מדענים שיבטו עכברים מתאי עור מיובשים בהקפאה, ופתחו את הדלת לשימור ביולוגי

על פני השטח, דוראמי היה רק ​​עכבר ממוצע. היא גדלה למשקל בריא, ילדה גורים משלה, ומתה באופן טבעי סמוך ליום הולדתה השני - בערך 70 שנה בגיל אנושי, ולגמרי לא יוצא דופן עבור עכבר מעבדה.

חוץ מדבר אחד: דוראמי שובט מתאי מיובש בהקפאה. ולא סתם תא - היא שובטה מתאי סומאטי (התאים שמרכיבים את גופנו) ולא מזרע או מביצית.

דוראמי היא הגיחה האחרונה בדחיפה של עשרות שנים להשתמש בשיבוט כדרך לשמר את המגוון הביולוגי. הניצחון של דולי הכבשה הבהיר כי ניתן להחיות חיות באמצעות תאי רבייה. החלום של שחזור בעלי חיים שנכחדו, או בנקאות ביולוגית, כבש את דמיונם של מדענים מאז. אחת הדרכים העוצמתיות לשמר את ה-DNA של המין היא לאגור זרע בחנקן נוזלי. בערך -320 מעלות פרנהייט, ניתן להקפיא את התאים בזמן במשך שנים.

אבל יש שיהוק אחד. איסוף תאי רבייה מבעלי חיים על סף הכחדה הוא - בלשון המעטה - קשה ביותר. לעומת זאת, לגרד כמה תאי עור או לגלח קצת פרווה זה פשוט יחסית. תאים אלה מכילים את ה-DNA המלא של החיה, אבל הם שבירים.

המחקר החדש, בראשות ד"ר Teruhiko Wakayama מאוניברסיטת Yamanashi ביפן, עשתה את הקפיצה מזרע לעור. בפיתוח מתכון טכני מאוד שיגרום לכל שף אוכל משובח להיות גאה, הצוות שיבט בהצלחה 75 עכברים בריאים מתאי סומטיים מיובשים בהקפאה שנאספו מתורמות זכרים ונשים כאחד. צאצאים רבים, כולל דוראמי, המשיכו להוליד גורים משלהם.

עם שיעור הצלחה של כחמישה אחוז לכל היותר - ונמוך עד 0.2 אחוז - הטכניקה רחוקה מלהיות יעילה. אבל האסטרטגיה חוצבת נתיב לעבר התמונה הגדולה יותר: היכולת שלנו לאחסן ולהחיות וריאציות גנטיות של מינים שכמעט נכחדו.

ל ד"ר בן נובאק, מדען ראשי ב-Revive & Restore, המחקר הוא התקדמות מבורכת למרות חוסר השלמות שלו. "מנקודת מבט של שימור, חידוש דרכים חדשות לסוגי רקמות ברי-פרודוקטיביות ביו-בנק הוא צורך גדול... אז זה באמת מרגש לראות סוג כזה של פריצת דרך," הוא אמר.

ספר הבישול לשימור ביולוגי

תאים הם יצורים דקיקים. תארו לעצמכם כתם מימי עם מפעלים מולקולריים זעירים קשורים לקירות דמויי הבלונים שלו. הקפאת תא ללא הגנה עלולה לגרום לרכיבים המימיים ליצור גבישי קרח חדים, הפוגעים ברכיבים הפנימיים של התא ומחוררים את דופן התא. כאשר הוא מחומם בחזרה לטמפרטורות רגילות, כמו כרית דולפת, לתא אין סיכוי לשרוד.

בסופו של דבר מצאו מדענים מתכון מנצח לשימור תאים: המפתח הוא הוספת חומר נגד קפיאה כימי ואחסון התאים במיכלי מתכת כבדה של חנקן נוזלי. התאים תלויים בבקבוקונים זעירים בתוך קופסאות המחליקות לתוך כלוב מתכת דמוי מגדל. בהתאם לסוג התא, הם יכולים להישמר במשך שנים. הבעיה? ההגדרה יקרה, קשה לתחזוקה ונוטה להפסקות חשמל. כל שיבושים עלולים לגרום לאובדן קטסטרופלי בכל הדגימות. עבור המגוון הביולוגי, לא תמיד אפשרי להחזיק מבנה כה מתוחכם ליד החיה.

חייבת להיות דרך טובה יותר.

לפני שנים, וואקאיאמה יצאה למסע צלב כדי לדחוף את גבולות האחסון הסלולרי. הוא התמקד בשיטה אחת ספציפית: ייבוש בהקפאה. ידוע בעיקר לתרמילאים ואסטרונאוטים כדרך לשמר חומרים מזינים במזון, תאים ייבוש בהקפאה התבררו כפשוטים יחסית. בתחילת המאה, וואקאיאמה והצוות שלו הראה שזה אפשרי לייבוש זרע בהקפאה לצורך רבייה. המתכון היה כל כך חזק שמר על זרע בחיים במשך שנים על סיפון תחנת החלל הבינלאומית, תוך שהוא מופגז ברמות קרינה סביבתיות. זה גם הוביל ל צאצאים חיים לאחר שנזרקו למגירת שולחן לשנה ללא בקרת אקלים.

תאים סומטיים זה עניין אחר. בניגוד לזרע, התאים המרכיבים את גופנו נוטים הרבה יותר למולקולות מים החובקות את מבנה ה-DNA שלנו, עם גרעין שביר יותר. כשהם קפואים, זה אומר שהתאים יכולים לחוות הרבה יותר נזק, מה שהופך אותם לבלתי שמישים לשיבוט.

"עד היום, התאים היחידים שהולידו צאצאים לאחר ייבוש בהקפאה הם זרעונים בוגרים", כתב הצוות.

מתכון חדש

העבודה החדשה הלכה על הבלתי אפשרי: האם נוכל לשבט בעל חיים מתאי סומטיים מיובשים בהקפאה?

בסבב הניסויים הראשון, הצוות בודד תאים מעכברים נקבות התומכים בדרך כלל בתא הביצית. הם השליכו את התאים בשני כימיקלים מגנים וייבשו את הדגימות בחנקן נוזלי. זה לא היה יפה: קרום המגן של כל התאים נשבר, עם סימנים של DNA מנופץ - אך שלם יחסית.

לאחר חריש קדימה, הצוות החזיר את הדגימה הקפואה לאחר עד שמונה חודשים באחסון. מהאבקה חסרת החיים בודדו את הגרעינים, המבנה דמוי הזרע המכיל DNA, והשתלו אותו בתא ביצה שהחומר הגנטי שלו נשאב החוצה. זה כמו להחליף טקסט של ספר אחד בספר אחר — לשנות לחלוטין את המשמעות הביולוגית שלו.

זה נהיה יותר מסובך. תאי הביצה ה"ערוכים" הראשוניים הללו לא יכלו להתרבות, ככל הנראה עקב DNA ונזק אפיגנטי. כפתרון עוקף, הצוות השתמש בתאים ליצירת שורות תאים עובריות מרובות. מדובר בעובדים עמידים, יעילים במיוחד בתיקון נזקי DNA.

לאחר ששגשג, הצוות שאץ את החומר הגנטי שלהם והזריק אותו לביצים מעכברים עם פרווה שחורה. העוברים שהתקבלו הושארו להתפתח בעכברים עם פרווה לבנה - האם הפונדקאית. כל הגורים שהתקבלו קיבלו את הפרווה השחורה המבריקה של תורמי ה-DNA שלהם, עם משקל ופוריות תקינים לחלוטין.

"לאחר התבגרות, בחרנו באקראי תשע עכברים משובטים נקבות ושלושה זכרים להזדווגות עם עכברי מעבדה רגילים", הסביר הצוות. תוך כשלושה חודשים, כל העכברים המשובטים הולידו את הדור הבא - עם ארבע כפות, שפם והרגלי עכבר שלמים. כשחזרו על הניסוי עם תאי עור מקצה הזנב, הצוות שיבט עוד תריסר עכברים.

המתכון לא בדיוק הלך כמתוכנן. בניסוי מוזר אחד, הצוות השתמש בתאים מעכברים זכרים כדי לשבט את הדור הבא, וכל הצאצאים הפכו לנקבות. כשהם חפרו לעומק, הם גילו שאיכשהו כרומוזום Y - המציין זכר ביולוגי - הלך לאיבוד במהלך התהליך, והוביל לנקבה שכולה האי תמיסירה. עבור המחברים, זה קימט בתהליך, אבל לא תקלה לשימוש מעשי. "תוצאות אלו מצביעות על כך שגם אם אכן מתרחש אובדן כרומוזום Y, עדיין ניתן להשתמש בטכניקה זו למשאבים הגנטיים הזמינים בנסיבות קיצוניות, כמו מינים כמעט נכחדו", אמרו.

ספרייה לשימור?

הטכניקה רחוקה מלהיות מושלמת. זה מייגע, יש לו אחוזי הצלחה נמוכים, ועדיין דורש טמפרטורות אחסון במקפיא שהופכות אותו לנטייה לכשלים ברשת האנרגיה.

לד"ר אלנה פאנס מאוניברסיטת הרטפורדשייר, שלא הייתה מעורבת במחקר, השאלה החשובה ביותר היא כמה זמן ניתן לאחסן את החומר הגנטי. "יהיה חשוב ביותר להראות אחסון ממושך, בלתי מוגבל בתנאים אלה כדי שמערכת זו תספק שימור יעיל לטווח ארוך של מינים ודגימות", היא אמר.

המחברים מסכימים שיש עוד תעלומות. ייתכן שלגוף יהיה קשה יותר לתקן נזקי DNA בתאים סומטיים בהשוואה לזרע, אשר שואב את האנרגיה שלהם מפיתוח ביצית בתפקוד מלא. שֶׁלָהֶם אפיגנטיקה- אשר מווסת את אופן הדלקת או כיבוי הגנים - עשוי להיות מבולגן גם בגלל תכנות מחדש לא שלם.

בסופו של דבר, זה רק הצעד הראשון. קל יותר לתפוס תאים סומטיים בהשוואה לתאים רבייה, במיוחד עבור בעלי חיים עקרים או צעירים. לעשות את זה קל וזול יותר זה יתרון. הצוות מחפש כעת ללכוד חומר גנטי מגוויות או צואה כדי להרחיב את ההיקף.

"הגישה המתוארת בעבודה זו מציעה אלטרנטיבה לשיטות הבנקאות הנוכחיות ובהחלט מתן טמפרטורות מתירניות יותר יהיה יתרון גדול", אמר פאנס.

תמונת אשראי: Wakayama et. al./Nature Communications