Imetaja tegemiseks on vaja muna ja spermat. Need kaks vajalikku geneetilist sisendit on ajalooliselt tähendanud ebaõnnestumist katsete jaoks järglaste saamiseks isaste-meeste-emaste või emaste-paaride kaudu. Kuid hävitades munaraku ja sperma piirid geneetilise muundamisega, aitavad teadlased meil praegu rikkuda imetajate paljunemise reegleid.
Eile teatas ajakirjas Cell Stem Cell Hiina Teaduste Akadeemia teadlaste meeskond samasooliste hiirevanemate tervislike järglaste sünnist. Muutes munarakkude genoome, et need sarnaneksid spermaga, ja vastupidi, suutsid teadlased ületada bioloogilise paljunemise suurt takistust. Naiste-naiste liitude kutsikad elasid hästi täiskasvanueas, saades isegi emaks ja lühikese elueaga beebisid tervitas issi-issi duo.
“See on uskumatult muljetavaldav, ” ütleb Harvardi ülikoolis reproduktsiooni geneetikat uuriv bioloog Ava Mainieri. "Sellel tehnoloogial on tuleviku jaoks umbes miljon tähendust."
Teadlased suutsid ületada pikaajalise väljakutse imetajate tootmiseks koos ühe soo esindajatega. Tavaliselt vajab imetajaembrüo kahte genoomi, millest igaüks sisaldab ema või isa geneetiliste juhiste käsikirja. Sel moel pärib loode igast üksikust geenist kaks koopiat. Kuid paljude geenide puhul läheb ema või isa koopia vaikseks. Ühe genoomi terveid piirkondi saab sulgeda, samas kui teise vanema geenikoodi samad osad jäävad puutumatuks.
"Kui DNA nukleotiidid on tekst, võib [neid loomulikke modifikatsioone] pidada tühikuteks või kirjavahemärkideks, mis annavad sellisele keerukale tekstile tähenduse, " selgitab Mainieri, kes polnud uurimisega seotud.
Uhke emahiir koos oma järglastega. Sellel fotol olev emahiir sündis kahele emale ja elas seda, mida teadlased pidasid normaalseks, tervislikuks eluks. (Le-Yun Wang / Hiina Teaduste Akadeemia) Väljakutse on see, et need tühikud ja kirjavahemärgid igas genoomis peavad õigesti rivistama - see juhtub loomulikult meeste-naiste vanematega. Seda peenet nähtust nimetatakse genoomseks jäljendiks ja see on kriitiline imetajate paljunemisel. Kui mõlema vanema koopiad ühest neist normaalselt “trükitud” geenidest lülitatakse kogemata sisse, võivad tagajärjed olla hukatuslikud, tekitades looteid, mis muutuvad õhupalliks, vaevavad toitainete hankimist või isegi ei jõua üldse tähtajani.
Teadlaste jaoks, kes üritavad imetajaid samasooliste vanematega aretada, on genoomse jäljendamise vajalik protsess suur takistus. 20. sajandi keskpaigas, kui teadlased tegid esimesi katseid toota hiireembrüoid kahe naissoost genoomiga, ei kulunud kaua aega, kui munade liitmise matemaatika läks segaseks. Geneetiliste juhiste mõlemad pooled peegeldasid emade jäljendamist, desaktiveerisid ja aktiveerisid genoomi samu piirkondi - ja ilma võrrandi isalise osata olid mõned geenid üleekspresseeritud, teised aga mitte kunagi korralikult sisse lülitatud.
Hiljuti otsustas Hiina teaduste akadeemia teadlaste kohord vanemautorite Wei Li, Qi Zhou ja Bao-Yang Hu juhtimisel proovida probleemi lahendamiseks uut tööriistakomplekti. Samasoolistest vanematest tervete järglaste saamise võimaluste maksimeerimine tähendas, et alustatakse võimalikult vähe jäljendatud rakkudest - rakkudest, millel geneetilises koodis polnud veel kirjavahemärke. Nii genereerisid teadlased ebahariliku munarakkude ja seemnerakkude komplekti, kustutades osa genoomi jäljenditest, keerates sisuliselt nende paljunemisrakkude kella tagasi, kuni need meenutasid geneetilise käsikirja redigeerimata esimest mustandit.
Relvastatud “puhaste” rakkude arsenaliga, asusid teadlased aretama kahepoolseid hiiri. Mehelikkuse jäljendamiseks lisasid nad puhtale munarakule oma isade jäljendite versiooni, purustades selle genoomist välja kolm teadaolevat jäljendatud piirkonda. See tehnika kustutas munarakkude geneetilisest käsikirjast sisuliselt terved lõigud või peatükid, muutes selle reproduktiivrakuks, mis toimis rohkem nagu sperma. Seejärel süstisid nad äsja manipuleeritud raku teisest emasest hiirest tavalisse munarakku.
Nende imestuseks sündisid 14 protsenti neist kahepoolsetest embrüodest - kokku 29 hiirt - terved emased naised (ilma reproduktiivsegu Y-kromosoomita, isased olid garanteeritud vähemus). Mitmed kahevärvilised hiired kasvatasid isegi oma terveid kutsikaid (seekord loomulikuma viljastusviisi kaudu). Teadlaste sõnul võisid isata hiired olla füüsiliselt ja käitumuslikult terved, kuid Zhou juhib tähelepanu sellele, et nendel hiirtel võib puudusi olla, mida meeskond pole veel avastanud.
Veel suurem väljakutse seisis ees - kahepaiksed hiired. Kahe emaga hiirepoeg oli esimest korda kasvatatud 2004. aastal (kuigi edukuse määr oli palju madalam kui saavutatud uusim töö). Isata hiired olid teatud mõttes vanad uudised. Ematud hiired seevastu oleksid “hämmastavad”, ütleb Hugo Creeth, kelle sõltumatu töö Cardiffi ülikoolis keskendub ka geneetilisele jäljendile.
Pennsylvania ülikooli arengubioloogi Marisa Bartolomei sõnul on kahe isase geneetilise materjaliga hiire sünnitamisel üks suuremaid väljakutseid see, et ema genoomis peab toimuma palju rohkem jäljendit, et see saaks korralikult isadega ühineda. Vajalik lisatöö paneb meeste genoomi käituma nagu naissoost genoom, mis võib olla osa loodusliku uniseksi paljunemisest naissoost naissoost paarituse poole. (Kuigi mõned roomajad, kahepaiksed ja kalad on võimelised paarituma ainult emasloomadele, on vaid üks liik - sebrakala - kunagi sünnitanud järglasi ilma emade sisendita ja ainult laboris).
"[Tundub, et] võrreldes kahepalgeliste paljunemistega, tuleb bipaternaalse paljunemise tõkke juures ületada rohkem takistusi, " ütleb Li.
Vaatamata väljakutsetele suutsid teadlased genereerida elusaid järglasi, kasutades ainult kahe mehe vanema DNA-d. Modifitseeritud spermarakult eemaldati kuus geneetilist piirkonda, et see sarnaneks paremini naise genoomiga, ja seejärel ühendati see tühja emaslooma sees normaalsete spermarakkudega. (Tühi või mitte, sperma ja seemnerakkude kokkusobitamiseks on endiselt vajalik eggy-hoidik.) Need veider hübriidsed embrüod - sõnasõnalised munakoored, mis sisaldasid kahekordset isaliku DNA annust - viidi seejärel hiire surrogaatemasse.
Teadlased võivad hiired aretada kahe isaga, kuid nad on sündinud tõsiste defektidega ega ela täiskasvanuks. (Le-Yun Wang / Hiina Teaduste Akadeemia) Veidi üle ühe protsendi järglastest jäi ellu. Kahjuks sündisid kõik kutsikad raskete puudustega ja surid peaaegu kohe. Kui teadlased eemaldasid muudetud spermarakkudest seitsmenda jäljendatud piirkonna, kahekordistasid nad ellujäämise määra. Kutsikad ei kasvanud ikka täiskasvanuks, kuid isegi siis oli see meetod toiminud ja järglaste lühiajaline elujõulisus oli monumentaalne.
"See näitab tõesti, et jäljend on üksikisiku arengu takistus, " ütleb Bartolomei. "Oleme seda emade vaatepunktist teada saanud, kuid nüüd on see kahepoolsete seas esimene."
Li sõnul on järgmine samm kahepoolsete hiirte pikaealisuse parandamine. Siiani pole täpselt teada, mis hiired kahe geneetilise isaga tapab - on võimalik, et on ka teisi kriitiliselt jäljendatud piirkondi, mida tuleb veel geneetiliselt “hallata”, ”väidab Bartolomei.
Tegelikult on see pisut imestatav, et nii vähestest geneetilistest manipulatsioonidest piisas, et muuta ühe soo genoom millekski sarnaseks. Arvatakse, et hiirtele on trükitud üle 150 geeni - ja nimekiri kasvab pidevalt -, kuid mitte igaüks neist geenidest ei ole elusate järglaste sünniks kriitiline.
Kuigi uudne geneetilise muundamise tehnika töötas ühesoost hiirte aretamisel, hoiatas Mainieri, et nende katsete korramiseks teiste imetajate, sealhulgas inimestega, oleks vaja "tohutut, tohutut sammu". Ehkki Li, Zhou, Hu ja nende kolleegid soovivad ühel päeval liikuda primaatide poole, pole garantii, et ühe liigi geneetilise käsikirja juurdehindlused hõlpsalt teisenduvad.
Need uued leiud tähistavad siiski läbimurret teadlaste arusaamas genoomse jäljenduse rollist imetajate paljunemisel. Lisaks on mitmed häired, mis tulenevad genoomi ebaõigest jäljendist - nii et isegi kui emad või isad ei ole silmapiiril, võib nende geneetiliste keerdude mõistmine muuta meie lähenemisviisi meditsiinile.
"Selle teadmisega on meil võime lugeda [genoomilise teksti] lauseid või lõike nii, nagu meil kunagi varem pole, " ütleb Mainieri. "Ja see on tohutu."
