Publicerad den Lämna en kommentar

forskare bryter mot reglerna för reproduktion genom att odla möss från ensamstående föräldrar

för att göra ett däggdjur behöver du ett ägg och en sperma. Dessa två nödvändiga genetiska ingångar har historiskt sett inneburit misslyckande med att starta för försök att producera avkommor från manliga eller kvinnliga kopplingar. Men genom att sudda ut gränserna mellan ägg och spermier med genetisk förändring hjälper forskare oss nu att bryta reglerna för reproduktion av däggdjur.

igår, i tidskriften Cell Stem Cell, rapporterade ett team av forskare vid den kinesiska vetenskapsakademin födelsen av friska avkommor till musföräldrar av samma kön. Genom att modifiera genomerna av ägg för att likna spermier, och vice versa, kunde forskarna övervinna ett stort hinder i biologisk reproduktion. Valpar från kvinnliga-kvinnliga fackföreningar överlevde långt in i vuxenlivet, till och med blev mödrar själva, och kortlivade barn välkomnades av en pappa-Pappa-duo.

” det här är otroligt imponerande”, säger Ava Mainieri, en biolog som studerar reproduktionsgenetiken vid Harvard University. ”Denna teknik har ungefär en miljon konsekvenser för framtiden.”

forskarna kunde övervinna en långvarig utmaning för att producera däggdjur med ensamstående föräldrar. Vanligtvis behöver ett däggdjursembryo två genom, var och en innehåller ett manuskript av genetiska instruktioner från modern eller fadern. På detta sätt ärver fostret två kopior av varje enskild gen. Men för många gener blir antingen mammas eller pappas kopia tyst. Hela regioner i ett Genom kan stängas av, medan samma delar av den genetiska koden från den andra föräldern förblir intakta.

” om nukleotider av DNA är en text, kan betraktas som mellanslag eller skiljetecken som ger mening till sådan komplicerad text”, förklarar Mainieri, som inte var inblandad i forskningen.

en stolt mamma mus med sin avkomma. Modermusen på detta foto föddes till två mödrar och levde vad forskare ansåg vara ett normalt, hälsosamt liv.
en stolt mamma mus med sin avkomma. Modermusen på detta foto föddes till två mödrar och levde vad forskare ansåg vara ett normalt, hälsosamt liv. (Le-Yun Wang / Chinese Academy of Sciences)

utmaningen är att dessa utrymmen och punkteringar i varje genom måste ställa upp korrekt—något som händer naturligt med manliga och kvinnliga föräldrar. Detta petiga fenomen kallas genomisk prägling, och det är avgörande för reproduktion av däggdjur. Om båda föräldrarnas kopior av en av dessa normalt ”imprinted” gener oavsiktligt slås på, kan konsekvenserna vara katastrofala, producera foster som ballongen i storlek, kämpar för att förvärva näringsämnen eller till och med misslyckas med att nå sikt alls.

för forskare som försöker föda upp däggdjur med föräldrar av samma kön utgör den nödvändiga processen för genomisk prägling ett stort hinder. Runt mitten av 20-talet, när forskare gjorde några av de första försöken att producera musembryon med två kvinnliga genom, tog det inte lång tid för matematiken att slå samman ägg för att bli rörigt. Båda halvorna av de genetiska instruktionerna återspeglade moderns prägling, avaktivering och aktivering av samma regioner i genomet—och utan den faderliga delen av ekvationen överuttrycktes vissa gener, medan andra aldrig slogs på ordentligt.

På senare tid beslutade en kohort av forskare vid den kinesiska vetenskapsakademin under ledning av seniorförfattarna Wei Li, Qi Zhou och Bao-Yang Hu att prova en ny uppsättning verktyg för att ta itu med frågan. Att maximera deras chanser att producera friska avkommor från samma könsföräldrar innebar att man började med de minst imprintade cellerna som var möjliga-celler som inte hade några skiljetecken i den genetiska koden än. Så forskarna genererade en ovanlig uppsättning ägg och spermier genom att radera några av de präglade märkena på genomet, vilket i huvudsak vrider tillbaka klockan på dessa reproduktionsceller tills de liknade det genetiska manuskriptets oredigerade första utkast.

beväpnad med en arsenal av ”rena” celler, satte forskarna sig för att föda upp bimaternal möss. För att efterlikna maleness lade de till sin egen version av faderlig imprinting till en ren äggcell, snipping tre kända imprinted regioner ur dess genom. Denna teknik raderade i huvudsak hela stycken eller kapitel från äggets genetiska manuskript, vilket gjorde det till en reproduktiv cell som fungerade mer som en sperma. De injicerade sedan den nyligen manipulerade cellen i ett normalt ägg från en annan kvinnlig mus.

till deras förvåning föddes 14 procent av dessa bimaternaliska embryon—totalt 29 möss—friska kvinnor (utan en Y-kromosom i reproduktionsblandningen var män en garanterad nonentity). Flera av de bimaternaliska mössen växte till och med upp till födseln sina egna friska valpar (den här gången genom ett mer naturligt sätt att bli gravid). Såvitt forskarna kunde berätta var de faderlösa mössen fysiskt och beteendemässigt friska—men Zhou påpekar att det kan finnas brister i dessa möss som laget ännu inte har upptäckt.

en ännu större utmaning väckte framåt-bipaternala möss. En musvalp med två mödrar hade fötts upp för första gången 2004 (men med mycket lägre framgångsgrad än det senaste arbetet). Faderlösa möss var på ett sätt gamla nyheter. Moderlösa möss skulle å andra sidan vara ”fantastiska”, säger Hugo Creeth, vars oberoende arbete vid Cardiff University också fokuserar på genetisk prägling.

en av de stora utmaningarna med att föda en mus med genetiskt material från två män, enligt University of Pennsylvania utvecklingsbiolog Marisa Bartolomei, är att det finns mycket mer imprinting som måste hända på mammas genom för att det ska kunna gå ihop med pappas. det extra arbete som krävs gör att ett manligt genom beter sig som ett kvinnligt genom kan vara en del av anledningen till att unisex reproduktion i naturen lutar mot kvinnliga-kvinnliga kopplingar. (Medan vissa reptiler, amfibier och fiskar kan para sig endast kvinnor, har bara en art-zebrafisken—någonsin producerat avkommor utan moderns inmatning, och bara i ett laboratorium).

” jämfört med bimaternal reproduktion måste fler hinder korsas vid bipaternal reproduktionsbarriär”, säger Li.

trots utmaningarna kunde forskarna generera levande avkommor med endast DNA från två manliga föräldrar. En modifierad spermiecell hade sex genetiska regioner bort för att göra det mer liknar en kvinnlig genomet, och sedan kombinerades med normal sperma inuti en tom hona ägg. (Tom eller inte, en eggy-kapsling är fortfarande nödvändig för att föra spermier och spermier ihop.) Dessa udda hybridembryon-bokstavliga äggskal innehållande dubbla doser av paternal DNA-överfördes sedan till en surrogatmamma.

forskare kan föda upp möss med två fäder, men de är födda med allvarliga defekter och överlever inte till vuxen ålder.'t survive to adulthood.
forskare kan föda upp möss med två fäder, men de är födda med allvarliga defekter och överlever inte till vuxen ålder. (Le-Yun Wang / Chinese Academy of Sciences)

drygt en procent av avkomman överlevde. Tyvärr föddes alla valparna med allvarliga defekter och dog nästan omedelbart. När forskarna tog bort en sjunde präglad region från de redigerade spermierna fördubblade de dock överlevnadsgraden. Valparna växte fortfarande inte till vuxen ålder, men ändå hade metoden fungerat, och avkommans kortlivade livskraft var monumental.

”detta visar verkligen att imprinting är blocket till uniparental utveckling”, säger Bartolomei. ”Vi har känt det från moderperspektivet, men nu, med bipaternalerna, är det en första.”

enligt Li är nästa steg att förbättra livslängden för bipaternala möss. Det är fortfarande inte klart vad som dödar mössen med två genetiska fäder-det är möjligt att det finns andra kritiskt imprintade regioner som fortfarande behöver genetiskt ”hanteras”, säger Bartolomei.

faktum är att det är lite konstigt att så få genetiska manipuleringar var tillräckliga för att omvandla genomet av ett kön till något som liknar det andra. Det finns över 150 gener som tros vara imprinted i möss—och listan växer någonsin—men inte alla av dessa gener är kritiska för födelse levande avkommor.

medan den nya genetiska modifieringstekniken arbetade för att odla enstaka möss, varnar Mainieri att det skulle kräva ett ”stort, stort steg” för att upprepa dessa experiment i andra däggdjur, inklusive människor. Även om Li, Zhou, Hu och deras kollegor är angelägna om att en dag gå vidare till primater, finns det ingen garanti för att markeringarna i en arts genetiska manuskript lätt kommer att översättas till en annan. Dessutom finns det flera störningar som härrör från felaktig imprinting i genomet—så även om moderlösa eller faderlösa barn inte är i horisonten, kan helt enkelt förstå dessa genetiska egenskaper förändra vår inställning till medicin.

”Med denna kunskap har vi en förmåga att läsa meningarna eller styckena på ett sätt som vi aldrig har gjort tidigare”, säger Mainieri. ”Och det är enormt.”

Lämna ett svar

Din e-postadress kommer inte publiceras.