دانشمندان یک موش و ۵۸ نسل آن را شبیه‌سازی کردند، اما در نهایت اتفاقی هولناک رخ داد

رویای ایجاد کپی‌های ژنتیکی بی‌نهایت از موجودات زنده، با شکست آزمایش ۲۰ ساله محققان ژاپنی روی موش‌ها از بین رفت.

کد خبر: ۹۱۵۹۳۳

تاریخ: ۱۳ فروردين ۱۴۰۵ - ۱۱:۴۹

زومیت: رویای ایجاد کپی‌های ژنتیکی بی‌نهایت از موجودات زنده، با شکست آزمایش ۲۰ ساله محققان ژاپنی روی موش‌ها از بین رفت.

تیمی از محققان ژاپنی دست به شبیه‌سازی یک موش ماده زدند و سپس ۵۸ نسل پیاپی از آن را تکثیر کردند. این آزمایش طولانی درنهایت متوقف شد؛ زیرا کلون‌های نسل آخر بلافاصله پس از تولد می‌مردند.

محققان پیش‌تر تصور می‌کردند می‌توان تعداد نامحدودی کلون ایجاد کرد، اما نتایج نشان داد چالش‌های پنهانی فراتر از انتظار وجود دارد و فناوری پیچیده‌تر شده است. بررسی‌ها نشان داد با گذشت نسل‌ها، جهش‌های کوچکی در DNA کلون‌ها انباشته می‌شود که به جهش‌های بزرگ‌تر تبدیل و حتی به از دست رفتن کروموزوم X منجر می‌شود.

شبیه‌سازی مکرر، برخلاف تولیدمثل طبیعی که مکانیسم‌هایی برای محافظت از ژن‌ها دارد، باعث انتقال ژن‌های معیوب به نسل‌های بعدی می‌شود. این یافته می‌تواند ضربه‌ای به اهداف بلندپروازانه در زمینه‌هایی مانند تولید دام پربازده و بازسازی گونه‌های منقرض‌شده وارد کند.

در حالی که هنوز دانش کافی درباره‌ی مشکلات شبیه‌سازی وجود ندارد، نتایج این پژوهش بر اهمیت غربالگری دقیق سلول‌های اهداکننده و احتمالاً ابداع روش‌های ملایم‌تر برای انتقال هسته‌ای تاکید می‌کند.

تیمی از محققان در ژاپن در آزمایشی شگفت‌انگیز که به مدت دو دهه ادامه داشت، یک موش ماده و سپس ۵۸ نسل آن را به‌صورت متوالی شبیه‌سازی (کلون) کردند. اما پس از تولید بیش از ۱۲۰۰ کلون، این آزمایش متوقف شد؛ زیرا در آخرین نسل، موش‌ها با اینکه هیچ ناهنجاری ظاهری نداشتند، بلافاصله پس از تولد می‌مردند.

دکتر تروهیکو واکایاما، نویسنده‌ی ارشد مقاله از دانشگاه یاماناشی، به خبرگزاری رویترز گفت: «بر این باور بودیم که می‌توانیم تعداد نامحدودی کلون ایجاد کنیم. به همین دلیل نتایج به‌دست‌آمده بسیار ناامیدکننده هستند.» او افزود: «در حال حاضر ایده‌ای برای غلبه بر این محدودیت نداریم. معتقدم که نیاز داریم روش جدیدی را ابداع کنیم که به‌طور اساسی فناوری انتقال هسته‌‌ای را (که تکنیک اصلی در شبیه‌سازی حیوانات است)، بهبود بخشد.»

ابتدا به‌نظر نمی‌رسید فرایند «شبیه‌سازی مجدد» مشکل خاصی داشته باشد. بین سال‌های ۲۰۰۵ تا ۲۰۱۳، محققان موش‌ها را برای ۲۵ نسل شبیه‌سازی مجدد کردند و دریافتند که کلون‌ها عمدتاً سالم هستند. در آن زمان، واکایاما اظهار داشت که شبیه‌سازی مجدد احتمالاً می‌تواند به طور نامحدود ادامه یابد.

هرچند با ادامه آزمایش، مشکلاتی در کلون‌ها ظاهر شد. از نسل ۲۷ به بعد، باروری آن‌ها کاهش یافت و تعداد بیشتری از آن‌ها تلف می‌شدند. تا نسل ۵۷، کمتر از یک درصد از کلون‌ها زنده ماندند. در نسل ۵۸، تمام موش‌هایی که شبیه‌سازی مجدد شده بودند، روز پس از تولد جان خود را از دست دادند و علت دقیق مرگ آن‌ها هنوز مشخص نیست.

مشخص شد کلون‌های بی‌نقص، واقعا بی‌نقص نیستند. توالی‌یابی دی‌ان‌ای آن‌ها در طول نسل‌ها نشان داد که با گذشت زمان، جهش‌های کوچکی در آنها جمع می‌شود که به جهش‌های بزرگ‌تر تبدیل می‌شوند. در برخی موارد، کلون‌ها حتی نسخه کاملی از کروموزوم X خود را از دست داده‌ بودند.

در گذشته، تصور می‌شد کلون‌ها کاملاً مشابه موجود اصلی هستند، اما براساس پژوهش جدید، جهش‌ها در موجودات کلون شده، با نرخی سه برابر بیشتر نسبت به فرزندانی که از طریق آمیزش طبیعی متولد می‌شوند، رخ می‌دهند.

اما شبیه‌سازی مکرر یک موش چه اطلاعاتی در مورد زیست‌شناسی ما آشکار می‌کند؟ بسیاری از ارگانیسم‌ها نظیر گیاهان خاص و باکتری‌ها، عملا از طریق شبیه‌سازی خود تکثیر می‌شوند. با‌این‌حال، پستانداران که به‌صورت جنسی تولیدمثل می‌کنند، ظاهراً قادر به تکرار این فرایند بدون ایجاد عوارض جانبی نیستند. به نظر می‌رسد برای جلوگیری از تخریب خط ژنتیکی و حفظ پایداری نسل‌ها، ضروری است تنوع ژنتیکی به جمعیت تزریق شود.

در فرایند شبیه‌سازی، تمامی ژن‌ها به نسل بعد منتقل می‌شوند که این امر به‌معنای انتقال ژن‌های معیوب نیز است. واکایاما افزود: «به دلیل تجمع مداوم این جهش‌ها، پستانداران قادر به تداوم بقای گونه خود از طریق شبیه‌سازی نیستند.»

یافته‌ها همچنین برای تعدادی از طرح‌های «بازسازی گونه‌های منقرض‌شده» خوشایند نیستند؛ پروژه‌هایی که امید دارند تا حدودی ازطریق شبیه‌سازی، گونه‌های دیرینه را احیا کنند یا گونه‌های در معرض خطر انقراض را از طریق همین روش نجات دهند.

هدف از شبیه‌سازی، ایجاد کپی ژنتیکی کاملاً مشابه موجود کلون‌شده است؛ اما مطالعه‌ی ۲۰ ساله‌‌ی مورد بحث نشان داد این امر در واقعیت اتفاق نمی‌افتد. یافته‌ها حاکی از آن است که کلون‌ها جهش‌های اضافی متعددی دارند و در صورت تداوم شبیه‌سازی، این جهش‌ها تا سطوح بحرانی تجمع می‌یابند.

اما سوال اصلی این است که چرا جهش‌های بیشتری در کلون‌ها وجود دارد؟ ممکن است صرفاً سلول‌های بدن بزرگسال که برای شبیه‌سازی استفاده می‌شوند، نسبت به سلول‌های تخمک یا اسپرم جهش‌های بیشتری را انباشته کنند. اما تروهیکو واکایاما از دانشگاه یاماناشی ژاپن معتقد است خود فرآیند شبیه‌سازی می‌تواند حداقل بخشی از این جهش‌ها را ایجاد کند. وی افزود: «در حالی که زمانی تصور می‌شد کلون‌ها با نمونه‌ی اصلی یکسان هستند، اکنون مشخص شده که اینطور نیست و این موضوع نشان می‌دهد ممکن است مشکلاتی در استفاده از آن‌ها وجود داشته باشد.» او ادامه داد: «در آینده، باید ثابت شود جهش‌های ناشی از شبیه‌سازی مشکلی ایجاد نمی‌کنند.»

شبیه‌سازی پستانداران زمانی غیرممکن تلقی می‌شد؛ زیرا با تکامل و تخصصی‌شدن سلول‌های بدن، برچسب‌های شیمیایی متعددی برای کنترل فعالیت ژن به بخش‌های مختلف ژنوم افزوده یا از آن حذف می‌شوند. به‌عنوان مثال، دی‌ان‌ای سلول پوست «برنامه‌ریزی» شده است تا سلول پوست تولید کند. اما تولد گوسفند دالی در ژوئیه ۱۹۹۶ نشان داد انتقال هسته‌ی یک سلول بزرگسال به تخمک خالی می‌تواند ژنوم آن را دوباره برنامه‌ریزی و امکان رشد تخمک را فراهم کند. اندکی بعد، واکایاما کومولینا، اولین موش کلون‌شده را در اکتبر ۱۹۹۷ خلق کرد.

واکایاما در سال ۲۰۰۵ به منظور ارزیابی عملکرد روش شبیه‌سازی تیم خود، شروع به شبیه‌سازی مجدد یک موش کرد. وی می‌گوید: «همان‌طور که کپی‌کردن نقاشی به افت کیفیت تصویر منجر می‌شود، می‌خواستم تأیید کنم که کلون‌ها چقدر از نمونه‌ی اصلی فاصله می‌گیرند.»

واکایاما و همکارانش در سال ۲۰۱۳، اعلام کردند که توانسته‌اند به طور مکرر برای ۲۵ نسل متوالی کلون‌ها را تکثیر و بیش از ۵۰۰ موش را از اهداکننده‌ی اصلی تولید کنند. واکایاما می‌گوید: «موش‌های کلون‌شده‌ی تولیدشده در آزمایش‌های ما در هیچ نسلی ناهنجاری جسمانی نشان ندادند و به اندازه‌ی موش‌های طبیعی عمر کردند و سالم بودند.»

بااین‌حال، آن موفقیت در سایر گونه‌ها حاصل نشده است. هنوز نرخ بالایی از مشکلات سلامتی در سگ‌های کلون‌شده وجود دارد و تاکنون هیچ‌کس موفق به کلون‌کردن نخستی‌سانان از یک سلول بزرگسال نشده است. اما واکایاما معتقد بود که در موش‌ها، می‌توان کلون‌سازی را به‌طور نامحدود ادامه داد. با‌این‌حال، همان‌طور که تیم او به انجام آزمایش‌ها ادامه می‌داد، نرخ موفقیت کاهش یافت تا اینکه سرانجام، در نسل ۵۸ام، هیچ‌یک از کلون‌ها زنده نماند.

به منظور یافتن علت این امر، تیم تحقیقاتی اکنون ژنوم ۱۰ موش از نسل‌های مختلف را توالی‌یابی کرده است. این بررسی نشان داد که به‌طور متوسط بیش از ۷۰ جهش در هر نسل کلون وجود دارد؛ یعنی سه برابر بیشتر از گروه کنترلی موش‌هایی که به طور طبیعی تولیدمثل می‌کردند؛ به‌ویژه، جهش‌های بزرگ‌مقیاس پس از نسل ۲۷ام در موش‌های کلون‌شده شروع به تجمع کردند و در نهایت یک کروموزوم X به‌طور کامل از بین رفت.

توضیح ساده‌ی موضوع می‌تواند این باشد که حیوانات روش‌هایی برای محافظت از سلول‌های اسپرم و تخمک در برابر جهش‌ها و حذف جهش‌های مضر در طول تولید مثل جنسی تکامل داده‌اند؛ به این معنی که سلول‌های بدن بزرگسال در نهایت جهش‌های بسیار بیشتری را انباشته می‌کنند. به‌عنوان مثال، مطالعه‌ای جدید نشان داد جهش‌ها در سلول‌های خون ۸ برابر سریع‌تر از اسپرم تجمع می‌یابند. بنابراین، اگر سلول‌های بزرگسالی که برای شبیه‌سازی استفاده می‌شوند، از ابتدا جهش‌های بیشتری داشته باشند، کلون‌ها نیز همین‌طور خواهند بود.

در حالی که کلون‌سازی انسان در بسیاری از کشورها ممنوع است، محققانی مانند میتالپوف درحال بررسی استفاده از انتقال هسته‌ای برای تولید بافت‌ها یا اندام‌های سازگار جهت درمان‌های پزشکی و همچنین تولید سلول‌های اسپرم و تخمک برای درمان ناباروری هستند. واکایاما معتقد است نتایج او اهمیت انتخاب دقیق و غربالگری سلول‌های اهداکننده را در صورت انجام این کار نشان می‌دهد. میتالپوف می‌گوید: «در حالت ایده‌آل، جمعیت سلول‌های اهداکننده باید از نظر وجود جهش‌های مضر ارزیابی شوند. در صورت لزوم، می‌توان از روش‌های ویرایش ژن برای اصلاح جهش‌های مضر شناخته‌شده استفاده کرد.»

اما اگر خود فرآیند شبیه‌سازی باعث ایجاد جهش شود، این اقدامات کافی نخواهد بود. البته، این یافته‌ها به معنای آن نیست که تکنیک‌های شبیه‌سازی بیش از حد پرخطر هستند؛ چراکه نرخ جهش در هر نسل هنوز نسبتاً پایین است و می‌توان سلول‌ها را پس از شبیه‌سازی برای بررسی وجود جهش‌های خطرناک غربالگری کرد. اما درهرصورت نتایج نشان می‌دهند محدودیت‌های پنهانی در این فناوری وجود دارد که مانع تداوم بقای گونه می‌شود.