Tutkijat kloonasivat hiiriä pakastekuivatuista ihosoluista ja avasivat oven biosäilytykseen

Pinnalla Dorami oli vain keskimääräinen hiiri. Hän kasvoi terveeseen painoon, sai omia pentuja ja kuoli luonnollisesti lähellä toista syntymäpäiväänsä – noin 70-vuotiaana ihmisiässä, ja se oli täysin poikkeuksellista laboratoriohiirelle.

Yhtä asiaa lukuun ottamatta: Dorami kloonattiin pakastekuivatuista soluista. Eikä mikä tahansa solu - se kloonattiin somaattisista soluista (soluista, jotka muodostavat kehomme) eikä siittiöistä tai munasoluista.

Dorami on viimeisin kokeilu vuosikymmeniä kestäneelle pyrkimykselle käyttää kloonausta keinona säilyttää biologinen monimuotoisuus. Voitto Dolly lampaita teki selväksi, että on mahdollista elvyttää eläimiä sukusolujen avulla. Unelma sukupuuttoon kuolleiden eläinten ennallistamisesta tai nykyisten eläinten biopankistamisesta on valloittanut tutkijoiden mielikuvituksen siitä lähtien. Yksi tehokas tapa säilyttää lajin DNA on varastoida siittiöitä nestetypessä. Noin -320 Fahrenheit-asteessa solut voivat jäätyä ajoissa vuosia.

Mutta siinä on yksi häiriö. Sukusolujen kerääminen sukupuuton partaalla olevista eläimistä on - lievästi sanottuna - äärimmäisen vaikeaa. Sitä vastoin muutaman ihosolun raapiminen tai turkin ajeleminen on suhteellisen yksinkertaista. Nämä solut sisältävät eläimen täydellisen DNA:n, mutta ne ovat hauraita.

Uusi tutkimus, jota johti tohtori Teruhiko Wakayama Yamanashin yliopistosta Japanista, teki harppauksen siittiöstä iholle. Kehittämällä erittäin teknisen reseptin, joka tekisi jokaisen hienon keittiömestarin ylpeyden, tiimi kloonasi onnistuneesti 75 tervettä hiirtä pakastekuivatuista somaattisista soluista, jotka oli kerätty sekä uros- että naarasluovuttajilta. Monet jälkeläiset, mukaan lukien Dorami, saivat omia pentuja.

Enintään noin viiden prosentin onnistumisasteella – ja niinkin alhaisella kuin 0.2 prosentilla – tekniikka on kaukana tehokkaasta. Mutta strategia kaivaa polun kohti suurempaa kuvaa: kykyämme tallentaa ja mahdollisesti elvyttää lähes sukupuuttoon kuolleiden lajien geneettisiä muunnelmia.

jotta Tohtori Ben Novak, Revive & Restoren johtava tutkija, tutkimus on tervetullut edistysaskel puutteistaan ​​huolimatta. "Säilytyksen kannalta uusien tapojen innovointi lisääntymiskykyisten kudostyyppien biopankkiin on suuri tarve... joten on todella jännittävää nähdä tällainen läpimurto", hän sanoi.

Biosäilytyksen keittokirja

Solut ovat ovelia olentoja. Kuvittele vetistä möykkyä, jonka ilmapallomaisiin seiniin on kiinnitetty pieniä molekyylitehtaita. Solun jäädyttäminen ilman suojaa voi saada vetiset komponentit muodostamaan teräviä jääkiteitä, jotka vahingoittavat solun sisäosia ja puhkaisevat soluseinän. Kun solu lämmitetään takaisin normaaleihin lämpötiloihin, kuten vuotava neulatyyny, solulla ei ole mahdollisuuksia selviytyä.

Tiedemiehet keksivät lopulta voittavan reseptin solujen säilyttämiseen: avain on kemiallisen pakkasnesteen lisääminen ja solujen varastointi raskasmetallisäiliöihin, joissa on nestemäistä typpeä. Solut on ripustettu pieniin pulloihin laatikoiden sisällä, jotka liukuvat tornimaiseen metallihäkkiin. Solutyypistä riippuen ne voidaan säilyttää vuosia. Ongelma? Asennus on kallis, vaikea ylläpitää ja altis sähkökatkoille. Kaikki häiriöt voivat aiheuttaa katastrofaalisia menetyksiä kaikissa näytteissä. Biologisen monimuotoisuuden vuoksi ei ole aina mahdollista saada niin hienostunutta järjestelyä lähellä eläintä.

Täytyy olla parempi tapa.

Vuosia sitten Wakayama lähti ristiretkelle rikkoakseen solujen varastoinnin rajoja. Hän keskittyi yhteen tiettyyn menetelmään: pakastekuivaukseen. Pakastekuivaussolut, jotka enimmäkseen tunsivat retkeilijöille ja astronautille keinona säilyttää ravintoaineita ruoassa, osoittautuivat suhteellisen yksinkertaisiksi. Vuosisadan vaihteessa Wakayama ja hänen tiiminsä osoitti sen olevan mahdollista pakastekuivaamaan siittiöitä lisääntymistä varten. Resepti oli niin vahva piti siittiöt hengissä vuosia kansainvälisellä avaruusasemalla pommitettuaan ympäristön säteilytasoja. Se johti myös elävät jälkeläiset sen jälkeen, kun se on työnnetty pöydän laatikkoon vuoden ilman ilmastointia.

Somaattiset solut ovat eri asia. Toisin kuin siittiöt, kehomme muodostavat solut ovat paljon alttiimpia vesimolekyyleille, jotka halaavat DNA-rakennettamme ja joiden ydin on hauraampi. Jäädytettynä se tarkoittaa, että solut voivat vaurioitua paljon enemmän, mikä tekee niistä käyttökelvottomia kloonaukseen.

"Tähän mennessä ainoat solut, jotka ovat tuottaneet jälkeläisiä pakastekuivauksen jälkeen, ovat kypsiä siittiöitä", tutkija kirjoittaa.

Uusi Resepti

Uusi työ meni mahdottomaan: voimmeko kloonata eläimen pakastekuivatuista somaattisista soluista?

Ensimmäisellä koekierroksella ryhmä eristi soluja naarashiiristä, jotka yleensä tukevat munasolua. He heittivät solut kahteen suojaavaan kemikaaliin ja pakastekuivasivat näytteet nestetypessä. Se ei ollut kaunis: kaikkien solujen suojaava kalvo rikkoutui, ja siinä oli merkkejä särkyneestä - mutta suhteellisen ehjästä - DNA:sta.

Työryhmä jatkoi jäädytetyn näytteen nesteytystä jopa kahdeksan kuukauden varastoinnin jälkeen. Elottomasta jauheesta he eristivät ytimet, siemenmäisen rakenteen, joka sisälsi DNA:ta, ja siirsivät sen munasoluun, josta sen geneettinen materiaali imettiin pois. Se on kuin yhden kirjan tekstin korvaaminen toisella – sen biologisen merkityksen muuttaminen kokonaan.

Siitä tuli monimutkaisempi. Nämä alkuperäiset "muokatut" munasolut eivät voineet lisääntyä, todennäköisesti DNA:n ja epigeneettisen vaurion vuoksi. Kiertokeinona ryhmä käytti soluja muodostamaan useita alkiosolulinjoja. Nämä ovat joustavia työntekijöitä, jotka ovat erityisen tehokkaita korjaamaan DNA-vaurioita.

Kun ryhmä oli kukoistanut, se imi pois geneettisen materiaalinsa ja injektoi sitä mustaturkkisten hiirten muniin. Tuloksena saadut alkiot jätettiin kehittymään hiirille, joilla oli valkoinen turkki - sijaisemä. Kaikki tuloksena saadut pennut omaksuivat DNA-luovuttajiensa kiiltävän mustan turkin, joiden paino ja hedelmällisyys olivat täysin normaalit.

"Kypsytyksen jälkeen valitsimme satunnaisesti yhdeksän kloonattua naaras- ja kolme uroshiirtä paritettaviksi normaaleiden laboratoriohiirten kanssa", ryhmä selitti. Noin kolmessa kuukaudessa kaikki kloonatut naarashiiret synnyttivät seuraavan sukupolven – neljä tassua, viikset ja hiiren tavat säilyivät ennallaan. Toistamalla kokeen ihosoluilla hännän kärjestä, ryhmä kloonasi toiset noin tusinaa hiirtä.

Resepti ei mennyt ihan suunnitelmien mukaan. Yhdessä oudossa tutkimuksessa ryhmä käytti uroshiirten soluja seuraavan sukupolven kloonaamiseen, ja kaikista jälkeläisistä tuli naaras. Kaivattuaan syvemmälle he havaitsivat, että jotenkin Y-kromosomi, joka tarkoitti biologista miestä, katosi prosessin aikana, mikä johti kokonaan naaraan. Themysciran saari. Tekijöille se on mutka prosessissa, mutta ei räjähdys käytännön käyttöön. "Nämä tulokset viittaavat siihen, että vaikka Y-kromosomi katoaa, tätä tekniikkaa voidaan silti käyttää käytettävissä oleviin geneettisiin resursseihin äärimmäisissä olosuhteissa, kuten lähes sukupuuttoon kuolleissa lajeissa", he sanoivat.

Suojelukirjasto?

Tekniikka on kaukana täydellisestä. Se on tylsää, sen onnistumisprosentit ovat alhaiset, ja se vaatii edelleen pakastimen säilytyslämpötiloja, jotka tekevät siitä alttiita energiaverkkohäiriöille.

Tohtori Alena Pancelle Hertfordshiren yliopistosta, joka ei ollut mukana tutkimuksessa, tärkein kysymys on, kuinka kauan geneettistä materiaalia voidaan säilyttää. "Olisi ensiarvoisen tärkeää osoittaa pidennettyä, määräämätöntä varastointia näissä olosuhteissa, jotta tämä järjestelmä mahdollistaisi lajien ja näytteiden tehokkaan pitkäaikaisen säilymisen", hän sanoi.

Kirjoittajat ovat yhtä mieltä siitä, että mysteereitä on enemmän. Keholla voi olla vaikeampaa korjata somaattisten solujen DNA-vaurioita kuin siittiöistä, mikä vie niiden energiaa täysin toimivan munasolun kehittymisestä. Heidän epigenetiikka- joka säätelee geenien käynnistymistä tai sammumista - voi myös olla sekaisin epätäydellisen uudelleenohjelmoinnin vuoksi.

Loppujen lopuksi tämä on vasta ensimmäinen askel. Somaattiset solut on helpompi siepata kuin lisääntymiskykyiset solut, erityisesti hedelmättömillä tai nuorilla eläimillä. Sen tekeminen helpommin ja halvemmalla on plussaa. Tiimi pyrkii nyt keräämään geneettistä materiaalia ruumiista tai ulosteista laajentaakseen soveltamisalaa.

"Tässä työssä kuvattu lähestymistapa tarjoaa vaihtoehdon nykyisille pankkimenetelmille ja sallivampien lämpötilojen salliminen olisi varmasti suuri etu", Pance sanoi.

Kuva pistetilanne: Wakayama et. al./Nature Communications