Да бисте направили сисар, потребно вам је јаје и сперма. Ова два потребна генетска инпута историјски су значила неуспех при покушају производње потомства из мужјака мужјака или мушкараца или жена. Али замагљивањем граница између јајета и сперме генетском променом, научници нам сада помажу да разрешимо правила репродукције сисара.
Јучер је у часопису Целл Стем Целл тим истраживача Кинеске академије наука извијестио о рођењу здравих потомака родитељима истополних миша. Модирањем генома јајашца налик на оне из сперме и обрнуто, научници су успели да савладају велику препреку у биолошкој репродукцији. Малишани из синдиката жена и жена преживели су добро у одраслој доби, чак су постали и саме мајке, а краткотрајне бебе дочекао је двојац тата-тата.
„Ово је невероватно импресивно“, каже Ава Маиниери, биолог који проучава генетику репродукције на Универзитету Харвард. „Ова технологија има око милион импликација за будућност.“
Истраживачи су успели да превазиђу дугогодишњи изазов производње сисара са родитељима са самосполним родитељем. Типично ембриону сисара потребна су два генома, а сваки садржи рукопис генетских упутстава мајке или оца. На овај начин фетус наслеђује две копије сваког појединог гена. Али за многе гене, копију маме или оца ћути. Може се искључити читав регион једног генома, док ти исти делови генетског кода другог родитеља остају нетакнути.
„Ако су нуклеотиди ДНК текст, [ове природне модификације] могу се сматрати размацима или интерпункцијама који дају тако компликован текст“, објашњава Маиниери, који није био укључен у истраживање.
Поносна мама миш са својим потомком. Мајка мајки на овој фотографији родила је две мајке и живела је оно што су научници сматрали нормалним, здравим животом. (Ле-Иун Ванг / Кинеска академија наука) Изазов је да се ови размаци и интерпункције у сваком геному морају правилно распоредити - нешто што се природно дешава код родитеља мушкараца и жена. Ова ситна појава се назива геномски утисак и критична је за репродукцију сисара. Ако се случајно укључе копије једног од ових обично „отиснутих“ гена родитеља, последице могу бити катастрофалне, производећи плодове величине балона, боре се за набавку хранљивих материја или уопште не успевају да постигну термин.
За научнике који покушавају да размноже сисаре са истополним родитељима, неопходан процес утискивања генома представља велику препреку. Средином 20. века, када су научници направили неке од првих покушаја да се произведу мишји ембриони са два женска генома, није требало дуго да се математика спајања јајашца постане неред. Обе половине генетских упутстава одражавале су утискивање мајке, деактивирање и активирање истих подручја генома - и без очинског дела једначине, неки гени су били прекомерно експримирани, док други нису правилно укључени.
Недавно је група истраживача Кинеске академије наука, под водством виших аутора Веи Ли, Ки Зхоу и Бао-Ианг Ху, одлучила да испроба нови сет алата за решавање проблема. Максимизирање њихових шанси за производњу здравог потомства од истополних родитеља значило је почетак са најмање отиснутим ћелијама - ћелијама које још нису имале интерпункцију у генетском коду. Тако су истраживачи створили необичан скуп јајашца и сперме избрисавши неке утиснуте трагове на геному, у суштини враћајући сат на тим репродуктивним ћелијама све док нису личили на непромењени први нацрт генетског рукописа.
Наоружани арсеналом „чистих“ ћелија, истраживачи су кренули у узгој биматерналних мишева. Како би опонашали мушкост, додали су сопствену верзију очинског утискивања у чисту јајну ћелију, истргнувши три позната отиснута региона из њеног генома. Ова техника је у основи избрисала читаве одломке или поглавља из генетског рукописа јајета, претварајући га у репродуктивну ћелију која је личила на сперму. Затим су ново манипулирану ћелију убризгали у нормално јаје од другог женског миша.
На њихово изненађење, 14 процената ових биматерналних ембриона - укупно 29 мишева - рођене су здраве женке (без И хромозома у репродуктивној мешавини, мужјаци су гарантовано неплодност). Неколико биматерналних мишева чак је одрастало како би родило своје здраве штенце (овај пут природнијим средством за зачеће). Колико су истраживачи могли рећи, мишеви који раде без оца били су физички и бихевиорално здрави - али Зхоу истиче да можда има недостатака код ових мишева који тим још није открио.
Пред нама се поставља још већи изазов - двострани мишеви. Мишји штене са двије мајке први је пут одгајан 2004. године (иако са много нижим стопама успјеха од најновијег постигнутог рада). Мишеви без оца били су, на неки начин, стара вест. С друге стране, мишеви без мајки били би „невероватни“, каже Хуго Цреетх, чији се невешталан рад на Универзитету Цардифф такође фокусира на генетско утискивање.
Према главном изазову развојне биологије са Универзитета у Пенсилванији, Мариса Бартоломеи, један од главних изазова рађања миша са генетским материјалом је тај што постоји много више утиска које треба да се десе на мамином геному да би се правилно спојила са очевим очевима. Додатни посао који је потребан да се мушки геном понаша као женски геном може бити део разлога репродукције унисекса у нагибима природе према спојницама женско-женско. (Док су неки гмизавци, водоземци и рибе способни за парење само за женку, само је једна врста - зебрафис - икада родила потомство без мајчиног доприноса и само у лабораторији).
"[Чини се да] у поређењу са биматерналном репродукцијом, потребно је прећи више препрека на бипартерној репродуктивној баријери", каже Ли.
Упркос изазовима, истраживачи су успели да створе живо потомство користећи само ДНК од два мушка родитеља. Модификована ћелија сперме уклоњена је са шест генетских региона да би више личила на женски геном, а потом је комбинована са нормалном спермом унутар празног женског јајашца. (Празно или не, кућица еггија је још увек потребна за спајање сперме и сперме.) Ови чудни хибридни ембриони - буквална љуска јајета које садрже двоструке дозе очинског ДНК - тада су пренети у сурогат мајку мајку.
Научници могу узгајати мишеве са два оца, али они су рођени са тешким оштећењима и не преживе до одрасле доби. (Ле-Иун Ванг / Кинеска академија наука) Преживело је нешто више од једног процента потомства. Нажалост, све штенад рођене су с тешким оштећењима и готово одмах су умрле. Када су истраживачи уклонили седму отиснуту регију са измењених ћелија сперме, они су удвостручили стопу преживљавања. Штенад још увек није прерастао у одраслу доб, али иако је тако, метода је функционисала, а краткотрајна одрживост потомства била је монументална.
"Ово заиста показује да је утисак блок унипаренталном развоју", каже Бартоломеи. "Знали смо то из мајчинске перспективе, али сада је то са бипатерима прво."
Према Ли, следећи корак је побољшање дуговечности за двостране мишеве. Још увијек није јасно што убија мишеве с два генетска оца - могуће је да постоје и други критички утиснути региони који и даље требају бити генетски „управљани“, каже Бартоломеи.
У ствари, помало је чудо да је толико мало генетских манипулација било довољно да трансформише геном једног пола у нешто што наликује другом. Постоји преко 150 гена за које се мисли да су утиснути у мишеве - а листа непрестано расте - али није сваки од тих гена критичан за рођење живог потомства.
Док је нова техника генетске модификације радила на узгоју једнополних мишева, Маиниери упозорава да ће бити потребан „огроман, огроман корак“ да се ови експерименти понове у других сисара, укључујући људе. Иако су Ли, Зхоу, Ху и њихове колеге жељни једног дана прећи на примате, нема гаранције да ће се претпоставке у генетском рукопису једне врсте лако превести на друге.
Ипак, ова нова открића значе продор у схватању научника о улози геномског утискивања у репродукцији сисара. Уз то, постоји неколико поремећаја који произилазе из неправилног утискивања у геном - па чак и ако бебе без мајки или оца нису на хоризонту, једноставно разумевање ових генетских сметњи могло би променити наш приступ медицини.
"Са овим знањем, имамо способност да читамо реченице или одломке [геномског текста] на начин на који никада раније нисмо имали", каже Маиниери. "А то је огромно."
