يتحدث الدكتور في البيوميديسينا Pablo Barrecheguren عن مصطلح Brainbow، وهي تقنية تتيح تمييز الخلايا العصبية المجاورة.
في عام 1906 تقاسم جائزة نوبل في الطب كاميلو غولجي وسانتياغو رامون إي كاخال. إلى حد كبير مُنحت الجائزة لغولجي لابتكاره نوع من الصبغة التي تُظهر الخلايا العصبية وتفرعاتها، لكن كانت لديها مشكلة أنه عند وجود هذا العدد الكبير من الخلايا العصبية كان من الصعب جدًا رؤية أين تبدأ وتنتهي كل خلية عصبية.
عدّل كاخال الصبغة بحيث تُظهر عددًا أقل بكثير من الخلايا العصبية، مما أتاح رؤية كل خلية على حدة واكتشاف أن في التواصل بين الخلايا العصبية توجد مسافات فصل.
الـBrainbow
منذ بدايات علم الأنسجة كان هناك مشكلة مستمرة في تمييز الخلايا العصبية وتفرعاتها داخل صبغة واحدة.
وليس هذا مستغربًا، فدماغنا يحتوي على أكثر من 100,000 كيلومتر من الوصلات، لكن لحسن الحظ في عام 2007 نُشرت النسخة الأولى من تقنية تسمح برؤية كل واحدة من هذه الوصلات على حدة: الـBrainbow.
مفاهيم الـBrainbow
- من الممكن إنتاج حيوانات متحولة جينيًا تعبّر عن بروتينات فلورية بألوان مختلفة. على سبيل المثال، هناك البروتين الفلوري الأخضر (GFP، بروتين الفلورة الأخضر) أو البروتين الفلوري الأحمر (RFP، بروتين الفلورة الأحمر).
- إذا كانت كل خلية في نسيج حيواني تحتوي على أنواع مختلفة من هذه البروتينات الفلورية وبكميات متفاوتة، فحينئذٍ ستمتلك كل خلية لونًا مختلفًا.
انطلاقًا من هذه الفكرة، أُنتجت حيوانات (في البداية نُجري العمل على الفئران) كانت تحتوي على ثلاث أو أربع بروتينات فلورية مختلفة تمتزج بفضل تفعيل جين (إنزيم إعادة تركيب أُدخل صناعيًا أيضًا في الجينوم)، الذي يخلط عشوائيًا كميات وأنواع البروتينات الفلورية في كل خلية.
النتيجة من ذلك هي أن يتم الحصول على تقريبا 100 تركيبة مختلفة من الألوان. والمفتاح هنا هو أن هذا التغيير في اللون دائم ويُميز الخلية بأكملها، بما في ذلك تفرعاتها.
وبما أن هذا يحدث في الخلايا العصبية في الدماغ، فإنه يسمح بإجراء دراسة مفصّلة لما يُعرف باسم الـكونيكتوم (مجموعة الوصلات بين الخلايا العصبية)، ويُسهّل بالفعل تحليل تحت المجهر أين تتصل كل خلية عصبية.
مع ذلك، يتطلب ذلك عملًا كبيرًا في مجال المعلوماتية الحيوية والمجهرية الإلكترونية للتعامل مع هذا الحجم الهائل من الوصلات.
لكن دراسة الكونِكتوم تستحق ذلك، فهذه الوصلات هي التي تسمح بانتقال المعلومات بين أجسام الخلايا العصبية وهي التي تشرح حقًا كيف يعمل الدماغ كلما نفّذ مهمة ما.
الـBrainbow في كائنات أخرى
أهمية الـBrainbow كبيرة لدرجة أنها نُقلت إلى كائنات أخرى حيث تتاح إمكانية التلاعب الجيني.
أحد الأمثلة هو Drosophila melanogaster، ذبابة الفاكهة، حيث تُجرى أبحاث عصبية مكثفة سواء على مستوى الأساس في دراسة تطور الدماغ، أو على المستوى البيوميديكي في أعمال تستخدم Drosophila للبحوث حول مرض باركنسون أو الزهايمر.
ومثال آخر هو Dario rerio أو السمكة الزرد، والتي بفضل كونها شفافة خلال المراحل الأولى من تطورها تُستخدم لدراسة التكوين الأولي للجهاز العصبي لدى الفقاريات.
كما يجب ألا ننسى أنه على الرغم من أن الـBrainbow كانت في الأصل تقنية مطوّرة للدراسات العصبية، فمن الممكن تكييف هذه الأداة لاستخدامها في أنواع أخرى من الأنسجة.
الـBrainbow وبيولوجيا الخلية
بهذا أصبح الـBrainbow أحد الأدوات الأكثر شعبية في علم الأحياء الخلوية. ولا يزال يُعتبر أداة مهمة في دراسة الكونِكتوم، والتي تُعد بلا شك التحدي العصبي الكبير في القرن الحادي والعشرين.
لكن يمكن أيضًا استخدامه في مهام أخرى مثل دراسة أسلال الخلايا: فبمجرد تفعيل التقنية، يكون التغيير في اللون دائمًا وبالإضافة إلى ذلك يكون موروثًا.
أي أنه إذا انقسمت تلك الخلية فإن خلاياها البناتية ستحافظ على لون الخلية الأصل. هذا يتيح دراسة بدقة أي الخلايا تُنتج أي أنسجة، مما يساعد على فهم أعمق لمجال الخلايا الجذعية العصبية.
والحقيقة أن الـBrainbow ليس فقط واحدة من أكثر التقنيات بصرية في علم الأحياء الجزيئي، بل إنها أيضًا من أكثرها مرونة.
المراجع
- Benjamin Richier and Iris Salecker. Versatile genetic paintbrushes: Brainbow technologies. WIREs Developmental Biology (2015). Volume 4.
- Dawen Cai, Kimberly B. Cohen, Tuanlian Luo, Jeff W. Lichtman, and Joshua R. Sanes. New tools for the brainbow toolbox. Nat Methods (2013). 10(6): 540–547.
- Jean Livet, Tamily A. Weissman, Hyuno Kang, Ryan W. Draft, Ju Lu, Robyn A. Bennis, Joshua R. Sanes & Jeff W. Lichtman. Transgenic strategies for combinatorial expression of fluorescent proteins in thenervous system. Nature (2007). Vol 450.
- Michel A. Hofman. Evolution of the human brain: when bigger is better. Frontiers in Neuroanatomy (2014). Volume 8, Article 15.
- Zoe T. Cook, Nicole L. Brockway, Zachary J. C. Tobias, Joy Pajarla, Isaac S. Boardman, Helen Ippolito, Sylvia Nkombo Nkoula, and Tamily A. Weissman. Combining near-infrared fluorescence with Brainbow to visualize expression of specific genes within a multicolor context. Molecular Biology of the Cell (2019). Volume 30
إذا أعجبك هذا المقال عن الـBrainbow، فقد تكون مهتمًا أيضًا بالمقالات التالية:
“تمت ترجمة هذا المقال. رابط المقال الأصلي باللغة الإسبانية:”
Brainbow: Cómo colorear un cerebro
بطاقة عمل للإدراك البصري للأطفال: أشياء نصف مخفية
اترك تعليقاً