หนูที่มีพ่อสองคนเกิดจากไข่ที่สร้างจากเซลล์ผิวหนังของผู้ชาย

หนูเจ็ดตัวเพิ่งเข้าร่วมวิหารแห่งลูกหลานที่สร้างจากพ่อแม่เพศเดียวกัน—และเปิดประตูสู่ลูกหลานที่เกิดจากพ่อแม่เลี้ยงเดี่ยว

ในการศึกษาที่ตีพิมพ์ใน ธรรมชาตินักวิจัยอธิบายวิธีที่พวกเขาขูดเซลล์ผิวหนังจากหางของหนูตัวผู้และใช้มันเพื่อสร้างเซลล์ไข่ที่ทำงานได้ เมื่อปฏิสนธิกับสเปิร์มและย้ายไปยังตัวแทน เอ็มบริโอจะให้กำเนิดลูกสุนัขที่แข็งแรง ซึ่งเติบโตและมีลูกเป็นของตัวเอง

การศึกษานี้เป็นความพยายามครั้งล่าสุดในทศวรรษที่ผ่านมาในการเขียนการทำซ้ำ ไข่พบกับสเปิร์มยังคงเป็นความเชื่อ สิ่งที่น่าเล่นคือวิธีสร้างสองซีก ต้องขอบคุณเทคโนโลยี iPSC (เซลล์ต้นกำเนิด pluripotent เหนี่ยวนำ) นักวิทยาศาสตร์สามารถหลีกเลี่ยงธรรมชาติได้ ไข่ทำงานของวิศวกร, สร้างรังไข่เทียมขึ้นใหม่และทำให้มีสุขภาพแข็งแรง หนูจากสองแม่ลูก. ยังไม่มีใครสามารถถอดรหัสสูตรของลูกหลานที่แข็งแรงซึ่งเกิดจากพ่อสองคนได้

เข้าสู่ Dr. Katsuhiko Hayashi แห่งมหาวิทยาลัย Kyushu ซึ่งเป็นผู้นำเป้าหมายอันทะเยอทะยานในการสร้างเซลล์สืบพันธุ์—สเปิร์มและไข่—ภายนอกร่างกาย ทางออกของเขามาจากการแฮ็กที่ชาญฉลาด เมื่อปลูกในจานเพาะเชื้อ เซลล์ iPSC มักจะสูญเสียมัดดีเอ็นเอที่เรียกว่าโครโมโซมไป โดยปกติแล้วอาการปวดหัวจะรุนแรงมากเพราะรบกวนความสมบูรณ์ทางพันธุกรรมของเซลล์

ฮายาชิตระหนักว่าเขาสามารถจี้กลไกได้ การคัดเลือกเซลล์ที่ผลัดโครโมโซม Y ทีมงานได้เลี้ยงดูเซลล์จนพัฒนาเป็นเซลล์ไข่ที่โตเต็มที่ เซลล์ซึ่งเริ่มต้นจากเซลล์ผิวหนังของผู้ชาย ในที่สุดก็พัฒนาเป็นหนูปกติหลังจากการปฏิสนธิกับสเปิร์มปกติ

“โปรโตคอลของ Murakami และเพื่อนร่วมงานเปิดช่องทางใหม่ในชีววิทยาการสืบพันธุ์และการวิจัยการเจริญพันธุ์” กล่าวว่า ดร. Jonathan Bayerl และ Diana Laird จาก University of California, San Francisco (UCSF) ซึ่งไม่ได้มีส่วนร่วมในการศึกษานี้

ไม่ว่ากลยุทธ์นี้จะทำงานในมนุษย์ได้หรือไม่ อัตราความสำเร็จในหนูนั้นต่ำมากเพียงแค่ตัวอย่างมากกว่าหนึ่งเปอร์เซ็นต์ การศึกษายังเป็นข้อพิสูจน์ของแนวคิดที่ขยายขอบเขตความเป็นไปได้ของการสืบพันธุ์ และบางทีอาจจะเร็วกว่านั้น เทคโนโลยีพื้นฐานสามารถช่วยจัดการกับความผิดปกติของโครโมโซมที่แพร่หลายมากที่สุดของเรา เช่น กลุ่มอาการดาวน์

“นี่เป็นความก้าวหน้าที่สำคัญมากสำหรับการสร้างไข่และสเปิร์มจากสเต็มเซลล์” กล่าวว่า ดร.ร็อด มิทเชลล์แห่งศูนย์ MRC for Reproductive Health, University of Edinburgh ซึ่งไม่ได้มีส่วนร่วมในการศึกษานี้

การปฏิวัติการเจริญพันธุ์

ฮายาชิเป็นผู้คร่ำหวอดในการเปลี่ยนแปลงเทคโนโลยีการเจริญพันธุ์มาอย่างยาวนาน ในปี 2020 ทีมของเขา อธิบายการเปลี่ยนแปลงทางพันธุกรรมที่ช่วยให้เซลล์เติบโตเป็นเซลล์ไข่ภายในจาน หนึ่งปีต่อมาพวกเขา สร้างเซลล์รังไข่ใหม่ ที่ฟูมฟักไข่ที่ปฏิสนธิเป็นลูกหนูที่แข็งแรง

หัวใจสำคัญของเทคโนโลยีเหล่านี้คือ iPSC การใช้อ่างเคมีทำให้นักวิทยาศาสตร์สามารถเปลี่ยนเซลล์ที่โตเต็มที่ เช่น เซลล์ผิวหนัง ให้กลับเข้าสู่สภาพเหมือนเซลล์ต้นกำเนิดได้ iPSCs เป็นแป้งชีวภาพโดยพื้นฐาน: ด้วยซุปของสารเคมี "การนวด" พวกมันสามารถเกลี้ยกล่อมและประกอบเป็นเซลล์ได้เกือบทุกชนิด

เนื่องจากความยืดหยุ่น iPSC จึงควบคุมได้ยากเช่นกัน เช่นเดียวกับเซลล์ส่วนใหญ่ พวกมันแบ่งตัว แต่เมื่อเก็บไว้ในจานเพาะเชื้อนานเกินไป พวกมันก็จะดื้อรั้นและผลัดโครโมโซมบางโครโมโซมบางส่วน ภาวะอนาธิปไตยของวัยรุ่นนี้เรียกว่า aneuploidy เป็นความหายนะของงานนักวิทยาศาสตร์เมื่อพยายามรักษาจำนวนเซลล์ที่สม่ำเสมอ

แต่จากการศึกษาใหม่แสดงให้เห็นว่าการกบฏของโมเลกุลเป็นของขวัญสำหรับการสร้างไข่จากเซลล์เพศชาย

X พบ Y และ ... พบ O?

มาคุยกันเรื่องโครโมโซมเพศกัน

คนส่วนใหญ่มี XX หรือ XY อย่างใดอย่างหนึ่ง ทั้ง X และ Y เป็นโครโมโซมซึ่งเป็นกลุ่ม DNA ขนาดใหญ่ ซึ่งเป็นสายใยภาพที่พันรอบแกนม้วน ในทางชีววิทยา XX มักจะสร้างไข่ ในขณะที่ XY มักจะสร้างสเปิร์ม

แต่ประเด็นคือ นักวิทยาศาสตร์รู้มานานแล้วว่าเซลล์ทั้งสองประเภทเริ่มต้นจากเซลล์เดียวกัน Bayerl and Laird อธิบายว่าเซลล์สืบพันธุ์ในยุคดึกดำบรรพ์หรือ PGCs เซลล์เหล่านี้ไม่ได้อาศัยโครโมโซม X หรือ Y แต่ขึ้นอยู่กับสภาพแวดล้อมทางเคมีโดยรอบสำหรับการพัฒนาเริ่มต้น

ตัวอย่างเช่น ในปี 2017 ทีมของฮายาชิเปลี่ยนสเต็มเซลล์จากตัวอ่อนเป็น PGCs ซึ่งเมื่อผสมกับเซลล์รังไข่หรืออัณฑะของทารกในครรภ์จะเติบโตเป็นไข่เทียมหรือสเปิร์ม

ที่นี่ ทีมงานได้รับงานที่ยากขึ้นในการแปลงเซลล์ XY เป็นเซลล์ XX พวกเขาเริ่มต้นด้วยกลุ่มของสเต็มเซลล์จากตัวอ่อนของหนูที่หลั่งโครโมโซม Y ซึ่งเป็นทรัพยากรที่หาได้ยากและยังเป็นที่ถกเถียงกันอยู่ การใช้แท็กเรืองแสงในที่มืดที่จับเฉพาะโครโมโซม X ทำให้สามารถตรวจสอบจำนวนสำเนาที่อยู่ภายในเซลล์ตามความเข้มของแสง (โปรดจำไว้ว่า XX จะส่องสว่างกว่า XY)

หลังจากเพาะเซลล์แปดรอบในจานเพาะเชื้อ ทีมงานพบว่าเซลล์ประมาณ XNUMX เปอร์เซ็นต์สูญเสียโครโมโซม Y เป็นระยะๆ แทนที่จะเป็น XY ตอนนี้พวกเขาเก็บ X เพียงตัวเดียว เหมือนตะเกียบขาดไปครึ่งหนึ่ง จากนั้น ทีมงานได้คัดเลือกเซลล์เหล่านี้ที่เรียกรวมกันว่า XO เพื่อแบ่งตัว

เหตุผล? เซลล์สร้างโครโมโซมซ้ำก่อนที่จะแยกออกเป็นสองอันใหม่ เนื่องจากเซลล์มีโครโมโซม X เพียงตัวเดียว หลังจากทำซ้ำเซลล์ลูกสาวบางส่วนจะลงเอยด้วย XX หรืออีกนัยหนึ่งคือเพศหญิงทางชีววิทยา การเพิ่มยาที่เรียกว่า รีเวิร์สซีน ช่วยให้กระบวนการดำเนินไปพร้อม ๆ กัน โดยเพิ่มจำนวนเซลล์ XX

จากนั้นทีมก็ใช้ประโยชน์จากงานก่อนหน้าของพวกเขา พวกเขาแปลงเซลล์ XX ให้เป็นเซลล์ที่คล้าย PGC ซึ่งเป็นเซลล์ที่สามารถพัฒนาเป็นไข่หรือสเปิร์มได้ จากนั้นจึงเพิ่มเซลล์รังไข่ของทารกในครรภ์เพื่อผลักดันเซลล์ผิวหนังของผู้ชายที่เปลี่ยนรูปให้กลายเป็นไข่ที่โตเต็มที่

ในการทดสอบขั้นสุดท้าย พวกเขาฉีดสเปิร์มจากหนูปกติเข้าไปในไข่ที่ผลิตในห้องปฏิบัติการ ด้วยความช่วยเหลือจากตัวแทนหญิง การทดลอง Blue-Sky ให้กำเนิดลูกสุนัขมากกว่าครึ่งโหล น้ำหนักของพวกมันใกล้เคียงกับหนูที่เกิดด้วยวิธีดั้งเดิม และแม่ที่ตั้งครรภ์แทนของพวกมันก็พัฒนารกที่แข็งแรง ลูกสุนัขทั้งหมดเติบโตเป็นผู้ใหญ่และมีลูกของมันเอง

ผลักดันขอบเขต

เทคโนโลยียังอยู่ในช่วงเริ่มต้น ประการหนึ่ง อัตราความสำเร็จต่ำมาก: มีเพียง 7 จาก 630 ตัวอ่อนที่ถูกย้ายเท่านั้นที่มีชีวิตอยู่จนโตเต็มวัย ด้วยโอกาสเพียง 1.1 เปอร์เซ็นต์ที่จะประสบความสำเร็จ โดยเฉพาะในหนู จึงเป็นการขายที่ยากสำหรับการนำเทคโนโลยีมาสู่คู่มนุษย์ชาย แม้ว่าหนูน้อยจะดูค่อนข้างปกติในแง่ของน้ำหนักและสามารถสืบพันธุ์ได้ แต่พวกมันอาจมีข้อบกพร่องทางพันธุกรรมหรืออื่นๆ ซึ่งเป็นสิ่งที่ทีมต้องการตรวจสอบเพิ่มเติม

“มีความแตกต่างอย่างมากระหว่างหนูกับมนุษย์” กล่าวว่า ฮายาชิในการประชุมครั้งก่อน

ที่กล่าวว่า นอกเหนือจากการสืบพันธุ์แล้ว การศึกษานี้อาจช่วยให้เข้าใจความผิดปกติของโครโมโซมได้ทันที ตัวอย่างเช่น กลุ่มอาการดาวน์เกิดจากโครโมโซมคู่ที่ 21 ที่เกินมา ในการศึกษานี้ ทีมงานพบว่าการรักษาเซลล์ต้นกำเนิดจากตัวอ่อนของหนูซึ่งมีข้อบกพร่องคล้ายกันกับยารีเวิร์สซีน ซึ่งเป็นยาที่ช่วยเปลี่ยนเซลล์ XY เป็น XX กำจัดหนูของ สำเนาพิเศษโดยไม่ส่งผลกระทบต่อโครโมโซมอื่น มันยังห่างไกลจากความพร้อมใช้งานของมนุษย์ อย่างไรก็ตาม เทคโนโลยีนี้สามารถช่วยนักวิทยาศาสตร์คนอื่นๆ ตามล่าหามาตรการป้องกันหรือคัดกรองความผิดปกติของโครโมโซมที่คล้ายคลึงกันได้

แต่บางทีสิ่งที่น่าสนใจที่สุดคือเทคโนโลยีนี้สามารถใช้ชีววิทยาการสืบพันธุ์ได้ ในการทดลองที่กล้าหาญ ทีมงานได้แสดงให้เห็นว่าเซลล์จากสายพันธุ์ iPSC ตัวผู้ตัวเดียวสามารถให้กำเนิดลูกหลาน—ลูกสุนัขที่เติบโตเป็นผู้ใหญ่

ด้วยความช่วยเหลือจากมารดาที่ตั้งครรภ์แทน “สิ่งนี้ยังชี้ให้เห็นว่าชายโสดสามารถมีบุตรทางสายเลือดได้…ในอนาคตอันไกล” ดร. เท็ตสึยะ อิชิอิ นักชีวจริยธรรมแห่งมหาวิทยาลัยฮอกไกโดกล่าว งานนี้ยังสามารถขับเคลื่อนการอนุรักษ์ทางชีวภาพ ขยายพันธุ์สัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมที่ใกล้สูญพันธุ์จากตัวผู้เพียงตัวเดียว

ฮายาชิตระหนักดีถึงจริยธรรมและความหมายทางสังคมของงานของเขา แต่สำหรับตอนนี้ เขามุ่งเน้นไปที่การช่วยเหลือผู้คนและถอดรหัส—และเขียนใหม่—กฎของการทำซ้ำ

การศึกษานี้ถือเป็น "ความสำเร็จครั้งสำคัญในชีววิทยาการสืบพันธุ์" Bayerl และ Laird กล่าว

เครดิตรูปภาพ: Katsuhiko Hayashi มหาวิทยาลัยโอซาก้า

• เนื้อหาที่ขับเคลื่อนด้วย SEO และการเผยแพร่ประชาสัมพันธ์ รับการขยายวันนี้
• เพลโตบล็อคเชน Web3 Metaverse ข่าวกรอง ขยายความรู้. เข้าถึงได้ที่นี่.
• ที่มา: https://singularityhub.com/2023/03/28/mice-with-two-dads-were-born-from-eggs-made-from-male-skin-cells/