خلقت هذه الحالة الأولى من التلاعب الجيني في سحلية كائنًا نموذجيًا يمكن أن يساعد في اكتساب المزيد من الفهم لتطور الزواحف وتطورها
تقنية كريسبر-كاس9، أو ببساطة كريسبر، هي أداة فريدة وسريعة وغير مكلفة لتحرير الجينات ، تُمكّن من تعديل الجينوم عن طريق حذف أو إضافة أو تغيير الحمض النووي . يرمز اختصار كريسبر إلى "التكرارات المتناظرة المتجمعة بانتظام والمتباعدة". تتميز هذه الأداة ببساطتها ودقتها العالية مقارنةً بالطرق السابقة المستخدمة في تحرير الحمض النووي.
تقوم تقنية كريسبر-كاس9 بحقن الكائنات الحية في مرحلة الزيجوت (خلية واحدة) بتركيبة من الحمض النووي تتكون من: (أ) إنزيم كاس9 الذي يعمل كـ"مقص" لقص أو حذف جزء من الحمض النووي، (ب) الحمض النووي الريبوزي الدليلي (RNA) - وهو تسلسل يطابق الجين المستهدف، وبالتالي يوجه إنزيم كاس9 إلى الموقع المستهدف. بمجرد قص الجزء المستهدف من الحمض النووي، تقوم آلية إصلاح الحمض النووي في الخلية بإعادة ربط الشريط المتبقي، وفي هذه العملية، يتم إسكات الجين المستهدف. أو يمكن "تصحيح" الجين باستخدام قالب حمض نووي معدل جديد في عملية تسمى الإصلاح الموجه بالتماثل. وهكذا، تسمح تقنية كريسبر-كاس9 بإجراء تعديلات جينية عن طريق حقن محاليل تحرير الجينات في بويضة مخصبة أحادية الخلية. تتسبب هذه العملية في حدوث تغيير جيني (طفرة) في جميع الخلايا اللاحقة الناتجة، مما يؤثر على وظيفة الجين.
على الرغم من استخدام تقنية CRISPR-Cas9 بشكل روتيني في العديد من الأنواع بما في ذلك الأسماك والطيور والثدييات ، إلا أنها لم تنجح حتى الآن في التلاعب بالزواحف وراثيًا. هذا في المقام الأول بسبب اثنين من الحواجز. أولاً ، تقوم إناث الزواحف بتخزين الحيوانات المنوية لفترة طويلة في قناة البيض الخاصة بها مما يجعل من الصعب تحديد الوقت الدقيق للإخصاب. ثانيًا ، يتميز فسيولوجيا بيض الزواحف بالعديد من الميزات مثل قشر البيض المرن ، والهشاشة مع عدم وجود مساحة هوائية في الداخل ، مما يجعل من الصعب التعامل مع الأجنة دون التسبب في تمزق أو تلف.
في مقال نُشر على موقع bioRxiv بتاريخ 31 مارس 2019، أفاد باحثون بتطوير واختبار طريقة لاستخدام تقنية CRISPR-Cas9 لتعديل الجينات في الزواحف لأول مرة. وقع الاختيار في هذه الدراسة على سحلية استوائية تُعرف باسم Anolis sagrei، أو ما يُعرف باسم السحلية البنية، وهي منتشرة في منطقة الكاريبي. جُمعت السحالي المستخدمة في الدراسة من منطقة برية في فلوريدا، الولايات المتحدة الأمريكية. يُعد هذا النوع مثاليًا للدراسة نظرًا لصغر حجمه، وطول موسم تكاثره، وقصر الفترة الزمنية بين جيلين.
للتغلب على القيود التي تواجه الزواحف حاليًا ، حقن الباحثون مكونات كريسبر في بيض غير مخصب غير ناضج بينما كانت البويضات لا تزال في مبيض إناث السحالي قبل الإخصاب. لقد استهدفوا جين التيروزيناز الذي ينتج إنزيمًا يتحكم في تصبغ الجلد في السحالي وإذا تمت إزالة هذا الجين فإن السحلية ستولد ألبينو. كان هذا النمط الظاهري للتصبغ الواضح هو السبب في اختيار جين التيروزيناز. ثم تنضج البويضات المحقونة بالميكرو داخل الأنثى ويتم إخصابها بشكل طبيعي بعد ذلك بإدخال ذكر أو حيوانات منوية مخزنة.
نتيجةً لذلك، وُلدت أربعة سحالي مهقاء بعد أسابيع قليلة، مما يؤكد تعطيل جين التيروزيناز ونجاح عملية تعديل الجينات . ولأن النسل احتوى على جين مُعدَّل من كلا الأبوين، فقد اتضح أن مكونات تقنية كريسبر ظلت نشطة لفترة أطول في بويضة الأم غير الناضجة، وبعد الإخصاب، أحدثت طفرات في الجينات الأبوية. وهكذا، أظهرت السحالي المهقاء الطافرة وجود التيروزيناز المُعدَّل في الجينات الموروثة من كلٍّ من الأم والأب، لأن المهق صفة وراثية من كلا الأبوين.
هذه هي الدراسة الأولى على الإطلاق لإنتاج الزواحف المعدلة وراثيًا بشكل فعال. يمكن أن يعمل البحث بطريقة مماثلة في أنواع السحالي الأخرى مثل الثعابين التي لم تنجح الأساليب الحالية الخاصة بها حتى الآن. يمكن أن يساعد هذا العمل في اكتساب المزيد من الفهم لتطور الزواحف وتطورها.
***
المصدر (ق)
راسيس إيه إم وآخرون، 2019. نسخة أولية. تحرير الجينات بتقنية كريسبر-كاس9 في السحالي من خلال الحقن المجهري للبويضات غير المخصبة. bioRxiv. https://doi.org/10.1101/591446
***
