Впервые получено потомство от двух самок мышей без участия самца

Впервые получено потомство от двух самок мышей без участия самца

Учёные из Китайской академии наук (Chinese Academy of Sciences) успешно вырастили 29 здоровых фертильных мышей, рождённых от пары самок без участия самцов. Результаты сенсационной исследовательской работы опубликованы 11 октября 2018 г. в Cell Stem Cell.

Удалив ключевые последовательности ДНК в эмбриональных стволовых клетках самок мышей, исследователи из Китая успешно получили потомство грызунов, при «создании» которых не требовалось оплодотворения яйцеклеток мужскими половыми клетками.

В дальнейшем данные мышата не только благополучно повзрослели, но и произвели на свет собственное потомство. Этот факт демонстрирует значительное улучшение метода по сравнению с предыдущими попытками получения потомства без участия мужских или женских особей.

Китайские биологи использовали специальную технику редактирования гаплоидных эмбриональных стволовых клеток (ЭСК) самцов и самок. Эти будущие половые клетки содержат только половину набора хромосом в отличие от клеток обычных тканей.

Появление потомства без оплодотворения сперматозоидами (процесс, известный как партеногенез) – обычное явление в животном мире. Так, многие насекомые-самки могут буквально «клонировать» себя. Такими же возможностями обладают некоторые рыбы и земноводные, способные обходиться без самцов в процессе размножения.

Однако у млекопитающих данный механизм рождения отсутствует.

«Нас интересовал вопрос, почему млекопитающим присуще только половое размножение. Мы сделали ряд выводов, основываясь на наших предыдущих экспериментах, объединявших процессы размножения и регенерации. Исходя из них, используя гаплоидные эмбриональные стволовые клетки с делециями генов, мы попытались выяснить, могут ли родиться нормальными мыши, если оба родителя будут самками или даже самцами», — говорит соавтор исследования Ци Чжоу (Qi Zhou).

У млекопитающих существует механизм, известный как геномный импринтинг. При этом экспрессируется только один аллельный ген, полученный от одного из родителей. Например, определённый ген будет работать, только если он унаследован от отца, а материнский будет всегда выключен на эпигенетическом уровне (метилирован).

Эмбрионы с двумя одинаковыми активными или метилированными генами, полученными от однополых родителей, как правило, развиваются с аномалиями и нежизнеспособны.

В 2004 году японские исследователи успешно преодолели это ограничение, отобрав генетический материал самок, в котором отключали участок гена H19, подвергающийся импринтингу.

Его использовали для оплодотворения обычной яйцеклетки, получив в итоге единственную жизнеспособную мышь, которую они назвали Кагуя (Kaguya), в честь сказочного японского персонажа. Однако, как бы ни была эффективна данная методика, она была далека от идеальной в плане продуктивности и надёжности.

«У полученных мышей наблюдались дефекты, а сам метод очень непрактичен и труден в использовании», — говорит Чжоу.

Спустя годы технология генетического редактирования улучшилась настолько, что теперь учёные могут выборочно редактировать области импринтинга.

Исследовательская группа культивировала гаплоидные ЭСК, полученные из 5-6 дневных бластоцист самок мышей, обладающие минимальными уровнями геномного импринтинга, поскольку выяснилось, что их ДНК во много раз меньше метилирована, чем ДНК яйцеклеток, сперматозоидов и фибробластов.

«В данном исследовании мы обнаружили, что гаплоидные ЭСК больше похожи на первичные зародышевые клетки – предшественники яйцеклеток и сперматозоидов», — говорит Баоян Ху (Baoyang Hu), который также является ведущим соавтором исследования.

При помощи технологии CRISPR/Cas9 исследователи выключили импринтинговые участки H19, IG и Rasgrf1 в хромосомах стволовых клеток, а затем имплантировали полученные «женские сперматозоиды» в здоровые яйцеклетки для оплодотворения.

Однако данный метод пока ещё также далёк от совершенства. Из 210 эмбрионов родилось лишь 29 живых здоровых мышей (что составляет 14% — это улучшение показателя эффективности более чем в 10 раз по сравнению с исследованием 2004 года). Все они успешно дожили до половозрелого возраста и благополучно произвели на свет собственное потомство естественным путём.

Учёные также провели эксперимент с родителями-самцами без участия самок, который оказался не столь успешным. Предыдущие исследования показали, что эмбрионы с ДНК от двух отцов менее жизнеспособны и погибают раньше, чем потомство с ДНК двух матерей.

В новой работе китайские учёные отключили семь импринтинговых участков в гаплоидных ЭСК и вели их в безъядерные яйцеклетки, которые затем оплодотворили обычными сперматозоидами. Полученные эмбрионы имплантировали суррогатным матерям.
Из 477 созданных таким образом эмбрионов родилось 12 живых мышат, но лишь двое из них не страдали от водянки и ряда патологий и смогли прожить 48 часов.

Если данная методика когда либо будет использоваться для вспомогательной репродуктивной технологии у людей, то ей предстоит пройти ещё долгий путь. Не только с практической, но и с этической точки зрения.

«Если исследование воспроизводимо, и работает также и на людях, оно всё равно должно быть безопасным», — говорит Боб Уильямсон (Bob Williamson), председатель Совета по стволовым клеткам Австралии (Board of Stem Cells Australia), который не участвовал в исследовании. «Эксперименты, однако, важны, потому что они могут пролить свет на некоторые причины серьезной инвалидности у детей».