Ilmuwan Mengkloning Tikus Dari Sel Kulit Beku-Kering, Membuka Pintu Menuju Biopreservasi

Di permukaan, Dorami hanyalah tikus biasa. Dia tumbuh dengan berat badan yang sehat, memiliki anak anjing sendiri, dan mati secara alami di dekat ulang tahunnya yang kedua — kira-kira 70 tahun di usia manusia, dan benar-benar tidak biasa untuk tikus lab.

Kecuali satu hal: Dorami diklon dari sel-sel beku-kering. Dan bukan sembarang sel—dia diklon dari sel somatik (sel yang membentuk tubuh kita) daripada sperma atau telur.

Dorami adalah terobosan terbaru dalam dorongan selama beberapa dekade untuk menggunakan kloning sebagai cara untuk melestarikan keanekaragaman hayati. Kemenangan dari Domba Dolly menjelaskan bahwa adalah mungkin untuk menghidupkan kembali hewan menggunakan sel-sel reproduksi. Impian untuk memulihkan hewan yang punah, atau biobanking yang sekarang, telah menangkap imajinasi para ilmuwan sejak saat itu. Salah satu cara ampuh untuk melestarikan DNA spesies adalah dengan menyimpan sperma dalam nitrogen cair. Pada sekitar -320 derajat Fahrenheit, sel-sel dapat dibekukan dalam waktu selama bertahun-tahun.

Tapi ada satu cegukan. Mengumpulkan sel-sel reproduksi dari hewan di ambang kepunahan adalah—secara halus—sangat sulit. Sebaliknya, menggaruk beberapa sel kulit atau mencukur bulu relatif sederhana. Sel-sel ini mengandung DNA lengkap hewan, tetapi mereka rapuh.

Studi baru, dipimpin oleh Dr. Teruhiko Wakayama di Universitas Yamanashi di Jepang, membuat lompatan dari sperma ke kulit. Mengembangkan resep yang sangat teknis yang akan membuat koki fine dining bangga, tim berhasil mengkloning 75 tikus sehat dari sel somatik beku-kering yang dikumpulkan dari donor pria dan wanita. Banyak keturunan, termasuk Dorami, kemudian memiliki anak anjing sendiri.

Dengan tingkat keberhasilan paling banyak sekitar lima persen—dan serendah 0.2 persen—teknik ini jauh dari efisien. Tetapi strategi tersebut mengukir jalan menuju gambaran yang lebih besar: kemampuan kita untuk menyimpan dan berpotensi menghidupkan kembali variasi genetik spesies yang hampir punah.

Untuk Dr Ben Novak, ilmuwan utama di Revive & Restore, penelitian ini merupakan kemajuan yang disambut baik meskipun tidak sempurna. “Dari sudut pandang konservasi, inovasi cara baru untuk biobank jenis jaringan yang layak secara reproduktif adalah kebutuhan besar…jadi sangat menarik untuk melihat terobosan semacam ini,” katanya. tersebut.

Buku Masak Biopreservasi

Sel adalah makhluk yang rewel. Bayangkan gumpalan berair dengan pabrik molekul kecil yang ditambatkan ke dindingnya yang seperti balon. Membekukan sel tanpa perlindungan dapat menyebabkan komponen berair membentuk kristal es yang tajam, yang merusak komponen dalam sel dan menusuk dinding sel. Ketika dipanaskan kembali ke suhu normal, seperti bantalan bantalan bocor, sel tidak memiliki kesempatan untuk bertahan hidup.

Para ilmuwan akhirnya menemukan resep pemenang untuk melestarikan sel: kuncinya adalah menambahkan antibeku kimia dan menyimpan sel dalam tangki logam berat nitrogen cair. Sel-sel digantung dalam botol kecil di dalam kotak yang meluncur ke dalam sangkar logam seperti menara. Tergantung pada jenis selnya, mereka dapat disimpan selama bertahun-tahun. Masalah? Pengaturannya mahal, sulit dirawat, dan rentan terhadap kegagalan daya. Setiap gangguan dapat menyebabkan kerugian besar di semua sampel. Untuk keanekaragaman hayati, tidak selalu layak untuk memiliki pengaturan canggih seperti itu di dekat hewan.

Pasti ada cara yang lebih baik.

Bertahun-tahun yang lalu, Wakayama melakukan perang salib untuk mendorong batas penyimpanan sel. Dia fokus pada satu metode khusus: pengeringan beku. Kebanyakan dikenal backpacker dan astronot sebagai cara untuk melestarikan nutrisi dalam makanan, sel-sel pengeringan beku ternyata relatif sederhana. Pada pergantian abad, Wakayama dan timnya menunjukkan itu mungkin untuk membekukan sperma kering untuk reproduksi. Resepnya mantap banget menjaga sperma tetap hidup selama bertahun-tahun di Stasiun Luar Angkasa Internasional, sambil dibombardir dengan tingkat radiasi ambien. Itu juga menyebabkan keturunan hidup setelah dibuang ke laci meja untuk setahun tanpa kontrol iklim.

Sel somatik adalah masalah yang berbeda. Tidak seperti sperma, sel-sel yang membentuk tubuh kita jauh lebih rentan terhadap molekul air yang memeluk struktur DNA kita, dengan nukleus yang lebih rapuh. Ketika dibekukan, itu berarti sel dapat mengalami kerusakan yang jauh lebih besar, membuatnya tidak dapat digunakan untuk kloning.

“Sampai saat ini, satu-satunya sel yang menghasilkan keturunan setelah pengeringan beku adalah spermatozoa [sperma] matang,” tulis tim tersebut.

Resep Baru

Pekerjaan baru berjalan untuk hal yang mustahil: dapatkah kita mengkloning hewan dari sel somatik beku-kering?

Pada percobaan putaran pertama, tim mengisolasi sel dari tikus betina yang biasanya mendukung sel telur. Mereka melemparkan sel-sel itu ke dalam dua bahan kimia pelindung dan membekukan sampel dalam nitrogen cair. Itu tidak bagus: membran pelindung semua sel pecah, dengan tanda-tanda DNA yang hancur—tetapi relatif utuh.

Membajak ke depan, tim kemudian merehidrasi sampel beku setelah hingga delapan bulan dalam penyimpanan. Dari bubuk tak bernyawa mereka mengisolasi nuklei, struktur seperti benih yang menampung DNA, dan mentransplantasikannya ke dalam sel telur yang materi genetiknya tersedot keluar. Ini seperti mengganti teks satu buku dengan yang lain—benar-benar mengubah makna biologisnya.

Itu menjadi lebih rumit. Sel telur awal yang “diedit” ini tidak dapat bereproduksi, kemungkinan karena kerusakan DNA dan epigenetik. Sebagai solusinya, tim menggunakan sel untuk membentuk beberapa garis sel embrionik. Mereka adalah pekerja yang tangguh, terutama efisien dalam memperbaiki kerusakan DNA.

Setelah berkembang, tim kemudian menyedot materi genetik mereka dan menyuntikkannya ke dalam telur dari tikus berbulu hitam. Embrio yang dihasilkan dibiarkan berkembang pada tikus dengan bulu putih—ibu pengganti. Semua anak anjing yang dihasilkan mengambil bulu hitam mengkilap dari donor DNA mereka, dengan bobot dan kesuburan yang sangat normal.

“Setelah pematangan, kami secara acak memilih sembilan tikus kloning betina dan tiga jantan untuk dikawinkan dengan tikus lab normal,” tim menjelaskan. Dalam waktu kira-kira tiga bulan, semua tikus betina hasil kloning melahirkan generasi berikutnya—dengan empat cakar, kumis, dan kebiasaan tikus yang utuh. Mengulangi percobaan dengan sel-sel kulit dari ujung ekor, tim mengkloning selusin tikus lainnya.

Resepnya tidak berjalan sesuai rencana. Dalam satu percobaan aneh, tim menggunakan sel dari tikus jantan untuk mengkloning generasi berikutnya, dan semua keturunannya menjadi betina. Menggali lebih dalam, mereka menemukan bahwa entah bagaimana kromosom Y — menunjuk laki-laki biologis — hilang selama proses, mengarah ke semua perempuan pulau Themyscira. Bagi penulis, ini adalah proses yang sulit, tetapi bukan ledakan untuk penggunaan praktis. “Hasil ini menunjukkan bahwa bahkan jika kehilangan kromosom Y memang terjadi, teknik ini masih dapat digunakan untuk sumber daya genetik yang tersedia dalam keadaan ekstrem, seperti spesies yang hampir punah,” kata mereka.

Perpustakaan untuk Konservasi?

Tekniknya jauh dari sempurna. Ini membosankan, memiliki tingkat keberhasilan yang rendah, dan masih membutuhkan suhu penyimpanan freezer yang membuatnya rentan terhadap kegagalan jaringan energi.

Untuk Dr Alena Pance di University of Hertfordshire, yang tidak terlibat dalam penelitian ini, pertanyaan yang paling penting adalah berapa lama materi genetik dapat disimpan. “Akan sangat penting untuk menunjukkan penyimpanan yang diperpanjang dan tidak terbatas dalam kondisi ini agar sistem ini memberikan pelestarian spesies dan sampel jangka panjang yang efektif,” katanya. tersebut.

Penulis setuju bahwa ada lebih banyak misteri. Tubuh mungkin memiliki waktu yang lebih sulit untuk memperbaiki kerusakan DNA dalam sel somatik dibandingkan dengan sperma, yang menarik energi mereka untuk mengembangkan sel telur yang berfungsi penuh. Milik mereka Epigenetika—yang mengatur bagaimana gen dihidupkan atau dimatikan—mungkin juga kacau karena pemrograman ulang yang tidak lengkap.

Pada akhirnya, ini hanyalah langkah pertama. Sel somatik lebih mudah ditangkap dibandingkan sel reproduktif, terutama pada hewan infertil atau juvenil. Melakukannya lebih mudah dan lebih murah adalah nilai tambah. Tim sekarang mencari untuk menangkap materi genetik dari mayat atau kotoran untuk memperluas cakupannya.

“Pendekatan yang dijelaskan dalam karya ini menawarkan alternatif untuk menyajikan metode perbankan dan tentu saja memungkinkan suhu yang lebih permisif akan menjadi keuntungan besar,” kata Pance.

Gambar Kredit: Wakayama et. al./Komunikasi Alam