مدل محبوب برای تحقیقات ژنتیکی و جنین شناسی؛ گورخر ماهی

قسمت اول؛ چرا گورخرماهی در تحقیقات استفاده  می شود؟

در اوایل دهه 1970، یک محقق در دانشگاه Oregon به نام دکتر جورج استریسینگر، عنوان کرد که گورخرماهی یا Zeabrafish یک مدل فوق العاده برای مطالعه ژنتیک و تکوین مهره داران است. از زمانی که وی به کارگیری از این ماهی ها را در تحقیقاتش آغاز کرد، جنین های گورخرماهی، در سراسر دنیا به عنوان  وسیله ای برای درک چگونگی تکوین از لحظه ای که اسپرم با یک تخمک لقاح می یابد، نه تنها در ماهی، بلکه در همه مهرداران از جمله انسان، خیلی محبوب شدند.

تخم ها شفاف اند و خارج از بدن مادر رشد و تکوین می یابند، این امر به محققان این امکان را می دهد تا مراحل رشد تخم گورخرماهی تا شکل گیری ماهی جوان را زیر میکروسکوپ مشاهده نمایند.  محققان هنگامی که سلول ها تقسیم می شوند و قسمت های مختلف بدن ماهی را شکل می دهند، مشاهده می کنند. در طول روزهای 2 تا 4 تکوین، برخی از سلول ها چشم ها را می سازند، برخی قلب، برخی کبد، معده، پوست، باله ها و غیره. تا زمانی که ماهی کامل می شود و آماده برای شروع زندگی جدید.

محققان می توانند یک سلول را از یک نقطه به نقطه دیگر حرکت دهند تا ببینند آیا آن سلول هنوز همان قسمت از بدن را که در جنین نرمال شناخته شده ایجاد می کند یا چیزی متفاوت انجام می دهد. گاهی یک سلول حذف یا تخریب می شود تا مشاهده شود هنگامی که جنین تکوین می یابد نتیجه چیست. به این ترتیب دانشمندان دلایل نقص های هنگام تولد در نوزادان انسان را کشف می کند و با درک چگونگی  رخ دادن این نقص و شناخت سلول های اصلی مسببشان تلاش می کنند تا راهی برای جلوگیری از این نقص ها بیابند.

بنابراین این ماهی گمنام کوچولو، به ما کمک می کند تا بیاموزیم که چه طور مهره داران شکل می گیرند و چرا گاهی اشتباهاتی در این پروسه باعث نقص های مادرزادی و دیگر مشکلات سلامتی می شود. این موجود خدمت بسیار  مهمی در درک ما از مراحل تکوین مهرداران می کند و ممکن است روزی نقش عظیمی در غلبه بر چنین مسائلی ایفا کند.

چرا گورخرماهی یک مدل ایده آل برای تحقیقات در زمینه تکوین و بیماری ها است؟

گورخرماهی یک مهره دار است، مانند انسان ستون فقرات دارند. به این معنی که آنها نسبت به مدل های بی مهرگان که معمولاً استفاده می شوند از قبیل حشرات و کرم ها (دروزوفیلا، مگس سرکه، C- الگانس و نماتد) که ستون فقرات ندارند، بسیار نزدیکتر به انسان اند.

از آنجا که گورخرماهی در درخت فیلوژنیک در فاصله کمتری از انسان قرار دارد ، در بسیاری از صفات زیستی  نسبت به موجوداتی که خویشاوندی دورتری نسبت به آن دارند ، شباهت بیشتری به آن دارد. این صفات زیستی شامل ژن ها، فرایندهای تکوین و نمو، آناتومی، فیزیولوژی و رفتارها است. این یک مزیت است که جانوران آزمایشگاهی بی مهره، ندارند.

یک مدل به تنهایی کامل نیست، اما گورخرماهی ویژگی هایی دارد که نگهداری، اداره و مشاهده کردن آنها در آزمایشگاه را آسان می سازد. آنها به خوبی در بسیاری از محیط ها قابل نگهداری اند، و اندازه کوچک آنها، توانایی شان برای نگهداری تعداد زیادی از آنها در کنار یکدیگر،  و سهولت پرورش شان، آنها را مدل محبوبی برای مطالعات می نماید. تخم های آنها لقاح خارجی می یابد، در تعداد زیاد به طور منظم تولید می شوند، و چسبنده نیستند. همچنین جنین های گورخرماهی کوچکتر از بسیاری از جنین های سایر مهرداران است، و شامل تعداد کمتری سلول است و از این رو ردیابی تکوین هر سلول منفرد راحت تر است.

ماهی ماده مقدار زیادی تخمک آزاد می کند. برای بسیاری از انواع آنالیزهای ژنتیکی، شما نیاز دارید تا جنین های بسیاری را در مراحل مختلف نظاره کنید تا متوجه شوید که با جهش ایجاد شده چه مشکلی پیش می آید.

جنین ها خارج از بدن مادر رشد می یابند، بنابراین شما می توانید با سهولت به آنها دسترسی داشته باشید. در مقابل، جنین های موش در بطن مادر رشد می یابند، و باید مادر را بکشید تا جنین ها را خارج کنید. این امر باید در هر مرحله از تکوین که شما می خواهید بررسی کنید، انجام شود. هربار که این عمل انجام می شود، جنین هم مانند مادر می میرد، از این رو شما در نوع آزمایشاتی که می توانید انجام دهید بسیار محدود می شوید.

جنین های گورخرماهی شفاف و نورگذر اند. به این معنی است که شما می توانید تکوین را در جنین زنده مشاهده کنید. شما می توانید اندام های داخلی، از جمله مغز، قلب، خون، عضله و غیره را ببینید. به علاوه شما می توانید رفتار یک سلول منفرد را در جنین زنده تحت نظر بگیرد و تقسیم سلول را مشاهده کنید و از طریق رنگ آمیزی، ردیابی کنید که هر سلول دختر (سلول های حاصل از تقسیم سلولی) به کدام قسمت پیکر ماهی کامل می رود. این دقت و قدرت تفکیک در سیستم های زنده ی دیگر قابل دستیابی نیست.

جنین های گورخرماهی به سرعت تکوین می یابند. آنها ظرف 24 ساعت از یک تک سلول به آنچه که به عنوان ماهی ریز شناخته می شود تبدیل می شوند. حال آنکه این زمان برای موش 21 روز می باشد.

شما می توانید به طور فیزیکی جنین را دست کاری کنید. به این معنی که شما می توانید یک سلول یا یک گروه از سلول های را به جنین میزبان منتقل کنید. این نوع از آزمایشات اغلب برای آنالیز رفتار سلول ها در مراحل مختلف و یا برای درک چگونگی رفتار سلول های جهش یافته در جنین طبیعی، انجام می شود.این عمل می تواند اطلاعات زیادی درباره چگونگی عملکرد محصول یک ژن مشخص به ما بدهد. به علاوه، به منظور ایجاد جنینی که تنها دارای ژن های مادری اش است،  باروری تخم را نیز می توان دستکاری کرد. این عمل با قرار دادن اسپرم در معرض تابش نور فرابنفش که ژن ها را تخریب می کند صورت می گیرد. این امر امکان مطالعه جهش های مغلوب را برای محققان فراهم می کند.

منابع:

Mayden, Richard L et al (2007). Phylogenetic relationships of Danio within the order Cypriniformes: a framework for comparative and evolutionary studies of a model species. J. Exp. Zool. (Mol. Dev. Evol.) 308B (5): 642–654

"Zebrafish issue". Development

Leonard I. Zon. Zebrafish: A New Model for Human Disease. Genome Res. 1999 9: 99-100.

Kimmel et al. Stage of embryonic development of the zebrafish. Dev.Den. 1995.