المجاعة طبعت بصماتها على جينات الهولنديين

تغيرات جينية أدت إلى ازدياد الأمراض لدى الأطفال طيلة حياتهم

المجاعة طبعت بصماتها على جينات الهولنديين
TT

المجاعة طبعت بصماتها على جينات الهولنديين

المجاعة طبعت بصماتها على جينات الهولنديين

في كشف مثير، عثر العلماء على دلائل تشير إلى أن مجاعة حدثت في هولندا خلال الحرب العالمية الثانية «طبعت بصماتها» على التركيبة الجينية للأطفال الذين ولدوا أثناءها وبعدها.
وترجع المجاعة إلى أحداث وقعت في سبتمبر (أيلول) 1944، عندما توقّفت القطارات في هولندا بشكل كامل، بعدما عقد عمّال سكة الحديدة الهولنديون آنذاك الآمال بأن يساهم الإضراب في توقف نقل القوات النازية، ومساعدة قوّات الحلفاء على التقدّم لتحرير بلدهم.

اختبار علمي مثير

لكن حملة الحلفاء فشلت، وعاقب النازيون الهولنديين بقطع إمدادات الطعام، وأغرقوا قسماً كبيراً من البلاد بالمجاعة، التي تسببت في وفاة 20.000 شخص بسبب الجوع حتى تحرير هولندا في مايو (أيار) 1945.
ولكن ظهر لاحقاً أن «شتاء الجوع الهولندي» اختلف عن غيره من المجاعات في نواحٍ غير متوقعة؛ لأنه بدأ وانتهى بشكل مفاجئ، واستخدم اختباراً علمياً غير مخطّط له في الصحة البشرية. فقد تبيّن أن النساء الحوامل عانين من تأثير مختلف على أجسامهن، جراء هذه المجاعة؛ لأن آثارها ظلّت ظاهرة في الأولاد الذين أنجبوهن طوال حياة أولئك الأطفال.
وعندما أصبح هؤلاء الأولاد أشخاصاً بالغين، عانوا من زيادة في الوزن تجاوزت المعدلات الطبيعية.
ولدى وصولهم متوسط العمر، عانوا أيضاً من ارتفاع في معدّلات الدهون الثلاثية ثلاثي الغليسريد والكولسترول المنخفض الكثافة (الضار) أكثر من غيرهم. كما اتضح أن معدّلات السمنة والسكري والفصام كانت أعلى لديهم.
وأظهرت دراسة أجراها الباحث إل إتش أومي، عالم الأوبئة من جامعة كولومبيا، أنه ومع تقدّمهم في السن، تعاظم تأثير هذه الأخطار.
فقد راجع مع فريق من زملائه عام 2014 سجلّات وفاة مئات آلاف الهولنديين الذين ولدوا في منتصف الأربعينات، ووجد أن نسبة الوفيّات بين الأشخاص الذين كانوا أجنّة إبّان المجاعة، التي تعرف باسم شتاء الجوع الهولندي، كانت أعلى مقارنة بالأشخاص الذين ولدوا قبل المجاعة أو بعدها.
وقال أيضاً إنهم وجدوا ارتفاعاً بنسبة 10 في المائة في معدلات الوفيات بعد سنّ 68 عاماً.

ذاكرة الجينات

لم تتمّ مناقشة النماذج التي وثّقها لومي وزملاؤه، لكن العلماء لا يزالون يحاولون جاهدين فهم كيفية توصّلهم إلى هذه النتائج. فقد تساءل بنجامين هيجمنز، اختصاصي في علم الوراثة من مركز جامعة ليدن الطبي في هولندا «كيف يمكن لجسم الإنسان أن يتذكّر البيئة التي تعرّض لها أثناء وجوده في الرحم، وبعد مضي عقود على مروره بها؟»
نشر هيجمنز ولومي وزملاؤهما إجابة محتملة، أو جزءاً من إجابة حديثاً في دورية «ساينس أدفانسز». فقد رجحت دراستهم أنّ شتاء الجوع الهولندي أسكت بعض الجينات لدى الأطفال الذين لم يكونوا قد ولدوا بعد، وظلّت هذه الجينات صامتة منذ ذلك الحين.
صحيح أنّ جميع الخلايا في جسم الإنسان تشرك بالجينات نفسها في داخلها، إلا أن بعض هذه الجينات تكون ناشطة في خلايا معيّنة، وصامتة في أخرى. ويبدو أن هذا نظام الجينات هذا يحدّد قبل الولادة.
لكن العلماء توصّلوا إلى أنّ التجارب المتأخرة (مثلاً التعرّض لخطر فيروس ما) من شأنها أن تدفع الخلايا إلى إسكات جينة معيّنة أو تعزيز نشاطها، بشكل دائم أحياناً.
تّعرف دراسة السيطرة الجينية الطويلة الأمد هذه بـ«علم التخلّق المتوالي». ونجح الباحثون في تحديد الجزيئات التي تستخدمها الخلايا لبرمجة الحمض النووي، إلا أن طريقة عمل هذه الأدوات لم تتضح بعد، لكن أفضل الجزيئات التي تمّ تدارسها كانت كبسولة جزيئية تعرف بـ«مجموعة الميثيل».
تحمل الجينات مجموعة الميثيل في ملايين البقع الموجودة في حمض الإنسان النووي، والتي يبدو أنها مسؤولة عن إسكات الجينات؛ إذ وجد الباحثون أن مجموعة من فئة الميثيل كانت غالباً تختبئ بالقرب من الجينات الصامتة.
حين بدأ لومي في دراسة شتاء المجاعة الهولندي في التسعينات، أخذ عينات دم من آلاف الأشخاص في منتصف العمر، إلى جانب عينات من إخوتهم وأخواتهم الذين ولدوا قبل وبعد المجاعة.
وبعد مرور نحو العقد من بداية الدراسة، تمكّن لومي وزملاؤه من الاستفادة من تقنية فاعلة جديدة لرصد مجموعة الميثيل في خلايا الدم، فقد عثروا على الحمض النووي في العينات ووضعوه في جهاز قادر على تحديد مكان مجموعات الميثيل في نحو 350.000 بقعة موجودة على الجينوم. ونجحوا في التعرف على بصمات المجاعة.



«محاصيل ذكية مناخياً»... استراتيجية علمية لتحقيق أعلى إنتاجية

الدكتور كاو شو وفريقه يفحصون ثمار الطماطم التي خضعت للتعديل الجيني ضمن الإستراتيجية الجديدة (الأكاديمية الصينية للعلوم)
الدكتور كاو شو وفريقه يفحصون ثمار الطماطم التي خضعت للتعديل الجيني ضمن الإستراتيجية الجديدة (الأكاديمية الصينية للعلوم)
TT

«محاصيل ذكية مناخياً»... استراتيجية علمية لتحقيق أعلى إنتاجية

الدكتور كاو شو وفريقه يفحصون ثمار الطماطم التي خضعت للتعديل الجيني ضمن الإستراتيجية الجديدة (الأكاديمية الصينية للعلوم)
الدكتور كاو شو وفريقه يفحصون ثمار الطماطم التي خضعت للتعديل الجيني ضمن الإستراتيجية الجديدة (الأكاديمية الصينية للعلوم)

بحلول عام 2050، من المتوقع أن يرتفع عدد سكان العالم إلى 10 مليارات نسمة، ما يتطلب زيادة في إنتاجية المحاصيل الزراعية بنسبة 60 في المائة، لتلبية احتياجات الغذاء. ومع ذلك، فإن الإنتاج الحالي لا يكفي، ومن المتوقع أن يتفاقم هذا العجز بسبب الضغوط الناتجة عن تغير المناخ.

على سبيل المثال، يؤدي ارتفاع درجات الحرارة بمقدار درجتين مئويتين خلال موسم النمو إلى انخفاض في الإنتاجية يصل إلى 13 في المائة. لذا، يركز العلماء حالياً على تطوير محاصيل «ذكية مناخياً» قادرة على تحقيق إنتاجية أعلى في الظروف الطبيعية، مع الحفاظ على إنتاجية مستقرة تحت ضغوط الحرارة.

وفي خطوة نحو تحسين إنتاج المحاصيل في ظل الظروف المناخية المتغيرة، عمل علماء في الصين على تحسين أدوات التعديل الجيني لتطوير استراتيجية جديدة تعزز خصائص نمو وتطور النباتات.

وطوَّر فريق من معهد علم الوراثة التابع للأكاديمية الصينية للعلوم استراتيجية تعتمد على تعديل جين، يلعب دوراً حاسماً في تنظيم آلية طبيعية في النباتات، تؤثر بشكل كبير على إنتاجية النبات وحلاوة الثمار وجودة الحبوب. ونُشرت نتائج الدراسة في عدد 15 ديسمبر (كانون الأول) الماضي من دورية «Cell».

«المصدَر والمستقبِل»

تحتاج النباتات إلى المياه والعناصر الغذائية والضوء لتنمو؛ حيث يعتمد كل جزء منها على هذه المكونات الأساسية. فالجذور تتطلب طاقة من عملية التمثيل الضوئي لامتصاص المياه والعناصر الغذائية من التربة، بينما تحتاج الأوراق للمياه والعناصر الغذائية التي تمتصها الجذور لتقوم بعملية التمثيل الضوئي، وتصنيع الغلوكوز الذي يعد المصدر الأساسي للطاقة في النبات.

وتُمتص هذه الموارد وتُنتَج في أماكن مختلفة داخل النبات، ما يتطلب نظاماً معقداً لنقلها بين الأماكن التي تُنتج أو تُستخدم فيها.

ويستخدم العلماء مصطلحَي «المصدَر» (Source) و«المستقبِل» (Sink) لوصف هذه العمليات؛ حيث يكون «المصدر» هو المكان الذي يتم فيه امتصاص أو إنتاج الموارد اللازمة لنمو النباتات، بينما «المستقبِل» هو المكان الذي تُستخدم فيه هذه الموارد. ويحدد التوازن في هذه العملية قدرة النباتات على النمو والإثمار.

ومع تغير المناخ وارتفاع درجات الحرارة، تتعرض هذه العمليات الحيوية للخطر، ما يؤدي لتدهور إنتاجية وجودة المحاصيل.

يقول الدكتور كاو شو، الباحث الرئيسي للدراسة في المركز الوطني لبحوث جينات النبات، في معهد علم الوراثة التابع للأكاديمية الصينية للعلوم، إن علاقة «المصدَر والمستقبِل» هي نظرية كلاسيكية عمرها قرن من الزمان؛ لكنها ما زالت تحظى باهتمام مستمر في مجال علم الأحياء النباتية، وتعد مجالاً بحثياً مهماً وصعباً.

وأضاف لـ«الشرق الأوسط» أن هذه النظرية تركز على إنتاج وتوزيع المركبات الكربونية -مثل السكروز- التي تلعب دوراً محورياً في حياة النباتات، من أعضاء المصدر (كالأوراق) إلى المستقبِل (مثل الجذور والثمار والبذور) التي تخزن أو تستهلك هذه المركبات لتوفير الغذاء والمواد الأساسية للإنسان. وأشار إلى أن تحسين العلاقة بين «المصدَر والمستقبِل» يمكن أن يسهم في زيادة الإنتاجية بنسبة تتراوح بين 40 و60 في المائة.

تعديل جيني

تستند الاستراتيجية الجديدة على تحسين استجابة النباتات للحرارة، من خلال التحكم في توزيع الكربون على الأجزاء المستقبلة للطاقة في النباتات.

وركز الباحثون في دراستهم على جين يُعرف باسم «CWIN»، المسؤول عن تنظيم العلاقة بين «المصدَر» و«المستقبِل» في النبات. وعند تعرض النبات للإجهاد الحراري، ينخفض نشاط هذا الجين، ما يؤدي إلى فقدان التوازن بين «المصدر» و«المستقبل»، ويقلل توزيع الكربون على الثمار، ما يؤثر سلباً على نمو وجودة وإنتاجية المحاصيل.

ولحل هذه المشكلة، أجرى الفريق تعديلاً للجين، عن طريق إدخال تسلسل جيني خاص يتفاعل مع درجات الحرارة المرتفعة، في أصناف الأرز والطماطم، باستخدام تقنيات التحرير الجيني المتطورة.

وأوضح شو أن هذا التعديل يساعد على تنشيط التعبير عن الجين عند التعرض للحرارة العالية، ما يضمن استقرار تدفق الكربون إلى الثمار، ويعزز الإنتاجية. كما يعزز التعديل توزيع الكربون على الثمار في الظروف الطبيعية، ما يؤدي إلى زيادة الإنتاجية.

وأظهرت الاختبارات المتعددة على الطماطم أن هذه الاستراتيجية زادت المحصول بنسبة تصل إلى 47 في المائة في الظروف العادية، وبنسبة 33 في المائة تحت الإجهاد الحراري. كما حسَّنت جودة الثمار من حيث توحيد الحجم ونسبة الحلاوة.

وطبَّق فريق البحث الأسلوب نفسه على الأرز، ما أدى إلى زيادة الإنتاجية بنسبة 13 في المائة في الظروف العادية، و25 في المائة تحت الإجهاد الحراري، ما ساهم بشكل كبير في تعويض خسائر الإنتاج الناتجة عن الحرارة العالية.

وفق شو، فإن الاستراتيجية الجديدة تعتمد على مجموعة شاملة من تقنيات التحرير الجيني لتحسين المحاصيل وتقييم الإنتاجية، ما يمهد الطريق لتطوير محاصيل ذكية مناخياً تحقق إنتاجية عالية في الظروف الطبيعية، وتقلل من خسائر الإنتاج تحت ظروف الإجهاد المختلفة. وطُبقت هذه الاستراتيجية أيضاً على محاصيل مثل فول الصويا والقمح والذرة.