هذه “حديقة حيوان البراز” هي حصاد الخلايا الحية من روث الحيوانات

تتمنى البروفيسور سوزانا ويليامز أن لا تضطر إلى قضاء أيامها في تحليل عينات أنبوب. إنها وظيفة قذرة. لكن على شخص ما القيام بذلك.

تتضاءل التنوع البيولوجي بسرعة ، مع انخفاض عدد سكان الحياة البرية بمعدل 73 ٪ بين عامي 1970 و 2020. بالنسبة لويليامز ، وفريقها الصغير في جامعة أكسفورد في المملكة المتحدة ، يحتوي البراز على الإجابات التي يمكن أن تساعد أخصائيي الحفظ على مراقبة الحياة البرية بشكل أفضل ، وربما حتى استعادة السكان المتتابلين.

يقول وليامز ، أستاذ الخصوبة والصحة الإنجابية ، عندما تتغوط الحيوانات ، فإنها تتخلص من الخلايا الحية من أمعائها ، ويمكن العثور عليها في الخارج من الروث.

تحتوي الخلايا الحية على الحمض النووي والوراثيا ، والتي يمكن أن تساعد الباحثين على فهم تنوع الأنواع ويمكن أن يبلغ برامج التكاثر أو جهود الحفظ.

عادةً ما تحتاج الحيوانات البرية إلى القبض عليها وتخديرها لأخذ عينة من الأنسجة ، مثل خزعة الجلد الصغيرة ، التي تستغرق وقتًا طويلاً ، وكذلك مرهقة للحيوان ، كما يقول وليامز. بالإضافة إلى ذلك ، تمنع العديد من القوانين أخذ عينات لأغراض البحث: في المملكة المتحدة وأوروبا ، يتم تنظيم عينات الأنسجة بشكل كبير ، ما لم تكن تفيد بشكل مباشر صحة الحيوان الفردي ، مما يجعل جمع كميات كبيرة من البيانات عن التنوع الوراثي صعبًا.

لهذا السبب بدأت ما يسمى “حديقة حيوان بوو” ، التي أنشئت في أكتوبر 2024 بتمويل من الحفظ غير الربحي Revive and Restore. يقول وليامز إن المشروع يعتمد على الأبحاث السابقة التي أجراها العلماء في اليابان ، والتي عزلت الخلايا الحية في براز الماوس ، على الرغم من أن الخلايا كانت منخفضة الجودة وتلوث بالبكتيريا البرازية.

من خلال تحسين وتحسين طرق عزل الخلايا ، يأمل ويليامز في تحسين جودة الخلية وتزويد أخصائيي الحفاظ على الحفاظ على طريقة غير غازية لجمع عينات الخلايا الحية-والتي يمكن أن تساهم على المدى الطويل في مجال النقل الحيوي ، ومستودعات المواد الوراثية ، والتي يمكن استخدامها لجهود التلقيح الاصطناعي للأنواع المائية والمهددة للخطر

يقول ويليامز: “ليس الأمر كذلك أن يصنع عينة أفضل (من الأنسجة) ، وهذا بالتأكيد ليس هو الحال. لكن لا يمكنني المشي إلى نمر ثلجي في البرية”. “إذا اكتشفت مكان وجودهم ، فيمكنك وضع فخ الكاميرا والذهاب لجمع العينات ، في حين أنه لا توجد طريقة لتتمكن من جمع عينة من تلك الحيوانات بخلاف ذلك.”

“محيط البراز”

بدءًا من أنبوب الماوس ، الذي كان يمكن الوصول إليه بسهولة في مختبر الجامعة ، جرب الفريق طرقًا مختلفة لتخفيف وتوصيل SCAT للحصول على الخلايا “نظيفة قدر الإمكان” في أسرع وقت ممكن ، للحفاظ على النضارة.

بعد تحسين تقنية الفئران ، وضعت حديقة حيوانات باو أنظارها على هدف أكبر: روث الفيل. في حين أن وليامز كان حريصًا على العمل على نوع غالبًا ما يكون أساسيًا لجهود الحفظ ، فإن حجمه يوفر بعض المشكلات الكبيرة.

“مع Mouse Poo ، لديك القليل من الكريات الجافة. مع فيل ، لديك بلعة هائلة تمسكها بشكل أساسي بيدي. إنها ضخمة. كيف تعمل مع ذلك ، وتحولها إلى بعض الخلايا في أنبوب دون أن تصبح محيطًا من البراز والسائل؟” يشرح ويليامز.

واجه الباحث الدكتور ريانون بولتون هذا التحدي ، بالشراكة مع حديقة حيوان تشيستر ، التي وفرت إمكانية الوصول إلى براز الفيل الطازج.

يقول بولتون ، الذي يمكن أن يساعد أصحاب الحيوان في مراقبة الحمل أو الخصوبة على الحيوانات: “في حديقة الحيوان ، يقومون بالكثير من العمل على تحليل البراز ، هو أن النظر إلى الميكروبيوم (الكائنات الحية الدقيقة) أو الهرمونات داخل البراز”.

يقول بولتون ، الذي يتراوح من غسل البلعة بأكملها إلى أخذ ركاب خارجية صغيرة: “إن تحسين هذه التقنية-التي يتم الاحتفاظ بتفاصيلها بإحكام تحت اللف حتى يتم نشرها في ورقة راجعها النظراء-كان” تجربة وخطأ للغاية “.

وتضيف: “في البداية ، كان لا يزال هناك الكثير من الحطام ، والآن نحصل على أقل بكثير في عيناتنا”.

هناك طرق أخرى غير غازية لجمع العينات ، مثل مصائد الشعر ، والتي تستخدم الفيرومونات لجذب الحيوانات البرية والغراء لجمع عينات الشعر. سبق أن استخدم الباحثون هذه الطريقة لدراسة مجموعات الثدييات ، على الرغم من أن بولتون يقول إن عينات الشعر قد توفر خلايا أقل معرضة للظروف البيئية ، في حين توفر البراز مصدرًا موثوقًا وفيرًا للخلايا.

وتضيف: “إن البروتوكولات الفريدة التي طورناها واضحة وفعالة من حيث التكلفة ، وبالتالي يمكن طرحها بسهولة بشكل جماعي”.

تقول وليامز إن الفريق قد نجح الآن في عزل خلايا الفيل الحية عدة مرات ، مما يدل على موثوقية تقنيتهم. غالبًا ما يتعقب أخصائيو الحفاظ على الحيوانات عن طريق آثار أقدام وفراء وبراز ، مما قد يوفر فرصة للجمع في البرية.

يقول وليامز: “القيد الوحيد ، على ما أعتقد ، سيكون نضارة العينة”. نظرًا لأن كل الروث الذي عملوا معهم يأتي من البيئة الخاضعة للرقابة في حديقة الحيوان ، فإنها تتكهن بأن الظروف الجوية قد تؤثر على جفاف الروث ، وبالتالي العينة. وتضيف: “إذا كانت في الشمس ، فقد لا تكون الأفضل ، لذلك قد ترغب في التأكد من أنها في الظل”.

البراز إلى ذرية؟

التحليل الجيني هو مجرد واحد من الاستخدامات الممكنة لبحث Poo Zoo: هناك أيضًا إمكانية لاستخراج الخلايا من البراز التي يمكن استخدامها لإنشاء أجنة للتلقيح الاصطناعي.

في عام 2006 ، اكتشف العالم الياباني Shinya Yamanaka أنه يمكن إعادة برمجة بعض الخلايا في أنواع الخلايا الأخرى ، مثل خلايا الحيوانات المنوية والبيض ، والتي فاز بجائزة نوبل لعام 2012 في علم وظائف الأعضاء أو الطب. استخدم العلماء هذه الخلايا المعاد برمجة ، والمعروفة باسم الخلايا الجذعية القادمة المستحثة أو IPSCs ، لإنشاء جراء الفئران الصحية بنجاح ، ويستكشفون الآن الأنواع الأخرى.

ومع ذلك ، هناك العديد من العقبات التي يجب التغلب عليها قبل أن تكون الخلايا المعزولة من أنبوب يمكن أن تكون مفيدة في المصرفية الحيوية ، كما يقول وليامز: “كان التحدي الأكبر هو ، الذي كان دائمًا وسيظل دائمًا ، هو التأكد من أن العينات نظيفة. جمع الخلايا من مثل هذه البيئة قذرة بشكل لا يصدق وبكتيريا البكتيريا.”

يقول الدكتور توماس هيلدبراندت ، أستاذ إدارة التكاثر في معهد لايبنيز لأبحاث حديقة الحيوان وأبحاث الحياة البرية في ألمانيا ، وهي واحدة من أكبر المرافق الحيوية في أوروبا. لا يرتبط Hildebrandt بحديقة حيوان Poo ، ولكنه عمل مع Williams في المشاريع السابقة ، بما في ذلك واحد على خصوبة وحيد القرن.

يقول هيلدبراندت: “أعتقد أن هذا النوع من التكنولوجيا سيوفر لك معلومات مهمة فيما يتعلق بالنمط الوراثي لهذا الحيوان ، وربما حتى الحالة الصحية”. ومع ذلك ، فهو متشكك في أن جودة الخلية ستكون نظيفة بما فيه الكفاية بالنسبة لـ IPSC والقلق من أن التلوث البرازي قد يغير “الملف اللاجيني” – عندما تغير العوامل البيئية كيفية عمل الجينات. عند إنشاء الأجنة ، يضيف: “يجب أن نبدأ بأفضل الخلايا”.

حاليا ، يتم جمع معظم ودائع البيع الحيوي من الحيوانات الأسيرة ، كما يقول هيلدبراندت. الأطباء البيطريين يأخذون عينات الدم بانتظام عندما تكون الحيوانات على ما يرام ، والتي يمكن استخدامها في مجال النقل الحيوي. على الرغم من أن الدم “أكثر تحديا” لاستخراج الخلايا من خزعة الجلد ، إلا أنه بسيط مقارنة بالبراز ، مضيفًا أن الأعمال الورقية القانونية لاستخدام هذه العينات غالباً ما تكون عائقًا أكثر من عملية الاستخراج نفسها.

في حين أن التجميع من الحيوانات البرية يمكن أن يضيف إلى تنوع مجموعة البيع الحيوي ، يقول Hildebrandt إن هناك الكثير من المجهولين ، بما في ذلك الأمراض ، التي يمكن أن تجعل العينات غير مناسبة.

على الرغم من شكوكه ، يأمل Hildebrandt أن ينتج عن المشروع نتائج. يقول: “أعتقد أن العلم يمكن أن يوفر حلولًا جديدة ، وأحيانًا لا يكون الحل واضحًا للغاية”.

تنوع الروث

على الرغم من أن استخدام هذه الخلايا في التصنيف الحيوي لا يزال بعيدًا ، إلا أن بولتون وويليامز يعتقدان أن حديقة حيوانات Poo يمكن أن توفر حلاً منخفض التكلفة لجمع البيانات الوراثية في كل من حدائق الحيوان والبرية ، ويستكشفون الآن المزيد من الأنواع لتحسين منهجيتها.

يقول بولتون: “إننا نفقد التنوع البيولوجي بمعدل مثير للقلق ومرعبة للغاية ، ولن تنجو الأنواع إلا إذا كانت متنوعة وراثيا”. “إن وجود خيار غير جراحي يمكن أن يوسع هذا النطاق. يمكن أن يضمن جمع المزيد من الخلايا ، ويتم حفظ المزيد من التنوع”.

يشار أحيانًا إلى الخسارة السريعة الحالية للحياة البرية والنظم الإيكولوجية باسم “الانقراض الجماعي السادس”. عندما تصبح مجموعات الحيوانات أصغر ومعزولة عن المجموعات الأخرى ، من المرجح أن تحدث زواج الأقارب. هذا يقلل من التنوع الوراثي ، مما يجعل الحيوانات أقل مرونة في التهديدات مثل المرض وتغير المناخ ، ويزيد من احتمال ظهور السمات السلبية.

أظهر تحليل تلوي حديث أن التنوع الوراثي في ​​انخفاض عبر مئات الأنواع ، مما يؤثر على ثلثي الحياة البرية التي تم تحليلها. وجدت دراسة أخرى ، والتي استخدمت التحليل الإحصائي بدلاً من عينات الحمض النووي ، أن 58 ٪ من الأنواع في تجمع الأبحاث الخاص بها لم يكن لديها مجموعات كبيرة بما يكفي للحفاظ على التنوع الوراثي.

يقول وليامز: “المزيد من التنوع الجيني يجعل سكان الحيوانات أكثر قوة ، فهي قادرة على مقاومة الأمراض بشكل أفضل”.

يرى وليامز تطبيقات التكنولوجيا في جميع الأنواع ، حيث تحدث الانقراض بشكل متكرر.

يقول ويليامز: “أود ألا أضطر أبدًا إلى القيام بأي من هذا العمل ، ولكي يكون العالم مكانًا جميلًا ، حيث لا تتعرض الحيوانات للخطر والناس لا يطاردونها”. “إذا كان هذا خيارًا مقابل القيام بذلك ، فسأتوقف عند هذا الحد. لكن هذا ليس كذلك ؛ لذلك نحن نقوم بهذا النوع من العمل الذي أعتقد أنه مهم للغاية.”

لمزيد من الأخبار والنشرات الإخبارية CNN قم بإنشاء حساب في CNN.com