انقلاب در حفاظت از تنوع زیستی و پیشرفت‌های علمی

ذخیره‌سازی بانک سلولی گونه‌های جانوری یک تلاش پیشرفته و چندوجهی در حوزه زیست‌فناوری و حفاظت زیست‌محیطی است که با هدف حفظ تنوع زیستی و تأمین منابع ژنتیکی برای تحقیقات علمی، پزشکی و حفاظتی انجام می‌شود. این فرایند به‌صورت سازمان‌دهی‌شده و با استفاده از تکنیک‌های پیشرفته انجام می‌شود تا سلول‌های گونه‌های مختلف جانوری برای مدت طولانی در شرایط مناسب نگهداری شوند.

 مراحل ذخیره‌سازی بانک سلولی

نمونه‌های سلولی از منابع مختلفی همچون بافت‌ها (مانند پوست، عضله و کبد)، خون، اسپرم، تخمک و سلول‌های بنیادی جمع‌آوری می‌شوند. بسته به نوع سلول و گونه جانوری، روش‌های متفاوتی برای جمع‌آوری نمونه‌ها به کار می‌رود. این روش‌ها می‌تواند شامل جراحی‌های کوچک برای برداشت بافت، نمونه‌گیری خون و تکنیک‌های غیرتهاجمی مانند بیوپسی پوست باشد.

سلول‌های جمع‌آوری‌شده در محیط‌های کشت مناسب رشد داده می‌شوند تا تعداد کافی از سلول‌ها برای ذخیره‌سازی به دست آید. این مرحله ممکن است شامل تکثیر سلول‌ها در آزمایشگاه باشد. سلول‌ها برای جلوگیری از آسیب‌های ناشی از انجماد، با استفاده از محلول‌های محافظ انجماد مانند دی‌متیل سولفوکسید (DMSO) و تکنیک‌های انجماد کنترل‌شده، منجمد می‌شوند.

نمونه‌های سلولی در دمای حدود منفی 196 درجه سانتی‌گراد در مخازن نیتروژن مایع نگهداری می‌شوند. این شرایط به حفظ سلول‌ها برای مدت طولانی بدون تغییر کمک می‌کند. بانک‌های سلولی از مخازن نیتروژن مایع و سیستم‌های پایگاه داده پیچیده برای ذخیره و ردیابی نمونه‌ها استفاده می‌کنند. این سیستم‌ها اطلاعات دقیقی از هر نمونه شامل تاریخ جمع‌آوری، نوع سلول و شرایط نگهداری را ثبت می‌کنند. به‌طور دوره‌ای، نمونه‌ها بررسی و آزمایش می‌شوند تا اطمینان حاصل شود که شرایط نگهداری بهینه بوده و سلول‌ها همچنان سالم و قابل استفاده هستند. این شامل ارزیابی ویابلیتی (توانایی زنده ماندن) سلول‌ها و بررسی‌های ژنتیکی می‌شود.

حفاظت از تنوع زیستی

ذخیره‌سازی سلول‌های گونه‌های در حال انقراض امکان بازتولید این گونه‌ها در آینده را فراهم می‌کند. این می‌تواند از طریق تکنیک‌های کلونینگ یا استفاده از سلول‌های ذخیره‌شده برای تولید مثل انجام شود. پژوهشگران می‌توانند از نمونه‌های سلولی برای مطالعه تنوع ژنتیکی گونه‌ها و برنامه‌ریزی‌های حفاظتی بهره‌برداری کنند. این اطلاعات برای تصمیم‌گیری‌های مدیریتی در زمینه حفاظت از گونه‌ها بسیار ارزشمند است.

سلول‌های حیوانی می‌توانند برای ایجاد مدل‌های بیماری‌های انسانی و بررسی مکانیسم‌های بیماری و اثرات درمان‌ها مورد استفاده قرار گیرند. با آزمایش دارو‌ها بر روی سلول‌های حیوانی، می‌توان اثرات و ایمنی دارو‌ها را قبل از ورود به مراحل آزمایش‌های بالینی انسانی ارزیابی کرد.

تحلیل ژنوم‌های گونه‌های مختلف جانوری به درک بهتر تکامل گونه‌ها، ارتباطات ژنتیکی بین آنها و شناسایی ژن‌های حیاتی کمک می‌کند. طلاعات حاصل از بانک‌های سلولی برای تحقیقات بنیادی در زیست‌شناسی، از جمله بررسی عملکرد ژن‌ها، مسیر‌های سلولی و فرایند‌های زیستی مورد استفاده قرار می‌گیرد.

 چالش‌ها و موانع

ایجاد و نگهداری بانک‌های سلولی به تجهیزات پیشرفته و سرمایه‌گذاری‌های مالی قابل توجهی نیاز دارد. این هزینه‌ها شامل جمع‌آوری، پردازش، انجماد و نگهداری طولانی‌مدت نمونه‌ها می‌شود. برای حفظ تنوع ژنتیکی، باید نمونه‌های متنوعی از هر گونه جمع‌آوری و ذخیره شود. این نیازمند جمع‌آوری نمونه‌ها از جمعیت‌های مختلف و حفظ شرایط بهینه برای جلوگیری از انقراض تنوع ژنتیکی است. جمع‌آوری و استفاده از نمونه‌های حیوانی با مسائل اخلاقی همراه است. نیاز به رعایت اصول اخلاقی و استاندارد‌های رفاه حیوانات در تمامی مراحل جمع‌آوری و استفاده از نمونه‌ها وجود دارد.

 آینده ذخیره‌سازی بانک سلولی

توسعه تکنولوژی‌های جدید مانند کریوبیولوژی، ژنومیکس و تکنیک‌های پیشرفته‌تر انجماد می‌تواند کارایی و دسترسی به این بانک‌ها را افزایش دهد. این تکنولوژی‌ها امکان بهبود روش‌های انجماد و ذخیره‌سازی سلول‌ها را فراهم می‌کنند. توسعه تکنولوژی‌های جدید مانند کریوبیولوژی، ژنومیکس و تکنیک‌های پیشرفته‌تر انجماد می‌تواند کارایی و دسترسی به این بانک‌ها را افزایش دهد. این تکنولوژی‌ها امکان بهبود روش‌های انجماد و ذخیره‌سازی سلول‌ها را فراهم می‌کنند. با پیشرفت در فناوری‌های کلونینگ و مهندسی ژنتیک، امکان احیای گونه‌های منقرض شده یا در خطر انقراض افزایش می‌یابد. این تکنولوژی‌ها می‌توانند به بازگرداندن تنوع زیستی کمک کنند. گسترش همکاری‌های بین‌المللی و ایجاد شبکه‌های جهانی بانک‌های سلولی می‌تواند پوشش بهتری از تنوع زیستی جهانی را فراهم کند. این همکاری‌ها می‌توانند به اشتراک‌گذاری اطلاعات و منابع بین کشور‌ها و سازمان‌ها منجر شوند.

ذخیره‌سازی بانک سلولی گونه‌های جانوری یک گام اساسی و ضروری برای حفظ تنوع زیستی و تأمین منابع ژنتیکی برای آینده است. این بانک‌ها به عنوان منابعی ارزشمند برای تحقیقات علمی و پزشکی، حفاظت از گونه‌ها و درک بهتر از فرایند‌های زیستی و تکاملی عمل می‌کنند. با پیشرفت تکنولوژی و گسترش همکاری‌های بین‌المللی، آینده این حوزه روشن و پر از پتانسیل برای کمک به حفظ و مطالعه تنوع زیستی کره زمین است.

مصطفی اشرف زاده در همین راستا درباره نقش بانک‌های ژن ها در حفظ گونه‌های گیاهی و جانوری در معرض خطر اینگونه گفت: مهم ترین بانک‌های ژن از منظر حفاظت، بانک‌های حاوی گامت‌ها و جنین هستند، چرا که این نوع منابع ژنتیکی کوتاهترین مسیر برای احیاء از طریق افزایش جمعیت گونه‌های در معرض خطر در شرایط برون‌زیستگاهی هستند. ذخیره سازی گامت‌ها (اسپرماتوزوا و تخمک) و بافت غدد جنسی (بافت تخمدان یا بیضه) گونه‌های در خطر انقراض، یکی از رویکرد‌های جدید برای حفظ ژرم پلاسم ارزشمند جمعیت این گونه‌ها حتی پس از مرگ افراد است. حفظ گامت‌ها از طریق اعمال تیمار سرماداری و نگه داری در برودت ازت مایع، با هدف استفاده آتی در تکنیک‌های کمک باروری (Assisted reproduction) شامل تلقیح مصنوعی (Artificial insemination)، لقاح آزمایشگاهی (In vitro fertilization یا IVF) و کاشت جنین در برنامه تکثیر در اسارت صورت می‌پذیرد. فن‌آوری‌های نوین تولیدمثلی مانند انجماد گامت (اسپرم و تخمک)، لقاح مصنوعی، لقاح آزمایشگاهی، تزریق داخل سیتوپلاسمی اسپرم (ICSI) و کاشت جنین نقش مهمی را در مدیریت ژنتیکی برون - زیستگاهی جمعیت‌های کوچک در خطر انقراض حیات وحش ایفا می‌کنند. در چنین مواردی، بازیابی و انجماد، حفظ گامت‌های ارزشمند از حیوانات پس از مرگ، در حفاظت از حیات وحش و مطالعات آتی بسیار حائز اهمیت است.

اشرف زاده تصریح کرد: بانک ژن میزبان رده‌های سلولی گونههای در معرض خطر، دومین و مهمترین نوع از زیست بانک‌های منابع ژنتیکی حیات وحش بعد از بانک‌های حاوی گامت‌ها و سلول‌های جنسی هستند. رده‌های سلولی کاربرد‌های حفاظتی متعددی را در احیای منابع زیستی حیات وحش ایفا میکنند. کشت سلول‌های سوماتیکی (غیرجنسی) به ویژه در سال‌های اخیر به دلیل مزایا و اهمیت آن در احیای گونه‌های در معرض خطر انقراض بسیار مورد توجه قرار گرفته است. کشت سلول‌های سوماتیکی به دلیل امکان واکشت و توسعه ماده زیستی، منبع مکفی برای انواع مطالعات زیست شناسی، ژنتیکی، توکسیکولوژی (سم شناسی) و اپیدمیولوژی (همه‌گیرشناسی) در سطح DNA، RNA، پروتئین و انواع دیگر متابولیت‌ها را پدید می‌آورد.

او در ادامه بیان کرد: همچنین در کشت سلولی بواسطه دسترسی به سلول‌های فعال، امکان دسترسی به کروموزم‌ها و کاریوتایپ و در نتیجه انجام مطالعات سیتوژنتیکی نیز وجود دارد. از سوی دیگر، کشت‌های سلولی امکان استخراج DNA با کیفیت بسیار بالا که ماده مورد نیاز به منظور تهیه کتابخانه‌های توالی یابی در پروژه‌های تعیین توالی ژنوم است را فراهم می‌سازند. اما دو کاربرد مهم دیگر کشت سلول سوماتیکی در زمینه احیاء گونه‌های در معرض خطر (1) امکان شبیه سازی (Cloning) از طریق انتقال هسته سلول سوماتیکی به تخمک و تولید جنین با استفاده از استراتژی SCNT (Somatic cell nuclear transfer) و (2) امکان تهیه سلول جنسی (Gamete) از سلولهای سوماتیکی است. مورد دوم انقلابی را در زمینه پزشکی ترمیمی (Regenerative medicine) پدید آورده و مبتنی بر امکان تهیه سلول‌های بنیادی پرتوان القا شده (iPS) (Induced Pluripotent Stem cells) از سلول‌های غیرجنسی و سپس تمایز آنها به گامت‌ها است.

اشرف زاده گفت: اما سومین نوع از بانک‌های ژن، میزبان DNA و یا بافت‌های مرده حفظ شده جهت استخراج DNA حیات وحش هستند. از جمله کاربرد‌های حفاظتی این نوع از بانک‌های ژن میتوان به استفاده در ارزیابی تنوع ژنتیکی، تبارشناسی و ژنتیک جمعیت به منظور راهبرد اقدامات حفاظتی همچون نقل و انتقال، تقویت ژنتیکی جمعیت‌ها و معرفی مجدد گونه اشاره داشت. شاخه ژنتیک حفاظت به استفاده از داده‌های ژنتیکی در جهت حفاظت از تنوع زیستی در سطح ژن می‌پردازد. در این شاخه به منظور ارزیابی برازش ژنتیکی یک جمعیت، به براورد پارامتر‌های ژنتیکی مهم به منظور ارزیابی تنوع، فرسایش و آسیب پذیری ژنتیکی اقدام میشود. رانش ژنتیکی، مهاجرت، انتخاب طبیعی و جهش فرایند‌های تکاملی اولیه شکل دهنده تنوع ژنتیکی هستند.

او در ادامه بیان کرد: این فرایند‌ها ویژگی‌های جمعیتی شامل تنوع ژنتیکی، تمایز ژنتیکی، اندازه جمعیت موثر و جریان ژنی را مشخص میکنند. بانک‌های ژن حاوی بافت و DNA حیات وحش بواسطه دسترسی به منابع مورد نیاز برای انجام این گونه مطالعات حائز اهمیت هستند. همچنین، از اطلاعات ژنتیکی کسب شده از این منابع ژنتیکی میتوان برای شناسایی بیماری‌های ژنتیکی و شناسایی نمونههای مشکوک کسب شده از متخلفین حیات وحش اقدام نمود.

چه کشور‌هایی صاحب این فناوری هستند؟ 

اشرف زاده تصریح کرد: اغلب کشور‌های توسعه یافته و در حال توسعه (از جمله کشور‌های عضو اتحادیه اروپا، ایالات متحده آمریکا، انگلستان، استرالیا، ژاپن، روسیه، چین، هند و ایران) استراتژی بانکداری ژن در شرایط In vitro را توسعه داده اند. برای نمونه، حدود 1800 بانک ژن گیاهی در سراسر جهان وجود دارد، که بیش از 600 مورد آن در اروپا راه اندازی شده است. Frozen zoo بخشی از تاسیسات زیرمجموعه باغ وحش سن دیگو و بزرگترین بانک ژن منابع ژنتیکی حیات وحش در دنیا مخزنی از بیش از ده هزار رده سلولی، اسپرم، تخمک و جنین از حدود هزار گونه جانوری است. در این مرکز رده‌هایی از جاندارانی وجود دارد که منقرض شده‌اند. مرکز NIES زیر مجموعه آژانس حفاظت محیط زیست ژاپن نیز میزبان ردههای سلولی حیات وحش حتی از برخی گونههای منقرض شده است. بانک ملی منابع ژنتیکی حیات وحش هند نیز زیست بانکی حاوی رده‌های سلولی از حیات وحش هند، همچنین برخی سلول‌های جنسی است.

خبرنگار: عطیه رضایی