تطور وتكاثر فأر المختبر

تُعد الفئران كائنات نموذجية ذات قيمة عالية للغاية، حيث تساهم باستمرار في تحسين فهمنا للتطور البشري والأمراض. وتتميز الفئران، من بين الثدييات، بخصوبة عالية وتطور سريع، مما يعني إمكانية توسيع المستعمرات بسرعة.

ونظراً لأن التطور داخل الرحم يتطلب بعض البنى الجنينية المتخصصة، فإن دراسة التخلق الجنيني في نموذج من الثدييات تكون أكثر صلة بالبشر. سنناقش في هذا الفيديو مراحل التكاثر والتطور لدى الفئران، وكيفية تربيتها، وطرق تطبيق المعارف المتعلقة بتكاثر وتطور الفئران في المختبر.

لنناقش أولاً وبإيجاز عملية التكاثر لدى الفئران. تماماً كالبشر، يكون التطور المبكر للفئران داخلياً، حيث يحدث الحمل داخل القرون الرحمية للأم، والتي تُسمى "الأنثى الأم" (dam). ومع ذلك، وعلى عكس معظمنا، تحمل الفئران العديد من الأجنة في وقت واحد، مما ينتج عنه متوسط حجم بطن يتراوح بين 10 - 12 جرواً في فترة حمل واحدة.

قبل مناقشة تطور هذه الجراء بمزيد من التفصيل، دعونا نراجع المصطلحات المستخدمة لتحديد مراحل النمو. يبدأ نظام التحديد الأكثر شيوعاً من اليوم الجنيني صفر، أو E0، في يوم الجماع الناجح. بعد ذلك، يتم تحديد كل مرحلة بعدد الأيام منذ الإخصاب وصولاً إلى يوم الولادة، حيث يبدأ الترقيم مجدداً عند اليوم ما بعد الولادة صفر، أو P0.

بما أن التوقيت التطوري قد يختلف قليلاً حتى بين أجنة من نفس البطن، يمكن أيضاً استخدام مناهج بديلة تعتمد على المورفولوجيا بدلاً من الوقت المنقضي بعد الإخصاب، مثل نظام "تيلر" لتحديد المراحل (Theiler staging).

بعد ذلك، دعونا نلقِ نظرة فاحصة على التغيرات المورفولوجية التي تحدث خلال الأسابيع القليلة الأولى من نمو الفأر.

بعد إخصاب البويضة، يبدأ الجنين حياته ببطء، حيث يكمل 4 دورات فقط من انقسام الخلايا في أيامه الثلاثة الأولى. ومع ذلك، بحلول اليوم الجنيني E4، تكون هذه الخلايا قد تضاعفت وأعادت تنظيم نفسها لتشكل كرة مجوفة ومتراصة من الخلايا تُعرف باسم "البلاستوسيت" (blastocyst). في هذه المرحلة، توجد جميع الخلايا التي ستؤدي في النهاية إلى تكوين الجنين نفسه ضمن مجموعة من الخلايا الجذعية تُعرف باسم الكتلة الخلوية الداخلية، أو ICM. أما الخلايا المتبقية، والمعروفة بخلايا الأرومة الغاذية (trophoblast cells)، فستصبح جزءاً من المشيمة التي توفر الأكسجين والتغذية للجنين.

بعد هذه النقطة، يأخذ نمو القوارض مساراً مختلفاً قليلاً؛ ففي معظم الثدييات، تشكل الخلايا التي تعطي الجنين بنية تشبه القرص. وفي المقابل، يتخذ جنين الفأر تكويناً يشبه الكأس. وتُشكل الخلايا الموجودة على الجزء الخارجي من هذا الكأس طبقة خلوية تُعرف باسم الأديم الباطن (endoderm)، والتي تؤدي في النهاية إلى تكوين الأنسجة العميقة مثل بطانة الجهاز الهضمي. ومن المثير للحيرة أن الخلايا الموجودة على السطح الداخلي للكأس تمثل الأديم الظاهر (ectoderm)، الذي يشكل الأنسجة الأكثر سطحية، مثل الشعر والجلد.

يستمر هذا المخطط المقلوب حتى اليوم الجنيني 8 تقريباً، عندما يقلب الجنين نفسه حرفياً. وبحلول هذه النقطة، تكون قد تطورت بعض البنى الأخرى التي يمكن تمييزها، بما في ذلك الجسيدات (somites)، التي تعطي الأنسجة مثل العضلات الهيكلية؛ وبراعم الأطراف، التي ستشكل الأطراف الأمامية والخلفية.

تتسارع الأمور بشكل كبير من هنا، حيث يكون تطوير أجهزة الأعضاء الرئيسية، مثل الرئتين والجهاز الهضمي، قد قطع شوطاً كبيراً بحلول اليوم الجنيني 12. ومن المثير للاهتمام أن الأجنة تكون جاهزة للبقاء على قيد الحياة خارج جسم الأم بعد 19 -21 يوماً فقط من الحمل.

بعد أن أصبحت لديك فكرة عن كيفية سير عملية التطور داخل الرحم، دعنا نتحدث عما يحدث بعد ولادة الفئران. تكون الفئران حديثة الولادة، أو الجراء، صغيرة جداً، عديمة الشعر، وعمياء.

خلال الأسابيع القليلة الأولى من حياتها، يمكن للجراء الحصول على التغذية من أي أنثى مرضعة متاحة. ثم، بعد حوالي ثلاثة أسابيع من الولادة، تصبح جاهزة للفطام، مما يعني أن الوقت قد حان للانتقال من مسكن الأم إلى قفص خاص بها!

من أجل التحكم في عمليات التكاثر المستقبلية، ستحتاج إلى فصل الذكور عن الإناث في هذه المرحلة. ولتحديد الجنس، افحص المسافة بين فتحة الشرج والأعضاء التناسلية الخارجية؛ حيث تكون هذه المسافة في الإناث أقصر مما هي عليه في الذكور.

لتجهيز المسكن الجديد للجراء، قم بتغطية أرضية القفص بطبقة من الفرشة. وبما أنهم لا يزالون في طور التعود على المسكن الجديد، أضف بعض حبيبات الطعام المبللة بالماء أو طبقاً من الطعام الرطب في قاع القفص، بالإضافة إلى توفير الماء.

تصل الفئران إلى مرحلة النضج الجنسي في غضون أسابيع قليلة من الفطام، وعادة ما تكون ذروة التكاثر لديهم بين عمر 2 و 9 أشهر.

إذًا، كيف نستخدم هذه المعلومات لبدء مستعمرة تربية؟ أولاً، من المهم تذكر أن سلوك الفأر يتأثر بشكل كبير بنظامه اليوماوي؛ وبما أنها حيوانات ليلية، فإن الفئران ستتكاثر ليلاً.

تلعب الفيرومونات أيضاً دوراً كبيراً في سلوك الفئران، لذا من المفيد "تعريف" الأزواج المحتملين ببعضهم للسماح لهم بالتعارف. ولزيادة عدد الجراء المولودة خلال دورة التكاثر إلى أقصى حد، يتم دمج فأر ذكر واحد مع ما يصل إلى 4 إناث.

لتحديد توقيت تطور الأجنة بدقة، عُد في الصباح لفحص كل فأرة أنثى للتأكد من وجود سدادة مخاطية مهبلية، والتي يضعها الذكر أثناء الجماع. تخرج البويضات لدى الفئران كل 4 - 5 أيام؛ لذا إذا لم ترَ سدادة على الفور، احتفظ بالفئران معاً لإتاحة فرصة أخرى في وقت لاحق من ذلك الأسبوع. وبمجرد تحديد أن بعض الإناث حوامل، قم بإزالة الفأر الذكر من القفص، حيث يمكن أن يشكل خطراً على الجراء حديثي الولادة.

من أجل دراسة العمليات المعقدة التي تتحكم في تطور أجنة الثدييات، طور العلماء بعض التقنيات المتقدمة للغاية. دعونا نلقِ نظرة على بعض الأمثلة.

بدايةً، تُعد رسم خرائط المصير (fate mapping) منهجاً يتم فيه وسم الخلايا وتتبعها داخل الجسم (in vivo) لتحديد كيفية مساهمتها في تكوين تراكيب محددة في الأنسجة النامية والبالغة.

هنا، يتم تفعيل تعبير بروتين فلوري في مجموعة صغيرة من الخلايا لتتبع مساهمة الخلايا التي تعبر عن هذا البروتين في أنسجة الدماغ للجنين والبالغ.

ومن أجل اختبار دور جين معين في التطور، يكون من المفيد فحص نتيجة الإفراط في تعبيره. وفي تقنية تسمى التثقيب الكهربائي في الرحم (in utero electroporation)، يتم إيصال DNA إلى الجنين عن طريق الحقن المجهري، ثم يتم دفعه داخل الخلايا عن طريق تطبيق تيار كهربائي عبر النسيج. وتكون النتيجة هي تحفيز التعبير الجيني في خلايا محددة، كما يتضح من تعبير البروتين الفلوري الأحمر في الجهاز العصبي المركزي لهذا الجنين.

أما التغييرات الأكثر ديمومة في التعبير الجيني فتأتي في شكل الفئران المعطلة جينياً (knockout mice)، والتي يتم فيها إزالة جزء من الجين. ولإنتاج هذه الفئران، يتم عزل الخلايا الجذعية من الأجنة المبكرة وإخضاعها للتعديل الجينومي. ثم تُزرع الخلايا المعدلة في الكيسة الأريمية (blastocyst)، والتي تُزرع بعد ذلك في أنثى لفترة الحمل. وسيكون الجرو الناتج "خيمر" (chimera) يتكون من خلايا طبيعية وخلايا معطلة، ويمكن تزويجه لإنتاج فئران معطلة جينياً متماثلة الزيجوت (homozygous knockout mice).

لقد شاهدت للتو نظرة عامة من JoVE حول تكاثر الفئران ونموها. لقد غطينا في هذا الفيديو تكاثر الفئران، والنمو قبل الولادة وبعدها، وكيفية تربية الفئران. كما ناقشنا بعض التطبيقات المثيرة لدراسة نمو الفئران في المختبر. شكراً للمشاهدة!