التكنولوجيا الحيوية وتطبيقاتها في المجال الحيواني

التكنولوجيا الحيوية من أحدث العلوم التطبيقية التي أحدثت ثورة في التغلب علي العديد من مشاكل البشرية المزمنة أبرزها مشكلة نقص الغذاء.
تلك المشكلة التي تتفاقم بتسارع شديد نتيجة للزيادة الكبيرة في عدد سكان العالم والذي تضاعف خلال القرن العشرين وحده بنحو خمس مرات ولأهمية هذا العلم والأفاق الرحبة التي يتيحها في مواجهة مختلف المشاكل الزراعية والغذائية أتقن العلماء المصريون أسراره وبرعوا فيها ونحن نلتقي اليوم بواحد منهم لنتعرف سويا علي مجالات التكنولوجيا الحيوية وتطبيقاتها في مجال الانتاج الحيواني والتي يوضحها لنا الدكتور سويفي عبدالرحيم سويفي استاذ ورئيس قسم التكنولوجيا الحيوية بمعهد بحوث الانتاج الحيواني وكان هذا الحوار.
حديث نسبيا
- التكنولوجيا الحيوية هو مصطلح حديث نسبيا يصف مجموعة من المعارف الحديثة والتطبيقات والتقنيات الحديثة التي ادت الي التقدم في العديد من المجالات، ولاسيما الرعاية الصحية والزراعة وقد تم تعريف التقنية الحيوية الحيوانية بأنها "مجموعة من التقنيات التي من خلالها يتم تعديل الكائنات الحية لصالح البشر والحيوانات الأخري".
- تحسين السلالات.؟
هناك طريقان لتحسين السلالات الحيوانية الأول عن طريق التحسين الوراثي بالطرق التقليدية مثل الانتخاب في الحيوانات علي أساس القيمة التربوية وخاصة علي أساس الكفاءة التناسلية فمن من المعروف ان وراثة الصفات التناسلية منخفضة حيث وراثة حالة الجسم في ابقار اللبن هي اعلي بكثير من وراثة الصفات التناسلية ولكن معامل الاختلاف في سمات الخصوبة كبيرة نسبيا. ولذلك فان الانتخاب الوراثي لتحسين الخصوبة أمر ممكن. ولذلك كانت خطط التربية السابقة التي لم تراع ادماج سمات الخصوبة في تربية قيم للثيران اعطت نتائج ايجابية. وعلي ذلك ينبغي اختيار مؤشرات الخصوبة المناسبة في برامج التربية المستقبلية حتي تؤدي الي زيادة الخصوبة.
أما الطريق الثانية لتحسين السلالات فبواسطة ايجاد التفوق الوراثي بوسائل التكنولوجيا الحيوية مثل تكنولوجيا التعديل الوراثي لتكوين افراد ذات تراكيب وراثية مطلوبة لتكوين قطعان النواة ثم يتم استخدام طرق اخري من التكنولوجيا الحيوية مثل التلقيح الاصطناعي، والحفظ بالتبريد وبرامج نقل الاجنة والاستنساخ لنشر هذه التراكيب الوراثية الممتازة باوسع نطاق ممكن.
- المحورة وراثيا
التحور أو التعديل الوراثي هي واحدة من تقنيات التكنولوجيا الحيوية التي تعتمد علي دمج مجال علم الوراثة والبيولوجيا الجزيئية والاستنساخ الحيواني. والتحور الوراثي يشمل دمج شظية الحمض النووي الأجنبية الحاملة للصفة المراد ادخالها في جينوم الكائنات الحية، بطريقة تضمن زراعتها في نفس المكان في تسلسل الحمض الاميني المستقبل. ولضمان توريث هذه الصفة (أو الصفات) يتم إتباع تقنية نقل الاجنة وزراعتها في الامهات المستقبلة لانتاج افراد حاملة للصفات أو الوظائف الجديدة وتستخدم تكنولوجيا التعديل الوراثي الآن في الابقار والخنازيز والخراف والماعز والدجاج والسمك. وتقنيات نشر النماذج المعدلة وراثيا تمثل واحدة من التكنولوجيات الحيوية الواعدة للاستعمال التجاري. ومن امثلة الحيوانات المعدلة وراثيا انتاج نعاج وابقار يحتوي لبنها علي بعض المركبات الدوائية المفيدة للانسان وانتاج بكتيريا منتجة للانسولين البشري وانتاج ثيران واسماك عالية في انتاج اللحم وغيرها.
- التلقيح الاصطناعي
يمارس التلقيح الاصطناعي علي نطاق واسع في مجال تربية حيوانات المزرعة وقد يستخدم في التلقيح الاصطناعي السائل المنوي الطازج أو المجمد بعد إذابة العبوة المجمدة مباشرة قبل الاستعمال وهناك طرق مختلفة للجمع والتخفيف والحفظ ويمكن تخزين السائل المنوي المجمد الي اجل غير مسمي، واستخدام التلقيح الاصطناعي يتيح نشر تراكيب وراثية مرغوبة من عدد قليل من الطلائق علي مجموعة كبيرة من الابقار مما كان الاثر الاكبر في برامج التحسين الوراثي لحيوانات المزرعة في العالم حيث ان التلقيح الاصطناعي يتيح انتاج حوالي 100 الف عجل من الطلوقة الواحد في حين ان عدد العجول في التلقيح الطبيعي لا يتعدي 100 عجل فقط.
- بالفعل طريقة التلقيح الاصطناعي تتيح نشر التركيب الوراثي الذي يحمله الذكر فقط في حين ان الانثي لاتورث تركيبها الوراثي الا لحوالي 4 - 5 مواليد فقط طوال حياتها الانتاجية ومن الملاحظ ان الماشية تنتج حوالي 50 بويضة خلال حياتها الانتاجية علي الرغم من ان العجلة مثلا تولد وعلي كل مبيض حوالي 75 الف خلية جنسية يمكن ان تكون بويضات وهذا العدد يقل الي حوالي 21 الف خلية عند عمر 3 سنوات ويصل هذا العدد الي حوالي 2000 خلية عند نهاية الحياة الانتاجية للماشية.
نقل الاجنة
- نقل الاجنة هو نتيجة مباشرة للتفكير في وسيلة للاستفادة من تلك الاعداد الكبيرة من البويضات في نشر التركيب الوراثي للام ولقد ادت الثورة العلمية في النصف الثاني من القرن العشرين الي تقدم كبير في اساليب التناسل بالمفهوم الجديد مما ادي الي توسيع وتبسيط طرق تربية افراد السلالات الممتازة من الماشية وتنحصر هذه الاساليب في الآتي:
أولا تقنية نقل الاجنة:
وفيها يتم استخدام الاناث ذات التركيب الوراثي الضعيف كأمهات بديلة "مستقبلة" لتربية اجنة مجمعة من اناث ممتازة وراثيا "معطية" ويطلق علي هذه الطريقة تقنية نقل الاجنة وتتلخص خطواتها كالاتي:
1ـ اجراء عملية مضاعفة التبويض بالمعاملة الهرمونية وفي توقيتات معينة للاناث المعطية لتنتج عدد اكبر من البويضات.
2ـ اجراء عملية التلقيح الطبيعي لهذه الاناث المعطية لاخصاب البويضات داخل الرحم أو تجميع البويضات لاخصابها معمليا بسائل منوي مجمع من ذكر ممتاز وراثيا.
3ـ يتم تجميع هذه الاجنة في حالة الاخصاب داخل الرحم أو الاخصاب المعملي ثم تنقل هذه الاجنة وتزرع في ارحام الامهات المستقبلة بطرق مختلفة وباتباع تقنية نقل الاجنة في قطعان ماشية اللبن يمكن للانثي الممتازة وراثيا ان تنقل تركيبها الوراثي لاكثر من 25 مولودا خلال حياتها الانتاجية بدلا من العدد البسيط الذي لايتجاوز من 4 - 5 مواليد في حالة عدم تطبيق هذه التقنية بالإضافة الي أن تقنية نقل الأجنة تتيح فرصة أكبر للتحسين الوراثي للقطعان وتكثيف خطوط تربية الماشية لإنتاج وافر من اللبن واللحم.
ثانيا تقنية تجميد الأجنة:
يمكن تجميد الأجنة المتحصل عليها بالطريقة السابقة واستخدامها لفترة طويلة ونقلها من بلد لآخر مما يجعل برامج التربية مرنة بدرجة اكبر كثيرا مما كانت عليه قبل ذلك وتعتبر هذه الطريقة من الناحية الاقتصادية افضل وسيلة لجعل السلالات الممتازة وراثيا متاحة للدول النامية التي ليست لديها القدرة المالية للحصول علي هذه السلالات بغير طريقة نقل الأجنة.
ثالثا تقسيم الأجنة:
في تقدم آخر يمكن الآن مضاعفة عدد الأجنة التي تم الحصول عليها من الأمهات الممتازة وراثيا بتقنية تقسيم الأجنة وتتم عملية تقسيم الأجنة بعد جمعها فاليوم السادس الي اليوم الثامن وبأدوات جراحية ميكروسكوبية يتم شطر الجنين الي جزئين أو أربعة علي الأكثر بطريقة لا تؤثر علي حيويتها ثم بعد ذلك تتم زراعتها مرة أخري في أرحام أمهات بديلة ليتواصل النمو الجنيني وينتج مواليد متشابهة تماما ويطلق عليها الأجنة المتطابقة.
رابعا استنساخ الأجنة:
في تطور اخر أصبح من الممكن الآن استنساخ جنين واحد الي ثمانية أو ستة عشر جنينا باستخدام تقنية نقل النواة "وهو الجزء الذي يحمل التركيب الوراثي للفرد" ويمكن تلخيص طريقة إجراء هذه التقنية في الخطوات التالية:
1ـ يقوم أحد الفنيين بفصل خلايا جنين "مكون من 8 الي 61 خلية" بواسطة أدوات جراحية ميكروسكوبية لتصبح كل خلية من الجنين خلية منفصلة ثم يتم نزع نواة كل خلية باستخدام وحدة المعالجة الميكروسكوبية للأجنة.
2ـ يتم وضع كل نواة من هذه الأنوية داخل بويضة حديثة الاخصاب منزوعة النواة بالطريقة السابقة.
3ـ بعد أن أصبحت البويضات حديثة الاخصاب محتوية علي أنوية الخلايا الجنينية يتم زرعها في أرحام الأمهات البديلة واحدة أو أثنين في كل أم تتواصل نموها لتنتج أفرادا متطابقة وراثيا وبذلك يصبح من الممكن نسخ الحيوانات الممتازة وراثيا مما يعطي أعدادا كبيرة من هذه الحيوانات تطابق وراثيا ولها قدرات عالية في الانتاج الحيواني.
خامسا الإنتاج المكثف من جنين واحد:
وهي تطوير للتقنية السابقة حيث توجد نوعية من خلايا الجنين وهي الخلايا التي تحتفظ بقدرتها علي الانقسام ولكنها لا تتمايز وتسمي خلايا الأصل وتوجد في الكتلة الداخلية لخلايا الجنين في المرحلة المبكرة من النمو الجيني فاذا أخذت هذه الخلايا ووضعت في بيئة وظروف مناسبة تسمح بتكاثرها فإنها تمدنا بمصدر لا ينضب من الأنوية التي نستخدمها في استنساخ الأجنة ومن الناحية العملية ليست هناك حدود لعدد الحيوانات التي يمكن الحصول عليها باتباع هذه التقنية وتتميز هذه التقنية بأن كل الأفراد الناتجة تكون متطابقة وراثيا أي متشابهة تماما وتحمل نفس التركيب الوراثي للجنين الذي أخذنا خلايا الأصل منه.
سادسا الاستنساخ الجسدي:
حيث أن التقنيات السابقة تعتمد علي استخدام الأجنة التي يتكون تركيبها الوراثي من التركيب الوراثي من الأب والأم تكون الأفراد الناتجة حاملة لتركيبها معا مما جعل العلماء يبحثون عن طريقة لتطوير هذه التقنيات للحصول علي أفراد تحمل نفس التركيب الوراثي لفرد واحد يحمل تركيبا وراثيا معيان نريد نشره لأفراد جديدة وقد تحقق لهم ذلك في تسعينيات القرن الماضي "استنساخ النعجة دولي" ودون الخوض في تفاصيل هذه التقنية الحديثة ولكنه يمكن تلخيصها في الخطوات الآتية:
1ـ أخذ نواة من خلية جسدية من الحيوان المراد استنساخه وقد أخذت من ضرع النعجة الأم التي استنسخ منها النعجة دولي بعد اعادة برمجتها لتعمل كخلية جنينية قادرة علي التكاثر.
2ـ يتم وضع هذه النواة داخل بويضة حديثة الاخصاب ومنزوعة النواة بنفس طريقة التقنيات السابقة وجعلها تستقبل النواة الجديدة وذلك بوضعها تحت تأثير نبضات كهربائية بسيطة لإحداث تغيرات كيميائية تؤدي لبداية الانقسام.
3ـ يتم زرع هذه البويضة الحاملة لنواة جديدة برحم أم جديدة لاستكمال الحمل و عند الولادة يكون المولود نسخة طبق الأصل من الحيوان الذي أخذنا منه الخلية الجسدية ويتضح مما سبق ان التقدم العلمي في مجال استخدام التكنولوجيا الحيوية في التناسل يخطو خطوات واسعة يوما بعد يوم بهدف الوصول الي أقصر وقت الي زيادة الحيوانات الممتازة وراثيا لضمان الحصول منها علي أقصي انتاجية ممكنة بأقل أعداد من الحيوانات مقارنة بالوسائل التقليدية المستخدمة في التحسين الوراثي كالانتخاب الوراثي الذي يحتاج لعدة عقود للوصول لمثل تلك الحيوانات الممتازة وراثيا.
الوضع في مصر
- نحن في مصر كدولة نامية نعاني من زيادة سكانية مطردة ومساحة زراعية محدودة وموارد مائية قليلة الاجدر بنا أن نتبع الوسائل التي تتيح الاستخدام الأمثل لمواردنا المحدودة ولا شك أن اتباع تلك التقنيات الحيوية أو بعضها يزيد من المنتجات الحيوانية وبأعداد أقل من الحيوانات.
وهذه التقنيات الحيوية وإن كانت مكلفة وتحتاج لأفراد علي درجة عالية من التدريب لإجرائها إلا أن مردودها الاقتصادي علي الأمد المتوسط والبعيد يعوض هذه التكلفة وخاصة أن لدينا العقول والخبرات القادرة علي العطاء ويزيد من فرص انتشار هذه التقنيات الحديثة الزيادة المطردة لمساهمة القطاع الخاص في مجال الانتاج الحيواني وانتشار المزارع التجارية ذات الأعداد الكبيرة من الحيوانات سواء في مجال انتاج اللبن واللحم ونحن نأمل أن يتم تطبيق مثل تلك التقنيات الحديثة وبالتعاون الفعال والمثمر بين رأس المال والبحث العلمي فقد سبقتنا لذلك الكثير من الدول التي كانت تماثلنا في المستوي الاقتصادي وأصبحت الآن في مستوي أكثر تقدما ونأمل ان شاء الله أن نلحق بها لأن مصر تستحق منا أكثر من ذلك.