اهمیت سلول های بنیادی در آبزیان
سلول های بنیادی و آبزیان
افزایش بازده تولیدات شیلاتی و همچنین حفظ تنوع گونه های آبزی، جز با ایجاد تحول در سیستم های مدیریتی و عملیاتی این عرصه میسر نخواهد شد، گام برداشتن در راه بسط و گسترش فناوریهای نوین شامل ریز فنآورى و فناورى هاى زیستى و زیست محیطی و ایجاد زیرساخت های اجرایی آن در این صنعت ضروری به نظر می رسد.
زیست فناوری یا بیوتکنولوژی از منظر کاربردی دارای قدمتی بسیار طولانی است. اما از جهت علمی شاید یکی از جدیدترین شاخه های علوم باشد که بسیار کاربردی و فراگیر است. در حقیقت هدف از زیست فناوری، استفاده از موجودات زنده جهت بهینه سازی تولید یا افزایش راندمان تولید و دستیابی به محصولات جدید با کیفیت و کمیت مطلوب تر است. بیوتکنولوژی آبزیان یکی از حوزه‌های نوین و در حال رشد علوم شیلاتی است که با کمک آن، از موجوداتی مانند ماهی ها، سخت پوستان، نرمتنان، جلبک ها و یا حتی باکتری‌ها به‌طور مستقیم و یا غیرمستقیم استفاده میشود.
مهمترین فواید بیوتکنولوژی آبزیان شامل تولید فرآورده‌های جدید و اصلاح‌شده، فراهم آوردن تکنیک‌های جدید جهت ردیابی، ارزیابی ذخایر، حفاظت و مدیریت اکوسیستم‌های دریایی، استفاده از پروبیوتیک ها، مهندسی ژنتیک، انجماد اسپرم آبزیان، ژینوژنز و آندروژنز، تغییر جنسیت و القای پلی پلوئیدی در شاخه های مختلف تکثیر و پرورش آبزیان (Aquaculture) به صورت پایدار و مطمئن میباشد.
در این بین ابزارها و تکنیک های زیادی برای نیل به اهداف فوق در عرصه بیوتکنولوژی آبزیان نهادینه و کاربردی شده است که از آنجمله می توان عرصه نوظهور سلول های بنیادی را که نقطه عطفی در تمام علوم محسوب میشوند ذکر کرد. در بیوتکنولوژی آبزیان نیز سلول های بنیادی به عنوان ابزاری منحصر به فرد مورد توجه روز افزون قرار گرفته است.
سلولهای بنیادی (Stem Cells):
سلول های بنیادی (Stem Cells) دو ویژگی اساسی یعنی توانایی تقسیم و تولید سلولهایی با خواص یکسان (خودنوزایی) و پتانسیل ایجاد انواع سلول های تمایز یافته دارند. بر اساس توان تمایز و برگشت پذیری آنها، سلول ها را میتوان به انواع زیر تقسیم کرد:
- همه توان (Totipotent): این سلول ها می توانند همه سلول ها اعم از سلول های فرد و سلول های برون جنینی (جفت) را بسازند مانند بلاستومرهای یک جنین دو سلولی که هر سلول آن میتواند یک فرد کامل را بسازد.
- پرتوان (Pluripotent): این سلول ها می توانند تمام سلول های یک فرد به غیر از سلول های برون جنینی را بسازند. سلول های بنیادی جنینی (ES)، سلول های زاینده جنینی (EG) که از گنادهای جنینی مشتق شده اند و همچنین سلول های مشتق نشده کارسینومای جنینی (EC) از سلولهای پرتوان محسوب می شوند. تراتوکارسینومس ها تومورهای خوشخیم تمایز یافته ای هستند که در بین آنها جمعیت های تمایزنیافته زیادی هم وجود دارد که کارسینومای جنینی از این تومورها نشات می گیرد.
- چند توان (Multipotent): این سلول ها نسبت به سلول های قبل، سلول های محدودتری را ایجاد می کنند مثل سلول های بنیادی واقع در بافت های بزرگسالان.
به طور کلی سلول های بنیادی بسته به منشا آنها به سلول های بنیادی جنین(Embryonic) و بزرگسالان (Adult) تقسیم می شوند. سلول های بنیادی جنینی از توده سلولی داخلی (ICM) جنین در مرحله بلاستوسیست به دست می آیند. دسته دیگر، سلول های بنیادی بزرگسالان هستند که در بسیاری از بافتهای تخصص یافته بدن از جمله مغز، مغز استخوان، کبد، پوست، لوله گوارش، قرنیه و شبکیه چشم و حتی پالپ عاج دندان یافت میشوند. سلول های بنیادی جنینی اولین بار از موش تولید شد و از آن زمان سلول های بنیادی یکی از زمینه های مهم و فعال تحقیقاتی میباشد. این سلول ها دارای پتانسیل بالایی برای تحقیقات پایه، پزشکی و کاربرد در بیوتکنولوژی حیوانی هستند.
دلایل استفاده و ایجاد سلول های بنیادی جنینی در ماهیان:
اولین مطالعات و تولید سلولهای بنیادی در ماهیان مربوط به بیست سال پیش در ماهی زبرا و مداکا می باشد. به دو دلیل تکنولوژی سلول های بنیادی در ماهیان مطرح گردید؛
- گونه های ماهیان استخوانی از لحاظ تحقیقات پایه از جمله مطالعات سلولی، مولکولی، زیستشناسی تکوین و هم از منظر آبزیپروری مورد توجه هستند. ماهی زبرا (Brachiodanio rerio) و مداکا (Oryzias latipes) الگوی مناسبی برای تجزیه و تحلیل عملکردهای ژنی مربوط به انسان می باشند و رقابت نزدیکی به عنوان الگو با موش دارند. همچنین صنعت آبزی پروری نیز یکی از زیربخش های رو به رشد بخش کشاورزی است که از مهمترین اهداف و رویکرد پیش روی آن میتوان به تنوع بخشیدن گونه های پرورشی اشاره نمود.
- همچنین ماهیان نسبت به دیگر مهره داران دارای یکسری مزایای تکنیکی خاص نیز می باشند که از آن جمله میتوان به هماوری بالا، جنینهای درشت شفاف و سرعت تکوین آن اشاره نمود. این خصوصیات هرگونه دستکاری را در شرایط آزمایشگاهی تسهیل مینماید و میتوان مارکرهای فنوتیپی را در دوره تکوین اولیه مشاهده نمود. بخصوص در ماهیان آکواریومی کوچک از جمله ماهی زبرا و مداکا که زمان دو برابر شدنشان ۲ تا ۳ ماه میباشد.
امروزه رویکرد معمول برای ایجاد ماهیان تراریخت شامل معرفی مستقیم ژن مورد نظر به سلولهای زاینده، جنینها یا تخم های لقاح یافته میباشد. بازده این فرایند بسیار پایین میباشد زیرا ادغام DNA خارجی اغلب کمتر از ۶-۱۰ می باشد.
در کل ادغام کاملا تصادفی است و اغلب تحت تاثیر توالی های اطراف ژن (Position effect) میباشد، همچنین DNA پلاسمید اغلب دچار هم ادغامی نیز میگردد که میتواند پروموتورهای یوکاریوتی را خاموش کند و همچنین ادغام دیرهنگام نیز تولید ماهیان موزاییک مینماید که امکان دارد دودمان زاینده جزء این موزاییک قرار گیرد یا حتی ژن وارد آن نشود.
بنابراین نیاز اساسی در این راستا ادغام هدفدار ژن در ژنوم ماهی است که در این بین انتقال ژن به سلول های بنیادی جنینی یک رویکرد امید بخش برای تولید ماهیان تراریخت به منظور افزایش نرخ رشد و مقاومت به بیماری ها در کنار مطالعه عملکردهای ژن های ماهیان میباشد.
تولید سلول های بنیادی در ماهیان:
تولید سلول های بنیادی جنینی از ماهی، فرایندی چند مرحله ای است که در زیر خلاصه ای از آن ذکر میگردد. جنین ماهیان اغلب خارج از بدن مادر تکوین می یابد که این یک مزیت عمده کشت جنینی نسبت به موش محسوب می گردد. مرحله شروع کشت مرحله MD (mid-blastula) می باشد.
بلاستوسیست ها هنوز تمایز نیافته اند و پتانسیل دستکاری آنها نسبت به سلول های حاصل از جنین های ابتدایی تر بیشتر می باشد و جهت تولید نتاج کایمری مناسب می باشند. به منظور بدست آوردن بلاستوسیست ها، تخم ها میبایست کوریون زدایی شوند که در مداکا توسط هضم آنزیمی و در ماهی زبرا توسط پروناز و در سیم دریایی سرطلایی، سیم دریایی قرمز و سوف دریایی به صورت مکانیکی با پنس صورت میپذیرد.
پس از شستشو و حذف زرده، بلاستومرها بر روی لایه ای از سلول های تغذیه کننده یا پوشش ژلاتینی کشت داده می شوند. هنگامی که بلاستومرها به کف متصل شدند حالت شبه بنیادی جنینی بخود می گیرند. هدف اولیه در کشت سلول های بنیادی جنینی ماهی ایجاد شرایطی است که باعث رشد سلول های جنینی شود در حالی که از تمایز خودبخودی جلوگیری نماید.
مطالعات در ماهی زبرا و مداکا حاکی از آن است که محیط کشت مناسب می بایست با عصاره جنینی ماهی (FEE) ، فاکتور رشد فیبروبلاستی گاوی (bFGF) به عنوان یک میتوژن و سرم ماهی(FS) غنیسازی گردد. به منظور ممانعت از تمایز، استراتژی های بکار برده شده برای سلول های موشی از قبیل سلول های تغذیه کننده و یا اصلاح محیط کشت و یا استفاده از LIF برای ماهی زبرا و مداکا سازگار شده است. سلول های تغذیه کننده برای کشت های کوتاه مدت در گونه های الگو بکار برده شده است اما برای کشت های طولانی مدت مناسب نیستند.
متعاقبا سیستم بدون لایه مغذی برای مداکا طراحی شد و پروتکل ایجاد شده در برخی گونه های تجاری از جمله سیم دریایی و سوف دریایی به صورت موفقیت آمیز آزمایش شد که البته عصاره جنینی و سرم مخصوص همان گونه استفاده گردید. در این گونه ها LIF تاثیری بر رشد سلول ها و یا ممانعت از تمایز نداشت. عدم نیاز سلول های بنیادی جنینی ماهی به لایه مغذی و فاکتورهای ممانعت کننده تمایز کار با این سلول ها را تسهیل می نماید که مزیتی نسبت به غیرماهیها محسوب می گردد.
مشخصات سلول های بنیادی جنینی
اثبات واقعی پرتوانی این سلول ها، تشکیل دودمان زاینده کایمری ایجاد شده می باشد ولی در شرایط آزمایشگاهی نیز برخی از آزمایشات برای اثبات پرتوانی این سلولها تنظیم شده است. از نظر مورفولوژی این سلول ها کوچک، مدور یا چندوجهی که دارای هسته بزرگی می باشند. این سلول ها از نظر کاریوتایپ باید Euploid و نرمال باشند تا بتوانند در ایجاد دودمان زاینده کایمر شرکت نمایند.
رشد این سلول ها می بایست زیاد و پایدار باشد و بتوانند کلون زایی نمایند به این معنی که یک سلول منفرد دارای توان تولید یک کلونی متشکل از سلول هایی با خواص ژنتیکی یکسان باشد و یا آنکه کلون ها دارای خواص مشابه سلول مبدا باشند.
غیر از این موارد یکسری مارکرهای پرتوانی هم باید مورد آزمایش قرار گیرند در موش SSEA-1 که یک نشانگر سطحی سلول های پرتوان جنینی است بیان می شود که در ماهی کاتلا نیز در سلول های بنیادی جنینی بیان بالایی از این نشانگر گزارش شده است. از دیگر نشانگرهای سلولهای بنیادی جنینی بیان ژنهای سطحی TRA-1-60،TRA-1-81 و آنزیم آلکالین فسفاتاز است.
کاربردهای بالقوه سلول های بنیادی جنینی در ماهیان
سلول های بنیادی جنینی سلول های تمایز نیافته ای هستند که از مراحل ابتدایی جنینی بدست می آیند و بعد از کشت توانایی تبدیل به هر سلولی را دارند و چنانکه دوباره به جنین های ابتدایی معرفی شوند میتوانند در دودمان های سلولی مختلف بخصوص به دودمان زاینده جانور، شرکت کنند. این توانایی پس از انتقال ژن نیز باقی میماند پس موتاسیون های هدفدار را امکان پذیر مینماید که این به عنوان شاه کلیدی در ژنتیک حیوانی مطرح می گردد.
پس از اینکه ژن به سلول های بنیادی انتقال داده شده به دودمان های سلولی مختلف رفته و باعث بروز صفت مورد نظر ما می گردد. بنابراین سلول های بنیادی جنینی (ES) پلی بین دستکاریهای ژنتیکی در محیط آزمایشگاه و بدن موجود زنده محسوب می شود و به عنوان میانبری برای وراثت مندلی مطرح است. همچنین سلول های بنیادی جنینی به عنوان یک منبع دهنده هسته پرتوان مناسب برای پروسه انتقال هسته و شبیه سازی نیز بحساب میآیند.
حیوانات ترانس ژنیک بدست آمده از تکنیک غیر فعال کردن هدفدار ژنی در سلول های بنیادی جنینی افقی تازه در راه بهبود بازده تولید در گونه های پرورشی می باشند و همچنین در گونه های الگو نیز برای تعیین کارکرد و عملکرد ژن ها برای مطالعات پایه و پزشکی زیستی به خدمت گرفته می شوند.
بعلاوه سلول های بنیادی جنینی (ES) به عنوان ابزاری برای مطالعه فرایندهای تمایز به دودمان های مختلف از سلول های پرتوان محسوب می گردند و همچنین ممکن است به عنوان روشی برای حفاظت تنوع زیستی در گونه هایی که امکان انجماد گامت ها یا جنین های آنها امکان پذیر نیست، باشد.
در این بین وجود ارگانیسم هایی با خصوصیات خاص به عنوان مدل بسیار مهم می باشد. ماهی طلایی (گلدفیش) به مدت ۳ دهه است که به عنوان یکی از اعضاء بزرگترین خانواده مهره داران (Cyprinidae) به عنوان یکی از الگوهای ژنتیکی و اکولوژیکی مهم تلقی میشود. در این بین ماهی طلایی بیشتر در مطالعات زیست شناسی سلولی، ایمنی شناسی، سم شناسی، تخریب کننده های درون ریز، زیست شناسی اعصاب، تکامل مولکولی، ژنومیک مقایسه ای، بویایی، حافظه و یادگیری، بینایی و چشایی به عنوان الگو مطرح می باشد. تحقیقات اخیر در نظر دارد که سلول های بنیادی جنینی توسط کشت بدون لایه مغذی از ماهی طلایی تولید گردد و پرتوانی آنها نیز در شرایط آزمایشگاهی مورد ارزیابی قرار گیرد.
جهت مطالعه مقاله ای مرتبط با بیتکنولوژی و آبزیان بر روی لینک زیر کلیک نمایید:
