Evaluation of human-specific RNA enrichment kits for transcriptome sequencing in a non-model organism: the African savanna elephant (Loxodonta africana)

تخيل أنك تحاول الاستماع إلى محادثة هادئة في غرفة يصرخ فيها ألف شخص في آن واحد. هذا ما يواجهه العلماء عندما يحاولون دراسة التعليمات الجينية داخل قطرة دم. الدم مكان صاخب، مليء بالخلايا التي تحمل الأكسجين، لكن "الرسائل" الجينية (التي تسمى RNA) من حوامل الأكسجين تلك صاخبة وكثيرة لدرجة أنها تطغى على الرسائل الأكثر هدوءاً وإثارة للاهتمام من الجهاز المناعي. لسماع أسرار الجهاز المناعي، يتعين على العلماء خفض مستوى صوت حوامل الأكسجين. هذا الأمر صعب بالنسبة لمعظم الحيوانات لأن الأدوات المخصصة للقيام بذلك عادة ما تكون مصممة للبشر أو الفئران أو الجرذان. ولكن ماذا لو استطعنا استخدام تلك الأدوات البشرية على حيوان لا يشبهنا في شيء، مثل فيل السافانا الأفريقي؟ يقع هذا البحث عند تقاطع علم الوراثة والحفاظ على الحياة البرية، حيث يطرح سؤالاً بسيطاً ولكنه حيوي: هل يمكننا استعارة ميكروفون بشري للاستماع إلى جهاز الفيل المناعي؟

أراد العلماء في هذه الدراسة معرفة ما إذا كان بإمكانهم استخدام مجموعات "إلغاء الضوضاء" المصنوعة للبشر لتنقية عينات دم الفيلة قبل قراءة شفرتها الجينية. في عالم الوراثة، غالباً ما يكون الدم هو أفضل مكان لفحص صحة الحيوان، لكنه مليء بـ "الضجيج". يهيمن نوعان رئيسيان من الضجيج: mRNA الغلوبين (التعليمات الخاصة بصنع الهيموجلوبين، وهو البروتين الذي يحمل الأكسجين) والـ rRNA الريبوسومي (الآلات التي تبني البروتينات). في عينة دم نموذجية، يمكن لهذين النوعين من الضجيج أن يشكلا جميع المواد الجينية تقريباً، مما يخفي الرسائل النادرة والمهمة حول كيفية محاربة الحيوان لأمراض مثل السل أو الفيروسات.

أخذ الباحثون دماً من أربعة ذكور بالغين من فيلة السافانا الأفريقية في منتزه كروجر الوطني بجنوب أفريقيا. وحاولوا استخدام عملية تنقية من خطوتين باستخدام مجموعات مصممة للبشر. أولاً، استخدموا مجموعة لإزالة mRNA الغلوبين، ثم استخدموا مجموعة أخرى لإزالة الـ rRNA الريبوسومي. كان الهدف هو معرفًة ما إذا كانت هذه الأدوات البشرية ستعمل على فيل، يختلف حمضه النووي عن حمضنا، وما إذا كانت النتيجة ستكون إشارة واضحة بما يكفي لدراسة الجهاز المناعي للفيل.

إليكم ما وجدوه. نجحت مجموعة الـ rRNA الريبوسومية البشرية بشكل ممتاز. فقبل التنظيف، كانت عينات دم الفيلة مليئة بضجيج الـ rRNA الريبوسومي لدرجة أن ما بين 57.5% و73.1% من البيانات الجينية كانت مجرد ثرثرة خلفية. بعد استخدام المجموعة البشرية، انخفض هذا الضجيج إلى أقل من 3.5%. كان الأمر أشبه بخفض صوت حشد صاخب ليصبح همساً. هذا التنظيف الهائل يعني أنه عندما حاول العلماء مطابقة القراءات الجينية مع الخريطة الجينية للفيل نفسه، ارتفع معدل النجاح من نسبة متذبذبة تتراوح بين 23.5% و40.5% إلى نسبة قوية تتراوح بين 86.2% و90.5%. فجأة، أصبح بإمكانهم رؤية القصة الجينية الفريدة للفيل.

ومع ذلك، كانت القصة المتعلقة بمجموعة mRNA الغلوبين مختلطة بعض الشيء. كان العلماء يأملون أن تقوم مجموعة الغلوبين البشرية بإسكات تعليمات حمل الأكسجين بنفس كفاءة إسكات الضجيج الريبوسومي. ولكن عندما تحققوا، لم ينخفض مقدار mRNA الغلوبين كما كان متوقعاً؛ بل في الواقع، بدا أنه زاد قليلاً من 0-3.7% في العينات غير المنظفة إلى 5.5-6.2% في العينات المعالجة. ويشتبه الباحثون في أن هذا يعود إلى أن المجموعة البشرية تبحث عن أنماط جينية محددة لا تتطابق تماماً مع أنماط الفيل. إن التشابه في الحمض النووي بين جينات الهيموجلوبين البشرية وجينات الفيل يتراوح بين 73.8% و79.6% فقط، وهو تشابه جيد، لكن يبدو أنه ليس جيداً بما يكفي لتتمكن المجموعة البشرية من الإمساك بتعليمات الفيل بفعالية.

على الرغم من أن مجموعة الغلوبين لم تعمل كما هو مأمول، إلا أن النتيجة الإجمالية تمثل فوزاً كبيًراً لأبحاث الفيلة. تشير الدراسة إلى أنه حتى لو لم يكن جزء واحد من عملية التنظيف مثالياً، فإن الخفض الهائل في الـ rRNA الريبوسومي كافٍ لجعل البيانات قابلة للاستخدام. وجد الباحثون أن مجموعة الـ rRNA الريبوسومية البشرية فعالة للغاية لأن الجينات الريبوسومية متشابهة جداً عبر العديد من الأنواع المختلفة، مثل لغة عالمية يتشاركها البشر والفيلة.

لذا، بينما لم تؤدِ مجموعة الغلوبين البشرية مهمتها كما ينبغي، فإن الجمع بين هذه الأدوات خلق صورة أوضح بكثير للجهاز المناعي للفيل. يقدم هذا النهج طريقة جديدة وعملية لعلماء دراسة هذه الحيوانات المهيبة دون الحاجة إلى بناء أدوات مخصصة ومكلفة من الصفر. إنه يفتح الباب لفهم كيفية محاربة الفيلة للأمراض في البرية، باستخدام طريقة تتسم بالذكاء والبساطة المفاجئة: استعارة أداة بشرية للاستماع إلى صوت الفيل.