فأر معدل وراثيًا

الفأر المعدل وراثيًا ، أو نموذج الفأر المُهندس وراثيًا ( GEMM ) ^{[ 1 ]} ، أو الفأر المُحوَّر وراثيًا، هو فأر ( Mus musculus ) تم تعديل جينومه باستخدام تقنيات الهندسة الوراثية . تُستخدم الفئران المعدلة وراثيًا على نطاق واسع في الأبحاث أو كنماذج حيوانية للأمراض البشرية، كما تُستخدم في أبحاث الجينات. إلى جانب الطعوم الخيفية المشتقة من المرضى (PDXs)، تُعد نماذج الفئران المُهندسة وراثيًا (GEMMs) من أكثر النماذج الحية شيوعًا في أبحاث السرطان . يُعتبر هذان النهجان متكاملين، ويمكن استخدامهما لمحاكاة جوانب مختلفة من المرض. ^{[ 2 ]} كما تحظى نماذج الفئران المُهندسة وراثيًا (GEMMs) باهتمام كبير في تطوير الأدوية ، حيث تُسهل التحقق من صحة الهدف ودراسة الاستجابة والمقاومة والسمية والديناميكا الدوائية . ^{[ 3 ]}

في عام 1974، ابتكرت بياتريس مينتز ورودولف يانيش أول حيوان معدل وراثيًا عن طريق إدخال فيروس DNA في جنين فأر في مراحله المبكرة ، وأظهرا أن الجينات المُدخلة كانت موجودة في كل خلية. ^{[ 4 ]} مع ذلك، لم تنقل الفئران الجين المُعدَّل إلى نسلها، وبالتالي كان تأثير هذه التجربة وقابليتها للتطبيق محدودين. في عام 1981، حقنت مختبرات فرانك رودل ^{[ 5 ]} من جامعة ييل ، وفرانك كوستانتيني وإليزابيث لاسي من جامعة أكسفورد ، ورالف إل. برينستر وريتشارد بالميتر بالتعاون من جامعة بنسلفانيا وجامعة واشنطن ، حمضًا نوويًا مُنقّى في جنين فأر أحادي الخلية باستخدام تقنيات طوّرها برينستر في الستينيات والسبعينيات، مُظهرةً انتقال المادة الوراثية إلى الأجيال اللاحقة لأول مرة. ^{[ 6 ] [ 7 ] [ 8 ]} خلال ثمانينيات القرن العشرين، قام بالميتر وبرينستر بتطوير وقيادة مجال التعديل الوراثي، حيث قاما بتحسين أساليب تعديل الخلايا الجرثومية واستخدام هذه التقنيات لتوضيح نشاط ووظيفة الجينات بطريقة لم تكن ممكنة قبل نهجهما الفريد. ^{[ 9 ]}

هناك منهجان تقنيان أساسيان لإنتاج فئران معدلة وراثيًا. الأول يعتمد على حقن النواة الأولية ، وهي تقنية طورها وحسّنها رالف إل. برينستر في ستينيات وسبعينيات القرن الماضي، في خلية واحدة من جنين الفأر، حيث تندمج عشوائيًا في جينوم الفأر. ^{[ 10 ]} تُنتج هذه الطريقة فأرًا معدلًا وراثيًا ، وتُستخدم لإدخال معلومات وراثية جديدة في جينوم الفأر أو لزيادة التعبير عن الجينات الداخلية . أما المنهج الثاني، الذي ابتكره أوليفر سميثيز وماريو كابيكي ، فيعتمد على تعديل الخلايا الجذعية الجنينية ببنية DNA تحتوي على تسلسلات DNA متماثلة مع الجين المستهدف. تُختار الخلايا الجذعية الجنينية التي تندمج مع الحمض النووي الجينومي، ثم تُحقن في الكيسة الأريمية للفئران أو تُستخدم في اختبار التكميل الرباعي الصبغي - وهو منهج يُغني تمامًا عن الحاجة إلى الحقن المجهري. ^{[ 11 ] [ 12 ]} تُستخدم هذه الطريقة للتلاعب بجين واحد، وفي معظم الحالات يتم تعطيل الجين المستهدف، مع إمكانية حدوث تلاعب جيني أكثر دقة وتعقيدًا (مثل تحويل بروتين معين إلى بروتين بشري، أو تغيير نيوكليوتيدات مفردة فقط ). كما يمكن إنشاء فأر مُؤنسن عن طريق الإضافة المباشرة لجينات بشرية، مما يُنتج شكلاً فأريًا من هجين الإنسان والحيوان . على سبيل المثال، قد تولد فئران مُعدلة وراثيًا بجينات مستضدات الكريات البيضاء البشرية لتوفير بيئة أكثر واقعية عند إدخال خلايا الدم البيضاء البشرية إليها لدراسة استجابات الجهاز المناعي . ^{[ 13 ]} أحد هذه التطبيقات هو تحديد ببتيدات فيروس التهاب الكبد الوبائي سي (HCV) التي ترتبط بمستضدات الكريات البيضاء البشرية، والتي يمكن للجهاز المناعي البشري التعرف عليها، وبالتالي قد تكون أهدافًا للقاحات مستقبلية ضد فيروس التهاب الكبد الوبائي سي. ^{[ 14 ]}

تُستخدم الفئران المعدلة وراثيًا على نطاق واسع في الأبحاث كنماذج للأمراض البشرية. ^{[ 15 ]} تُعد الفئران نموذجًا مفيدًا للتلاعب الجيني والبحث، نظرًا لتشابه أنسجتها وأعضائها مع أنسجة الإنسان وأعضائه ، وحملها لجميع الجينات تقريبًا التي تعمل لدى البشر. ^{[ 16 ]} كما أنها تتميز عن الثدييات الأخرى في مجال البحث، إذ تتوفر في مئات السلالات المتجانسة وراثيًا. ^{[ 16 ]} بالإضافة إلى ذلك، وبفضل حجمها، يمكن تربيتها وإيواؤها بأعداد كبيرة، مما يقلل من تكلفة الأبحاث والتجارب. ^{[ 16 ]} توجد الفئران المعدلة وراثيًا في نموذجين رئيسيين: فقدان الوظيفة أو اكتسابها. النوع الأكثر شيوعًا هو فئران فقدان الوظيفة أو فئران الحذف الجيني ، حيث يتم إزالة أو إسكات نشاط جين واحد (أو في بعض الحالات عدة جينات). أما فئران اكتساب الوظيفة، فتُفرط في التعبير عن جين معين. ^{[ 17 ]} استُخدمت هذه النماذج لدراسة ومحاكاة السمنة، وأمراض القلب، والسكري، والتهاب المفاصل، وإدمان المخدرات، والقلق، والشيخوخة، ودرجة الحرارة، واستقبال الألم، ومرض باركنسون . ^{[ 18 ] [ 19 ]} يمكن تقسيم الفئران المعدلة وراثيًا إلى نموذج الفأر التكويني، حيث يتم تنشيط الجين المستهدف أو تعطيله بشكل دائم في جميع خلايا الحيوان، أو نموذج الفأر المشروط، حيث يمكن تنظيم حذف الجين أو التعبير عنه بشكل مفرط بطريقة مكانية وزمانية، مما يُمكّن من استهداف نوع معين أو مجموعة فرعية من الخلايا في الحيوان في وقت محدد من حياته. ^{[ 17 ]}

لقد وفرت الفئران المعدلة وراثيًا، التي تحمل جينات ورمية مستنسخة ، والفئران التي تفتقر إلى جينات كبح الأورام، نماذج جيدة لدراسة السرطان البشري . ^{[ 20 ] [ 21 ]} وقد طُوِّرت المئات من هذه الفئران الورمية لتغطي طيفًا واسعًا من السرطانات التي تصيب معظم أعضاء الجسم، ويجري تحسينها لتصبح أكثر تمثيلًا للسرطان البشري. ^{[ 9 ]} ويمكن اختبار أعراض المرض والأدوية أو العلاجات المحتملة على هذه النماذج من الفئران.

تم تعديل فأر وراثيًا لزيادة نمو عضلاته وقوتها عن طريق الإفراط في التعبير عن عامل النمو الشبيه بالأنسولين الأول (IGF-I) في ألياف العضلات المتمايزة . ^{[ 22 ] [ 23 ]} وتم تعديل جين في فأر آخر يشارك في استقلاب الجلوكوز ، فأصبح أسرع في الجري، وأطول عمرًا، وأكثر نشاطًا جنسيًا، ويأكل أكثر دون أن يزيد وزنه عن متوسط ​​الفأر (انظر: الفئران فائقة التمثيل الغذائي ). ^{[ 24 ] [ 25 ]} وفي دراسة أخرى، تم حجب أو إزالة مستقبل TRPM8 من فأر باستخدام الكابسيسين والمنثول . [ 19 ] وبعد ^{إزالة مستقبل TRPM8} ، لم يعد الفأر قادرًا على استشعار التغيرات الطفيفة في درجة الحرارة والألم المصاحب لها. ^{[ 19 ]}

ينبغي توخي الحذر الشديد عند تحديد كيفية استخدام الفئران المعدلة وراثيًا في البحوث. ^{[ 26 ]} حتى الأمور الأساسية مثل اختيار فأر التحكم "البرية" المناسب للمقارنة يتم تجاهلها أحيانًا. ^{[ 27 ]}

تُعدّ الفئران المُعدّلة وراثيًا أدوات أساسية في البحوث الطبية الحيوية والدوائية، إذ تُتيح التحقق من صحة جينات مُحدّدة. تُسهّل هذه النماذج اكتشاف أهداف علاجية جديدة وتُساعد على التنبؤ بشكل أفضل باستجابات العلاج، مما يُقلّل من خطر فشل التجارب السريرية. مع ذلك، توجد قيود هامة: فهذه الفئران لا تُحاكي دائمًا تعقيد الأمراض البشرية بدقة، والنتائج المُستخلصة من الفئران لا تُترجم دائمًا بشكل مباشر إلى البشر، كما أن الاختلافات البيولوجية بين الأنواع قد تُعقّد تفسير البيانات. ^{[ 28 ]}

• فأر مُؤنسن
• كريسبر-كاس9
• نماذج حيوانية
• كري-لوكس
• تحرير الجينات
• اختبار التكميل الرباعي

• معلوماتية جينوم الفأر (informatics.jax.org)
• وحدة علم الوراثة الثديية في هارويل: نماذج الفئران للأمراض البشرية