يعد الحصان من بين أكثر الرياضيين تميزًا في العالم؛ فهو رياضي يتمتع بقدرات فريدة حيث يمكنه أثناء العدو استهلاك ضعف كمية الأكسجين لكل كيلوجرام مقارنةً بأكثر البشر لياقةً. يعمل هذا الأكسجين على تعزيز إنتاج الطاقة داخل خلاياها، مما يساعدها على توليد كميات هائلة من أدينوسين ثلاثي الفوسفات (ATP)، وهو المركب الكيميائي الأساسي الذي يغذي عضلاتها القوية. لكن إنتاج هذا الكم الهائل من الطاقة يأتي بثمن؛ إذ يؤدي إلى تكوين جزيئات ضارة تُعرف باسم أنواع الأكسجين التفاعلية (ROS)، والتي قد تسبب أضرارًا كبيرة للخلايا.
كيف تكيفت الخيول مع هذا التحدي البيولوجي؟
لطالما أثارت قدرة الخيول الفائقة على التحمل فضول العلماء. ووفقًا لدراسة جديدة نُشرت في مجلة Science، فقد اكتشف الباحثون طفرة جينية أساسية تُمكِّن الخيول من إنتاج كميات كبيرة من ATP دون الإضرار بخلاياها. هذه الطفرة ساعدت الخيول في التطور من مخلوقات بحجم الكلاب قبل ملايين السنين إلى الرياضيين ذوي القدرة العالية على التحمل الذين نعرفهم اليوم.
يصف خوسيه كالبِت، الخبير في استجابات الخلايا للتمارين الرياضية بجامعة “لاس بالماس دي غران كناريا”، هذه الدراسة بأنها استثنائية بسبب تركيزها على التفاصيل الجزيئية العميقة.
الطفرة الجينية التي عززت قدرة الخيول على التحمل:
توجد هذه الطفرة في الجين المسؤول عن إنتاج بروتين KEAP1، الذي يعمل كمُنظِّم بيولوجي، حيث يرتبط ببروتين آخر يُعرف بـ NRF2 لمنعه من دخول نواة الخلية. في العادة، يقوم NRF2 بتنشيط الجينات المسؤولة عن الاستجابة للإجهاد، مما يساعد في تقليل الضرر الخلوي.
لكن عندما ترتفع مستويات ROS داخل الخلايا، فإنها تتسبب في تحرير NRF2، مما يسمح له بالدخول إلى نواة الخلية وتحفيز استجابة وقائية.
لم يكن إيليا دوه، طبيب العيون والباحث في جامعة جونز هوبكنز، يعتزم في البداية دراسة الخيول. فقد كان مهتمًا بنظام KEAP1-NRF2 لدوره في مكافحة الالتهابات والأمراض المرتبطة بالشيخوخة مثل أمراض الشبكية، متلازمة القولون العصبي، والأمراض العصبية التنكسية.
اكتشاف مذهل طفرة نادرة تعزز تحمل الخيول:
من أجل فهم تطور هذه البروتينات في الحيوانات المختلفة، تعاون دوه مع عالم الأحياء التطوري جياني كاستيليون من جامعة فاندربيلت، حيث فحصوا مئات الجينومات الفقارية بحثًا عن طفرات مميزة في جين KEAP1.
أظهرت تحليلاتهم أن الطيور فقدت هذا الجين تقريبًا بالكامل، ربما كتكيف مع متطلبات الطيران الشديدة. وعند تحليل جينومات الخيول، لاحظ الباحثون أن تسلسل الحمض النووي الخاص بجين KEAP1 بدا أقصر من المعتاد، مما دفعهم للاعتقاد بأنه غير وظيفي. ولكن عند زراعة خلايا خيول في المختبر، اكتشفوا أن البروتين كان موجودًا ويعمل بشكل طبيعي.
في البداية، اعتقد كاستيليون أنه ارتكب خطأً، لكن بعد مزيد من التدقيق، اكتشف أن خوارزمية تحليل الجينوم قد أخطأت في تفسير الطفرة.
كيف تعمل هذه الطفرة؟
عادةً، تحتوي بعض أجزاء الحمض النووي على شفرة إيقاف (stop codon)، والتي تُشير إلى توقف ترجمة الحمض النووي إلى بروتين. في حالة الخيول، حوّلت الطفرة هذه الشفرة من CGA (أرجينين) إلى UGA .
ولكن بدلاً من إنهاء عملية الترجمة كما هو معتاد، يقوم النظام الجيني للخيول بإعادة ترميز هذه الإشارة، مما يسمح باستبدالها بحمض أميني آخر، السيستئين. تُعرف هذه الظاهرة باسم تجاوز كود التوقف (Stop Codon Read-Through)، وهي شائعة بين الفيروسات لكنها نادرة في الكائنات متعددة الخلايا.
لماذا يعد هذا الاكتشاف مهمًا؟
يعتبر اختيار السيستئين أمرًا بالغ الأهمية، حيث يحتوي على ذرات كبريت تساعد KEAP1 على استشعار الإجهاد الخلوي. عندما تتفاعل ROS مع هذه الذرات، فإنها تحفز KEAP1 على إطلاق NRF2، مما يسمح بتفعيل استجابة سريعة للإجهاد الناتج عن التمارين المكثفة.
يقول كاستيليون: “إضافة موقع آخر يحتوي على السيستئين يعني زيادة الحساسية للإجهاد، مما يُعزز استجابة الخلايا للتمارين الرياضية الشديدة”.
كيف ساعدت هذه الطفرة في تطور الخيول؟
وفقًا للدراسة، فإن هذه الطفرة الجينية كانت مفتاحًا رئيسيًا في تطور الخيول، حيث مكّنتها من تطوير قدراتها الحركية العالية. يوضح دوه أن هذه الطفرة سمحت للخيول بالانتشار في بيئات مختلفة وتحقيق نجاح تطوري هائل.
آفاق جديدة في الطب والعلاج
بالإضافة إلى كشف أسرار تطور الخيول، يمكن أن يفتح هذا الاكتشاف آفاقًا جديدة في تطوير أدوية تعالج الأمراض المرتبطة بالالتهابات والأكسدة، مثل الأمراض العصبية وأمراض الجهاز الهضمي.
يقول كاستيليون: “من خلال دراسة ما نجحت الطبيعة في تطويره، يمكننا استلهام استراتيجيات جديدة لعلاج العديد من الأمراض”.
الخلاصة:
يكشف هذا البحث كيف أن طفرة جينية فريدة ساعدت الخيول على أن تصبح من بين أكثر الكائنات قدرة على التحمل. كما يفتح المجال أمام استخدام هذه المعرفة لتطوير علاجات طبية جديدة قائمة على آليات التكيف الطبيعية التي طورتها الكائنات الحية عبر ملايين السنين.
المصدر:
https://www.science.org/content/article/genetic-surprise-gives-horses-exceptional-endurance
“الخيول لا تكذب” لمؤلفه مارك رشيد
كيف تؤثر التعريفات الجمركية الأمريكية على تجارة الخيول الأصيلة؟ وما علاقتها بأسواق الخيل العربية؟