Sterlet (Acipenser ruthenus) Surrogate maybe Reduce the Caviar Development of Critically Endandered Beluga (Huso huso)

في أعماق عالم بيولوجيا الأسماك، هناك جهد متزايد لإنقاذ الأنواع التي تنزلق نحو الانقراض. لقد شهدت العديد من أسماك الحفش، وهي الأسماك القديمة المشهورة بالكافيار، انخفاضاً حاداً في أعدادها بسبب الصيد الجائر وفقدان الموائل. بعض هذه الأنواع، مثل سمكة "البلوجا" الضخمة، تستغرق عقوداً لتكبر بما يكفي للتكاثر. وبحلول الوقت الذي تصبح فيه سمكة البلوجا جاهزة لإنجاب الصغار، قد يكون الأوان قد فات لإنقاذ الجمهرة البرية. وقد لجأ العلماء إلى تقنية تسمى "زراعة الخلايا الجرثومية" للمساعدة. تتضمن هذه الطريقة أخذ الخلايا الأولى التي ستصبح حيوانات منوية أو بويضات من سمكة مانحة ووضعها في سمكة أخرى أصغر سناً. وإذا نجحت العملية، فإن السمكة المضيفة تنمو حاملةً المادة الوراثية للمانح، ويمكنها إنتاج نسل مطابق جينياً للمانح، مما يجعلها تعمل فعلياً كأم بديلة. يوفر هذا النهج وسيلة للحفاظ على السلالات الوراثية دون الحاجة إلى إبقاء البالغين النادرين بطيئي النمو على قيد الحياة بأعداد كبيرة.

في دراسة حديثة، سعى الباحثون لاختبار ما إذا كان يمكن لهذا الاستراتيجية البديلة أن تنجح بين نوعين محددين من أسماك الحفش: "البلوجا" المهددة بالانقراض بشدة، وسمكة "الستيرلت" الأصغر والأكثر سهولة في الإدارة. البلوجا هي عملاقة الأنهار، وتستغرق ما يصل إلى ثمانية عشر عاماً للوصول إلى النضج الجنسي في البرية، بينما الستيرلت أصغر بكثير وتنضج في غضون سنوات قليلة. أراد الفريق معرفة ما إذا كان بإمكانهم أخذ الخلايا غير الناضجة المنتجة للحيوانات المنوية من سمكة بلوجا صغيرة وزراعتها في يرقات سمكة ستيرلت. إذا قبل جسم الستيرلت هذه الخلايا الغريبة، فيمكن للستيرلت في النهاية إنتاج حيوانات منوية من نوع البلوجا، مما يسمح للعلماء بحصاد المادة الوراثية للبلوجا في وقت أقصر بكثير مما تسمح به الطبيعة. أراد الباحثون أيضاً مقارنة طريقتين مختلفتين لجعل مستقبلي الستيرلت عقيماً، لضمان أن أي نسل يتم إنتاجه سيأتي حصرياً من خلايا البلوجا وليس من بيولوجيا الستيرلت نفسها.

للبدء في التجربة، جمع الفريق أنسجة خصية من ذكور بلوجا صغيرة يبلغ عمرها حوالي عام واحد. في هذا العمر، لا تنتج الأسماك حيوانات منوية بعد، لكن خصاها مليئة بالخلايا الجذعية المبكرة التي ستصبح حيوانات منوية في نهاية المطاف. قام العلماء بتفكيك الأنسجة بعناية لتحرير الخلايا الفردية واستخدموا تقنية دوران خاصة لفصل الخلايا الجذمرية المطلوبة عن بقية الأنسجة. وقد تأكدوا من أن هذه الخلايا هي بالفعل النوع الصحيح من خلال البحث عن علامة بروتينية لا تمتلكها إلا الخلايا الجرثومية. وبمجرد حصولهم على عينة نظيفة من الخلايا الجذعية للبلوجا، قاموا بتمييزها بصبغة فلورية حمراء لتتبعها لاحقاً.

تضمنت الخطوة التالية تحضير يرقات الستيرلت لاستقبال هذه الخلايا. استخدم الباحثون طريقتين مختلفتين لمنع الستيرلت من تطوير خلاياه التناسلية الخاصة. في إحدى المجموعات، حقنوا جزيئاً يمنع جيناً أساسياً لتطور الخلايا الجرثومية، مما يمنع الستيرلت فعلياً من صنع حيواناته المنوية أو بويضاته الخاصة. وفي المجموعة الأخرى، استخدموا الصدمة الحرارية لإنتاج أسماك تحتوي على ثلاث مجموعات من الكروموسومات بدلاً من المجموعتين المعتادتين، مما يؤدي أيضاً إلى العقم. ثم حقنوا خلايا البلوجا الموسومة باللون الأحمر في تجويف البطن لهذه الستيرلت الصغيرة، واضعين إياها بالقرب من حيث ستتشكل الأعضاء التناسلية لاحقاً.

على مدار الشهرين التاليين، راقب العلماء ما حدث لخلايا البلوجا داخل أجسام الستيرلت. في البداية، كانت الخلايا منتشرة عشوائياً في تجويف البطن. ولكن مع مرور الوقت، بدأت تتحرك نحو الأعضاء التناسلية النامية. وبحلول الوقت الذي بلغت فيه الأسماك شهرين، كانت خلايا البلوجا قد استقرت بنجاح في غدد الستيرلت وبدأت في التكاثر. عدّ الباحثون الخلايا ووجدوا أنها زادت في العدد، مما أثبت أن الخلايا الجذعية للبلوجا لم تكن ناجية فحسب، بل كانت تنمو بنشاط داخل الستيرلت.

عندما قارن الفريق بين الطريقتين المستخدمتين لتعقيم الستيرلت، ظهر فرق واضح. أظهرت الأسماك التي عولجت بجزيء حجب الجينات معدل نجاح أعلى بكثير. في هذه الأسماك، هاجرت خلايا البلوجا بشكل أكثر فعالية وتكاثرت بقوة أكبر مقارنة بالأسماك التي جعلت عقيمة من خلال الصدمة الحرارية. وأكد التحليل الجيني وجود خلايا البلوجا في الأعضاء التناسلية للستيرلت، كما وُجدت العلامات الجزيئية للخلايا الجرثومية للبلوجا في غالبية الأسماك المعالجة. أظهرت الدراسة أن جسم الستيرلت يمكنه بالفعل دعم نمو خلايا البلوجا الجرثومية، مما يخلق مضيفاً حياً يحمل المخطط الوراثي للنوع المهدد بالانقراض.

يبرهن هذا العمل على أنه من الممكن استخدام نوع أصغر وأسرع نضجاً من أسماك الحفش ليكون بديلاً لسمكة البلوجا المهددة بالانقراض بشدة. ورغم أن الدراسة لم تنتج بعد ذرية فعلية من البلوجا، إلا أنها أثبتت أن الخطوة الأولى الحاسمة — وهي جعل الخلايا المانحة تنجو وتهاجر وتنمو داخل المضيف — يمكن تحقيقها. وتشير النتائج إلى أنه باستخدام طريقة حجب الجينات لتعقيم المضيف، يمكن للعلماء إنشاء نظام موثوق للحفاظ على المادة الوراثية للبلوجا. يوفر هذا النهج مساراً عملياً للحفظ، مما يسمح للعلماء في المستقبل بحصاد المادة الوراثية القيمة من أسماك الحفش المهددة بالانقراض في وقت أبكر بكثرة مما لو انتظروا نضج الأسماك طبيعياً في البرية.