Oamenii de știință au clonat șoareci din celulele pielii uscate prin congelare, deschizând ușa bioconservării

La suprafață, Dorami era doar un șoarece obișnuit. Ea a crescut până la o greutate sănătoasă, a avut pui și a murit în mod natural în apropiere de a doua zi de naștere - aproximativ 70 de ani de vârstă umană și complet neexcepțional pentru un șoarece de laborator.

Cu excepția unui singur lucru: Dorami a fost clonat din celule liofilizate. Și nu orice celulă – ea a fost clonată din celule somatice (celulele care alcătuiesc corpurile noastre) mai degrabă decât din spermatozoizi sau ovule.

Dorami este cea mai recentă incursiune într-o încercare de zeci de ani de a folosi clonarea ca o modalitate de a păstra biodiversitatea. Triumful lui Oaia Dolly a clarificat faptul că este posibil să reînvie animalele folosind celule reproductive. Visul refacerii animalelor dispărute sau a celor actuale biobanking a captat imaginația oamenilor de știință de atunci. O modalitate puternică de a păstra ADN-ul unei specii este stocarea spermei în azot lichid. La aproximativ -320 de grade Fahrenheit, celulele pot fi înghețate în timp ani de zile.

Dar există un singur sughiț. Colectarea celulelor reproductive de la animalele pe cale de dispariție este, ca să spunem ușor, extrem de dificilă. În schimb, zgârierea câtorva celule ale pielii sau bărbierirea blănii este relativ simplă. Aceste celule conțin ADN-ul complet al animalului, dar sunt fragile.

Noul studiu, condus de dr. Teruhiko Wakayama de la Universitatea Yamanashi din Japonia, a făcut saltul de la spermă la piele. Dezvoltând o rețetă extrem de tehnică care ar face mândru pe orice bucătar de mese, echipa a clonat cu succes 75 de șoareci sănătoși din celule somatice liofilizate colectate atât de la donatori de sex masculin, cât și de la femei. Mulți urmași, inclusiv Dorami, au continuat să aibă pui.

Cu o rată de succes de cel mult cinci procente – și până la 0.2 procente – tehnica este departe de a fi eficientă. Dar strategia creează o cale către imaginea de ansamblu: capacitatea noastră de a stoca și potențial de a reînvia variațiile genetice ale speciilor aproape dispărute.

La Dr. Ben Novak, om de știință principal la Revive & Restore, studiul este un progres binevenit, în ciuda imperfecțiunilor sale. „Din punct de vedere al conservării, inovarea de noi modalități de a biobancă tipuri de țesuturi viabile din punct de vedere reproductiv este o nevoie mare… așa că este foarte interesant să vedem acest tip de descoperire”, el a spus.

Cartea de bucate pentru bioconservare

Celulele sunt creaturi capricioase. Imaginați-vă o pată apoasă cu fabrici moleculare minuscule legate de pereții săi ca un balon. Înghețarea unei celule fără protecție poate determina componentele apoase să formeze cristale de gheață ascuțite, care deteriorează componentele interioare ale celulei și găsesc peretele celular. Când este încălzită înapoi la temperaturi normale, ca o pernă de ace care curge, celula nu are șanse de supraviețuire.

Oamenii de știință au descoperit în cele din urmă o rețetă câștigătoare pentru conservarea celulelor: cheia este adăugarea unui antigel chimic și depozitarea celulelor în rezervoare de metale grele de azot lichid. Celulele sunt suspendate în fiole minuscule în interiorul unor cutii care alunecă într-o cușcă metalică asemănătoare unui turn. În funcție de tipul de celule, acestea pot fi păstrate ani de zile. Problema? Configurarea este costisitoare, greu de întreținut și predispus la întreruperi de curent. Orice întrerupere ar putea cauza pierderi catastrofale în toate probele. Pentru biodiversitate, nu este întotdeauna fezabil să existe o configurație atât de sofisticată în apropierea animalului.

Trebuie să existe o cale mai bună.

Cu ani în urmă, Wakayama a plecat într-o cruciadă pentru a depăși limitele stocării celulelor. S-a concentrat pe o metodă specifică: liofilizarea. Cunoscute în cea mai mare parte de rucsaci și astronauți ca o modalitate de a păstra nutrienții din alimente, celulele de uscare prin congelare s-au dovedit a fi relativ simple. La începutul secolului, Wakayama și echipa sa a aratat ca este posibil pentru a liofiliza spermatozoizii pentru reproducere. Rețeta a fost atât de robustă a ținut sperma în viață ani de zile la bordul Stației Spațiale Internaționale, în timp ce era bombardat cu niveluri ambientale de radiații. A dus și la urmași vii după ce a fost aruncat într-un sertar al biroului timp de un an fara climatizare.

Celulele somatice sunt o chestiune diferită. Spre deosebire de sperma, celulele care alcătuiesc corpul nostru sunt mult mai predispuse la moleculele de apă care ne îmbrățișează structura ADN-ului, cu un nucleu mai fragil. Când sunt înghețate, înseamnă că celulele pot suferi mult mai multe daune, făcându-le inutilizabile pentru clonare.

„Până în prezent, singurele celule care au produs descendenți după uscare prin înghețare sunt spermatozoizii maturi [sperma]”, a scris echipa.

O Rețetă Nouă

Noua lucrare mergea spre imposibil: putem clona un animal din celule somatice liofilizate?

În prima rundă de experimente, echipa a izolat celule de la șoareci femele care susțin de obicei celula ou. Ei au aruncat celulele în două substanțe chimice de protecție și au liofilizat probele în azot lichid. Nu a fost frumos: membrana protectoare a tuturor celulelor s-a rupt, cu semne de ADN spart, dar relativ intact.

Arătând înainte, echipa a rehidratat apoi proba înghețată după până la opt luni de depozitare. Din pulberea lipsită de viață au izolat nucleele, structura asemănătoare semințelor care adăpostește ADN-ul și l-au transplantat într-o celulă ou care avea materialul genetic absorbit. Este ca și cum ai înlocui textul unei cărți cu alta — schimbându-i complet sensul biologic.

S-a complicat mai mult. Aceste ovule inițiale „editate” nu s-au putut reproduce, probabil din cauza ADN-ului și a leziunilor epigenetice. Ca o soluție, echipa a folosit celulele pentru a forma mai multe linii celulare embrionare. Aceștia sunt lucrători rezistenți, mai ales eficienți în corectarea daunelor ADN-ului.

Odată ce a prosperat, echipa și-a aspirat materialul genetic și l-a injectat în ouă de la șoareci cu blană neagră. Embrionii rezultați au fost lăsați să se dezvolte la șoareci cu blană albă - mama surogat. Toți puii rezultati au preluat blana neagră strălucitoare a donatorilor lor de ADN, cu greutăți și fertilitate perfect normale.

„După maturizare, am selectat aleatoriu nouă femele și trei șoareci masculi donați pentru împerechere cu șoareci normali de laborator”, a explicat echipa. În aproximativ trei luni, toate șoarecele femele clonate au dat naștere următoarei generații – cu patru labe, mustăți și obiceiuri de șoarece intacte. Repetând experimentul cu celulele pielii din vârful cozii, echipa a clonat încă o duzină de șoareci.

Rețeta nu a decurs exact așa cum era planificat. Într-un studiu ciudat, echipa a folosit celule de la șoareci masculi pentru a clona generația următoare, iar toți urmașii au devenit femele. Săpând mai adânc, ei au descoperit că, într-un fel, cromozomul Y, care desemnează un bărbat biologic, s-a pierdut în timpul procesului, ceea ce duce la o femeie. insula Themyscira. Pentru autori, este o îndoială în proces, dar nu o explozie pentru utilizare practică. „Aceste rezultate sugerează că, chiar dacă are loc pierderea cromozomului Y, această tehnică poate fi folosită în continuare pentru resursele genetice disponibile în circumstanțe extreme, cum ar fi speciile aproape dispărute”, au spus ei.

O bibliotecă pentru conservare?

Tehnica este departe de a fi perfectă. Este plictisitor, are rate scăzute de succes și necesită totuși temperaturi de depozitare în congelator care îl fac predispus la defecțiuni ale rețelei de energie.

Pentru Dr. Alena Pance de la Universitatea din Hertfordshire, care nu a fost implicată în studiu, cea mai importantă întrebare este cât timp poate fi păstrat materialul genetic. „Ar fi esențial să se arate depozitarea prelungită și nedeterminată în aceste condiții pentru ca acest sistem să ofere o conservare eficientă pe termen lung a speciilor și a probelor”, ea. a spus.

Autorii sunt de acord că există mai multe mistere. Organismul poate avea mai greu să repare daunele ADN-ului din celulele somatice în comparație cu spermatozoizii, ceea ce le trage energia de la dezvoltarea unui ovul pe deplin funcțional. Al lor Epigenetics– care reglează modul în care genele se pornesc sau se opresc – poate fi, de asemenea, dezamăgit din cauza reprogramării incomplete.

În cele din urmă, acesta este doar primul pas. Celulele somatice sunt mai ușor de captat în comparație cu cele de reproducere, în special pentru animalele infertile sau juvenile. A face acest lucru mai ușor și mai ieftin este un plus. Echipa caută acum să capteze material genetic din cadavre sau fecale pentru a lărgi domeniul de aplicare.

„Abordarea descrisă în această lucrare oferă o alternativă la metodele bancare actuale și, cu siguranță, permiterea unor temperaturi mai permisive ar fi un mare avantaj”, a spus Pance.

Credit imagine: Wakayama et. al./Nature Communications