Julkaistu Jätä kommentti

tutkijat rikkovat lisääntymisen sääntöjä jalostamalla hiiriä yhden sukupuolen vanhemmilta

tehdäkseen nisäkkään, tarvitaan munasolu ja siittiö. Nämä kaksi vaadittua geenisyöttöä ovat historiallisesti merkinneet epäonnistumista yrityksillä tuottaa jälkeläisiä uros-uros-tai naaras-naaras-kytkimistä. Mutta hämärtämällä munasolun ja sperman rajoja geneettisellä muutoksella tiedemiehet auttavat meitä nyt rikkomaan nisäkkäiden lisääntymisen sääntöjä.

eilen Cell Stem Cell-lehdessä Kiinan tiedeakatemian tutkijaryhmä kertoi terveiden jälkeläisten syntyneen samaa sukupuolta oleville hiirivanhemmille. Muokkaamalla munasolujen genomit muistuttamaan sperman genomeja, ja päinvastoin, tiedemiehet pystyivät voittamaan biologisen lisääntymisen suuren esteen. Naaraspuolisista liitoista syntyneet pennut selvisivät pitkälle aikuisikään, ja heistä tuli itse jopa äitejä, ja lyhytikäisiä poikasia toivotti tervetulleeksi isä-isäkaksikko.

”Tämä on uskomattoman vaikuttavaa”, sanoo Harvardin yliopistossa lisääntymisen genetiikkaa tutkiva biologi Ava Mainieri. ”Tällä teknologialla on noin miljoona vaikutusta tulevaisuuteen.”

tutkijat onnistuivat voittamaan pitkäaikaisen haasteen tuottaa nisäkkäitä, joiden vanhemmat olivat yhtä sukupuolta. Nisäkäsalkio tarvitsee tyypillisesti kaksi genomia, joissa kummassakin on äidiltä tai isältä saatu geneettisten ohjeiden käsikirjoitus. Näin sikiö perii kaksi kopiota jokaisesta yksittäisestä geenistä. Mutta monien geenien kohdalla joko äidin tai isän kopio vaikenee. Yhden perimän kokonaisia alueita voidaan sulkea, kun taas toisen vanhemman perimän samat osat pysyvät koskemattomina.

”Jos DNA: n nukleotidit ovat tekstiä, ne voidaan ajatella välilyönteinä tai välimerkkeinä, jotka antavat merkityksen tällaiselle monimutkaiselle tekstille”, selittää Mainieri, joka ei ollut mukana tutkimuksessa.

ylpeä mammahiiri jälkeläisineen. Kuvan hiiriemo syntyi kahdelle äidille ja eli tutkijoiden mielestä normaalia, tervettä elämää.
ylpeä mammahiiri jälkeläisineen. Kuvan hiiriemo syntyi kahdelle äidille ja eli tutkijoiden mielestä normaalia, tervettä elämää. (Le-Yun Wang / Chinese Academy of Sciences)

haasteena on, että jokaisen perimän välilyönnit ja täsmäytykset on järjestettävä oikein—mikä tapahtuu luonnostaan mies-naisvanhemmilla. Tätä nirhaista ilmiötä kutsutaan genomiseksi leimautumiseksi, ja se on kriittinen nisäkkäiden lisääntymiselle. Jos molempien vanhempien kopiot jommastakummasta näistä normaalisti ”painetuista” geeneistä kytketään vahingossa päälle, seuraukset voivat olla tuhoisat ja tuottaa sikiöitä, jotka ovat ilmapallon kokoisia, kamppailevat saadakseen ravinteita tai eivät edes saavuta aikaansa lainkaan.

tiedemiehille, jotka yrittävät kasvattaa nisäkkäitä samaa sukupuolta olevien vanhempien kanssa, välttämätön genomijäljitys on suuri este. 1900-luvun puolivälin tienoilla, kun tiedemiehet tekivät ensimmäisiä yrityksiä tuottaa hiiren alkioita kahdella naarasgenomilla, ei kestänyt kauaa, kun munien yhdistämisen matematiikka meni sotkuiseksi. Geeniohjeiden molemmat puoliskot heijastivat emon leimautumista, deaktivointia ja samojen perimän alueiden aktivointia—ja ilman yhtälön isänpuoleista osaa jotkut geenit olivat yliekspressoituneita, kun taas toiset eivät koskaan olleet kunnolla päällä.

hiljattain Kiinan tiedeakatemian tutkijakohortti, jota johtivat vanhemmat kirjailijat Wei Li, Qi Zhou ja Bao-Yang Hu, päätti kokeilla uusia työkaluja ongelman ratkaisemiseksi. Heidän mahdollisuuksiensa maksimointi saada terveitä jälkeläisiä samaa sukupuolta olevista vanhemmista merkitsi sitä, että he aloittivat mahdollisimman vähäisin mahdollisin soluin—soluilla, joiden geneettisessä koodissa ei vielä ollut välimerkkejä. Niinpä tutkijat loivat epätavallisen joukon munasoluja ja siittiöitä pyyhkimällä pois joitakin genomiin painautuneita jälkiä, mikä käytännössä käänsi näiden sukusolujen kelloa taaksepäin, kunnes ne muistuttivat geneettisen käsikirjoituksen muokkaamatonta ensimmäistä luonnosta.

tutkijat ryhtyivät ”puhtaiden” solujen arsenaalilla kasvattamaan bimaternaalisia hiiriä. Jäljitelläkseen miehisyyttä he lisäsivät oman versionsa isänjäljennyksestä puhtaaseen munasoluun, – napsien kolme tunnettua leimattua aluetta sen perimästä. Tämä tekniikka käytännössä poisti kokonaisia kappaleita tai lukuja munasolun geneettisestä käsikirjoituksesta muuttaen sen lisääntymissoluksi, joka toimi enemmän siittiön tavoin. Sitten he ruiskuttivat vasta manipuloidun solun toiseen naarashiiren normaaliin munasoluun.

heidän hämmästyksekseen 14 prosenttia näistä kaksiaternaalisista alkioista—yhteensä 29 hiirtä—syntyi terveinä naaraina (ilman Y-kromosomia lisääntymiskumppanuudessa urokset olivat taattua nonentiteettiä). Useat bimaternaaliset hiiret jopa kasvoivat synnyttämään omia terveitä pentujaan (tällä kertaa luonnollisemman hedelmöityskeinon kautta). Tutkijoiden mukaan Isättömät hiiret olivat fyysisesti ja käyttäytymiseltään terveitä—mutta Zhou huomauttaa, että näissä hiirissä voi olla puutteita, joita tiimi ei ole vielä löytänyt.

edessä häämötti vielä suurempi haaste: kaksipatenttiset hiiret. Hiirenpentu, jolla oli kaksi emoa, oli jalostettu ensimmäisen kerran vuonna 2004 (tosin paljon huonommalla onnistumisprosentilla kuin uusin työ). Isättömät hiiret olivat tavallaan vanha uutinen. Äidittömät hiiret sen sijaan olisivat ”uskomattomia”, sanoo Hugo Creeth, jonka sitoutumaton työ Cardiffin yliopistossa keskittyy myös geneettiseen leimautumiseen.

Pennsylvanian yliopiston kehitysbiologin Marisa Bartolomein mukaan yksi suurimmista haasteista hiiren synnyttämisessä kahden uroksen geneettisellä materiaalilla on se, että äidin genomiin on tehtävä paljon enemmän painaumia, jotta se voisi kunnolla yhtyä isän genomiin. (Vaikka jotkut matelijat, sammakkoeläimet ja kalat kykenevät vain naaraiden paritteluun, vain yksi laji-seeprakala—on koskaan tuottanut jälkeläisiä ilman emon panosta ja vain laboratoriossa).

” verrattuna kaksipatenttiseen lisääntymiseen tarvitaan enemmän esteitä kaksipatenttisessa lisääntymisesteessä”, Li sanoo.

haasteista huolimatta tutkijat pystyivät tuottamaan eläviä jälkeläisiä käyttämällä vain kahden urosvanhemman DNA: ta. Muunnellulta siittiösolulta poistettiin kuusi geneettistä aluetta, jotta se muistuttaisi paremmin naisen perimää, ja sitten se yhdistettiin normaaliin spermaan tyhjän munasolun sisällä. (Tyhjä tai ei, munainen kotelo on edelleen tarpeen tuoda siittiöiden ja siittiöiden yhteen.) Nämä oudot risteymäalkiot-kirjaimelliset munankuoret, jotka sisälsivät kaksinkertaiset annokset isän DNA: ta-siirrettiin sitten hiiren sijaisäitiin.

tutkijat voivat kasvattaa hiiriä, joilla on kaksi isää, mutta ne ovat syntyessään vakavia vikoja eivätkä selviä aikuisikään asti.'t survive to adulthood.
tutkijat voivat kasvattaa hiiriä, joilla on kaksi isää, mutta ne ovat syntyessään vakavia vikoja eivätkä selviä aikuisikään asti. (Le-Yun Wang / Kiinan tiedeakatemia)

hieman yli prosentti jälkeläisistä selvisi. Valitettavasti kaikilla pennuilla oli syntyessään vakavia vikoja ja ne kuolivat lähes välittömästi. Kun tutkijat poistivat muokatuista siittiösoluista seitsemännen leimatun alueen, he kuitenkin kaksinkertaistivat eloonjäämisprosentin. Pennut eivät vielä kasvaneet aikuisiksi, mutta siitä huolimatta menetelmä oli toiminut ja poikasten lyhytikäinen elinkelpoisuus oli monumentaalinen.

”Tämä todella osoittaa, että leimautuminen on este unipaariselle kehitykselle”, Bartolomei sanoo. ”Olemme tunteneet sen äidin näkökulmasta, mutta nyt, kun kaksipaternaalit, se on ensimmäinen.”

Lin mukaan seuraava askel on parantaa kaksipatenttisten hiirten pitkäikäisyyttä. Vielä ei ole selvää, mikä tappaa hiiriä, joilla on kaksi geneettistä isää—on mahdollista, että on olemassa muita kriittisesti leimattuja alueita, joita on vielä geneettisesti ”hallittava”, Bartolomei sanoo.

itse asiassa on hieman ihme, että niin harvat geenimanipulaatiot riittivät muuttamaan toisen sukupuolen perimän joksikin toista muistuttavaksi. Hiirillä uskotaan olevan yli 150 geeniä—ja lista kasvaa koko ajan—mutta kaikki geenit eivät ole kriittisiä elävien jälkeläisten syntymiselle.

vaikka Uusi geenimuuntelutekniikka toimi yhden sukupuolen hiirien kasvattamiseksi, Mainieri varoittaa, että näiden kokeiden uusiminen muilla nisäkkäillä, myös ihmisillä, vaatisi ”valtavan, valtavan askeleen”. Vaikka Li, Zhou, Hu ja heidän kollegansa ovat innokkaita siirtymään jonain päivänä kädellisiin, ei ole mitään takeita siitä, että yhden lajin geenikäsikirjoituksessa olevat merkinnät kääntyisivät helposti toisen lajiin.

silti nämä uudet löydökset merkitsevät läpimurtoa tiedemiesten ymmärryksessä genomijäljen merkityksestä nisäkkäiden lisääntymisessä. Lisäksi on olemassa useita häiriöitä, jotka johtuvat virheellisestä painatuksesta perimässä-joten vaikka äidittömät tai Isättömät vauvat eivät ole horisontissa, yksinkertaisesti näiden geneettisten oikkujen ymmärtäminen voisi muuttaa lähestymistapaamme lääketieteeseen.

”tällä tiedolla meillä on kyky lukea lauseita tai kappaleita tavalla, jota meillä ei ole ennen ollut”, Mainieri sanoo. ”Ja se on valtava.”

Vastaa

Sähköpostiosoitettasi ei julkaista.