Miši z dvema očetoma so bile rojene iz jajčec, narejenih iz moških kožnih celic

Sedem miši se je pravkar pridružilo panteonu potomcev, ustvarjenih od istospolnih staršev – in odprlo vrata potomcem, rojenim od enega starša.

V študiji, objavljeni v Narava, so raziskovalci opisali, kako so postrgali kožne celice iz repov mišjih samcev in jih uporabili za ustvarjanje funkcionalnih jajčnih celic. Ko so bili zarodki oplojeni s semenčico in presajeni v nadomestek, so se rodili zdravi mladiči, ki so odraščali in imeli svoje otroke.

Študija je zadnja v desetletnem poskusu ponovnega zapisovanja reprodukcije. Srečanje jajčeca s semenčico ostaja dogma. V igri je, kako nastaneta dve polovici. Zahvaljujoč tehnologiji iPSC (inducirane pluripotentne matične celice) je znanstvenikom uspelo zaobiti naravo in inženirska funkcionalna jajca, rekonstruirati umetne jajčnike, in povzročijo zdravo miši dveh mater. Vendar še nikomur ni uspelo razbiti recepta za zdrave potomce dveh očetov.

Predstavljamo dr. Katsuhiko Hayashi z univerze Kyushu, ki je vodil ambiciozen cilj inženiringa gamet – sperme in jajčeca – zunaj telesa. Njegova rešitev je prišla s premetenim vdorom. Ko rastejo znotraj petrijevk, celice iPSC ponavadi izgubijo snope svoje DNK, imenovane kromosomi. Običajno je to močan glavobol, ker moti genetsko celovitost celice.

Hayashi je ugotovil, da bi lahko ugrabil mehanizem. Ekipa je pri izbiri celic, ki izločijo kromosom Y, negovala celice, dokler se niso popolnoma razvile v zrele jajčne celice. Celice, ki so se začele kot moške kožne celice, so se sčasoma razvile v normalne miši po oploditvi z normalno spermo.

"Protokol Murakamija in sodelavcev odpira nove poti v reproduktivni biologiji in raziskavah plodnosti," je dejal dr. Jonathan Bayerl in Diana Laird s kalifornijske univerze v San Franciscu (UCSF), ki nista sodelovala v študiji.

Ali bo strategija delovala pri ljudeh, bomo še videli. Stopnja uspešnosti pri miših je bila zelo nizka, le delček nad enim odstotkom. Vendar pa je študija dokaz koncepta, ki še naprej premika meje reproduktivnega področja možnosti. In morda bolj takoj, osnovna tehnologija lahko pomaga pri reševanju nekaterih naših najbolj razširjenih kromosomskih motenj, kot je Downov sindrom.

"To je zelo pomemben preboj za ustvarjanje jajčec in semenčic iz matičnih celic," je dejal Dr. Rod Mitchell iz Centra za reproduktivno zdravje MRC Univerze v Edinburghu, ki ni bil vključen v študijo.

Reproduktivna revolucija

Hayashi je dolgoletni veteran pri preoblikovanju reproduktivnih tehnologij. leta 2020, njegova ekipa opisal genetske spremembe, ki pomagajo celicam dozoreti v jajčne celice v posodi. Leto kasneje so rekonstruirane jajčne celice ki je iz oplojenih jajčec vzgojila zdrave mišje mladiče.

V jedru teh tehnologij so iPSC. Z uporabo kemične kopeli lahko znanstveniki spremenijo zrele celice, kot so kožne celice, nazaj v stanje, podobno matičnim celicam. iPSC so v bistvu biološka igra: z juho kemičnega "gnetenja" jih je mogoče pregovoriti in oblikovati v skoraj katero koli vrsto celice.

Zaradi njihove prilagodljivosti je iPSC tudi težko nadzorovati. Kot večina celic se delijo. Ko pa jih predolgo zadržimo v petrijevki, se uprejo in izločijo – ali podvojijo – nekaj svojih kromosomov. Ta najstniška anarhija, imenovana aneuploidija, je poguba dela znanstvenikov, ko poskušajo ohraniti enotno populacijo celic.

Toda kot kaže nova študija, je ta molekularni upor darilo za ustvarjanje jajčec iz moških celic.

X sreča Y in ... sreča O?

Pogovorimo se o spolnih kromosomih.

Večina ljudi ima XX ali XY. Tako X kot Y sta kromosoma, ki sta velika snopa DNK slikovnih niti, ovita okoli tuljave. Biološko gledano XX običajno proizvaja jajčeca, medtem ko XY običajno proizvaja spermo.

Ampak tukaj je stvar: znanstveniki že dolgo vedo, da obe vrsti celic izhajata iz iste zaloge. Te celice, imenovane primordialne zarodne celice ali PGC, se ne zanašajo niti na kromosome X niti na Y kromosome, temveč na okoliško kemično okolje za svoj začetni razvoj, sta pojasnila Bayerl in Laird.

Leta 2017 je na primer Hayashijeva ekipa preoblikovala embrionalne izvorne celice v PGC, ki so pomešane s celicami plodovih jajčnikov ali testisov dozorele v umetna jajčeca ali spermo.

Tukaj je ekipa prevzela težjo nalogo preoblikovanja celice XY v celico XX. Začeli so s skupino embrionalnih izvornih celic iz miši, ki so odvrgle kromosome Y – redek in kontroverzen vir. Z uporabo oznake, ki se sveti v temi, ki zajame samo kromosome X, so lahko spremljali, koliko kopij je v celici glede na intenzivnost svetlobe (ne pozabite, XX bo svetil svetlejše od XY).

Po tem, ko so celice gojili osem krogov znotraj petrijevk, je ekipa ugotovila, da je približno šest odstotkov celic občasno izgubilo kromosom Y. Namesto XY so zdaj skrivali samo en X – kot bi manjkala polovica para paličic. Ekipa je nato te celice, imenovane XO, selektivno prisilila k delitvi.

Razlog? Celice podvojijo svoje kromosome, preden se razdelijo na dva nova. Ker imajo celice le en kromosom X, bodo po podvajanju nekatere hčerinske celice imele XX – z drugimi besedami, biološko ženske. Dodajanje zdravila, imenovanega reversin, je pomagalo pri procesu in povečalo število celic XX.

Ekipa se je nato lotila svojega prejšnjega dela. Pretvorili so celice XX v celice, podobne PGC – tiste, ki se lahko razvijejo v jajčece ali spermo – in nato dodali celice plodovih jajčnikov, da bi transformirane moške kožne celice potisnile v zrela jajčeca.

Kot zadnji test so v laboratorijsko izdelana jajčeca vbrizgali spermo normalne miši. S pomočjo nadomestne samice je eksperiment z modrim nebom ustvaril več kot pol ducata mladičev. Njihove teže so bile podobne miškam, rojenim na tradicionalen način, njihova nadomestna mama pa je razvila zdravo posteljico. Vsi mladiči so odrasli in imeli svoje otroke.

Potiskanje meja

Tehnologija je še vedno na začetku. Prvič, njegova stopnja uspešnosti je izredno nizka: samo 7 od 630 prenesenih zarodkov je dočakalo polne odrasle osebe. S komaj 1.1-odstotno možnostjo za uspeh – zlasti pri miših – je težko prinesti tehnologijo moškim človeškim parom. Čeprav so se mladički miši zdeli razmeroma normalni glede na težo in so se lahko razmnoževali, so lahko imeli tudi genetske ali druge pomanjkljivosti – nekaj, kar želi ekipa nadalje raziskati.

"Med miško in človekom so velike razlike," je dejal Hayashi na prejšnji konferenci.

Če ne upoštevamo reprodukcije, lahko študija takoj pomaga razumeti kromosomske motnje. Downov sindrom na primer povzroči dodatna kopija kromosoma 21. V študiji je skupina ugotovila, da zdravljenje izvornih celic mišjih zarodkov s podobno okvaro z reversinom – zdravilom, ki pomaga pretvoriti celice XY v celice XX – znebi miši dodatno kopijo brez vpliva na druge kromosome. Še zdaleč ni pripravljen za človeško uporabo. Vendar bi lahko tehnologija pomagala drugim znanstvenikom pri iskanju preventivnih ali presejalnih ukrepov za podobne kromosomske motnje.

Morda pa je najbolj zanimivo to, kam lahko tehnologija popelje reproduktivno biologijo. V drznem eksperimentu je ekipa pokazala, da lahko celice iz ene samske linije iPSC rodijo potomce – mladiče, ki so zrasli v odraslo dobo.

S pomočjo nadomestnih mater "prav tako kaže, da bi lahko samski moški imel biološkega otroka ... v daljni prihodnosti," je dejal dr. Tetsuya Ishii, bioetik na univerzi Hokkaido. Delo bi lahko spodbudilo tudi biokonservacijo, razmnoževanje ogroženih sesalcev iz samo enega samca.

Hayashi se dobro zaveda etičnosti in družbenih implikacij svojega dela. Toda za zdaj se osredotoča na pomoč ljudem in dešifriranje – in ponovno pisanje – pravil razmnoževanja.

Študija pomeni "mejnik v reproduktivni biologiji", sta dejala Bayerl in Laird.

Avtorstvo slike: Katsuhiko Hayashi, Univerza v Osaki

• Distribucija vsebine in PR s pomočjo SEO. Okrepite se še danes.
• Platoblockchain. Web3 Metaverse Intelligence. Razširjeno znanje. Dostopite tukaj.
• vir: https://singularityhub.com/2023/03/28/mice-with-two-dads-were-born-from-eggs-made-from-male-skin-cells/