علم الأحياء النمائي · us
كتابة تاريخ التطور في DNA: شجرة نسب جنينية تربط 1.28 مليون خلية فأر
ما التفرعات التي تمر بها الخلايا قبل أن تصبح خلايا دم أو شبكية أو جلد؟ يتيح DNA Typewriter لأجنة الفئران ترك سجلات وراثية قابلة للقراءة، لإعادة بناء علاقات الأسلاف بين مليون خلية، ويكشف أيضًا أن لكل نسيج توقيته الخاص لتحديد مصير خلاياه.
كيف تنمو بويضة مخصبة واحدة لتصبح جسمًا يضم أعضاء مختلفة؟ تكمن الإجابة في عدد لا يحصى من انقسامات الخلايا وتمايزها. تتيح معاينة الخلايا في لحظة معينة من التطور تحديد هويتها آنذاك، لكنها تجعل تتبع أصولها أمرًا صعبًا. أتاح فريق بحثي الآن لجنين فأر أن يكتب هذا التاريخ في DNA الخاص به، ثم قرأ السجلات لإعادة بناء شجرة نسب تشمل نحو 1.28 مليون خلية، تربط البويضة المخصبة بالخلايا في المراحل المتأخرة من تكوّن الأعضاء.
نُشرت هذه الدراسة في مجلة Science في 8 أكتوبر 2026، بقيادة مشتركة من Jay Shendure من جامعة واشنطن وChengxiang Qiu من كلية دارتموث. استخدم الفريق نظامًا للتسجيل الجينومي يُسمى DNA Typewriter، وترك البويضة المخصبة تتطور حتى اليوم 13.5، ثم قرأ علامات التسجيل من نحو 1.58 مليون نواة خلوية. ضمت شجرة النسب النهائية 1,281,141 خلية، شملت 138 نوعًا من الخلايا؛ ووفقًا لتوضيحات Allen Institute والمورد البحثي NextCell، يعادل ذلك نحو عُشر إجمالي خلايا الجنين في هذه المرحلة.
تستخدم هذه «الآلة الكاتبة» أداة للتحرير الأولي لكتابة رموز قصيرة من DNA بالتتابع على أشرطة تسجيل مصممة اصطناعيًا. تحمل كل خلية 11 شريط تسجيل، يحتوي كل منها على 6 مواضع؛ وتنتقل العلامات الموجودة إلى الخلايا البنات أثناء الانقسام، بينما تُضاف علامات جديدة تباعًا. وبمقارنة الرموز المشتركة بين الخلايا وترتيبها، يستطيع الباحثون تقدير الأسلاف المشتركة وأزمنة التفرع، ثم دمج ذلك مع بيانات التعبير الجيني لربط أصول الخلايا بهويتها النهائية.
حدث أحد التسجيلات المهمة عند الانقسام الأول للبويضة المخصبة، ما أتاح للباحثين تمييز ذرية الخليتين البنتين الأوليين. وأشار Allen Institute إلى أن مساهمة الفرعين في الخلايا المتحدرة منهما والمشمولة بالتحليل بلغت نحو 57% و42%، لكن نسب أنواع الخلايا التي أنتجها كل منهما كانت متقاربة. وعلى الأقل في هذا الجنين، لم يترافق العدد الأكبر من الخلايا المتحدرة مع انحياز مماثل في الوضوح نحو أنواع معينة من الأنسجة.
وبتتبع الفروع إلى الوراء، قدّر الفريق أيضًا متى بدأت أنواع الخلايا المختلفة تسلك مسارات نمائية أكثر تقييدًا. تحدد مصير الخلايا المرتبطة بالدم والشبكية في وقت أبكر، بينما تحدد مصير الخلايا التي تشكل الطبقة الخارجية للجلد في وقت لاحق. تتوافق هذه النتائج مع دراسات التطور السابقة، وتُظهر ضمن شجرة نسب جنين واحد أن الأنسجة المختلفة لا تُكمل توزيع الأدوار في الوقت نفسه، بل تتشكل تدريجيًا وفق جداول زمنية مختلفة.
لا تزال لهذه الصورة حدود واضحة. بدأ الفريق محاولاته باستخدام 100 بويضة مخصبة، وحصل في النهاية على 10 أجنة للفحص، فيما تركزت إعادة البناء التفصيلية على جنين واحد كانت سجلاته الأكثر ثراءً؛ لذلك لا يمكن بعد الاستناد إلى هذه النتائج لتحديد التباين بين الأجنة المختلفة. ويميّز NextCell أيضًا على وجه الخصوص بين علاقات النسب وهوية الأسلاف: فقد أُعيد بناء علاقات القرابة في الشجرة من السجلات، بينما قُدّرت أنواع الخلايا السلفية باستخدام نموذج، ولم تُقَس مباشرةً في كل نقطة زمنية سابقة.
أتاح الباحثون عبر NextCell شجرة نسب تفاعلية وبيانات للتنزيل وبرامج التحليل، فيما أُودعت بيانات التسلسل في قاعدة بيانات GEO تحت الرقم GSE341627. تكمن قيمة هذه الأداة في إنشاء مرجع قابل للتتبع للتطور الطبيعي، يمكن استخدامه مستقبلًا لدراسة العيوب الخلقية أو توسع الخلايا السرطانية، أو لفحص كيفية اكتساب الخلايا المهندسة الهوية المتوقعة. ولا يزال تحويل هذه الاستخدامات إلى أساليب موثوقة لدراسة الأمراض يتطلب التحقق منها في مزيد من الأجنة والظروف التجريبية.