A tudósok egereket klónoztak fagyasztva szárított bőrsejtekből, megnyitva az ajtót a biológiai tartósítás előtt

A felszínen Dorami csak egy átlagos egér volt. Egészséges testsúlyra nőtt, saját kölykei születtek, és a második születésnapja közelében természetes körülmények között halt meg – nagyjából 70 éves korában, ami teljesen kivételes volt egy laboratóriumi egérhez képest.

Egy dolgot kivéve: Doramit fagyasztva szárított sejtekből klónozták. És nem akármilyen sejtből – inkább szomatikus sejtekből (a testünket alkotó sejtekből) klónozták, nem pedig spermiumokból vagy petesejtekből.

A Dorami a legújabb lépés a klónozásnak a biológiai sokféleség megőrzésének egyik módjaként való felhasználására irányuló több évtizedes törekvésében. A diadala Dolly a juhokat világossá tette, hogy reproduktív sejtekkel lehetséges az állatok újraélesztése. A kihalt állatok helyreállításának vagy a jelenlegiek biobankosításának álma azóta is megragadja a tudósok fantáziáját. Egy faj DNS-ének megőrzésének egyik hatékony módja a spermiumok folyékony nitrogénben való tárolása. Körülbelül -320 Fahrenheit fokon a sejtek évekig lefagyhatnak.

De van egy hiba. A kihalás szélén álló állatok reproduktív sejtjeinek gyűjtése – enyhén szólva – rendkívül nehéz. Ezzel szemben néhány bőrsejt levakarása vagy szőrzet leborotválása viszonylag egyszerű. Ezek a sejtek tartalmazzák az állat teljes DNS-ét, de törékenyek.

Az új tanulmány, amelyet Dr. Teruhiko Wakayama vezetett a japán Yamanashi Egyetemen, megtette az ugrást a spermától a bőrig. Egy olyan rendkívül technikai receptet kidolgozva, amelyre minden gasztronómiai szakács büszke lehet, a csapat sikeresen klónozott 75 egészséges egeret a hím és nőstény donoroktól gyűjtött, fagyasztva szárított szomatikus sejtekből. Sok utódnak, köztük Doraminak is született kölykei.

Legfeljebb nagyjából öt százalékos sikeraránnyal – és már 0.2 százalékos – a technika távolról sem hatékony. A stratégia azonban utat vág a nagyobb kép felé: a képességünkhöz, hogy tároljuk és potenciálisan újraélesztjük a majdnem kihalt fajok genetikai változatait.

Nak nek Dr. Ben Novak, a Revive & Restore vezető tudósa, a tanulmány tökéletlenségei ellenére üdvözlendő előrelépés. „Megőrzési szempontból nagy szükség van a reproduktívan életképes szövettípusok biobankjaiba való újításokra… szóval nagyon izgalmas látni ezt a fajta áttörést” mondott.

A biomegőrzés szakácskönyve

A sejtek finnyás lények. Képzelj el egy vizes pacát, melynek ballonszerű falaihoz apró molekuláris gyárak vannak rögzítve. Ha egy sejtet védelem nélkül lefagyasztunk, a vizes komponensek éles jégkristályokat képezhetnek, amelyek károsítják a sejt belső komponenseit és átlyukasztják a sejtfalat. Ha visszamelegítik a normál hőmérsékletre, mint egy szivárgó tűpárna, a sejtnek nincs esélye a túlélésre.

A tudósok végül kitaláltak egy győztes receptet a sejtek megőrzésére: a kulcs egy kémiai fagyálló hozzáadása és a sejtek folyékony nitrogént tartalmazó nehézfém-tartályokban való tárolása. A sejtek apró fiolákban vannak felfüggesztve dobozokban, amelyek egy toronyszerű fémketrecbe csúsztathatók. Sejttípustól függően évekig eltarthatók. A probléma? A beállítás drága, nehezen karbantartható, és hajlamos az áramkimaradásokra. Bármilyen megszakítás katasztrofális veszteséget okozhat az összes mintában. A biológiai sokféleség érdekében nem mindig lehetséges ilyen kifinomult beállítás az állat közelében.

Kell lennie egy jobb módszernek.

Évekkel ezelőtt Wakayama keresztes hadjáratra indult, hogy feszegesse a sejttárolás határait. Egy konkrét módszerre összpontosított: a fagyasztva szárításra. Leginkább a hátizsákos turisták és az űrhajósok úgy ismerték, mint a tápanyagok élelmiszerekben való megőrzésének módja, a fagyasztva szárított sejtek viszonylag egyszerűnek bizonyultak. A századfordulón Wakayama és csapata megmutatta, hogy lehetséges a spermiumok fagyasztva szárítására szaporodás céljából. A recept nagyon erős volt életben tartotta a spermát évekig a Nemzetközi Űrállomás fedélzetén, miközben környezeti sugárzási szinttel bombázták. Az is oda vezetett élő utódok miután bedugták az íróasztal fiókjába egy évre klíma nélkül.

A szomatikus sejtek egészen más tészta. A spermiumokkal ellentétben a testünket alkotó sejtek sokkal hajlamosabbak arra, hogy a DNS-struktúránkat átölelő vízmolekulák törékenyebb maggal. Lefagyva ez azt jelenti, hogy a sejtek sokkal nagyobb károsodást szenvedhetnek, így használhatatlanok lesznek klónozásra.

"Máig az egyetlen olyan sejtek, amelyek fagyasztva szárítás után utódokat hoztak létre, az érett spermiumok [sperma]" - írta a csapat.

Egy Új Recept

Az új munka a lehetetlenre ment: klónozhatunk-e állatot fagyasztva szárított szomatikus sejtekből?

A kísérletek első körében a csapat olyan nőstény egerekből izolált sejteket, amelyek általában támogatják a petesejteket. Két védő vegyszerbe dobták a sejteket, és folyékony nitrogénben fagyasztva szárították a mintákat. Nem volt szép: az összes sejt védőmembránja eltört, a széttört – de viszonylag sértetlen – DNS jeleivel.

Előre szántva a csapat rehidratálta a fagyasztott mintát nyolc hónapig tartó tárolás után. Az élettelen porból izolálták a magokat, a DNS-t tartalmazó magszerű szerkezetet, és átültették egy tojássejtbe, amelyből kiszívták a genetikai anyagát. Ez olyan, mintha egy könyv szövegét lecserélnénk egy másikra – teljesen megváltoztatnánk annak biológiai jelentését.

Bonyolultabb lett. Ezek a kezdeti „szerkesztett” petesejtek nem tudtak szaporodni, valószínűleg a DNS és az epigenetikai károsodás miatt. Megkerülő megoldásként a csapat a sejteket több embrionális sejtvonal létrehozására használta fel. Ezek rugalmas munkások, különösen hatékonyak a DNS-károsodás kijavításában.

Miután virágzott, a csapat kiszívta genetikai anyagát, és fekete szőrű egerek tojásaiba fecskendezte. A kapott embriókat fehér szőrű egerekben hagyták kifejlődni – a béranyában. Az összes létrejött kölyök felvette DNS-donorainak fényes fekete bundáját, teljesen normális súlyú és termékenységgel.

"Az érés után véletlenszerűen kiválasztottunk kilenc nőstény és három hím klónozott egeret, hogy normál laboratóriumi egerekkel párosodjanak" - magyarázta a csapat. Nagyjából három hónap alatt az összes klónozott nőstény egér megszülte a következő nemzedéket – négy mancsával, bajuszával és egérszokásaival. Megismételve a kísérletet a farok hegyéről származó bőrsejtekkel, a csapat további vagy több tucat egeret klónozott.

A recept nem úgy sikerült, ahogy elterveztük. Egy furcsa kísérlet során a csapat hím egerek sejtjeit használta fel a következő generáció klónozására, és az összes utód nőstény lett. Mélyebbre ásva azt találták, hogy az Y kromoszóma – amely egy biológiai hím volt – valahogy elveszett a folyamat során, ami egy teljesen nőstényhez vezetett. Themyscira szigete. A szerzők szerint ez egy törés a folyamatban, de nem a gyakorlati használat miatti kifújás. "Ezek az eredmények azt sugallják, hogy még ha az Y kromoszóma elvesztése is bekövetkezik, ez a technika továbbra is használható a rendelkezésre álló genetikai erőforrásokhoz extrém körülmények között, például majdnem kihalt fajok esetén" - mondták.

Konzervatív könyvtár?

A technika messze nem tökéletes. Unalmas, alacsony a sikeraránya, és még mindig olyan fagyasztó hőmérsékletet igényel, amely hajlamos az energiahálózat meghibásodására.

Dr. Alena Pance-nek a Hertfordshire-i Egyetemről, aki nem vett részt a vizsgálatban, a legfontosabb kérdés az, hogy mennyi ideig tárolható a genetikai anyag. „Kiemelkedő fontosságú lenne hosszabb, határozatlan idejű tárolást mutatni ilyen körülmények között ahhoz, hogy ez a rendszer hatékonyan hosszú távú megőrzést biztosítson a fajok és minták számára” mondott.

A szerzők egyetértenek abban, hogy több rejtély van. Előfordulhat, hogy a szervezet nehezebben tudja helyrehozni a szomatikus sejtekben lévő DNS-károsodást, mint a spermiumok, amelyek elveszik az energiájukat a teljesen működőképes petesejt kifejlesztésétől. Az övék epigenetika– amely szabályozza a gének be- és kikapcsolását – a hiányos újraprogramozás miatt is összezavarodhat.

Végső soron ez csak az első lépés. A szomatikus sejteket könnyebb befogni, mint a szaporodó sejteket, különösen terméketlen vagy fiatal állatok esetében. Előny, ha könnyebben és olcsóbban csinálod. A csapat most a holttestekből vagy az ürülékből származó genetikai anyag felvételére törekszik, hogy bővítse a hatókört.

"Az ebben a munkában leírt megközelítés alternatívát kínál a jelenlegi banki módszerekhez, és minden bizonnyal nagy előnyt jelentene a megengedőbb hőmérsékletek engedélyezése" - mondta Pance.

Kép: Wakayama et. al./Nature Communications