علوم القطيف مقالات علمية في شتى المجالات العلمية
Brain Organoid Study Highlights Potential Role of Genetic and Environmental Interaction in Autism Spectrum Disorder
(جامعة جونز هوبكنز – Johns Hopkins)
توضح الدراسة طريقة أسرع وأقل تكلفة لاستكشاف الأسباب الجينية (الوراثية) زائد البيئية لاضطراب طيف التوحد والحالات الأخرى
أثبت الباحثون من كلية جونز هوبكنز بلومبرغ للصحة العامة في دراسة عضوانية (organoid) (انظر 1) الدماغ أن التعرض لمبيد حشرات شائع يتآزر مع طفرة جينية مألوفة ذات صلة بالتوحد.
تمثل النتائج واحدة من أوضح الأدلة حتى الآن على أن العوامل الجينية (الوراثية) والبيئية قد تكون قادرة على التضافر لإحداث اضطراب في النمو العصبي. يعتقد الباحثون أن العوامل الجينية والبيئية قد تساهم في زيادة انتشار اضطراب طيف التوحد [نسبة انتشاره بين السكان]، وهو اضطراب نمائي يتميز بضعف في الوظائف الادراكية وبضعف اجتماعي (2) وبضعف في التواصل (3 و 4).
استخدام الدراسة لعضوانيات الدماغ تشير أيضًا نحو إجراء تجارب أسرع وأقل تكلفة وأكثر ملاءمة للإنسان في هذا الحقل بالمقارنة بدراسات تقليدية أجريت على الحيوانات.
يتكون نموذج الدماغ العضواني، الذي طوره باحثو كلية بلومبيرغ، من كرات من خلايا تمايزت (5) من مزارع خلايا جذعية بشرية وتحاكي نمو الدماغ البشري. وجد الباحثون في الدراسة أن كلوربيريفوس (chlorpyrifos) (انظر 6)، وهو مبيد حشرات شائع يُزعم أنه يؤدي إلى السمية العصبية النمائية واحتمال الاصابة بالتوحد ويقلل بشكل درامتكي من مستويات الجين المشفر للبروتين (Protein Coding gene) (يُعرف ب جين CHD8، انظر 7) في العضوانيات. جين (CHD8) هو منظم للنشاط الجيني الهام في تطور الدماغ. تعد الطفرات في جين البروتين هذا، والتي تقلل من نشاط جين (CHD8)، من بين أقوى عوامل الخطر الجينية التي تزيد عن 100 عامل من العوامل المسببة للتوحد والتي تم التعرف عليها حتى الآن.
الدراسة، التي نشرت في 14 يوليو 2021 في مجلة آفاق الصحة البيئية (Environmental Health Perspectives)، هي الأولى التي تُثبت في النموذج البشري أن عامل الاحتمال (الخطر) البيئي يمكن أن يضخم تأثير عامل الاحتمال (الخطر) الجيني للإصابة بالتوحد.
“هذه خطوة إلى الأمام في إثبات التفاعل بين الوراثة والبيئة ودورها المحتمل في اضطراب طيف التوحد”، كما تقول قائدة الدراسة لينا سميرنوڤا (Lena Smirnova)، باحثة مشاركة في قسم الصحة البيئية والهندسة في كلية بلومبيرغ.
اضطراب طيف التوحد كان نادرًا من الناحية السريرية قبل 40 عامًا، ولكنه الآن موجود في ما يقرب من 2٪ من المواليد الأحياء (9) ، وفقًا لمراكز السيطرة على الأمراض والوقاية منها.
“الزيادة في تشخيصات التوحد في العقود الأخيرة يصعب تفسيرها – لا يمكن أن يكون هناك تغيير جيني على مستوى السكان في مثل هذه الفترة الزمنية القصيرة، لكننا أيضًا لم نتمكن من أن نجد تعرضًا بيئيًا يبرر تلك الزيادة في التشخيص بالتوحد بشكل كاف كما يقول المؤلف المشارك للدراسة توماس هارتونغ (Thomas Hartung)، دكتوراه في الطب، وبرفسور ورئيس في قسم الصحة البيئية والهندسة في كلية بلومبرغ. “بالنسبة لي آنا، أفضل تفسيرًا ينطوي على مجموعة من العوامل الجينية والبيئية”، يقول هارتونغ.
كيف تتفاعل العوامل البيئية والقابليات الجينية لزيادة احتمال التشخيص باضطراب طيف التوحد لا تزال غير معروفة في الغالب، ويرجع ذلك جزئيًا إلى صعوبة دراسة هذه التفاعلات [بين العوامل الجينية والبيئية]. التجارب التقليدية على حيوانات المختبر هي تجارب باهظة الثمن وملاءمتها محدودة للبشر، وخاصة بالنسبة للاضطرابات التي تنطوي على الدماغ والإدراك (cognition).
التقدم في أساليب الخلايا الجذعية في العقود الماضية أتاح للباحثين استخدام خلايا الجلد البشري التي يمكن تحويلها أولاً إلى خلايا جذعية ثم إلى أي نوع من الخلايا [عملية تُعرف بالتمايز الخلوي، انظر 5] تقريبًا ودراستها في المختبر. في السنوات الأخيرة، توسع الباحثون إلى ما وراء استنبات الخلايا في طبق مختبر بسيط لاستنبات عضوانيات ثلاثية الأبعاد تمثل تعقيد الأعضاء البشرية بشكل أفضل.
في دراستهم، استخدم الباحثون عضوانيات الدماغ لنمذجة تأثيرات اضطراب جين (CHD8) جنبًا إلى جنب مع التعرض للمبيد الحشري كلوربيريفوس. قامت مجموعة بقيادة المؤلف المشارك هربرت لاخمان (Herbert Lachman)، البرفسور في كلية ألبرت أينشتاين للطب، بهندسة الخلايا المتكونة منها العضوانيات منزوعة واحدة من نسختي جين (CHD8) الطبيعيتين (normal). شكّل هذا نموذجًا لإضعاف كبير في نشاط جين (CHD8) ولكنه لا يرتقي الى اضعاف كلي للجين، على غرار ما لوحظ في الأشخاص الذين لديهم طفرات في جين (CHD8) والتوحد. ثم قام الباحثون بدراسة التأثير الإضافي للتعرض للمبيد الحشري كلوربيريفوس، والذي لا يزال يستخدم على نطاق واسع في المنتجات الزراعية في الولايات المتحدة وخارجها.
“الجرعات العالية والتعرضات التجريبية قصيرة الأمد لا تعكس وضع الحياة الواقعي، لكنها تعطينا نقطة انطلاق لتحديد الطفرات الجينية التي قد تجعل الأشخاص أكثر حساسيةً للمواد السامة في البيئة”، كما تقول سميرنوڤا. “الآن يمكننا استكشاف كيف تتفاعل الجينات الأخرى مع المواد السامة المحتملة في المستقبل”.
وجد الباحثون أن عضوانيات الدماغ التي تحتوي على نسخة واحدة فقط من جين (CHD8) تحتوي على ثلثي المستوى الطبيعي جين (CHD8) في خلاياها ، لكن التعرض للكلوربيريفوس أدى إلى انخفاض مستويات جين (CHD8) كثيرًا، مما أدى إلى تحويل الندرة المعتدلة إلى حادة. التعرض إلي المبيد الحشري أثبت بوضوح كيف يمكن أن يؤدي العامل البيئي إلى تفاقم تأثير العامل الجيني ، مما يؤدي على الأرجح إلى تفاقم تطور الاضطراب وأعراضه.
كجزء من دراستهم ، قام الباحثون بتجميع قائمة من جزيئات موجودة في الدم والبول وأنسجة من الدماغ التي بينت الدراسات السابقة أنها مختلفة في المشخصين بالتوحد. ووجدوا أن مستويات العديد من المؤشرات الحيوية الظاهرة للتوحد قد تم تغييرها (تعديلها altered) أيضًا بشكل كبير في العضوانيات بسبب نقص جين (CHD8) أو التعرض للكلوربيريفوس، وبالأحرى لكيلهما.
“بهذا المعنى ، أثبتنا أن التغييرات في هذه العضوانيات تعكس التغيرات التي لوحظت في المشخصين بالتوحد”، كما تقول سميرنوڤا.
النتائج، وفقًا للباحثين، تمهد الطريق لمزيد من الدراسات بشأن التفاعلات بين العوامل الجينية والبيئة في المرض باستخدام العضوانيات المشتقة من الإنسان.
“إن استخدام نماذج ثلاثية الأبعاد، مشتقة من الإنسان ، شبيهة بالدماغ مثل تلك الموجودة في هذه الدراسة هي طريقة جيدة للمضي قدمًا لدراسة التفاعل بين العوامل الجينية والبيئية في التوحد واضطرابات النمو العصبي الأخرى” ، كما يقول هارتونغ.
مصادر من داخل وخارج النص:
1- “العضوي (عضواني) هو نسخة مصغرة ومبسطة من عضو يتم إنتاجها ثلاثية الأبعاد مختبريًا وتظهر تشريحًا دقيقًا واقعيًا. يُشتق من خلية واحدة أو بضع خلايا من نسيج أو خلايا جذعية جنينية أو خلايا جذعية متعددة القدرات مستحثة، والتي تستطيع التنظيم الذاتي في استنبات (culture) ثلاثية الأبعاد نظرًا لقدراتها على التجديد الذاتي والتمايز (انظر 5)” ، ترجمناه من نص ورد على هذا العنوان:
https://en.wikipedia.org/wiki/Organoid
2- “يحدث الضعف (الاعتلال) الاجتماعي (social impairment) حين يتصرف الشخص بطريقة أقل إيجابية أو يكون أداؤه أسوأ عندما يكون مع آخرين. أثبتت الأبحاث التي أجريت أن الظروف الاجتماعية ترفع مستويات الإثارة لدى الأشخاص. والإثارة يمكن أن تحسن من الأداء في المهام البسيطة التي تم التدريب عليها جيدًا ولكنها معيقة للتفكير والسلوكيات الأكثر تعقيدًا” ، ترجمناه من نص ورد على هذا العنوان: https://www.alleydog.com/glossary/definition.php?term=Social+Impairment+
3- “اضطراب التواصل هو ضعف في القدرة على تلقي وإرسال ومعالجة واستيعاب المفاهيم أو الأنظمة الشفوية وغير اللفظية والرموز الرسومية” ، ترجمناه من نص ورد على هذا العنوان: https://www.asha.org/policy/rp1993-00208/
4- ” اضطراب التواصل (Communication disorder) هو أي اضطراب يؤثر على قدرة الفرد على فهم اللغة والكلام أو اكتشافهما أو تطبيقهما للمشاركة في الخطاب بفعالية مع الآخرين. يمكن أن تتراوح التأخيرات والاضطرابات بين استبدال الصوت البسيط إلى عدم القدرة على فهم أو استخدام لغة الشخص الأصلية”.
5-” التمايز الخلوي هو عملية تغيير الخلية من نوع خلية إلى نوع آخر، عادةً من نوع أقل تخصصًا (خلية جذعية) إلى نوع أكثر تخصصًا (خلية خاصة بالعضو / الأنسجة ، على سبيل المثال ، خلية ظاهرية (colonocyte)، ترجمناه من نص ورد على هذا العنوان:
https://www.sciencedirect.com/topics/biochemistry-genetics-and-molecular-biology/cellular-differentiation
6- “كلوربيريفوس هو مركب فوسفات عضوي كيميائي له الصيغة التالية: (C9H11Cl3NO3PS)، ويستخدم ضمن المبيدات الحشرية. لكن للمركب مضاعفات سلبية، إذ يصنف حسب منظمة الصحة العالمية على أنه من المواد الخطرة على الإنسان” ، مقتبس من نص ورد على هذا العنوان: https://ar.wikipedia.org/wiki/كلوربيريفوس
7- https://www.genecards.org/cgi-bin/carddisp.pl?gene=CHD8
8- ” مولود حي أو الولادة الحية وتعني خروج الجنين مع اختلاف عُمره الحملي من جسم الأم، مع ظهور أدلة تدُل على الحياة مثل الحركات الإرادية ودقات القلب ونبضان الحبل السري، بغض النظر عن طول الحبل السري أو حتى لو لم تكن المشيمة سالمة”، مقتبس من نص ورد على هذا العنوان: https://ar.wikipedia.org/wiki/مولود_حي_(إنسان)
