من الفئران إلى النسانيس، العلماء يدرسون حيوانات بحثًا عن إجابات حول فيروس كورونا

مع تقرير من: آن غيبونز Ann Gibbons وبول فووزن Paul Voosen

بقلم:       جون كوهين

ترجمة:   د. عبد الرحمن سوالمة

الهامستر السوري (القداد) Syrian hamsters من الحيوانات الأليفة المحبوبة، وهي الآن تستحوذ الآن على نوع جديد من اهتمام العلماء الذين يحاولون فهم كوفيد-19 (COVID-19) ويسعون إلى هزيمته. وقبل 15 سنة وجد العلماء أن الهامستر قد تصاب بعدوى فيروس كورونا المسبب للمتلازمة التنفسية الحادة الوخيمة Severe Acute Respiratory Syndrome (اختصارًا: المتلازمة سارس SARS). وكانت الأعراض عندها خفيفة، ومن ثم لم تحصل الحيوانات على اهتمام كافٍ كنموذج حيواني للمرضAnimal model . ولكن بوجود كوفيد-19، والذي يسببه فيروس كورونا مشابه، وهو سارس-كوف-2 (SARS-CoV-2)، فإن التوقعات حول النموذج تبدو أفضل من قبل.

وعندما أصاب مؤخرًا جاسبر فوك- وو تشان Jasper Fuk-Woo Chan ، الطبيب العالم من جامعة هونغ كونغ University of Hong Kong (اختصارًا: الجامعة HKU)، هو وزملاؤه ثمانيةً من حيوانات الهامستر، خسرت الحيوانات بعضًا من وزنها، وأصيبت بالخمول، وصار فروها أشعثً، وصارت محدودبة، وتسارع تنفسها. كما وجد الفريق مستويات عالية من سارس-كوف-2 في رئات الهامستر وأمعائها، وهي الأنسجة التي تحتوي على هدف الفيروس، وهو مُستقبِل بروتيني يسمى الإنزيم المحوّل للأنجيوتنسين 2 (Angiotensin-Converting Enzyme 2) (اختصارًا: الإنزيم ACE2). وهذه النتائج “تشبه إلى حد كبير مظاهر عدوى المجرى التنفسي العلوي والسفلي في البشر”، هذا ما كتبه تشان والمؤلفون المشاركون في ورقة بحثية نشرت بتاريخ 26 مارس في الدورية العلمية Clinical Infectious Diseases. ولا يقتصر الأمر على هذا الفريق، فهناك عشرات الفرق التي تتسابق لتطوير نماذج حيوانية يمكنها المساعدة على إيجاد لقاحات وعلاجات فعالة ضد كوفيد-19، وكذلك للحصول على معرفة دقيقة حول الكيفية التي يسبب بها الفيروسُ سارس-كوف-2 االمرضَ. وغالبًا ما تواجه الفرق نقصًا بسبب سياسة البقاء في البيوت لمكافحة الجائحة، ولكنهم يتعاونون بشكل حثيث. كلّ خميس تنظم منظمة الصحة العالمية World Health Organization مؤتمرًا عبر بث الفيديو Video conference على شبكة الإنترنت لنحو 100 عالم، وجهات تنظيمية، وممولين يعملون معًا على مجموعة متنوعة من حيوانات المختبر، ومن ضمنها الفئران Mice، والنمس (أبناء مقرض) Ferrets، وعدة أنواع من النسانيسMonkeys . ويقول ويليام داولينغ William Dowloing، الرئيس المشارك للمجموعة الذي يعمل على تطوير لقاح في التحالف من أجل ابتكارات التأهب للوباء Coalition for Epidemic Preparedness Innovations،: “الكثير من”صوامع المعلومات” Silos of information [المعزولة] بدأت جدرانها بالانهيار الآن”.

وتتبادل الفرق البيانات والنصائح الحديثة، مثل فاعلية مختلف طرق العدوى والأماكن الأكثر احتمالًا لوجود الكائن الممرض فيها في الحيوانات. ويقول تشاد روي Chad Roy، من مركز أبحاث الرئيسيات الوطني التابع لجامعة تولين Tulane National Primate Research Center: “الجميع في عجلة  للوصول إلى نموذج حيواني قريب من الحالة البشرية وقابل لإعادة الإنتاج في مختلف المختبرات”.

هذا، وقد أثمرت إحدى دراسات النسانيس لتوها عن نتائج مُبشِّرة ، تشير إلى أن العدوى تنتِج على الأقل مناعة قصيرة الأمد. ولكن هناك طيفًا واسعًا من الأنواع الحيوانية التي قد تكون ذات فائدة. “تحتاج إلى النموذج الصحيح لطرح السؤال الصحيح”، هذا ما يقوله فينسينت مونستر  Vincent Munster من فرع مختبرات روكي ماونتن التابع للمعهد الوطني الأمريكي للحساسية والأمراض المعدية Rocky Mountain Laboratories branch of the U.S. National Institute of Allergy and Infectious Diseases، والذي يركز فريقُه على النسانيس. ويحذر من رفض أي نموذج حيواني فقط لأن سارس-كوف-2 ينتج أثرًا – كالموت نتيجة عدوى في الدماغ – لا يعكس المرض التقليدي في البشر؛ ويقول: “هذا سوء فهم كبير”، ويقول أيضاً: “ليست للبشر ذيول أيضًا”.

“الجميع في عجلة للوصول إلى نموذج حيواني قريب من الحالة البشرية وقابل لإعادة الإنتاج في مختلف المختبرات”

 تشاد روي، مركز أبحاث الرئيسيات الوطني التابع لجامعة تولين

إحدى الأولويات هنا هي فحص اللقاحات التجريبية عن طريق تطوير مناعة في الحيوانات ومن ثم “تحديها” بالفيروس، وهي تجارب يجب أن تجرى في مختبرات ذات أمان بيولوجي (حيوي) من المستوى الثالث Biosafety level 3 labs. كما يمكن للنماذج الحيوانية أن تحذرنا من مخاطر لقاحات وأدوية كوفيد-19؛ على سبيل المثال، بعض اللقاحات التجريبية الموجهة ضد فيروس السارس القريب من هذا الفيروس يحفز أجسامًا مضادة زادت من حدة المرض عندما جُرِبت على الحيوانات. وإضافة إلى ذلك، فإن التجارب على الحيوانات قد تفسر سبب ندرة تطوير الأطفال لأعراض لهذا الفيروس، والكيفية التي ينتقل بها عبر جسيمات الهباء الجوي Aerosolized particles ، ومعرفة ما إذا كانت هناك عوامل جينية للمضيف تجعل بعض الأفراد أكثر عرضة للمرض الشديد.

لطالما كانت الفئران الدعامة الأساسية للطب البيولوجي؛ نظرا لسهولة إكثارها والتعامل معها، ووجود نموذج فأري سيكون بمثابة نعمة لإجراء أبحاث حول كوفيد-19. ولكن الفئران لا تتأثر بعدوى سارس-كوف-2، لأن مُستقبِلات الإنزيم ACE2 الفأرية تختلف اختلافات أساسية عن الإنسان. “من الغريب كيف يمكن للفيروس أن يحدث كل هذا الدمار في البشر، ومن ثم يُعطي مليون جزيء منه إلى الفأر ولا يتأثر فيها”، هذا ما يقوله تيموثي شيهان Timothy Sheahan، والذي يطور نماذج فأرية لكوفيد-19 من جامعة شمال كارولينا University of North Carolina (اختصارًا: الجامعة UNC)، في تشابل هيل.

ويعمل تشان جنبًا إلى جنب مع اختصاصي الميكروبيولوجيا كوك-يونغ يوين Kwok-Yung Yuen من الجامعة HKU وآخرين، وقد حدد المشكلة بالضبط عن طريق إجراء مقارنة عبر الأنواع لمنطقة في الإنزيم ACE2 يرتبط بها سارس-كوف-2 أولا. وفي الفأر هناك 11 حمضًا أمينيًا Amino acids من أصل 29 في تلك المنطقة تختلف عن نظيرتها في البشر. (في الجرذان Rat 13 فرقًا، وفي الهامستر أربعة فقط).

أحد الالتفافات الممكنة حول هذه العقبة هو الهندسة الجينية لإنتاج فئران تعبر عن كل من النسخة البشرية والنسخة الفأرية لجين المُستقبِل ACE2. وقد كان هذا بالضبط ما فعله ستانلي بيرلمان Stanley Perlman من جامعة آيوا University of Iowa لدراسة فيروس السارس. مع أن فيروس كورونا المسبب للسارس يمكنه إصابة الفئران بالعدوى من خلال مُستقبِلات ACE2، إلا أنها تطور أعراضًا خفيفة فقط. أما الفئران المزودة بالنسخة البشرية منه؛ فتستلم لمرض دماغي قاتل. وساعد هذا النموذج على تقييم اللقاحات والعلاجات المحتملة للسارس، كما أظهرت الأثر الذي تحدثه مختلف الاستجابات المناعية.

ولكن الحاجة إلى حيوانات معدلة تناقصت بعد أن انتهت فاشية السارس في عام 2003، وسلمها بيرلمان إلى مختبر جاكسون Jackson Laboratory (اختصارًا: المختبر JAX)، وهو مزود كبير غير ربحي للفئران. وقد جمدت المختبرات نطاف الحيوانات، وبعد أن ظهر سارس-كوف-2، سارعت إلى إنتاج الفأر مرة أخرى. وتقول نادية روزنتال Nadia Rosenthal، المديرة العلمية من المختبر JAX: “لدينا الآن أكثر من 1000 طلب”.

كما هندس فريق صيني فئرانًا جينيّا لتمثل النسخة البشرية من بروتين المُستقبِل ACE2 لدراسة السارس، وقد أبقوا بعض الحيوانات المعدلة وراثيًا، والتي أصابوها بعدوى سارس-كوف-2. وخسرت هذه الفئران قدرًا من وزنها وبدت عليها علامات الالتهاب الرئوي، لكنها لم تظهر غير ذلك، هذا ما ذكرته كين تشوان Qin Chuan من كلية الاتحاد الطبي في بكين Peking Medical Union College وزملاؤها في  نسخة أولية نشرت على موقع بيو آركايف bioRxiv بتاريخ 28 فبراير. ويقول بيرلمان: “هذا مرض خفيف جدًا”.

وينتظر بيرلمان أن يزوده المختبر JAX بالفئران المعدلة، ولكن كبديل مؤقت، غُرس الجين البشري للمُستقبِل ACE2 في فيروس غداني Adenovirus، وهو ما سبق وأن استخدمه لإصابة الفئران بالعدوى حتى تُصَنِّع بعضُ خلايا الرئة المُستقبِل ACE2. وعندما أصيبت الفئران بسارس-كوف-2، فقدت 20% من وزنها، وهو أكثر من ضعف ما شاهده فريق كين، ولكن لم يَنْفُق أيٌّ منها.

ومن أجل إنتاج ما تدعوه روزنتال بنموذج فأري “أكثر أصالة”، يستخدم باحثون في المختبر JAX تقنية التحرير الجيني كريسبر CRISPR لتغيير تسلسل الحمض النووي للمُستقبِل ACE2 حتى يصير البروتين الناتج بروتينًا يمكن للفيروس التعرف عليه. أما شيهان وبالتعاون مع رالف باريك Ralph Baric من الجامعة UNC، فيجريان تعديلًا على الفيروس ليتلاءم مع الفأر، وذلك عن طريق تعديل بروتيناته السطحية جينيًا  لتكون قادرة على إصابة الفئران غير المعدلة جينيًا.

وهناك باحثون في الفيروس سارس-كوف-2  يتجهون نحو استخدام الجرذان. وهي ليست أكثر عرضة للإصابة بكوفيد-19 مقارنة بالفئران، ولكن حجمها الأكبر يعتبر ميزة. “غالبًا ما تحتاج إلى إجراء قطع لسحب الدم بشكل متكرر، وهذا غير ممكن في الفئران” هذا ما تقوله بريم بريمسريروت Prem Premsrirut من ميريموس Mirimus، وهي شركة تتعاون مع مجموعة أكاديمية  لهندسة نموذج جرذي عن طريق تعديل المُستقبِل ACE2 فيه. وعلى سبيل المثال، غالبًا ما تقيّم دراسات اللقاحات الكيفية التي تؤثر فيها الجرعات المختلفة على استجابة الأجسام المضادة Antibodies على مدى عدة أيام. وتذكر بريمسريروت إن: “أغلب دراسات سُمّيّة” الأدوية تبدأ أيضًا على الجرذان. “إذا كان بإمكانك دراسة الدواء مباشرة في الجرذان، فأنت متقدم بخطوة”.

كما أن حيوانات النمس هي دعامة رئيسية للأبحاث في مرض تنفسي آخر، وهو الإنفلونزا؛ وذلك لأن فيروس الإنفلونزا لا يقتصر فقط على إصابتها، بل  في جعلها تظهر أعراضًا تحاكي المرض البشري. حتى إن حيوانات النمس يمكنها أن تعطس، وتنشر الإنفلونزا في الهواء. ولكن هذه الحيوانات ربما لا تثبت فائدتها كنموذج لكوفيد-19. ويصيبها الفيروس فعلًا ويسبب ارتفاعًا في حرارة الجسم، وذلك وفقًا لما نشره يونغ كي تشوي Young Ki Choi من جامعة تشونغبوك الوطنية Chungbuk National University هو وزملاؤه  بتاريخ 6 أبريل على الموقع الإلكتروني لدورية Cell Host & Microbe. ولكن الفيروس لم يتكاثر إلى مستويات عالية ولم يطور النمس أعراضًا أخرى.

لم يجد الفريق دليلًا على أن النمس يمكنه محاكاة أحد جوانب كوفيد-19، ألا وهو الانتقال التنفسي. ونشرت الحيوانات التي أصابها الفيروس سارس-كوف-2 إلى رفاقها في القفص، وليس هذا فحسب، بل نشرته إلى اثنين من أصل ستة في أقفاص مجاورة. ومع أن الباحثين يتوقعون أن سارس-كوف-2 ينتشر بشكل أساسي عبر القُطَيْرات الكبيرة نسبيًا، والتي تسقط سريعًا على الأسطح، إلا أن هذه النتيجة تشير إلى وجود جسيمات أدق، قادرة على الانتقال في الهواء لفترات أطول وعلى مدى مسافات أبعد، وبإمكانها أيضًا أن تحمل الفيروس المعدي. ويستنتج المؤلف المشارك جاي يونغ Jae Jung من جامعة كاليفورنيا الجنوبية Southern California Univeristy: “العدوى عن طريق الهباء الجوي ليست بمثل الفاعلية العالية كالاختلاط المباشر، ولكنها ممكنة”.

الحيوانات التي يرجح أن تحمل أغلب العبء في تقييم الأدوية واللقاحات هي النسانيس. ومع أنها مكلفة ويصعب التعامل معها، إلا أن علاقتها الجينية الوثيقة بالبشر غالبًا ما تجعل النسانيس هي المحدد الرئيسي في التجارب الإكلينيكية (السريرية) للأدوية واللقاحات. ويقول روي: “سيكون هذا نموذجنا الإكلينيكي قريبًا الذي سنعتمد عليه كثيرًا”. وبدأت جهود حثيثة لإصابة أربعة أنواع مختلفة من النسانيس بفيروس سارس-كوف-2 بعد وقت قصير من عزل الفيروس من البشر. ويقول روي: “لم يبرز أي نوع محدد يجعلني أقول ‘آهٍ ، هذا هو’ “. ويختبر روي الآن نسانيس الهجرس African Greens ونسانيس المكاك الريسوسي Rhesus macaques، وينظر عن قرب إلى بيانات العدوى من المكاك طويل الذيل Cynomolgus monkey. (وينظر أيضًا في نسناس القشة Marmosets).

وفي دراسة هولندية لثمانية نسانيس المكاك طويلة الذيل جرى تطعيمها بفيروس سارس-كوف-2 ، كونت الأربعة الأكبر سنّا مستويات أعلى من الفيروس في مسوح الأنف والحلق مقارنة بالأصغر سنًا. ولم يطور أي منهم مرضًا بأعراض، ولكن تشريح الجثث وجد بعض الآثار على الرئتين في اثنين من أربعة حيوانات. “يبدو ذلك مشابهًا لما نراه في الحالات الخفيفة في البشر”، هذا ما يقوله بارت هاغمانز Bart Haagmans من المركز الطبي التابع لجامعة إيراسموس Erasmus University Medical Center، وقد نشر فريقه بياناته بتاريخ 17 مارس على الموقع الإلكتروني bioRxiv.

كما بدأت دراسات النسانيس باستكشاف إجابات الأسئلة حول الحماية المناعية. وكان اثنان من النسانيس التي تعافت بعد أن أصيبت بفيروس سارس-كوف-2 في كلية الاتحاد الطبي Peking Union Medical College  ببكين، قد قاومت الإصابة بالعدوى مجددا بعد أربعة أسابيع. وتشير هذ النتائج إلى أخبار طيبة؛ إذ إنها تشير إلى أن كلًا من العدوى الطبيعية والمناعة التي يحفزها اللقاح ستزودان على الأقل بحماية قصيرة الأمد.

ومثل النمس، تُستَخدم النسانيس للإجابة عن مسألة مختلف فيها في مقدار الخطر الذي يواجهه الأشخاص من انتقال سارس-كوف-2 بالهباء الجوي، وهو ما قد يكون مفيدًا للتمعن في الاختلافات حول فائدة أقنعة الوجه المصنوعة يدويًا. ويعمل الآن روي، وبشكل مستقل أيضًا دوغلاس ريد Douglas Reed من جامعة بتسبرغ University of Pittsburg، على إجراء تجارب في غرف هوائية تهدف إلى إصابة النسانيس بالعدوى بهذه الطريقة. وغالبًا ما تكون لدى البشر المصابين بحالات شديدة من كوفيد-19 أمراض مسبقة، مثل ارتفاع ضغط الدم أو داء السكري، ويقول روي إن الباحثين قد يتعين عليهم إيجاد أو إنتاج نسانيس لديها أمراض مسبقة لتطوير النموذج الأكثر أهمية.

ومن المرجح أن تنمو قائمة نماذج الحيوانات بسرعة. فعلى سبيل المثال، بتاريخ 8 أبريل نشرت دراسة على الموقع الألكتروني للدورية العلمية ساينس Science، ذكرت فيها أن الفيروس يمكنه إصابة القطط. وأظهرت تشريحات الجثث أن العدوى أدت إلى إصابات “جسيمة” في مجرى الأنف والقصبة الهوائية والرئتين.

ويقول ديف أو كونور Dave O’Connor، من جامعة ويسكنسون University of Wisconsin في ماديسون، والذي يدرس تأثير سارس-كوف-2 في نسانيس المكاك طويلة الذيل، إن المجال العلمي سيُمحِّص النماذج وصولًا إلى النموذج الأفضل في نهاية المطاف. ويقول: ” قد يتبين أن بعض النماذج لا تستحق متابعتها بعد أن ننهي هذا العمل التأسيسي، ولكنني لا أظن أننا في تلك المرحلة بعد. يجب أن ندع البيانات تقودنا”.

© 2020, American Association for the Advancement of Science. All rights reserved.