطورة بشكل كافٍ.

(ب) إمكانية اختيار أجنة عالية الجودة قبل النقل

بالإضافة إلى التغيرات اللاجينية ، فإن التشوهات الجينية التي تنشأ أثناء مراحل الانقسام المبكر ، مثل تشوهات الكروموسومات [105،133،134] ، قد تكون أيضًا أسبابًا لمعدل نجاح الاستنساخ المنخفض. إذا كان الأمر كذلك ، فمن المحتمل أن الأجنة المشتقة من SCNT يمكن أن تتطور إلى ما إذا كانت إعادة البرمجة اللاجينية هذه ستحدث بشكل صحيح مما يؤدي إلى الفصل الطبيعي للكروموسومات. لسوء الحظ ، فإن الشكل و / أو معدل التطور لمرحلة الكيسة الأريمية ليست علامات تنبؤية مهمة للتطور الكامل للأجنة المستنسخة. ومع ذلك ، فقد نجحنا مؤخرًا في تطوير نظام تصوير بالخلايا الحية الفلورية "أقل ضررًا" محسّنًا لأجنة الفئران قبل الزرع [135]. باستخدام هذا النظام ، نجحنا في اختيار الأجنة المستنسخة ذات الصبغيات الطبيعية ويمكننا تحسين معدل نجاح الاستنساخ بعد نقل الأجنة [136]. إذا أمكن الجمع بين طرق الانتقاء والتعديل اللاجيني ، فسيتم تسريع استكشاف الآليات المشاركة في إعادة البرمجة الجينية ، وقد تكون الأسئلة حول الاختلافات بين الحيوانات المستنسخة المشتقة من الخلايا الجنينية والمستنسخات المشتقة من SCNT قابلة للحل. سيكون معدل نجاح الاستنساخ لكل جنين منقول كافياً للتطبيقات في تربية الحيوانات التجارية.

(ج) تقنيات النقل النووي لتحليل الوراثة اللاجينية للخلايا الجرثومية

يمكن أيضًا استخدام الخلايا الجرثومية ما قبل الانتصافي لبناء أجنة ثنائية الصبغيات بواسطة NT ، ويمكن أن يعمل هذا كأداة قوية لتحديد ديناميكيات التغيرات اللاجينية أثناء تطور الخلايا الجرثومية. إحدى الدراسات المهمة في هذه الفئة هي تحليل حالة البصمة الجينومية للخلايا الجرثومية ، وخاصة الخلايا الجرثومية البدائية (PGCs) والخلايا السنية. يتضمن البصمة الجينومية "ذاكرة" فوق جينية للتعبير الخاص بالأليل الأبوي في حوالي 100 جين في الثدييات eutherian [137،138]. بناءً على المبدأ القائل بأن إعادة البرمجة في الأوبلازم الناضج لا يغير البصمة الجينية ، من المتوقع أن تعكس الأجنة المستنسخة الناتجة من الخلايا الجرثومية حالة البصمة الجينومية للمتبرع بأمانة [139]. لذلك ، فإن تحليل الأجنة والمشيمة التي أعيد بناؤها من الخلايا الجرثومية قد يعطي معلومات لا تقدر بثمن عن حالة البصمة الجينومية بناءً على حالة مثيلة الحمض النووي ونمط التعبير الجيني. عادة ما يكون من الصعب تحديد ملف تعريف التعبير الجيني للجينات المطبوعة عن طريق التحليل المباشر التقليدي للخلايا الجرثومية لأن معظم الجينات المطبوعة يتم التعبير عنها أساسًا في تطور الأجنة والمشيمة [137]. علاوة على ذلك ، يعطينا هذا التحليل المباشر فقط صورة متوسطة لمجموعة مختلطة من الخلايا الجرثومية. يمكن لاستنساخ الخلايا الجرثومية NT التغلب على هذه العيوب البيولوجية والتقنية. من خلال استخدام تقنية NT ، يمكننا تحليل ديناميكيات عملية محو البصمة في PGCs عند 11.5 dpc ووجدنا الترتيب المنسق للمحو المحدد لكل جين مطبوع [57]. وهذا يتفق مع نتائج التحليل الجيني الشامل باستخدام الخلايا الجرثومية الأولية في كل مرحلة من مراحل النمو [140]. حددنا "الحالة الافتراضية" لكل جين مطبوع إما كتعبير ثنائي أو بدون تعبير ، والذي تم تحقيقه في PGCs بمقدار 12.5 dpc. وبالمثل ، يمكن أيضًا تطبيق هذا النظام التجريبي على الخلايا الجرثومية الذكرية السابقة للانقسام الاختزالي مثل الخلايا السنية والحيوانات المنوية. وفقًا لنمط التعبير الجيني للأجنة المتولدة من هذه الخلايا ، كان يُعتقد أن البصمة الجينية الأبوية يتم فرضها بمقدار 16.5 dpc لكل من H19-DMR (المنطقة الميثيلية التفاضلية) و IG-DMR (A. Ogura ، K. Inoue ، غير منشور. البيانات). علاوة على ذلك ، من خلال استخدام الخلايا الجرثومية في مراحل نمو مختلفة (الخلايا الجذعية الأولية ، والخلايا الجونوسية ، والخلايا الجذعية للخط الجرثومي ، والأبناء المنوية المستديرة ، والبارثينوت) ، نقوم الآن بفحص الجينوم الذي يضمن صحة الجينوم. زيست التعبير بعد NT. تشير نتائج تحليل RNA FISH والتحليل الكمي للتعبير عن mRNA إلى أنه بالنسبة لـ زيست الجين ، النسخ من مرحلة 4 خلايا فصاعدًا هو النمط الافتراضي ، وبعض آلات الطباعة غير المعروفة ، التي ربما تم فرضها أثناء تكوين البويضات ، تقوم بقمع هذا النسخ (A. Ogura ، K. Inoue ، بيانات غير منشورة). يتوافق هذا مع الاكتشاف السابق الذي يفيد بأن الكروموسوم X المشتق من البويضات غير النامية قد تم تعطيله في حين أن البويضات الكاملة النمو ظلت نشطة [141]. المثير للاهتمام ، إنشاء هذا زيست- كانت آلية الكبح مستقلة عن مثيلة DNA de novo [142].

نتوقع أيضًا أن يوفر NT باستخدام الخلايا الجرثومية أدلة مهمة في فهم العوامل التي تضمن العملية الطبيعية لإعادة البرمجة الجينية لإنتاج القدرة الكاملة. تشير النتائج التي توصلنا إليها مؤخرًا حول الأنماط الظاهرية للأجنة المستنسخة والنسل المشتق من الخلايا الجرثومية الأولية عند 10.5 dpc إلى طبيعة الخلية الجسدية لجينومهم ، حيث أظهروا توقفًا تطوريًا خاصًا بالمرحلة ومشيمة مفرطة التنسج مثل تلك المشتقة من SCNT [56]. لذلك ، في وقت ما أثناء تطور الخلايا الجرثومية بين 10.5 dpc ومرحلة المشيمة الناضجة ، يكتسب جينوم الخلية الجرثومية القدرة على إعادة البرمجة بشكل كامل لبداية حياة جديدة. يمكن الجمع بين التحليل اللاجيني عالي الدقة والجينوم المطوَّر مؤخرًا للخلايا الجرثومية بشكل فعال لتحقيق هذا الهدف البحثي [143].


دائما ما ينتج استنساخ الخلايا الجسدية ذرية من الإناث؟ - مادة الاحياء

الجزء الثالث. البيولوجيا الجزيئية ، والتقسيم الخلوي ، والجينات

11. تطبيقات التكنولوجيا الحيوية

11.3. التعديل الجيني للكائنات الحية

منذ آلاف السنين ، حاولت الحضارات تحسين جودة مواشيها ومحاصيلها. تم تقييم الأبقار التي تنتج المزيد من الحليب أو اللحم الطري أكثر من الأبقار التي تنتج القليل من الحليب أو التي تحتوي على لحوم قاسية. اقتصرت المحاولات الأولية لتطوير مخزون زراعي محسن على برامج التربية الانتقائية ، حيث يسمح فقط للكائنات الحية ذات الخصائص المرغوبة بالتكاثر. عندما طرح العلماء أسئلة أكثر تعقيدًا حول الأنظمة الجينية ، طوروا طرقًا لإنشاء ودراسة الطفرات.

على الرغم من أن هذا النهج كان وسيلة مفيدة للغاية للتعرف على جينات الكائن الحي ، إلا أنه يفتقر إلى القدرة على إحداث تغيير محدد مرغوب فيه. إن تكوين الطفرات عملية عشوائية للغاية. ومع ذلك ، يتم تحقيق النتائج اليوم بطريقة أكثر توجيهًا باستخدام قدرة التكنولوجيا الحيوية على نقل الحمض النووي من كائن حي إلى آخر. يحدث التحول عندما تكتسب الخلية معلومات وراثية جديدة من بيئتها. بمجرد نقل تسلسلات DNA الجديدة إلى خلية مضيفة ، يتم تغيير الخلية وراثيًا وتبدأ في قراءة الحمض النووي الجديد وإنتاج منتجات خلوية جديدة ، مثل الإنزيمات. يسمى الشكل الجديد الناتج من الحمض النووي DNA المؤتلف.

الاستنساخ هو نسخة طبق الأصل من الكيانات البيولوجية ، مثل الجينات أو الكائنات الحية أو الخلايا. يشير المصطلح إلى النتيجة وليس الطريقة التي يتم بها تحقيق النتائج. العديد من الكائنات الحية "تستنسخ" نفسها ببساطة عن طريق كيفية تكاثر البكتيريا عن طريق الانقسام الخلوي وتنتج خليتين متطابقتين وراثيًا. تستنسخ نباتات الفراولة نفسها عن طريق إرسال العدائين وإنشاء مصانع جديدة. يتم استنساخ العديد من أنواع أشجار الفاكهة والنباتات الأخرى عن طريق عمل قصاصات من النبات وتأصيل القصاصات. مع تطور تقنيات التكنولوجيا الحيوية المتقدمة ، أصبح من الممكن الآن استنساخ جينات معينة من كائن حي. من الممكن وضع هذا الجين المستنسخ في خلية نوع مختلف تمامًا.

الكائنات المعدلة وراثيا

الكائنات المعدلة وراثيا (GM) تحتوي على الحمض النووي المؤتلف. تعد الفيروسات والبكتيريا والفطريات والنباتات والحيوانات أمثلة على الكائنات الحية التي تمت هندستها بحيث تحتوي على جينات من كائن حي واحد على الأقل غير مرتبط.

نظرًا لتنقيح هذا الإجراء المتطور للغاية ، أصبح من الممكن لصق الجينات بسرعة وبدقة من مجموعة متنوعة من الأنواع إلى بكتيريا مضيفة أو خلايا مضيفة أخرى من خلال عملية تسمى استنساخ الجينات (كيف يعمل العلم 11.4). الكائنات المعدلة وراثيًا قادرة على التعبير عن مناطق ترميز البروتين الموجودة في الحمض النووي المؤتلف. وهكذا ، يمكن للكائنات الحية ذات الحمض النووي المؤتلف أن تصنع منتجات لم تكن قادرة على صنعها في السابق. نظرًا لأنها يمكن أن تتكاثر بسرعة إلى أعداد كبيرة ، يمكن لمزارع البكتيريا ذات الحجم الصناعي تخليق كميات كبيرة من البروتينات. على سبيل المثال ، إجراءات الحمض النووي المؤتلف مسؤولة عن إنتاج:

• الأنسولين البشري ، المستخدم في السيطرة على مرض السكري (الشكل 11.6)

• "الأرز الذهبي" المخصب تغذويًا ، والقادر على إمداد الفقراء في الدول الأقل نموًا بالبيتا كاروتين ، وهو غير موجود في الأرز العادي

• مضاد للفيروسات يستخدم كعامل مضاد للفيروسات

• هرمون النمو البشري ، ويستخدم لتحفيز النمو عند الأطفال الذين يفتقرون إلى هذا الهرمون

• السوماتوستاتين ، هرمون دماغي متورط في النمو.

التطبيق الأساسي للتكنولوجيا المعدلة وراثيًا هو وضع جينات مقاومة لمبيدات الأعشاب أو الآفات في نباتات المحاصيل. تستخدم المحاصيل المعدلة وراثيًا الصالحة للأكل أساسًا لتغذية الحيوانات. في الممارسة الزراعية ، حظي نوعان من الكائنات المعدلة وراثيًا باهتمام خاص. الأول ينطوي على إدخال جينات من نوع معين من البكتيريا تسمى Bacillus thuringiensis israeliensis (Bti). ينتج Bti بروتينًا يتسبب في تدمير بطانة أمعاء الحشرات التي تأكله. إنه مبيد حشري طبيعي. حتى الآن ، تم إدخال الجين في التركيب الجيني للعديد من نباتات المحاصيل ، بما في ذلك الذرة. في الاختبارات الميدانية ، تمت حماية الذرة المعدلة وراثيًا من بعض الآفات الحشرية ، ولكن كان هناك بعض القلق من أن حبوب اللقاح من الذرة قد تنتقل إلى المناطق المجاورة وتؤثر على مجموعات الحشرات غير المستهدفة. على وجه الخصوص ، أشارت دراسة أجريت على فراشات الملك إلى أن مجموعات الفراشات المجاورة لحقول هذه الذرة المعدلة وراثيًا قد تأثرت سلبًا.يمكن للمرء أن يجادل بأنه نظرًا لأن استخدام ذرة Bti يؤدي إلى تقليل رش المبيدات الحشرية في حقول الذرة ، فهذه مجرد مقايضة.

الشكل 11.6. الأنسولين البشري من البكتيريا

تُستخدم عملية استنساخ الجينات لوضع نسخة من جين الأنسولين البشري في خلية بكتيرية. عندما تتكاثر الخلية البكتيرية ، يتم نسخ الحمض النووي البشري الذي تحتويه مع الحمض النووي البكتيري. يتم التعبير عن جين الأنسولين جنبًا إلى جنب مع الجينات البكتيرية وتنتج مستعمرة البكتيريا الأنسولين. يعتبر الأنسولين البشري الذي تنتجه البكتيريا أكثر فعالية وأرخص تكلفة من العلاجات السابقة ، والتي تضمنت الحصول على الأنسولين من بنكرياس الحيوانات المذبوحة.

النوع الثاني من النباتات المعدلة وراثيًا يتضمن إدخال جين لمقاومة مبيدات الأعشاب في جينوم بعض نباتات المحاصيل (الشكل 11.7 أ). قيمة هذا للمزارعين كبيرة. على سبيل المثال ، يمكن للمزارع أن يزرع القطن مع القليل جدًا من التحضير للحقل لتخليصه من الأعشاب الضارة. عندما يبدأ كل من القطن والأعشاب في النمو ، يمكن رش الحقل بمبيدات أعشاب معينة تقتل الحشائش ولكن لا تضر بالقطن المقاوم لمبيدات الأعشاب. تم اختبار هذا ميدانيًا وهو يعمل. حذر النقاد من أن الجينات يمكن أن تهرب من نباتات المحاصيل وتصبح جزءًا من جينوم الأعشاب التي نحاول السيطرة عليها ، وبالتالي خلق "أعشاب فائقة".

تم تصنيع العديد من المنتجات باستخدام هذه الطرق. لا تستخدم الخلايا المعدلة وراثيًا فقط كمصانع لإنتاج المواد الكيميائية ولكن أيضًا لقدرتها على تكسير العديد من المواد الكيميائية السامة. المعالجة البيولوجية هي استخدام الكائنات الحية لإزالة العوامل السامة من البيئة. كان هناك نجاح كبير في استخدام البكتيريا المعدلة وراثيا لتنظيف انسكابات النفط ومقالب النفايات السامة.

الشكل 11.7. تطبيقات الكائنات المعدلة وراثيا

فول الصويا والذرة والقطن وبابايا هاواي والطماطم وبذور اللفت وقصب السكر وبنجر السكر والذرة الحلوة والأرز هي قائمة قصيرة بالمحاصيل المعدلة وراثيًا التي يتم زراعتها وبيعها. (أ) من أهم تطبيقات هذه التكنولوجيا إدخال الجينات التي تجعل نبات المحصول مقاومًا لمبيدات الأعشاب. لذلك ، يمكن رش الحقل بمبيدات الأعشاب وقتل الحشائش دون الإضرار بنبات المحصول. (ب) لا ينتج الأرز العادي كميات كبيرة من بيتا كاروتين. بيتا كاروتين هو مركب أصفر برتقالي ضروري في النظام الغذائي لإنتاج فيتامين أ. (ج) يمكن أن يوفر "الأرز الذهبي" المعدل وراثيًا بيتا كاروتين للسكان الذين ليس لديهم مصادر أخرى لهذه المغذيات.

يبدأ استنساخ جين معين بقطع الحمض النووي المصدر إلى أجزاء أصغر يمكن التحكم فيها باستخدام إنزيمات تقييدية. بعد ذلك ، هناك عدة خطوات أساسية تحدث في نقل الحمض النووي من كائن حي إلى آخر:

1. يتم تقطيع الحمض النووي المصدر إلى حجم قابل للاستخدام باستخدام إنزيمات التقييد.

عادة ما يتم عزل الحمض النووي المصدر من عدد كبير من الخلايا. لذلك ، فهو يتكون من العديد من نسخ جينوم الكائن الحي. يتم تقطيع الحمض النووي المصدر إلى العديد من الأجزاء الصغيرة باستخدام إنزيمات تقييدية. قد يكون عزل الجزء الصغير من الحمض النووي الذي يحتوي على الجين المعني أمرًا صعبًا لأن الجين المعني لا يوجد إلا في عدد قليل من هذه الأجزاء. لتحديد الأجزاء المطلوبة ، يجب على العلماء البحث في المجموعة بأكملها. البحث ينطوي على عدة خطوات.

2. شظايا DNA متصلة بجزيء DNA الناقل.

تتمثل الخطوة الأولى في ربط كل جزء من مصدر DNA بجزيء DNA الناقل. المتجه هو المصطلح الذي يستخدمه العلماء لوصف جزيء DNA الناقل. تحتوي النواقل عادةً على تسلسلات DNA خاصة تسهل الارتباط بأجزاء DNA المصدر. تحتوي النواقل أيضًا على متواليات تعزز تكرار الحمض النووي والتعبير الجيني.

يعد البلازميد أحد الأمثلة على ناقل يستخدم لنقل الحمض النووي إلى الخلايا البكتيرية. البلازميد هو قطعة دائرية من الحمض النووي توجد خالية في السيتوبلازم لبعض البكتيريا. لذلك ، يجب قطع البلازميد باستخدام إنزيم تقييد ، بحيث يكون للحمض النووي البلازميد نهايات لزجة ، والتي يمكن أن تلتصق بالحمض النووي المصدر. ينشئ إنزيم ligase الروابط التساهمية بين DNA البلازميد والحمض النووي المصدر ، بحيث يتم تكوين حلقة بلازميد جديدة مع إدخال الحمض النووي المصدر في الحلقة. يعتبر البلازميد ومصدره الدنا المترابط من الحمض النووي. نظرًا لوجود العديد من أجزاء الحمض النووي المختلفة المصدر ، ينتج عن هذه العملية العديد من البلازميدات المختلفة ، ولكل منها قطعة مختلفة من الحمض النووي المصدر. تشكل كل بلازميدات الحمض النووي المؤتلف مكتبة DNA لجينوم المصدر بأكمله.

3. يتم نقل جزيء الدنا الحامل ، مع دنا المصدر المرتبط به ، إلى خلية مناسبة للحمض النووي الحامل. في الخلية ، يتم تكرار الحمض النووي الجديد أو التعبير عنه.

تتمثل الخطوة الأولى في استنساخ جين معين في قطع الحمض النووي المصدر إلى قطع أصغر يمكن التحكم فيها باستخدام إنزيمات تقييدية.

يتم قطع الحمض النووي المصدر باستخدام إنزيمات مقيدة لإنشاء نهايات لزجة. يحتوي الحمض النووي المتجه (البرتقالي) على نهايات لزجة متوافقة ، لأنه تم قطعه بنفس إنزيم التقييد. يستخدم إنزيم ligase لربط DNA المصدر بالحمض النووي الناقل.

الخطوة الثانية في عملية الاستنساخ هي خلط مكتبة الحمض النووي بالخلايا البكتيرية التي ستمتص جزيئات الحمض النووي. يحدث التحول عندما تحصل الخلية على معلومات وراثية من بيئتها. تحمل كل خلية بكتيرية محولة جزءًا مختلفًا من الحمض النووي المصدر من مكتبة الحمض النووي. يمكن زراعة هذه الخلايا وعزلها عن بعضها البعض.

تلتقط الخلايا البكتيرية البلازميدات مع الحمض النووي المؤتلف وتتحول. تلتقط خلايا مختلفة البلازميدات بإدخالات مختلفة من الحمض النووي الجيني.

الخطوة الثالثة هي فحص مكتبة الحمض النووي الموجودة داخل العديد من الخلايا البكتيرية المحولة المختلفة للعثور على تلك التي تحتوي على جزء الحمض النووي محل الاهتمام. بمجرد تحديد الخلايا البكتيرية التي تحتوي على الحمض النووي المؤتلف المطلوب ، يمكن إعادة إنتاج الخلايا المختارة ، وفي هذه العملية ، يتم استنساخ الحمض النووي المطلوب.

فحص مكتبة الحمض النووي

يتم استخدام عدد من التقنيات للقضاء على الخلايا التي لا تحمل البلازميدات ذات المصدر المرتبط بالحمض النووي. بمجرد التخلص من هذه الخلايا ، يتم فحص الخلايا المتبقية للعثور على تلك التي تحتوي على الجينات ذات الأهمية.

الأغذية المعدلة وراثيا

على الرغم من أن بعض المواد الكيميائية قد تم إنتاجها بكميات صغيرة من الكائنات الحية الدقيقة المعدلة وراثيًا ، إلا أن المحاصيل مثل اللفت والأرز وفول الصويا والبطاطس والقطن والذرة والتبغ يمكن أن تولد عشرات أو مئات الكيلوجرامات من المواد الكيميائية المتخصصة سنويًا. مثل هذه المحاصيل لديها القدرة على توفير الأحماض الأمينية الأساسية ، والأحماض الدهنية ، والعناصر الغذائية الأخرى التي تفتقر الآن إلى غذاء الناس في الدول النامية والمتخلفة. أظهر الباحثون أيضًا ، على سبيل المثال ، أن اللفت يمكن أن ينتج الإنترفيرون (عامل مضاد للفيروسات) ، ويمكن أن ينتج التبغ أجسامًا مضادة لمحاربة الأمراض البشرية ، ويمكن أن تعمل نباتات بذور اللفت كمصدر لهرمونات الدماغ البشري ، ويمكن للبطاطا أن تصنع ألبومين مصل الإنسان الذي هو لا يمكن تمييزه عن بروتين الدم البشري الحقيقي (الشكل 11.7 ب و ج).

العديد من المحاصيل المعدلة وراثيًا لها أيضًا قيمة غذائية متزايدة ومع ذلك يمكن زراعتها باستخدام الطرق التقليدية. هناك العديد من المخاوف المتعلقة بتطوير الأطعمة المعدلة وراثيًا ونموها واستخدامها. على الرغم من أن الأطعمة المعدلة وراثيًا مصنوعة من نفس اللبنات الأساسية مثل أي نوع آخر من الأطعمة ، إلا أن الجمهور بشكل عام حذر. رفضت البلدان شحنات كاملة من الأغذية المعدلة وراثيًا التي كانت تستهدف التخفيف من الجوع. ومع ذلك ، قد نصل في النهاية إلى نقطة لا يمكننا فيها بعد الآن اختيار تجنب الأطعمة المعدلة وراثيًا. مع استمرار نمو عدد سكان العالم ، قد تكون الأطعمة المعدلة وراثيًا جزءًا مهمًا من تلبية احتياجات السكان من الغذاء. فيما يلي بعض الأسئلة التي أثيرت حول الأغذية المعدلة وراثيًا:

• هل التلاعب بالمعلومات الجينية للكائن الحي أخلاقي؟

• هل يقوم شخص ما أو وكالة بمراقبة هذه المحاصيل لتحديد ما إذا كانت تتخطى نطاقها الخاضع للرقابة؟

• ما هي احتياطات السلامة التي ينبغي اتخاذها لتجنب الإضرار بالنظم البيئية التي تزرع فيها المحاصيل المعدلة وراثيًا؟

• ما نوع الموافقة التي يجب أن تتطلبها هذه المنتجات قبل بيعها للجمهور؟

• هل من الضروري تسمية هذه الأطعمة بأنها معدلة وراثيًا؟

يسمح مجال التكنولوجيا الحيوية للعلماء والأطباء بالعمل معًا وربما علاج الاضطرابات الوراثية. على عكس الأمراض المعدية ، لا يمكن أن تنتقل الأمراض الوراثية ، لأنها ناتجة عن استعداد وراثي لاضطراب معين - وليست كائنات منفصلة مسببة للأمراض ، مثل البكتيريا والفيروسات. يتضمن العلاج الجيني إدخال الجينات وحذف الجينات والتلاعب بعمل الجينات من أجل علاج أو تقليل تأثير الأمراض الوراثية. هذه العلاجات جديدة وتجريبية للغاية. بينما تخلق خطوط البحث هذه الأمل ، يجب معالجة العديد من المشكلات قبل أن يصبح العلاج الجيني علاجًا موثوقًا للعديد من الاضطرابات.

تختلف إستراتيجية علاج شخص ما بالعلاج الجيني اعتمادًا على الاضطراب. عند تصميم العلاج الجيني ، يتعين على العلماء أن يسألوا بالضبط ما هي المشكلة. هل الجين الطافر لا يعمل على الإطلاق؟ هل تعمل بشكل طبيعي ولكن هناك القليل من النشاط؟ هل يتم إنتاج الكثير من البروتين؟ أم أن الجين يتصرف بطريقة فريدة وجديدة؟ إذا لم يكن هناك نشاط جيني أو نشاط جيني قليل جدًا ، يحتاج العلماء إلى إدخال نسخة أكثر نشاطًا من الجين. إذا كان هناك نشاط كبير جدًا أو إذا كان الجين ينخرط في نشاط جديد ، فيجب أولاً إيقاف هذا النشاط الزائد ثم استعادة النشاط الطبيعي.

لإيقاف عمل الجين الطافر ، يجب على العلماء تغييره. يتضمن هذا عادةً إدخال طفرة في منطقة ترميز البروتين في الجين أو المنطقة الضرورية لتنشيط الجين. استخدم العلماء بعض أنواع الفيروسات للقيام بذلك في كائنات أخرى غير البشر. تكمن الصعوبة في هذه التقنية في تحور هذا الجين فقط دون إزعاج الجينات الأخرى وخلق المزيد من الطفرات في الجينات الأخرى. تطوير طرق موثوقة لتحقيق هذا هو التركيز الرئيسي للعلاج الجيني. بمجرد إسكات الجين الطافرة ، يبدأ العلماء العمل على إدخال نسخة "جيدة" من الجين. مرة أخرى ، هناك العديد من الصعوبات في هذه العملية:

• يجب على العلماء إيجاد طريقة لإعادة الحمض النووي المصحح إلى الخلية.

• يجب أن يكون الحمض النووي المصحح جزءًا من الحمض النووي للخلية ، بحيث يتم تمريره مع كل انقسام خلوي ، ولا يتداخل مع الجينات الأخرى ، ويمكن نسخه بواسطة الخلية حسب الحاجة (الشكل 11.8).

• يجب إعادة إدخال الخلايا التي تحتوي على الحمض النووي المصحح للمريض.

تتمثل إحدى طرق إدخال المعلومات الجينية الصحيحة إلى الخلية في استخدام الفيروس كناقل. هنا ، يتم علاج الكلب من اضطراب تنكسي في شبكية العين. يتم تقطيع الجين الطبيعي في الجينوم الفيروسي. ثم يتم استخدام الفيروس لإصابة خلايا الشبكية المعيبة. عندما يصيب الفيروس خلايا الشبكية ، فإنه يحمل الجين الوظيفي إلى الخلية.

لا يشير الاستنساخ دائمًا إلى تبادل الجين فقط. نوع آخر من الاستنساخ هو استنساخ كائن حي بأكمله. في هذه الحالة ، الهدف هو إنشاء كائن حي جديد مطابق وراثيًا للكائن السابق. غالبًا ما يحدث استنساخ الكائنات متعددة الخلايا ، مثل الطلائعيات والنباتات والفطريات وأنواع كثيرة من الحيوانات اللافقارية ، بشكل طبيعي أثناء التكاثر اللاجنسي ويمكن تكرارها بسهولة في المختبرات. تسمى التقنية المستخدمة لإنجاز الاستنساخ في الفقاريات بنقل نواة الخلية الجسدية. يزيل نقل نواة الخلية الجسدية نواة من خلية الكائن الحي التي سيتم استنساخها. بعد المعالجة الكيميائية ، يتم وضع تلك النواة في خلية البويضة التي تمت إزالة النواة الأصلية لها. ستستخدم خلية البويضة النواة الجديدة كمعلومات وراثية. في تجارب الاستنساخ الناجحة مع الثدييات ، تُستخدم صدمة كهربائية لتحفيز البويضة على البدء في الانقسام كما لو كانت جنينًا طبيعيًا. بعد نقل البويضة بنواتها الجديدة إلى الرحم ، ينمو الجنين بشكل طبيعي. يكون الكائن الناتج مطابقًا وراثيًا للكائن الحي الذي تبرع بالنواة.

في عام 1996 ، أجرى فريق من العلماء من اسكتلندا بنجاح نقل نواة الخلية الجسدية لأول مرة في الأغنام. تم أخذ النواة من خلية ثديية لأغنام بالغة. تم زرع الجنين في رحم الأنثى حيث نما بشكل طبيعي وولد (الشكل 11.9). تم تسمية هذا النسل المستنسخ دوللي. تم تطبيق هذه التقنية على العديد من الحيوانات الأخرى ، مثل القرود والماعز والخنازير والأبقار والفئران والبغال والخيول ، وقد تم استخدامها بنجاح على البشر. ومع ذلك ، لأسباب أخلاقية ، تم إنشاء الجنين البشري عن قصد مع طفرة حالت دون نمو الجنين بشكل كامل. لا يزال معدل نجاح استنساخ الحيوانات منخفضًا جدًا لأي حيوان ، إلا أن 3-5٪ فقط من البويضات المزروعة تتطور إلى البالغين (الشكل 11.10).

الشكل 11.9. استنساخ كائن حي

يتم دمج نواة الخروف المتبرع مع بيضة من شاة أخرى. سبق أن أزيلت نواة البويضة. يتم تحفيز البويضة ، بنواتها الجديدة ، على النمو بصدمة كهربائية. بعد عدة انقسامات خلوية ، يُزرع الجنين بشكل مصطنع في رحم الخروف ، والذي سيحمل الجنين النامي إلى نهايته.

الشكل 11.10. معدل النجاح في استنساخ القطط

من بين 87 من الأجنة المستنسخة المزروعة ، فإن CC (Copy Cat) هي الوحيدة التي بقيت على قيد الحياة. هذا مشابه لمعدل النجاح في الأغنام والفئران والأبقار والماعز والخنازير. (أ) لاحظ أن CC تختلف تمامًا عن والدتها البديلة. (ب) "قوس قزح" هو المتبرع الوراثي لها ، وكلاهما قطط كاليكو منزلية قصيرة الشعر.

تجربة الاستنساخ لها أهمية علمية كبيرة ، لأنها تمثل تقدمًا في فهم العلماء لعمليات التحديد والتمايز. تذكر أن التحديد هو العملية التي تمر بها الخلية لتحديد الجينات التي ستعبر عنها. أصبحت الخلية المتمايزة نوعًا معينًا من الخلايا بسبب البروتينات التي تعبر عنها. التمايز هو أكثر أو أقل حالة دائمة. تستخدم التقنيات التي أنتجت دوللي والحيوانات المستنسخة الأخرى خلية متباينة وتعكس عملية التحديد ، بحيث تكون هذه الخلية قادرة على التعبير عن جميع الجينات اللازمة لإنشاء كائن حي جديد تمامًا. حتى هذه النقطة ، لم يكن العلماء متأكدين من أن هذا ممكن.

9. يمكن للعالم استنساخ الجين. يمكن أن يكون الكائن الحي استنساخًا. كيف يختلف استخدام كلمة استنساخ في هذه الحالات؟ كيف يكون استخدام كلمة استنساخ هو نفسه في كلا الاستخدامين؟

10. ما هي بعض مزايا إنتاج أغذية معدلة وراثياً؟ ما هي بعض المخاوف؟

11. وصف كيفية استخدام الفيروسات في العلاج الجيني.

إذا كنت صاحب حقوق الطبع والنشر لأي مادة واردة على موقعنا وتعتزم إزالتها ، فيرجى الاتصال بمسؤول الموقع للحصول على الموافقة.


موسوعة مشروع الجنين

في النصف الثاني من القرن العشرين ، تعلم العلماء كيفية استنساخ بعض أنواع الثدييات. طبق العلماء نقل نواة الخلية الجسدية لاستنساخ أجنة بشرية وثديية كوسيلة لإنتاج الخلايا الجذعية للاستخدامات المخبرية والطبية. نقل نواة الخلية الجسدية (SCNT) هي تقنية مطبقة في الاستنساخ وأبحاث الخلايا الجذعية والطب التجديدي. الخلايا الجسدية هي خلايا مرت بعملية التمايز وليست خلايا جرثومية. تتبرع الخلايا الجسدية بنواتها ، والتي يزرعها العلماء في البويضات بعد إزالة نواتها (البويضات المنزوعة النواة). لذلك ، في SCNT ، يستبدل العلماء النواة في خلية البويضة بنواة الخلية الجسدية.

على الرغم من أن كارل إلمينسي استنسخ حيوانًا ثدييًا لأول مرة في عام 1981 ، فقد وضع علماء آخرون نظريات وطوروا التقنيات اللازمة لـ SCNT في شكل نقل نووي. وضع هانز سبيمان ، الذي كان يدرس علم الحيوان في جامعة فرايبورغ في فرايبورغ ، ألمانيا ، نظرية حول نقل نواة الخلية في كتابه عام 1938 التطور الجنيني والحث. اقترح Spemann نقل نواة من خلية متمايزة بالفعل من جنين إلى بيضة بعد إزالة نواة البويضة. ومع ذلك ، فإن التكنولوجيا المطلوبة لهذا النوع من التجارب لم تكن متاحة لسبيمان في ذلك الوقت ، لذلك لم يتمكن من اختبار نظريته في النقل النووي أو SCNT. طور روبرت كينج وتوماس بريجز البروتوكول الضروري لإجراء النقل النووي الأولي في معهد أبحاث السرطان ومعهد أبحاث مستشفى لانكيناو في فيلادلفيا ، بنسلفانيا ، في عام 1952. تُستخدم نفس تقنيات النقل النووي كأساس لـ SCNT.

أثناء البحث عن كيفية تمايز الأجنة في عام 1952 ، زرع بريجز وكينج النواة من خلية أريمية جنينية مبكرة من رنا بيبينس من جنين الضفدع إلى بيضة غير مخصبة بعد إزالة نواتها. لاستئصال البيض ، استخدم بريجز وكينج إبرة زجاجية صغيرة لثقب غشاء الخلية ، ودخول السيتوبلازم ، وامتصاص نواة خلية البويضة. قام بريجز وكينج بعد ذلك بزرع نواة المتبرع من خلية بلاستولا منفصلة لتحل محل النواة التي أزالوها من خلية البويضة. لاحظ بريجز وكينج أن الجنين قد تطور بشكل طبيعي.

كافح الباحثون لاستنساخ الثدييات باستخدام نفس الإجراء الذي استخدمه بريجز وكينج على الضفادع. في عام 1975 ، أجرى ديريك برومهال في أكسفورد بالمملكة المتحدة تجارب باستخدام أجنة الأرانب وأظهر أنه بعد مرحلة معينة من التطور تسمى مرحلة التويج ، ماتت الأجنة الناتجة عن النقل النووي. افترض برومهال أنهم ماتوا نتيجة مضاعفات من الثقوب التي حدثت في غشاء الخلية أثناء النقل.

أجرى العلماء نقلًا نوويًا على البرمائيات فقط حتى عام 1981 ، عندما ادعى Illmensee في جنيف ، سويسرا ، أنه استنسخ الفئران باستخدام تقنية النقل النووي. نتج عن عمله ولادة ثلاثة فئران حية. خضعت تجارب Illmensee للتدقيق وحدث تحقيق بشأن صحة ادعاءاته. على الرغم من أن المحققين لم يعثروا على دليل قاطع ضد Illmensee ، إلا أن التحقيق أثار شكوكًا حول ما إذا كان قد استخدم النقل النووي لاستنساخ الفئران أم لا.

كافح العلماء لإجراء نقل نووي على ثدييات أكبر من الفئران. كان Steen Willadsen من معهد علم وظائف الأعضاء الحيواني في معهد Babraham في Babraham ، المملكة المتحدة ، أول من استنساخ جنين من الأغنام في عام 1984. قام Willadsen بتعديل تقنية Briggs and King. بعد نقل النواة ، دمج ويلادسن الجنين معًا باستخدام جهاز الصهر الكهربائي الذي يحتوي على أقطاب كهربائية صغيرة تنتج تيارًا كهربائيًا. غلف ويلادسن الجنين بهلام أجار مصنوع من الطحالب لتقليل الضرر الناجم عن دخول الإبرة الزجاجية إلى غشاء الخلية. بمجرد أن غلف الأجنة بهلام أجار ، وضع ويلادسن الأجنة في قنوات البيض المقيدة لأغنام ، ولاحظ أن الأجنة كانت تنمو. من هذه التجربة ، صنع ويلادسن أجنة ثدييات قابلة للحياة باستخدام تقنياته المعدلة ، لكنها لم تنمو لتصبح كائنات بالغة.

في عام 1996 ، استخدم كيث كامبل ، وجيم ماكوير ، وويليام ريتشي ، وإيان ويلموت في معهد روزلين في إدنبرة ، المملكة المتحدة ، تقنيات النقل النووي لاستنساخ خروف وُلِد وأصبح بالغًا. تلاعب الفريق بمرحلة في دورة الخلية تسمى Quiescence ، عندما تمر الخلية بفترة من السبات المفترض وتتوقف عن التطور.تسبب كامبل في حدوث هدوء في نوى الكيسة الأريمية المانحة قبل نقلها إلى خلايا البويضة المتلقية عن طريق حرمان الخلايا من البروتينات التي تسمى عوامل النمو. أدى التغيير في حالة نوى المتبرع قبل دخول خلايا البويضة المستقبلة إلى تمكين الأجنة من التطور لتصبح النعاج البديلة.

وفقًا لويلموت ، طبقت التجربة التالية نفس الإجراء على نواة خلية بالغة متباينة تمامًا على عكس خلية الكيسة الأريمية. افترض فريق روزلين أن إجراء النقل النووي الذي بدأه بريجز وكينج يمكن تطبيقه على الخلايا الجسدية ، وبالتالي يصبح نقل نواة الخلية الجسدية بدلاً من النقل النووي فقط. قام معهد روزلين بهذه الخطوة في عام 1997. وكانت نتيجة التجربة هي النعجة دوللي.

كانت دوللي أول حيوان ثديي مستنسخ من خلية بالغة متباينة تمامًا. كان الاختلاف الرئيسي في تقنيات إنتاج Dolly هو أن العلماء استخدموا نوى الخلايا البالغة بدلاً من نوى الخلية الجنينية المستخدمة في تجارب الأغنام السابقة. بعد ولادة دوللي ، طبق العلماء هذه التقنيات على أجنة الثدييات المعدلة وراثيًا. مكّن الهدوء العلماء من إجراء تعديلات جينية على نواة الخلية لأن عوامل النمو لم تغير الحمض النووي المُدخَل. في عام 1997 ، استخدم فريق معهد روزلين تقنيات مماثلة لتعديل الأغنام بولي وراثيًا للتعبير عن بروتين بشري. بعد نجاح دوللي وبولي ، عمل بعض العلماء على استنساخ الأجنة البشرية باستخدام تقنية نقل نواة الخلية ، ولكن كانت هناك خلافات اجتماعية وأخلاقية وقانونية حول هذه الممارسة. اختلف الكثيرون مع الادعاءات القائلة بأن العلماء يمكنهم أو ينبغي عليهم استنساخ البشر ، أو ربما تعديلهم وراثيًا ، باستخدام تقنية نقل نواة الخلية الجسدية.

سعى العلماء إلى طرق لاستنساخ الأجنة البشرية دون إثارة الجدل. في عام 2011 ، استخدم Scott Noggle وفريقه في مؤسسة New York Stem Cell Foundation في نيويورك ، نيويورك ، تقنية SCNT لاسترداد الخلايا الجذعية الجنينية البشرية. على الرغم من أن فريق Noggle لم يقم بإجراء تقنية نقل نواة الخلية بالميكروويف باستخدام نفس الأساليب التي أنتجت دوللي. في الواقع ، كان Noggle وزملاؤه يهدفون إلى تجنب الآثار الاجتماعية والأخلاقية للعمل مع الأجنة البشرية. بدلاً من إزالة نواة خلية البويضة المستقبلة قبل النقل ، احتفظ العلماء بنواة البويضة وأدخلوا نواة المتبرع في خلية البويضة. نتيجة لذلك ، تطور الجنين إلى مرحلة الكيسة الأريمية حيث يمكن للعلماء استخراج الخلايا الجذعية. ومع ذلك ، كان عدد الكروموسومات تسعة وستين مقارنة بالستة والأربعين الطبيعي ، لأنها تحتوي على الكروموسومات من النواة الكاملة وكذلك نواة البيض ، التي تحتوي فقط على نصف أو ثلاثة وعشرين كروموسومات في البيضة الملقحة . هذه النتيجة تعني أن الكيسة الأريمية لا يمكن أن تؤدي إلى حمل يؤدي إلى الولادة لأن الخلايا لن تتطور إلى حالة نمو أخرى. يتم اشتقاق الخلايا الجذعية الجنينية من خلايا الكيسة الأريمية هذه.

أفاد العلماء أن تقنية نقل نواة الخلية الجسدية هي تقنية معقولة لإنتاج خلايا جذعية جنينية بشرية بدون صبغيات إضافية. في عام 2013 ، نجح العلماء في ولاية أوريغون في استخدام تقنية نقل نواة الخلية الجسدية لإعادة برمجة الخلايا الجسدية لتصبح خلايا جذعية جنينية. بعد فحص بحث Noggle ، استخدم Masahito Tachibana وفريقه في مركز Oregon National Primate Research Center في هيلزبورو بولاية أوريغون نفس الأساليب التي استخدمها كامبل وفريقه لاستنساخ دوللي ، لكنهم أضافوا أيضًا بعض الإجراءات الإضافية. كانت الاختلافات الرئيسية هي أنهم أزالوا جهاز المغزل ، وهو المسؤول عن حركة الكروموسومات في الانقسام الخلوي والانقسام الاختزالي ، من خلية البويضة المانحة قبل إزالة نواة خلية البويضة. أعادوا إدخال جهاز المغزل في الخلية عندما أدخلوا نواة المتبرع. بعد إزالة جهاز المغزل ، أضافوا أيضًا الكافيين ، الذي يثبط إنزيم بروتين فوسفاتيز ، الذي ينشط البروتينات التي تبدأ في التكاثر الخلوي في السيتوبلازم. نظرًا لإزالة جهاز المغزل وتعطيل السيتوبلازم ، يمكن للعلماء تنفيذ إجراءاتهم دون التعرض لخطر التنشيط المبكر للخلية مما يؤدي إلى تلف الخلايا والموت. أظهرت نتائج التجربة أن الخلايا المعدلة باستخدام نقل نواة الخلية الجسدية (SCNT) وصلت إلى مرحلة الكيسة الأريمية وأنتجت خطوط خلايا جذعية جنينية قابلة للحياة من عدد الكروموسومات الطبيعي. اعتبارًا من عام 2014 ، يستخدم الأطباء هذا الإصدار من SCNT للعلاجات الطبية والعلاجات ، الموصوفة بالاستنساخ العلاجي.

تنشأ الخلافات الناتجة عن نقل نواة الخلية الجسدية إلى حد كبير من إمكانية استنساخ البشر. في عام 2003 ، ادعت شركة خاصة تدعى Clonaid ومقرها في لاس فيجاس ، نيفادا ، أنها استنسخت أول طفل بشري ، يُدعى إيف ، باستخدام تقنية نقل نواة الخلية. ومع ذلك ، لم يسمح Clonaid للعلماء بإجراء اختبار الحمض النووي على حواء لتأكيد أنها كانت بالفعل مستنسخة ، وبالتالي شكك الكثير في المجتمع العلمي في ادعاءاتهم. اعتبارًا من عام 2014 ، نشأت الخلافات حول إمكانية استنساخ البشر من SCNT. انتقد البعض العلماء الذين استخدموا SCNT لاستنساخ الخلايا الجذعية البشرية في ولاية أوريغون. برر علماء ولاية أوريغون بحثهم بالادعاء أن هدفهم الوحيد هو إنتاج خلايا جذعية جنينية وليس إنتاج إنسان متطور تمامًا.


شروط البيولوجيا ذات الصلة

  • زنزانة - الوحدة البيولوجية الأساسية للكائنات الحية.
  • الجاميت - خلية منوية أو بويضة.
  • موت الخلايا المبرمج - موت الخلية المبرمج حيث تدمر الخلية نفسها بنفسها.
  • مضاعف - الخلية التي تحتوي على نسختين من كل كروموسوم الخلايا الجسدية ثنائية الصبغيات.

1. أي نوع من الخلايا ليس خلية جسدية؟
أ. خلايا الدم البيضاء
ب. الخلية العضلية
ج. أوستيوبلاست
د. الجاميت

2. ما هو العمر التقريبي لكريات الدم الحمراء؟
أ. 3-4 أيام
ب. 5-9 أيام
ج. 100-120 يوم
د. 365-395 يومًا

3. ما هي وظيفة ناقضة العظم؟
أ. لتكوين العظام والمساعدة في الحفاظ عليها
ب. لتعلق بالعظم والسماح لها بالتحرك
ج. لإعادة امتصاص العظام القديمة
د. لإطلاق النواقل العصبية


شاهد الفيديو: الاستنساخ البشري (كانون الثاني 2023).