Вчені клонували мишей із ліофілізованих клітин шкіри, відкриваючи двері для біоконсервації

На перший погляд Дорамі була звичайною мишкою. Вона виросла до здорової ваги, народила власних дитинчат і померла природним шляхом ближче до свого другого дня народження — приблизно у віці 70 років у людському віці, що є абсолютно невинним для лабораторної миші.

За винятком одного: Дорамі було клоновано з ліофілізованих клітин. І не з будь-якої клітини — її клонували із соматичних клітин (клітин, з яких складається наше тіло), а не сперми чи яйцеклітин.

Dorami — це остання спроба використання клонування як способу збереження біорізноманіття, що триває десятиліттями. Тріумф Доллі вівці дав зрозуміти, що можна оживити тварин за допомогою репродуктивних клітин. З тих пір мрія про відновлення вимерлих тварин або створення біобанків захоплює уяву вчених. Одним із потужних способів збереження ДНК виду є зберігання сперми в рідкому азоті. При температурі приблизно -320 градусів за Фаренгейтом клітини можна заморозити протягом багатьох років.

Але є один недолік. Зібрати репродуктивні клітини тварин, які перебувають на межі вимирання, м’яко кажучи, надзвичайно складно. Навпаки, зішкребти кілька клітин шкіри або збрити трохи хутра відносно просто. Ці клітини містять повну ДНК тварини, але вони крихкі.

Нове дослідженняпід керівництвом доктора Терухіко Вакаяма з Університету Яманасі в Японії здійснили стрибок від сперми до шкіри. Розробивши високотехнічний рецепт, яким би пишався будь-який вишуканий шеф-кухар, команда успішно клонувала 75 здорових мишей із ліофілізованих соматичних клітин, зібраних як від чоловіків, так і від жінок-донорів. У багатьох нащадків, включаючи Дорамі, народжувалися власні дитинчата.

З коефіцієнтом успіху приблизно п’ять відсотків максимум — і низький як 0.2 відсотка — техніка далека від ефективності. Але ця стратегія прокладає шлях до більшої картини: нашої здатності зберігати та потенційно відроджувати генетичні варіації майже вимерлих видів.

До Доктор Бен Новак, провідний науковий співробітник Revive & Restore, дослідження є бажаним прогресом, незважаючи на його недосконалість. «З точки зору збереження, інноваційні способи створення біобанків репродуктивно життєздатних типів тканин є великою потребою...тому дуже цікаво бачити такий прорив», — сказав він. сказав.

Кулінарна книга біоконсервації

Клітини - істоти вибагливі. Уявіть собі водянисту краплю з крихітними молекулярними фабриками, прив’язаними до стін, схожих на повітряну кулю. Заморожування клітини без захисту може призвести до утворення водянистими компонентами гострих кристалів льоду, які пошкоджують внутрішні компоненти клітини та проколюють клітинну стінку. Коли клітина знову нагрівається до нормальної температури, як подушечка для шпильок, що протікає, вона не має шансу вижити.

Врешті-решт вчені знайшли виграшний рецепт для збереження клітин: ключ полягає в додаванні хімічного антифризу та зберіганні клітин у важких металевих резервуарах рідкого азоту. Клітини підвішені в крихітних флаконах всередині коробок, які ковзають у схожу на вежу металеву клітку. Залежно від типу клітин вони можуть зберігатися роками. Проблема? Установка дорога, складна в обслуговуванні та схильна до збоїв в електроживленні. Будь-які збої можуть призвести до катастрофічної втрати всіх зразків. З огляду на біорізноманіття, не завжди можливо мати таку складну установку поблизу тварини.

Має бути кращий спосіб.

Багато років тому Вакаяма пішов у хрестовий похід, щоб розширити межі зберігання клітинок. Він зосередився на одному конкретному методі: сушіння сублімацією. В основному відомий мандрівникам і астронавтам як спосіб зберегти поживні речовини в їжі, сублімаційне сушіння клітин виявилося відносно простим. На рубежі століть Вакаяма та його команда показав, що це можливо ліофільно-сушити сперму для відтворення. Рецепт був настільки міцним, що зберіг сперму живою протягом багатьох років на борту Міжнародної космічної станції під час бомбардування навколишнім рівнем радіації. Це також призвело до живе потомство після того, як його кинули в ящик столу впродовж року без клімат-контролю.

Інша справа соматичні клітини. На відміну від сперматозоїдів, клітини, з яких складається наше тіло, набагато більше схильні до того, що молекули води обіймають нашу структуру ДНК з більш крихким ядром. Якщо заморозити, це означає, що клітини можуть зазнати набагато більшої шкоди, що зробить їх непридатними для клонування.

«На сьогоднішній день єдиними клітинами, які дали потомство після сублімаційної сушки, є зрілі сперматозоїди [сперма]», — написала команда.

Новий рецепт

Нова робота пішла до неможливого: чи можемо ми клонувати тварину з ліофілізованих соматичних клітин?

У першому раунді експериментів команда виділила клітини самок мишей, які зазвичай підтримують яйцеклітину. Вони поміщали клітини в дві захисні хімічні речовини та ліофілізували зразки в рідкому азоті. Це було неприємно: захисна мембрана всіх клітин зламалася, з ознаками пошкодженої — але відносно неушкодженої — ДНК.

Продовжуючи роботу, команда потім регідратувала заморожений зразок після восьми місяців зберігання. З мертвого порошку вони виділили ядра, схожу на насіння структуру, що містить ДНК, і пересадили його в яйцеклітину, генетичний матеріал якої був висмоктаний. Це все одно, що замінити текст однієї книги іншою — повністю змінити її біологічний зміст.

Стало складніше. Ці первинні «відредаговані» яйцеклітини не могли відтворюватися, ймовірно, через ДНК та епігенетичне пошкодження. Як обхідний шлях, команда використала клітини для формування кількох ембріональних клітинних ліній. Це стійкі працівники, особливо ефективні у виправленні пошкоджень ДНК.

Після процвітання команда висмоктала їхній генетичний матеріал і ввела його в яйця мишей з чорним хутром. Отримані ембріони залишали розвиватися у мишей з білою шерстю — сурогатної матері. Усі отримані дитинчата взяли блискучу чорну шерсть своїх донорів ДНК із абсолютно нормальною вагою та плідністю.

«Після дозрівання ми випадковим чином відібрали дев’ять самок і трьох самців клонованих мишей для спарювання зі звичайними лабораторними мишами», — пояснила команда. Приблизно через три місяці всі клоновані самки мишей народили наступне покоління — з чотирма лапами, вусами та мишачими звичками. Повторивши експеримент із клітинами шкіри кінчика хвоста, команда клонувала ще дюжину мишей.

Рецепт пішов не зовсім так, як планувалося. В одному дивному дослідженні команда використовувала клітини мишей-самців для клонування наступного покоління, і все потомство стало самками. Копнувши глибше, вони виявили, що якимось чином Y-хромосома, яка позначає біологічного чоловіка, загубилася під час процесу, що призвело до повної жіночої статі. острів Феміскіра. На думку авторів, це перелом у процесі, але не викид для практичного використання. «Ці результати свідчать про те, що навіть якщо втрата Y-хромосоми все-таки станеться, цю техніку все одно можна використовувати для доступних генетичних ресурсів в екстремальних обставинах, наприклад, майже вимерлих видів», — сказали вони.

Бібліотека для збереження?

Техніка далека від досконалості. Це втомливо, має низький рівень успішності, і все ще вимагає температури зберігання в морозильній камері, що робить його схильним до збоїв в енергосистемі.

Для доктора Алени Пенс з Хартфордширського університету, яка не брала участі в дослідженні, найважливішим питанням є те, як довго може зберігатися генетичний матеріал. «Було б надзвичайно важливо продемонструвати тривале, невизначене зберігання в цих умовах, щоб ця система забезпечила ефективне довгострокове збереження видів і зразків», — сказала вона. сказав.

Автори погоджуються, що загадок більше. Тілу може бути важче відновити пошкодження ДНК у соматичних клітинах порівняно зі сперматозоїдами, які забирають їхню енергію для розвитку повністю функціонуючої яйцеклітини. їх епігенетика— який регулює вмикання чи вимикання генів — також може бути зіпсовано через неповне перепрограмування.

Зрештою, це лише перший крок. Соматичні клітини легше захопити порівняно з репродуктивними, особливо для безплідних або молодих тварин. Зробити це простіше і дешевше – це плюс. Зараз команда намагається отримати генетичний матеріал із трупів або фекалій, щоб розширити сферу застосування.

«Підхід, описаний у цій роботі, пропонує альтернативу нинішнім банківським методам, і, звичайно, дозволити більш допустимі температури було б великою перевагою», — сказав Пенс.

Зображення Фото: Вакаяма та ін. al./Nature Communications