Ученые клонировали мышей из лиофилизированных клеток кожи, открывая путь к биоконсервации

На первый взгляд Дорами была обычной мышью. Она набрала здоровый вес, родила собственных щенков и умерла естественной смертью около своего второго дня рождения — примерно в 70 лет в человеческом возрасте, что совершенно необычно для лабораторной мыши.

За исключением одного: Дорами была клонирована из лиофилизированных клеток. И не просто любую клетку — она была клонирована из соматических клеток (клеток, из которых состоит наше тело), ​​а не из сперматозоидов или яйцеклеток.

Dorami — это последний набег на многолетнее стремление использовать клонирование как способ сохранения биоразнообразия. Триумф Долли овцы дали понять, что можно оживлять животных с помощью репродуктивных клеток. Мечта о восстановлении вымерших животных или биобанкировании нынешних с тех пор захватывает воображение ученых. Одним из эффективных способов сохранения ДНК вида является хранение спермы в жидком азоте. При температуре примерно -320 градусов по Фаренгейту клетки могут быть заморожены во времени на годы.

Но есть одна загвоздка. Сбор репродуктивных клеток животных, находящихся на грани вымирания, мягко говоря, чрезвычайно труден. Напротив, соскоблить несколько клеток кожи или сбрить шерсть относительно просто. Эти клетки содержат полную ДНК животного, но они хрупкие.

Новое исследованиепод руководством доктора Терухико Вакаямы из Университета Яманаси в Японии совершили скачок от спермы к коже. Разработав высокотехнологичный рецепт, которым гордился бы любой шеф-повар изысканной кухни, команда успешно клонировала 75 здоровых мышей из лиофилизированных соматических клеток, полученных от доноров мужского и женского пола. У многих потомков, включая Дорами, появились собственные щенки.

С вероятностью успеха примерно пять процентов самое большее — и всего 0.2 процента — метод далеко не эффективен. Но эта стратегия прокладывает путь к более широкой картине: нашей способности хранить и потенциально возрождать генетические вариации почти вымерших видов.

к Доктор Бен Новак, ведущий научный сотрудник Revive & Restore, исследование является долгожданным достижением, несмотря на его несовершенство. «С точки зрения сохранения, инновации новых способов создания биобанков репродуктивно жизнеспособных типов тканей являются большой потребностью… поэтому очень интересно наблюдать за такого рода прорывом», — сказал он. — сказал.

Поваренная книга биоконсервации

Клетки — привередливые существа. Представьте себе водянистый шар с крошечными молекулярными фабриками, привязанными к его воздушным шарам. Замораживание клетки без защиты может привести к тому, что водянистые компоненты образуют острые кристаллы льда, которые повреждают внутренние компоненты клетки и прокалывают клеточную стенку. При нагревании до нормальной температуры, подобно протекающей игольнице, у клетки нет шансов на выживание.

В конце концов ученые нашли выигрышный рецепт сохранения клеток: ключом является добавление химического антифриза и хранение клеток в резервуарах из тяжелого металла с жидким азотом. Клетки подвешены в крошечных флаконах внутри коробок, которые вдвигаются в металлическую клетку, похожую на башню. В зависимости от типа клеток они могут сохраняться годами. Проблема? Установка дорога, сложна в обслуживании и подвержена перебоям в подаче электроэнергии. Любые сбои могут привести к катастрофическим потерям во всех образцах. Для биоразнообразия не всегда возможно иметь такую ​​сложную установку рядом с животным.

Должен быть способ получше.

Несколько лет назад Вакаяма отправился в крестовый поход, чтобы раздвинуть границы хранения ячеек. Он сосредоточился на одном конкретном методе: сублимационной сушке. В основном известные туристам и астронавтам как способ сохранить питательные вещества в продуктах питания, сублимационная сушка оказалась относительно простой. На рубеже веков Вакаяма и его команда показал, что это возможно лиофилизация спермы для размножения. Рецепт был настолько надежным, что сохранил сперму живой в течение многих лет на борту Международной космической станции, подвергаясь бомбардировке уровнями радиации. Это также привело к живое потомство после того, как его бросили в ящик стола в течение года без климат-контроля.

Соматические клетки - другое дело. В отличие от сперматозоидов, клетки, из которых состоит наше тело, гораздо более склонны к тому, чтобы молекулы воды окружали нашу структуру ДНК, с более хрупким ядром. При замораживании это означает, что клетки могут подвергнуться гораздо большему повреждению, что сделает их непригодными для клонирования.

«На сегодняшний день единственными клетками, дающими потомство после сушки вымораживанием, являются зрелые сперматозоиды [сперматозоиды]», — написала команда.

Новый рецепт

Новая работа пошла на невозможное: можем ли мы клонировать животное из лиофилизированных соматических клеток?

В первом раунде экспериментов команда выделила клетки самок мышей, которые обычно поддерживают яйцеклетку. Они поместили клетки в два защитных химиката и лиофилизировали образцы в жидком азоте. Это было некрасиво: защитная мембрана всех клеток порвалась с признаками разрушенной, но относительно неповрежденной ДНК.

Продвигаясь вперед, команда регидратировала замороженный образец после восьми месяцев хранения. Из безжизненного порошка они выделили ядра, семяобразную структуру, содержащую ДНК, и пересадили их в яйцеклетку, из которой был высосан генетический материал. Это все равно, что заменить текст одной книги другой — полностью изменить ее биологический смысл.

Стало сложнее. Эти первоначальные «отредактированные» яйцеклетки не могли воспроизводиться, вероятно, из-за ДНК и эпигенетических повреждений. В качестве обходного пути команда использовала клетки для формирования нескольких линий эмбриональных клеток. Это выносливые работники, особенно эффективные при исправлении повреждений ДНК.

После того, как они процветали, команда высосала их генетический материал и ввела его в яйца мышей с черным мехом. Полученные эмбрионы оставили развиваться в мышах с белым мехом — суррогатной матери. Все получившиеся щенки приобрели блестящую черную шерсть своих доноров ДНК с совершенно нормальным весом и плодовитостью.

«После созревания мы случайным образом выбрали девять самок и трех клонированных самцов мышей для спаривания с обычными лабораторными мышами», — объяснила команда. Примерно через три месяца все клонированные самки мышей родили следующее поколение — с четырьмя лапами, усами и мышиными повадками. Повторив эксперимент с клетками кожи кончика хвоста, команда клонировала еще около дюжины мышей.

Рецепт пошел не совсем так, как планировалось. В одном странном испытании команда использовала клетки мышей-самцов для клонирования следующего поколения, и все потомство стало самками. Копнув глубже, они обнаружили, что каким-то образом Y-хромосома, обозначающая биологический мужчина, была потеряна во время процесса, что привело к полностью женскому полу. остров Темискира. Для авторов это излом в процессе, но не провал для практического использования. «Эти результаты показывают, что даже если потеря Y-хромосомы действительно произойдет, этот метод все еще можно использовать для доступных генетических ресурсов в экстремальных обстоятельствах, таких как почти вымершие виды», — сказали они.

Библиотека сохранения?

Техника далека от совершенства. Это утомительно, имеет низкие показатели успеха и по-прежнему требует температуры хранения в морозильной камере, что делает его подверженным сбоям в энергосистеме.

Для доктора Алены Пэнс из Университета Хартфордшира, которая не участвовала в исследовании, самым важным вопросом является то, как долго может храниться генетический материал. «Было бы крайне важно продемонстрировать длительное бессрочное хранение в этих условиях, чтобы эта система обеспечивала эффективное долгосрочное сохранение видов и образцов», — сказала она. — сказал.

Авторы соглашаются, что загадок больше. Организму может быть труднее восстанавливать повреждения ДНК в соматических клетках по сравнению со сперматозоидами, которые отнимают у них энергию от развития полностью функционирующей яйцеклетки. Их эпигенетика— который регулирует то, как гены включаются или выключаются, — также может быть нарушен из-за неполного перепрограммирования.

В конце концов, это только первый шаг. Соматические клетки легче захватывать по сравнению с репродуктивными, особенно у бесплодных или молодых животных. Делать это проще и дешевле — это плюс. В настоящее время команда пытается получить генетический материал трупов или фекалий, чтобы расширить масштабы исследования.

«Подход, описанный в этой работе, предлагает альтернативу нынешним методам банков, и, безусловно, использование более допустимых температур было бы большим преимуществом», — сказал Панс.

Изображение Фото: Вакаяма и др. др./Nature Communications