شپش‌ها با ژن‌های “فلج” زندگی می‌کنن! راز 50 میلیون سال بقا

چرا شپش‌ها این‌همه با ژن‌های به ظاهر خراب زندگی می‌کنن؟

شپش‌ها کلّ عمرشون رو با یه مشت ژن سر می‌کنن که تو آدم‌ها می‌تونه نشونه‌ی یه جور بیماری خیلی بد و پیشرفته مثل پارکینسون یا آلزایمر باشه. ولی چطور شپش‌ها این وضع ژنتیکی رو تاب میارن، در حالی که تو آدم‌ها و خیلی از جونورای دیگه، این قضیه می‌تونه دردسرهای بزرگ عصبی درست کنه؟ استیون کمرون، که استاد حشره‌شناسی دانشگاه پوردو هستش، می‌گه: «هنوز خیلی راه داریم تا بتونیم این چیزا رو به هم وصل کنیم.» بیماری‌های پارکینسون و آلزایمر رو به عنوان بیماری‌های میتوکندریایی می‌شناسن که مربوط به پیریه، چون بعلت درست کار نکردن میتوکندری‌ها پیش میان، و میتوکندری‌ها هم انرژی سلول رو می‌سازن. کمرون ادامه می‌ده: «اگه جونورا تو اوایل زندگیشون مشکل عصبی پیدا کنن، دیگه نمی‌تونن تولید مثل کنن. ولی انگار شپش‌ها از همون وقتی که تخم می‌ذارن، با این وضع کنار اومدن. اینا مشخصه که خیلی خوب با این قضیه برخورد کردن و دارن حدود ۵۰ میلیون سال اینو مدیریت می‌کنن.»

اطلاعات ژنومی میتوکندریایی و پیشرفت‌ها

تو دهه‌ی گذشته، یه عالمه اطلاعات ژنومی میتوکندریایی درباره‌ی شپش‌ها و بقیه‌ی حشرات بیرون اومده. این اطلاعات به پژوهش‌ها کمک می‌کنه تا گونه‌های حشرات رو بشناسن و درست طبقه‌بندی کنن، و همینطور آفت‌کش‌هایی درست کنن که رو میتوکندری‌ها اثر بذارن. از طرفی، شپش‌ها یه مدل خوب برای بررسی تاثیر تکامل رو بیماری‌های عصبی هستن. تعداد ژنوم‌های میتوکندریایی حشرات که ژنشون بررسی شده، از سال ۲۰۱۴ تا حالا ۸۷۶ درصد زیاد شده، در حالی که تعداد گونه‌ها ۷۹۰ درصد رشد داشته.

مقاله کمرون با عنوان «ژنومیک میتوکندریایی حشرات: یه دهه‌ی پیشرفت» تو مجله‌ی سالانه‌ی حشره‌شناسی چاپ شد. خودش یه مقاله شبیه به این رو هم سال ۲۰۱۴ منتشر کرده بود. میتوکندری‌ها به موجودات کمک می‌کنن که اکسیژن و غذا رو پردازش کنن و تحت تاثیر انتخاب طبیعی قرار دارن. کمرون می‌گه: «با این وجود، یه نمونه‌های خیلی خوبی از این پژوهش‌ها داریم که واقعاً به این قضیه توجه می‌کنن.»

پیشرفت‌های فناوری توالی‌یابی (سِکانس‌بَندی)

تکنولوژی‌های توالی‌یابی که الان دارن استفاده می‌شن، سال ۲۰۱۴ تازه داشتن در میومدن. از اون موقع، این تکنولوژی‌ها بهتر شدن و هزینه‌هاشونم حسابی کم شده. کمرون اولین ژنومش رو سال ۲۰۰۲ توالی‌یابی کرد. این کار شش ماه طول کشید، هر روز تو آزمایشگاه کار می‌کرد و ۴۰۰۰ دلار خرج برداشت. اون میگه: «با این پول، الان می‌تونم صدها ژنوم رو توالی‌یابی کنم. توالی‌یابی تو مقیاس ژنتیکی این روزا، یه چیزیه که باورکردنیش سخته، اینقدر کارآمد شده.» الان، دانشجوهای دوره‌ی دکترای کمرون تو یه هفته بیشتر از اونی که خودش تو دو سال به عنوان محقق بعد از دکترا انجام داده بود، تحلیل ژنومی انجام می‌دن.

مقایسه با قانونِ مور

کمرون کلاً این نرخ افزایش هندسی رو با قانونِ مور مقایسه کرد؛ این ایده میگه که تعداد ترانزیستورها تو یه تراشه‌ی کامپیوتری تقریباً هر دو سال دو برابر میشه. مقاله‌ی مروریِ جدیدش، تکه‌تکه شدن ژنومی و تکثیر ناحیه‌ی کنترل رو به عنوان موضوعات پژوهشی مهم فعلی معرفی کرده. حشره‌شناس‌ها تکه‌تکه شدن ژنومی، یعنی خرد شدن دی‌ان‌ای به تیکه‌های کوچیک‌تر، رو به عنوان یه مدل برای بررسی وضعیت‌های بیماری عصبی می‌بینن. کمرون می‌گه: «این موضوع خیلی کم پیش میاد.»

تحقیقات درباره ژنوم‌های تکه‌تکه شده در شپش‌ها

کمرون اشاره کرد: «هر چیزی که کم پیش میاد، باعث می‌شه از خودمون بپرسیم چرا اینطوریه.» اون ادامه داد: «معمولاً، وقتی همه چی یه شکل و شمایل داره، به خاطر اینه که *تکامل* اونو تو یه چارچوب گذاشته. این محدودیته. پس چرا این محدودیت در مورد آزاد شدن ژنوم‌های *تکه‌تکه شده* تو مورد شپش‌ها وجود داره؟» یه سری شواهد نشون می‌ده که تو موارد شدید، *تکه‌تکه شدن* ممکنه به جمعیت‌های کوچیک و درون‌زا کمک کنه تا یه موجود زنده بتونه شکل‌های مضر ژنوم میتوکندریایی خودش رو پاک کنه. این قضیه ممکنه در مورد شپش‌ها که شامل جمعیت‌های کوچیک و درون‌زادی هستن، درست باشه.

کمرون داره رو *تکه‌تکه شدن* تو شپش‌ها تحقیق می‌کنه، و همینطور رو *تکثیر نواحی کنترل ژنتیکی* تو یه نوع حشره‌ی بالدار به اسم *تریپس*. *تریپس‌ها* کوچیکن و شناختنشون سخته و بعضی وقتا به آلودگی‌های بزرگی تبدیل می‌شن که گلخونه‌ها و محصولات کشاورزی رو خراب می‌کنن. *تشخیص مولکولی* می‌تونه به شناختن آفت کمک کنه، ولی تغییرات تو ژنوم میتوکندریایی این حشره، این کار رو تو *تریپس‌ها* نسبت به بقیه‌ی حشره‌ها سخت‌تر می‌کنه. اون گفت: «ما داریم سعی می‌کنیم راه‌های بهتری پیدا کنیم که بهمون اجازه بده از تعیین گونه‌ها بر اساس دی‌ان‌ای، با اطمینان بیشتری استفاده کنیم که بعدش بشه برای سرویس‌های قرنطینه استفاده کرد تا جلوی ورود آفات به آمریکا یا جاهای دیگه رو بگیریم.»

مطالعات ژنوم میتوکندریایی همینطور می‌تونه به *روش‌های کنترل آفات* کمک کنه که با تغییر متابولیسم حشرات کار می‌کنن. اون توضیح داد: «بیشتر سم‌های حشره‌کش، نوروتوکسین هستن، برای همین مستقیم با میتوکندری‌ها کاری ندارن.» شناختن حشرات هم از نظر علمی و هم اقتصادی مهمه. تقریباً تمام شناسایی‌های حشراتی که از اطلاعات مولکولی استفاده می‌کنن، با استفاده از *روش دی‌ان‌ای میتوکندریایی* انجام می‌شه. تو دهه ۹۰ و اوایل ۲۰۰۰، مگس‌های میوه‌ی آمریکای جنوبی تونسته بودن از شناسایی زود هنگام فرار کنن و وارد میوه‌های تجاری شده بودن. این قضیه ممکنه دوباره با ورود مناطق کشاورزی جدید به سیستم تولید جهانی اتفاق بیفته. کمرون اشاره کرد که *امنیت زیستی کشاورزی* می‌تونه از درک بهتر ژنومی آفات حشره‌ای به شکل پیش‌بینی‌پذیر بهره‌مند بشه.

انجام این جور کارها الان به تحقیقات مربوط به *ویروس کرونا* که بعد از شیوع سندرم حاد تنفسی (سارس) تو ۲۰ سال پیش انجام شد، شباهت داره. وقتی بیماری همه‌گیر کووید-۱۹ تو سال ۲۰۲۰ شروع شد، محقق‌های بیومدیکال تونستن سریع جواب بدن. اون همینطور به یه مجموعه‌ی تحقیقاتی نوظهور در مورد *تاثیرات محیط‌های سخت*، مثل ارتفاعات بالا و شرایط بیابونی، رو ژنوم‌های حشرات اشاره کرد. نتایج این تحقیقات می‌تونه به *روش‌های مختلفی که برای کنترل جمعیت‌هاشون طراحی شدن*، مربوط بشه. اون گفت: «خوبه اینو بدونیم که زیست‌شناسی‌شون چه چیزی رو براشون ممکن می‌کنه که به اون سمت تکامل پیدا کنن، تا بفهمیم *تکامل* چه راه‌هایی رو براشون باز می‌کنه.» اون اضافه کرد: «و با تغییرات اقلیمی، این جنبه‌ها به درک ما از این کمک می‌کنه که حشرات مفید چطور ممکنه به محیط‌های در حال تغییر، واکنش نشون بدن.»