دانشمندان موش‌ها را از سلول‌های پوستی خشک‌شده در انجماد شبیه‌سازی کردند و دریچه‌ای را برای حفظ زیستی باز کردند.

در ظاهر، دورامی فقط یک موش متوسط ​​بود. او به وزن مناسبی رسید، بچه های خودش را داشت و به طور طبیعی نزدیک دومین سالگرد تولدش مرد - تقریباً 70 سال در سن انسان و برای یک موش آزمایشگاهی کاملاً غیرعادی بود.

به جز یک چیز: دورامی از سلول های یخ زده شبیه سازی شد. و نه هر سلولی - او از سلول های سوماتیک (سلول هایی که بدن ما را می سازند) به جای اسپرم یا تخمک، شبیه سازی شده است.

Dorami آخرین تلاش برای استفاده از شبیه سازی به عنوان راهی برای حفظ تنوع زیستی است. پیروزی از دالی گوسفند روشن کرد که احیای حیوانات با استفاده از سلول های تولید مثل امکان پذیر است. رویای احیای حیوانات منقرض شده یا بانکداری زیستی جانوران فعلی، از آن زمان تاکنون تخیل دانشمندان را به خود جلب کرده است. یک راه قدرتمند برای حفظ DNA یک گونه، ذخیره اسپرم در نیتروژن مایع است. در دمای 320- درجه فارنهایت، سلول ها می توانند سال ها در زمان منجمد شوند.

اما یک سکسکه وجود دارد. جمع آوری سلول های تولیدمثلی از حیواناتی که در آستانه انقراض هستند - به بیان ملایم - بسیار دشوار است. در مقابل، خاراندن چند سلول پوست یا تراشیدن مقداری خز نسبتاً ساده است. این سلول ها حاوی DNA کامل حیوان هستند، اما شکننده هستند.

مطالعه جدیدبه سرپرستی دکتر تروهیکو واکایاما در دانشگاه یاماناشی ژاپن، این جهش را از اسپرم به پوست انجام داد. این تیم با توسعه یک دستور العمل بسیار فنی که باعث افتخار هر سرآشپزی می‌شود، 75 موش سالم را از سلول‌های سوماتیک خشک شده یخ زده جمع‌آوری‌شده از اهداکنندگان مرد و زن با موفقیت شبیه‌سازی کردند. بسیاری از فرزندان، از جمله دورامی، برای خود بچه‌هایی داشتند.

با نرخ موفقیت تقریباً حداکثر پنج درصد - و به اندازه 0.2 درصد - این تکنیک بسیار کارآمد نیست. اما این استراتژی مسیری را به سمت تصویر بزرگتر ترسیم می کند: توانایی ما برای ذخیره و احیای بالقوه تغییرات ژنتیکی گونه های نزدیک به انقراض.

به دکتر بن نواک، دانشمند ارشد در Revive & Restore، این مطالعه علیرغم ناقص بودن، پیشرفت خوبی است. او می‌گوید: «از دیدگاه حفاظت، ابداع روش‌های جدید برای بیوبانک‌سازی انواع بافت‌های قابل تولید مثل یک نیاز بزرگ است… بنابراین دیدن این نوع پیشرفت واقعاً هیجان‌انگیز است». گفت:.

کتاب آشپزی حفظ زیستی

سلول ها موجودات سختی هستند. یک حباب آبکی با کارخانه‌های مولکولی کوچک را تصور کنید که به دیواره‌های بالون‌مانند آن چسبیده‌اند. یخ زدن یک سلول بدون محافظ می تواند باعث شود که اجزای آبکی بلورهای یخی تیز تشکیل دهند که به اجزای داخلی سلول آسیب می رساند و دیواره سلولی را سوراخ می کند. وقتی سلول به دمای معمولی گرم می شود، مانند یک بالشتک نشتی، سلول شانسی برای بقا ندارد.

دانشمندان در نهایت به یک دستور العمل برنده برای حفظ سلول ها دست یافتند: نکته کلیدی اضافه کردن یک ضد یخ شیمیایی و ذخیره سلول ها در مخازن فلزی سنگین نیتروژن مایع است. سلول‌ها در ویال‌های کوچک درون جعبه‌هایی آویزان شده‌اند که به داخل یک قفس فلزی برج‌مانند می‌لغزند. بسته به نوع سلول، می توان آنها را برای سالها حفظ کرد. مشکل؟ راه اندازی گران است، نگهداری آن سخت است و مستعد قطع برق است. هر گونه اختلال می تواند باعث از دست دادن فاجعه آمیز در تمام نمونه ها شود. برای تنوع زیستی، داشتن چنین مجموعه پیچیده ای در نزدیکی حیوان همیشه امکان پذیر نیست.

باید راه بهتری وجود داشته باشد

سال‌ها پیش، واکایاما وارد یک جنگ صلیبی شد تا محدودیت‌های ذخیره‌سازی سلولی را پشت سر بگذارد. او روی یک روش خاص تمرکز کرد: خشک کردن انجمادی. سلول‌های خشک‌کردن انجمادی که عمدتاً برای کوله‌پشتی‌ها و فضانوردان به عنوان راهی برای حفظ مواد مغذی در غذا شناخته می‌شوند، نسبتاً ساده بودند. در آغاز قرن، واکایاما و تیمش نشان داد که ممکن است برای یخ زدن اسپرم برای تولید مثل. دستور پخت خیلی قوی بود اسپرم را زنده نگه داشت سال‌ها در ایستگاه فضایی بین‌المللی، در حالی که با سطوح تشعشعات محیطی بمباران می‌شد. همچنین منجر به فرزندان زنده پس از انداختن در کشوی میز برای یک سال بدون کنترل آب و هوا

سلول های سوماتیک موضوع متفاوتی هستند. برخلاف اسپرم، سلول‌هایی که بدن ما را می‌سازند، به مراتب بیشتر مستعد این هستند که مولکول‌های آب ساختار DNA ما را در آغوش بگیرند، با هسته‌ای شکننده‌تر. هنگامی که منجمد می شود، به این معنی است که سلول ها می توانند آسیب بسیار بیشتری را تجربه کنند و آنها را برای شبیه سازی غیرقابل استفاده می کند.

این تیم نوشت: «تا به امروز، تنها سلول‌هایی که پس از خشک شدن انجمادی فرزندی تولید کرده‌اند، اسپرم‌های بالغ [اسپرم] هستند.

یک دستور العمل جدید

کار جدید برای غیرممکن پیش رفت: آیا می‌توانیم یک حیوان را از سلول‌های سوماتیک خشک شده در انجماد شبیه‌سازی کنیم؟

در دور اول آزمایش‌ها، این تیم سلول‌هایی را از موش‌های ماده جدا کردند که معمولاً از سلول تخمک پشتیبانی می‌کنند. آنها سلول ها را در دو ماده شیمیایی محافظ انداختند و نمونه ها را در نیتروژن مایع خشک کردند. زیبا نبود: غشای محافظ همه سلول‌ها با نشانه‌هایی از شکستگی - اما نسبتاً سالم - شکسته شد.

سپس تیم با شخم زدن، نمونه منجمد را پس از هشت ماه نگهداری مجدد آبرسانی کردند. آن‌ها از پودر بی‌جان، هسته‌ها را جدا کردند، ساختار دانه‌مانندی که DNA را در خود جای داده و آن را به سلول تخمکی که مواد ژنتیکی آن مکیده شده بود، پیوند زدند. مثل این است که متن یک کتاب را با کتابی دیگر جایگزین کنید—که معنای بیولوژیکی آن را کاملاً تغییر دهید.

پیچیده تر شد این سلول‌های تخمک «ویرایش‌شده» اولیه نمی‌توانستند تولید مثل کنند، احتمالاً به دلیل DNA و آسیب اپی ژنتیکی. به عنوان یک راه حل، این تیم از سلول ها برای تشکیل چندین رده سلولی جنینی استفاده کردند. اینها کارگران انعطاف پذیر هستند، به ویژه در اصلاح آسیب DNA کارآمد هستند.

پس از رشد، این تیم مواد ژنتیکی خود را مکیده و آن را به تخم‌های موش‌هایی با خز سیاه تزریق کردند. جنین های به دست آمده در موش هایی با خز سفید - مادر جایگزین - رها شدند. تمام توله‌های حاصل خز سیاه براق اهداکنندگان DNA خود را با وزن و باروری کاملاً طبیعی به خود گرفتند.

این تیم توضیح داد: «پس از بلوغ، XNUMX موش ماده و سه موش نر شبیه‌سازی شده را به‌طور تصادفی برای جفت‌گیری با موش‌های آزمایشگاهی معمولی انتخاب کردیم. تقریباً در سه ماه، همه موش‌های ماده شبیه‌سازی‌شده نسل بعدی را با چهار پنجه، سبیل و عادات موش دست نخورده به دنیا آوردند. تیم با تکرار آزمایش با سلول های پوست از نوک دم، ده ها موش دیگر را شبیه سازی کرد.

دستور غذا دقیقاً مطابق برنامه پیش نرفت. در یک آزمایش عجیب، تیم از سلول‌های موش‌های نر برای شبیه‌سازی نسل بعدی استفاده کرد و همه فرزندان ماده شدند. با کاوش عمیق تر، آنها دریافتند که کروموزوم Y - که یک مرد بیولوژیکی را تعیین می کند - در طول این فرآیند گم شده و منجر به یک ماده کاملاً زن می شود. جزیره Themyscira. برای نویسندگان، این یک پیچیدگی در روند است، اما نه یک انفجار برای استفاده عملی. آنها گفتند: "این نتایج نشان می دهد که حتی اگر از دست دادن کروموزوم Y رخ دهد، این روش همچنان می تواند برای منابع ژنتیکی موجود در شرایط شدید، مانند گونه های تقریباً منقرض شده، استفاده شود."

کتابخانه ای برای حفاظت؟

تکنیک بسیار عالی است. خسته کننده است، نرخ موفقیت پایینی دارد و همچنان به دمای ذخیره سازی در فریزر نیاز دارد که آن را مستعد خرابی شبکه انرژی می کند.

برای دکتر آلنا پنس از دانشگاه هرتفوردشایر، که در این مطالعه شرکت نداشت، مهمترین سوال این است که مواد ژنتیکی را تا چه مدت می توان ذخیره کرد. او می‌گوید: «نشان دادن ذخیره‌سازی طولانی‌مدت و نامحدود در این شرایط برای این سیستم بسیار مهم است تا حفاظت طولانی‌مدت گونه‌ها و نمونه‌ها را فراهم کند.» گفت:.

نویسندگان موافق هستند که اسرار بیشتری وجود دارد. بدن ممکن است در ترمیم آسیب DNA در سلول‌های سوماتیک در مقایسه با اسپرم مشکل‌تری داشته باشد که انرژی آن‌ها را از ایجاد یک تخمک کاملاً کارآمد می‌گیرد. آنها اپی ژنتیک- که نحوه روشن یا خاموش شدن ژن ها را تنظیم می کند - ممکن است به دلیل برنامه ریزی مجدد ناقص دچار اختلال شود.

در نهایت، این فقط اولین قدم است. گرفتن سلول های سوماتیک در مقایسه با سلول های تولید مثلی آسان تر است، به خصوص برای حیوانات نابارور یا جوان. انجام آن آسان تر و ارزان تر یک مزیت است. این تیم اکنون به دنبال گرفتن مواد ژنتیکی از اجساد یا مدفوع برای گسترش دامنه است.

پانس گفت: «رویکردی که در این کار توضیح داده شد، جایگزینی برای روش‌های بانکداری ارائه می‌دهد و مطمئناً اجازه دادن به دمای مجاز بیشتر یک مزیت بزرگ خواهد بود».

تصویر های اعتباری: واکایاما و. al./Nature Communications