Șoarecii cu doi tați s-au născut din ouă făcute din celule ale pielii masculine

Șapte șoareci tocmai s-au alăturat panteonului de urmași creat din părinți de același sex și au deschis ușa puilor născuți dintr-un părinte singur.

Intr-un studiu publicat in Natură, cercetătorii au descris modul în care au răzuit celulele pielii de pe cozile șoarecilor masculi și le-au folosit pentru a crea celule ouă funcționale. Când au fost fertilizați cu spermă și transplantați într-un surogat, embrionii au dat naștere la pui sănătoși, care au crescut și au avut copii proprii.

Studiul este cel mai recent dintr-o încercare de un deceniu de a rescrie reproducerea. Ovulul se întâlnește cu spermatozoizii rămâne dogma. Ceea ce este în joc este modul în care sunt generate cele două jumătăți. Datorită tehnologiei iPSC (celule stem pluripotente induse), oamenii de știință au reușit să ocolească natura pentru a inginer ouă funcționale, reconstruiți ovarele artificiale, și dau naștere la sănătoși soareci de la doua mame. Cu toate acestea, nimeni nu a reușit să descopere rețeta de urmași sănătoși născuți din doi tați.

Intră dr. Katsuhiko Hayashi de la Universitatea Kyushu, care a condus obiectivul ambițios de a proiecta gameți — sperma și ovulul — în afara corpului. Soluția lui a venit dintr-un hack inteligent. Când sunt crescute în cutii Petri, celulele iPSC tind să-și piardă mănunchiuri de ADN, numite cromozomi. În mod normal, aceasta este o durere de cap masivă, deoarece perturbă integritatea genetică a celulei.

Hayashi și-a dat seama că ar putea deturna mecanismul. Selectând celulele care elimină cromozomul Y, echipa a hrănit celulele până când s-au dezvoltat complet în celule de ou mature. Celulele, care au început ca celule ale pielii masculine, s-au dezvoltat în cele din urmă în șoareci normali după fertilizare cu spermatozoizi normali.

„Protocolul Murakami și al colegilor de muncă deschide noi căi în biologia reproducerii și cercetarea fertilității”, a spus Dr. Jonathan Bayerl și Diana Laird de la Universitatea din California, San Francisco (UCSF), care nu au fost implicați în studiu.

Rămâne de văzut dacă strategia va funcționa la oameni. Rata de succes la șoareci a fost foarte scăzută la doar un fragment de peste un procent. Cu toate acestea, studiul este o dovadă a conceptului care împinge și mai mult granițele tărâmului reproductiv al posibilităților. Și poate mai imediat, tehnologia de bază poate ajuta la abordarea unora dintre cele mai răspândite tulburări cromozomiale, cum ar fi sindromul Down.

„Acesta este o descoperire foarte importantă pentru generarea de ovule și spermatozoizi din celule stem”, a spus Dr. Rod Mitchell de la Centrul MRC pentru Sănătatea Reproducerii, Universitatea din Edinburgh, care nu a fost implicat în studiu.

O revoluție a reproducerii

Hayashi este un veteran de multă vreme în transformarea tehnologiilor de reproducere. În 2020, echipa lui a descris modificări genetice care ajută celulele să se maturizeze în celule de ou în interiorul unui vas. Un an mai târziu, ei celulele ovarelor reconstruite care a hrănit ouă fertilizate în pui de șoarece sănătoși.

La baza acestor tehnologii se află iPSC-urile. Folosind o baie chimică, oamenii de știință pot transforma celulele mature, cum ar fi celulele pielii, înapoi într-o stare asemănătoare celulelor stem. iPSC-urile sunt practic aluat biologic: cu o supă de „frământare” chimică, ele pot fi convinse și transformate în aproape orice tip de celulă.

Datorită flexibilității lor, iPSC-urile sunt, de asemenea, greu de controlat. Ca majoritatea celulelor, ele se divid. Dar atunci când sunt ținute în interiorul unei cutii Petri pentru prea mult timp, ei se răzvrătesc și fie vărsă – sau duplică – o parte din cromozomi. Această anarhie adolescentină, numită aneuploidie, este dezastrul muncii oamenilor de știință atunci când încearcă să mențină o populație uniformă de celule.

Dar, după cum arată noul studiu, acea rebeliune moleculară este un dar pentru generarea de ouă din celulele masculine.

X Îl întâlnește pe Y și... Îl întâlnește pe O?

Să vorbim despre cromozomi sexuali.

Majoritatea oamenilor au XX sau XY. Atât X, cât și Y sunt cromozomi, care sunt mănunchiuri mari de ADN - fire de imagine înfășurate în jurul unei bobine. Din punct de vedere biologic, XX generează de obicei ouă, în timp ce XY produce în mod normal spermatozoizi.

Dar iată chestia: oamenii de știință știu de mult că ambele tipuri de celule pornesc din același stoc. Denumite celule germinale primordiale sau PGC, aceste celule nu se bazează nici pe cromozomii X, nici pe Y, ci mai degrabă pe mediul lor chimic înconjurător pentru dezvoltarea lor inițială, au explicat Bayerl și Laird.

În 2017, de exemplu, echipa lui Hayashi a transformat celulele stem embrionare în PGC, care atunci când au fost amestecate cu celulele ovarelor sau testiculelor fetale s-au maturizat fie în ovule artificiale, fie în spermatozoizi.

Aici, echipa și-a asumat sarcina mai grea de a transforma o celulă XY într-una XX. Au început cu un grup de celule stem embrionare de la șoareci care își pierde cromozomii Y - o resursă rară și controversată. Folosind o etichetă care strălucește în întuneric care se apucă doar de cromozomii X, ei ar putea monitoriza câte copii au existat în interiorul unei celule pe baza intensității luminii (rețineți că XX va străluci mai puternic decât XY).

După ce a crescut celulele timp de opt runde în interiorul vaselor Petri, echipa a descoperit că aproximativ șase la sută din celule și-au pierdut sporadic cromozomul Y. Mai degrabă decât XY, acum adăposteau doar un X, ca și cum ar lipsi jumătate dintr-o pereche de bețișoare. Apoi, echipa a convins selectiv aceste celule, numite XO, să se dividă.

Motivul? Celulele își dublează cromozomii înainte de a se împărți în doi noi. Deoarece celulele au doar un cromozom X, după duplicare, unele dintre celulele fiice vor ajunge cu XX - cu alte cuvinte, biologic feminin. Adăugarea unui medicament numit reversină a ajutat procesul de-a lungul, crescând numărul de celule XX.

Echipa a profitat apoi de munca lor anterioară. Ei au transformat celulele XX în celule asemănătoare PGC - cele care se pot dezvolta în ou sau spermatozoizi - și apoi au adăugat celule ovarelor fetale pentru a împinge celulele pielii masculine transformate în ouă mature.

Ca test final, ei au injectat sperma de la un șoarece normal în ouăle făcute în laborator. Cu ajutorul unei femele surogat, experimentul cu cerul albastru a produs peste o jumătate de duzină de pui. Greutatea lor a fost similară cu cea a șoarecilor născuți în mod tradițional, iar mama lor surogat a dezvoltat o placentă sănătoasă. Toți puii au crescut până la vârsta adultă și au avut copii proprii.

Împingând limitele

Tehnologia este încă la începuturile sale. În primul rând, rata sa de succes este extrem de scăzută: doar 7 din 630 de embrioni transferați au trăit pentru a fi adulți maturi. Cu o șansă de doar 1.1 la sută de a reuși, în special la șoareci, este o vânzare dificilă pentru a aduce tehnologia cuplurilor umane de sex masculin. Deși puii de șoareci păreau relativ normali în ceea ce privește greutatea și s-ar putea reproduce, aceștia ar putea avea, de asemenea, deficiențe genetice sau alte deficiențe - ceva pe care echipa vrea să-l investigheze în continuare.

„Există diferențe mari între un șoarece și om.” a spus Hayashi la o conferință anterioară.

Acestea fiind spuse, lăsând deoparte reproducerea, studiul poate ajuta imediat la înțelegerea tulburărilor cromozomiale. Sindromul Down, de exemplu, este cauzat de o copie suplimentară a cromozomului 21. În cadrul studiului, echipa a descoperit că tratarea celulelor stem embrionare de șoarece care adăpostesc un defect similar cu reversină - medicamentul care ajută la transformarea celulelor XY în XX - scapă șoarecii de copia suplimentară fără a afecta alți cromozomi. Este departe de a fi gata pentru uz uman. Cu toate acestea, tehnologia ar putea ajuta alți oameni de știință să vâneze măsuri preventive sau de screening pentru tulburări cromozomiale similare.

Dar poate ceea ce este cel mai intrigant este de unde poate duce tehnologia biologiei reproductive. Într-un experiment îndrăzneț, echipa a arătat că celulele dintr-o singură linie masculi iPSC pot naște descendenți - pui care au crescut până la vârsta adultă.

Cu ajutorul mamelor surogat, „de asemenea, sugerează că un bărbat singur ar putea avea un copil biologic... în viitorul îndepărtat”, a spus dr. Tetsuya Ishii, bioetician la Universitatea Hokkaido. Lucrarea ar putea propulsa, de asemenea, bioconservarea, propagând mamifere pe cale de dispariție de la un singur mascul.

Hayashi este bine conștient de etica și implicațiile sociale ale muncii sale. Dar, deocamdată, se concentrează pe ajutarea oamenilor și pe descifrarea – și rescrierea – regulilor de reproducere.

Studiul marchează „o piatră de hotar în biologia reproducerii”, au spus Bayerl și Laird.

Credit imagine: Katsuhiko Hayashi, Universitatea Osaka

• Distribuție de conținut bazat pe SEO și PR. Amplifică-te astăzi.
• Platoblockchain. Web3 Metaverse Intelligence. Cunoștințe amplificate. Accesați Aici.
• Sursa: https://singularityhub.com/2023/03/28/mice-with-two-dads-were-born-from-eggs-made-from-male-skin-cells/