أخيرًا، أصبحت الهندسة المعمارية المخفية للحياة في المحيط موضع التركيز

يقوم العلماء بتوسيع خلايا العوالق للكشف عن البنية الخفية التي تدعم الحياة في المحيطات.

تحافظ العوالق على الحياة على الأرض بهدوء. تولد هذه الكائنات المجهرية جزءًا كبيرًا من الأكسجين الذي نتنفسه وتقع في قاعدة الشبكة الغذائية للمحيطات. كما أنها متنوعة بشكل غير عادي، حيث يوجد عشرات الآلاف منها المعروفة صِنف وعدد لا يحصى من الآخرين لا يزالون مجهولين. ضمن هذه المجموعة الواسعة، تعتبر الطلائعيات، وهي كائنات صغيرة وحيدة الخلية، ذات أهمية خاصة لفهم التطور. ومع ذلك، لعقود من الزمن، اقتصر العلماء على دراستها من خلال المعلومات الجينية وحدها، بسبب عدم وجود طرق يمكن الاعتماد عليها لرؤية بنيتها الداخلية.

نداء الوباء يؤدي إلى اختراق

خلال كوفيد-19 بسبب الوباء، تلقى قائد مجموعة EMBL، غوتام داي، مكالمة عبر Zoom من مساعده أمية دودين، الذي كان يقود آنذاك مجموعة بحثية في EPFL. قام دودين مؤخرًا بتعديل طريقة جديدة مكنت من تصور البنية الداخلية لـ Ichthyosporea – وهو كائن بحري يرتبط ارتباطًا وثيقًا بالحيوانات والفطريات – مما أدى إلى حل مشكلة طويلة الأمد ناجمة عن جدران خلاياه غير القابلة للاختراق.

تم تطوير هذا النهج، المعروف باسم المجهر التوسعي، في الأصل من قبل العلماء في مع، الولايات المتحدة الأمريكية. تم تحسينه لاحقًا إلى الفحص المجهري للبنية الدقيقة (U-ExM) بواسطة بول جويتشارد وفيرجيني هامل في جامعة جنيف لدراسة البنية التحتية تحت الخلوية. هذه التقنية المحسنة جعلت جدران الخلايا قابلة للاختراق، مما يسمح للباحثين بمراقبة وتحليل المكونات الداخلية للطلائعيات بوضوح.

من التعاون إلى الرؤية العالمية

وبتشجيع من هذه النتائج، أطلق دودين، وداي، وجويشارد، وهامل تعاونًا وثيقًا. وبعد ثلاث سنوات، أنتج عملهم رؤية شبه موسوعية لمئات الأنواع من الطلائعيات، ويتجهون نحو هدف طموح: إنشاء أطلس كوكبي للعوالق.

جاءت دفعة كبيرة من بعثة عبور السواحل الأوروبية (TREC) التي قادتها EMBL، والتي سمحت للفريق باستكشاف التنظيم الداخلي للميكروبات البحرية بعمق أكبر بكثير. توفر النتائج التي توصلوا إليها، والتي نشرت مؤخرا في مجلة الخلية، وجهات نظر مفصلة عن البنية الخلوية لأكثر من 200 نوع من العوالق، وخاصة حقيقيات النوى – الكائنات التي تحتوي خلاياها على نواة محاطة بغشاء. يمثل هذا البحث إطلاق PlanExM، وهو مشروع إضافي لـ TREC مصمم للكشف عن تنوع البنية التحتية للعوالق باستخدام الفحص المجهري الموسع.

كنز من الكائنات الحية الدقيقة البحرية

كان أحد مواقع أخذ العينات الرئيسية الأولى في بعثة TREC هو روسكوف، فرنسا. هناك، تحتفظ محطة Biologique بواحدة من أكبر مجموعات الكائنات الحية الدقيقة البحرية في أوروبا. سأل الباحثون مدير المنشأة، إيان بروبرت، عن عدد العينات التي قد تكون متاحة لدراسة تجريبية باستخدام الفحص المجهري الموسع. لقد توقعوا وجود حوالي 20 نوعًا، ولكن بدلاً من ذلك تم منحهم إمكانية الوصول إلى أكثر من 200 نوع.

قال المؤلف الأول المشارك فيليكس ميكوس، الذي أكمل درجة الدكتوراه في مجموعة داي وهو الآن باحث ما بعد الدكتوراه في مختبر دودين بجامعة جنيف: “لقد أمضينا ثلاثة أيام وليالٍ في إصلاح تلك العينات. كان هذا كنزًا لا يمكننا التخلي عنه”.

كيف يجعل الفحص المجهري الموسع ما هو غير مرئي مرئيًا

لا يزال الفحص المجهري الموسع تقنية حديثة، حيث يبلغ عمرها 10 سنوات هذا العام، ويعمل عن طريق تكبير العينات البيولوجية فعليًا. يتم وضع العينة – التي قد تشمل كائنات وحيدة الخلية، أو أنسجة، أو خلايا فردية – في مادة هلامية شفافة. عندما يمتص الجل الماء، فإنه يتوسع. تظل العديد من الهياكل الداخلية سليمة وتمتد بشكل متناسب، مما يؤدي إلى تكبير العينة بشكل فعال بمقدار أربع أو حتى 16 مرة دون الاعتماد على عدسات قوية.

قال جويتشارد وهامل: “عند دمجه مع طرق الفحص المجهري الضوئي العادية، يسمح المجهر التوسعي للعلماء بتجاوز حواجز الطول الموجي القياسية التي تحد من مدى صغر البنية التي يمكن حلها باستخدام المجهر الضوئي”.

رسم خريطة للإطار الداخلي للخلية

وباستخدام عينات من روسكوف ومجموعة أخرى من الثقافات من بلباو بإسبانيا، أجرى الباحثون واحدة من أكثر الدراسات شمولاً حتى الآن حول التنوع الهيكلي الخلوي. الهيكل الخلوي هو الشبكة الخيطية التي تعطي الخلايا حقيقية النواة بنيتها وتنظيمها. ركز الفريق على الأنابيب الدقيقة – الأنابيب المجوفة التي تساعد الخلايا في الحفاظ على شكلها، وانقسامها، وحركتها – بالإضافة إلى السنترينات، وهي مجموعة من البروتينات المشاركة في تنظيم الأنابيب الدقيقة داخل الخلية.

قال هيرال شاه، زميل ما بعد الدكتوراه في EIPOD في مجموعتي Dey وSchwab التابعتين لـ EMBL والمؤلف الأول المشارك للدراسة: “لقد تمكنا من رسم خريطة لميزات تنظيم الأنابيب الدقيقة والمركزية عبر العديد من مجموعات حقيقيات النواة المختلفة”. “إن حجم الدراسة، مع تمييز العديد من الأنواع في كل مجموعة، يفتح إمكانية تقديم تنبؤات تطورية. على سبيل المثال، الدينوفلاجيلات، وهي واحدة من المجموعات الأكثر تنوعًا الموجودة في المحيطات عبر الكوكب، ممثلة جيدًا في دراستنا. لقد تمكنا من رسم خريطة لوجود هياكل التوبولين والسنترين المرتبطة بقشرة الخلية أو الأسواط في هذه الأنواع. “

ربط بنية الخلية بالتطور

قال أرماندو روبيو راموس، المؤلف الأول المشارك للدراسة وزميل ما بعد الدكتوراه في مجموعة أبحاث هامل وغيتشارد بجامعة جنيف: “إن U-ExM يُحدث تغييرًا في كيفية استكشاف البنية التحتية للطلائعيات”. “من خلال الجمع بين هذه التقنية والتصوير عالي الإنتاجية والتحليلات المقارنة، يمكننا أن نبدأ في فك شفرة كيفية تنوع الهندسة الخلوية عبر التطور. إنه جسر بين البيانات الجزيئية والتنظيم المادي للحياة على المستوى المجهري.”

يقول الباحثون إن هذا العمل يسلط الضوء على المبادئ الأساسية التي تحكم كيفية بناء الخلايا حقيقية النواة، بينما يقدم أيضًا أدلة حول كيفية تطور الهياكل الهيكلية الخلوية بمرور الوقت. كما يسلط الضوء على قوة الفحص المجهري الموسع كأداة لتحليل العينات المعقدة، بما في ذلك تلك المأخوذة مباشرة من البيئات البحرية.

نحو أطلس الكواكب من العوالق

قال داي: “إن مغامراتنا مع الفحص المجهري المتوسع ما زالت في بدايتها”. “ربما تكون هذه أول تقنية مجهرية عالية الدقة لديها القدرة على مطابقة حجم وطموح مشاريع جينوم التنوع البيولوجي الكبيرة، مما يمكننا في المستقبل القريب من ربط بيانات multiomics الجديدة بعلم وظائف الأعضاء الخلوية على نطاق واسع عبر شجرة الحياة.”

ومع انضمام توماس ريتشاردز من جامعة أكسفورد إلى هذا الجهد، حصل داي ودودين أيضًا على منحة مؤسسة مور بقيمة 2 مليون فرنك سويسري لمواصلة البحث.

وقال دودين: “الخطوة التالية هي النظر بشكل انتقائي أعمق في أنواع معينة ضمن هذه المجموعة الواسعة للإجابة على أسئلة محددة، مثل فهم كيفية تطور الانقسام الفتيلي وتعدد الخلايا والتنوع المظهري الذي يكمن وراء التحولات التطورية الكبرى”.

مرجع. كيريك، جون بلباو، الجمهورية التيرانية، إنجليت، نيكولاس ليش، ياناك شواب، هوسيسيان فيليب، 2025، خلية.
دوى: 10.1016/j.cell.2025.09.027

لا تفوت أي اختراق: انضم إلى النشرة الإخبارية SciTechDaily.
تابعونا على جوجل و أخبار جوجل.