مقطع متسلسل

التمرير المتسلسل هو عملية تنمية البكتيريا أو الفيروسات على مراحل متكررة. على سبيل المثال، يمكن تنمية فيروس في بيئة معينة، ثم يُنقل جزء من هذا الفيروس إلى بيئة جديدة. تُكرر هذه العملية بعدد المراحل المطلوبة، ثم يُدرس الناتج النهائي، وغالبًا ما يُقارن بالفيروس الأصلي.

غالبًا ما يُجرى هذا النوع من النقل المُيسَّر في المختبر، نظرًا لأهمية مراقبة تطور الفيروس أو البكتيريا المنقولة خلال التجربة ( التطور التجريبي ) من الناحية العلمية. وعلى وجه الخصوص، يُعدّ النقل المتسلسل مفيدًا للغاية في الدراسات التي تسعى إلى تغيير ضراوة فيروس أو مسبب مرض آخر . ومن نتائج ذلك، إمكانية استخدام النقل المتسلسل في تطوير اللقاحات ، حيث يُمكن للعلماء تطبيقه لإنتاج سلالة من مسبب المرض ذات ضراوة منخفضة، مع الحفاظ على قدرة مناعية مماثلة للسلالة الأصلية. ^{[ 1 ]} كما يُمكن أن يُنتج هذا سلالات أكثر قابلية للانتقال، بالإضافة إلى انخفاض ضراوتها، كما يتضح من نقل فيروس A/ H5N1 في حيوانات النمس. ^{[ 2 ]}

يمكن إجراء التمرير المتسلسل إما في المختبر أو في الكائن الحي . في طريقة المختبر، يُعزل فيروس أو سلالة من البكتيريا ويُترك لينمو لفترة زمنية محددة. بعد نمو العينة لتلك الفترة، يُنقل جزء منها إلى بيئة جديدة ويُترك لينمو لنفس المدة. ^{[ 3 ] [ 4 ]} تُكرر هذه العملية حسب الحاجة.

بدلاً من ذلك، يمكن إجراء تجربة حية حيث يُصاب حيوان بمسبب مرضي، ويُترك هذا المسبب لينمو في جسمه قبل أخذ عينة منه ونقلها إلى حيوان آخر. تُكرر هذه العملية لعدد معين من الحيوانات المضيفة، ويُحدد هذا العدد بناءً على التجربة نفسها.

عند إجراء التمرير المتسلسل، سواء في المختبر أو في الكائن الحي، قد يتطور الفيروس أو البكتيريا من خلال الطفرات المتكررة. غالبًا ما يكشف تحديد ودراسة الطفرات التي تحدث عن معلومات حول الفيروس أو البكتيريا قيد الدراسة. وبناءً على ذلك، بعد إجراء التمرير المتسلسل، قد يكون من المفيد مقارنة الفيروس أو عينة البكتيريا الناتجة بالأصل، مع ملاحظة أي طفرات حدثت وآثارها مجتمعة. قد تحدث نتائج مهمة مختلفة. قد تتغير ضراوة الفيروس، ^{[ 5 ]} أو قد يتطور الفيروس ليتكيف مع بيئة مضيفة مختلفة عن تلك التي يوجد فيها عادةً. ^{[ 5 ]} عدد قليل نسبيًا من التمريرات ضروري لإحداث تغيير ملحوظ في الفيروس؛ على سبيل المثال، يمكن للفيروس عادةً أن يتكيف مع مضيف جديد في غضون عشرة تمريرات تقريبًا. ^{[ 5 ]}

نظراً لأن التمرير المتسلسل يسمح بالتطور السريع للفيروس إلى مضيفه، فإنه يمكن استخدامه لدراسة تطور مقاومة المضادات الحيوية؛ وتحديداً، لتحديد الطفرات التي يمكن أن تؤدي إلى تطور مقاومة المضادات الحيوية. ^{[ 6 ]}

تقنية التمرير المتسلسل موجودة منذ القرن التاسع عشر. وعلى وجه الخصوص، فإن عمل لويس باستور على لقاح داء الكلب في أواخر القرن التاسع عشر يجسد هذه الطريقة. ^{[ 7 ]}

ابتكر باستور العديد من اللقاحات خلال حياته. قبل اكتشافه لقاح داء الكلب، انصبّ عمله على إضعاف مسببات الأمراض، ولكن ليس من خلال التمرير المتكرر. على وجه الخصوص، عمل باستور على الكوليرا ، واكتشف أنه إذا قام بزراعة البكتيريا لفترات طويلة، فإنه يستطيع إنتاج لقاح فعال. ^{[ 7 ] [ 8 ]} اعتقد باستور أن للأكسجين خصائص مميزة ، وهذا ما مكّنه من إضعاف البكتيريا (إنتاج نسخة أقل ضراوة منها). حاول باستور أيضًا تطبيق هذه الطريقة لإنتاج لقاح للجمرة الخبيثة ، ولكن بنجاح أقل. ^{[ 7 ]}

بعد ذلك، أراد باستور تطبيق هذه الطريقة لإنتاج لقاح ضد داء الكلب. إلا أنه لم يكن يعلم أن داء الكلب ناجم عن فيروس، وليس عن مسبب بكتيري كالكوليرا والجمرة الخبيثة، ولذلك لم يكن من الممكن استزراع فيروس داء الكلب بنفس طريقة استزراع الكوليرا والجمرة الخبيثة. ^{[ 8 ]} لم تُطوَّر طرق التمرير المتسلسل للفيروسات في المختبر حتى أربعينيات القرن العشرين، عندما ابتكر جون إندرز وتوماس هاكل ويلر وفريدريك روبنز تقنيةً لهذا الغرض. وقد فاز هؤلاء العلماء الثلاثة لاحقًا بجائزة نوبل لإسهامهم الكبير. ^{[ 9 ]}

لحل هذه المشكلة، عمل باستور على فيروس داء الكلب داخل الكائن الحي . ^{[ 7 ] [ 8 ]} وعلى وجه الخصوص، أخذ نسيجًا دماغيًا من كلب مصاب وزرعه في كلب آخر، مكررًا هذه العملية عدة مرات، وبالتالي أجرى عملية نقل متسلسلة للفيروس في الكلاب. ^{[ 7 ]} أدت هذه المحاولات إلى زيادة ضراوة الفيروس. ^{[ 7 ]} ثم أدرك أنه يستطيع وضع نسيج الكلب في قرد لإصابته، ثم إجراء عملية نقل متسلسلة للفيروس في القرود. ^{[ 7 ]} بعد إتمام هذه العملية وإصابة كلب بالفيروس الناتج، أدرك باستور أن الفيروس أصبح أقل ضراوة. ^{[ 7 ]} في الغالب، عمل باستور على فيروس داء الكلب في الأرانب. ^{[ 8 ]} في النهاية، ولصنع لقاحه ضد داء الكلب، استخدم باستور طريقة بسيطة تضمنت تجفيف الأنسجة. كما هو موضح في دفتر ملاحظاته:

في سلسلة من القوارير التي يُحفظ فيها الهواء جافًا... يُعلق يوميًا جزء من نسيج نخاعي طازج مأخوذ من أرنب نافق بسبب داء الكلب. كما يُحقن يوميًا تحت جلد كلب 1 مل من مرق معقم، يحتوي على جزء صغير من إحدى هذه القطع المجففة من النخاع الشوكي، بدءًا من القطعة الأقدم زمنيًا من وقت أخذ العينة، للتأكد من أنها غير مُعدية على الإطلاق. ^{[ 7 ]}

استخدم باستور في الغالب تقنيات أخرى إلى جانب التمرير المتسلسل لإنتاج لقاحاته. ومع ذلك، لا تزال فكرة إضعاف الفيروس من خلال التمرير المتسلسل قائمة.

إحدى طرق إضعاف الفيروس بالنسبة لمضيف معين هي نقله إلى نوع مختلف. ^{[ 5 ]} الفكرة هي أنه كلما ازداد تكيف سلالة من الفيروس مع نوع مختلف، قلّ تكيفها مع المضيف الأصلي، وبالتالي انخفضت ضراوتها بالنسبة له. ^{[ 5 ]} هذا هو المبدأ الضمني الذي استخدمه لويس باستور دون قصد عندما نقل فيروس داء الكلب إلى القرود، وحصل في النهاية على فيروس أقل خطورة على الكلاب، على سبيل المثال. ^{[ 7 ]}

تُنتج عملية التمرير المتسلسل لقاحًا حيًا . لهذه العملية مزايا وعيوب. من أبرزها أن اللقاحات الحية تكون أحيانًا أكثر فعالية وأطول أمدًا من اللقاحات المعطلة أو غيرها من أنواع اللقاحات. ^{[ 10 ] [ 11 ]} مع ذلك، وكما تطور الفيروس ليصبح ضعيفًا، فقد يتطور عكسيًا داخل الجسم المضيف، مما يؤدي إلى العدوى. ^{[ 11 ]}

يستفيد إنتاج اللقاحات المعطلة أيضًا من التمرير المتسلسل. ويعود ذلك إلى أن هذه اللقاحات تُصنع من الكتلة الحيوية للمُمْرِض، والتي قد يكون إنتاجها بكفاءة بطيئًا دون تكييف. تحتاج الفيروسات، على وجه الخصوص، إلى النمو في مزارع خلوية حيث تُصيب الخلايا المزروعة لإنتاج المزيد من النسخ. عندما يتكيف الفيروس مع نوع معين من الخلايا المزروعة من خلال التمرير المتسلسل، يتم إنتاج كمية أكبر من المادة الفيروسية في كل دفعة. على سبيل المثال، أدى التمرير المتسلسل لفيروس SARS-CoV-2 في خلايا فيرو إلى زيادة الإنتاجية بمقدار 50 ضعفًا ، مما يجعل المنتج مفيدًا لإنتاج اللقاحات. ^{[ 12 ]}

أجرى الباحثون العديد من التجارب باستخدام التمرير المتسلسل. وتشمل بعض الاستخدامات التجريبية للتمرير المتسلسل تغيير ضراوة الفيروس، ودراسة التطور التكيفي أو التطور المحتمل للأمراض الحيوانية المنشأ إلى عوائل جديدة، ودراسة مقاومة المضادات الحيوية .

أوضحت دراسة ستيوارت وليفين ^{[ 18 ]} الاختلافات الجوهرية بين النظم البيئية ذات المرور المستمر والمتسلسل، واستكشفت دراسة هال سميث مدى انطباق مبدأ الاستبعاد التنافسي على المرور المتسلسل. ^{[ 19 ]} لاحقًا، توقع إيريز ولوبيز وآخرون ^{[ 20 ]} أن النظم البيئية ذات المرور المتسلسل تتأثر بشدة بتأثير الطائر المبكر، حيث يمكن للكائنات الأضعف منافسةً استغلال ميزة التفوق المبكر للتغلب على الكائنات الأخرى. وقد أثبتت الدراسات التجريبية وجود هذا التأثير عمليًا. ^{[ 21 ] [ 22 ]}

• تجربة التطور طويل الأمد لبكتيريا الإشريكية القولونية
• التطور التجريبي
• تأثير الطائر المبكر