Επτά ποντίκια μόλις εντάχθηκαν στο πάνθεον των απογόνων που δημιουργήθηκαν από γονείς του ίδιου φύλου - και άνοιξαν την πόρτα σε απογόνους που γεννήθηκαν από έναν μόνο γονέα.
Σε μια μελέτη που δημοσιεύθηκε στην Φύση, οι ερευνητές περιέγραψαν πώς έξυσαν τα κύτταρα του δέρματος από τις ουρές αρσενικών ποντικών και τα χρησιμοποίησαν για να δημιουργήσουν λειτουργικά κύτταρα ωαρίων. Όταν γονιμοποιήθηκαν με σπέρμα και μεταμοσχεύθηκαν σε παρένθετο, τα έμβρυα γέννησαν υγιή κουτάβια, τα οποία μεγάλωσαν και απέκτησαν δικά τους μωρά.
Η μελέτη είναι η πιο πρόσφατη σε μια δεκαετή προσπάθεια να ξαναγραφεί η αναπαραγωγή. Το ωάριο συναντά το σπέρμα παραμένει το δόγμα. Αυτό που παίζει είναι το πώς δημιουργούνται τα δύο ημίχρονα. Χάρη στην τεχνολογία iPSC (επαγόμενα πολυδύναμα βλαστοκύτταρα), οι επιστήμονες μπόρεσαν να παρακάμψουν τη φύση λειτουργικά αυγά μηχανικού, ανακατασκευή τεχνητών ωοθηκών, και δίνουν αφορμή για υγιή ποντίκια από δύο μητέρες. Ωστόσο, κανείς δεν μπόρεσε να σπάσει τη συνταγή των υγιών απογόνων που γεννήθηκαν από δύο μπαμπάδες.
Εισάγετε τον Δρ. Katsuhiko Hayashi στο Πανεπιστήμιο Kyushu, ο οποίος οδήγησε τον φιλόδοξο στόχο να δημιουργήσει γαμέτες -σπέρμα και ωάριο- έξω από το σώμα. Η λύση του προήλθε από ένα έξυπνο χακάρισμα. Όταν αναπτύσσονται μέσα σε τρυβλία Petri, τα κύτταρα iPSC τείνουν να χάνουν δέσμες του DNA τους, που ονομάζονται χρωμοσώματα. Κανονικά, αυτός είναι ένας τεράστιος πονοκέφαλος επειδή διαταράσσει τη γενετική ακεραιότητα του κυττάρου.
Ο Χαγιάσι συνειδητοποίησε ότι μπορούσε να κλέψει τον μηχανισμό. Επιλέγοντας κύτταρα που απέρριψαν το χρωμόσωμα Υ, η ομάδα γαλούχησε τα κύτταρα μέχρι να αναπτυχθούν πλήρως σε ώριμα ωάρια. Τα κύτταρα - που ξεκίνησαν ως κύτταρα του δέρματος του αρσενικού - τελικά εξελίχθηκαν σε φυσιολογικά ποντίκια μετά τη γονιμοποίηση με φυσιολογικό σπέρμα.
«Το πρωτόκολλο του Μουρακάμι και των συναδέλφων του ανοίγει νέους δρόμους στην αναπαραγωγική βιολογία και την έρευνα για τη γονιμότητα». είπε Οι Δρ. Ο Jonathan Bayerl και η Diana Laird στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια στο Σαν Φρανσίσκο (UCSF), οι οποίοι δεν συμμετείχαν στη μελέτη.
Το αν η στρατηγική θα λειτουργήσει στους ανθρώπους μένει να φανεί. Το ποσοστό επιτυχίας στα ποντίκια ήταν πολύ χαμηλό σε ένα μόνο απόσπασμα πάνω από το ένα τοις εκατό. Ωστόσο, η μελέτη είναι μια απόδειξη της έννοιας που ωθεί περαιτέρω τα όρια του αναπαραγωγικού πεδίου των δυνατοτήτων. Και ίσως πιο άμεσα, η υποκείμενη τεχνολογία μπορεί να βοηθήσει στην αντιμετώπιση ορισμένων από τις πιο διαδεδομένες χρωμοσωμικές διαταραχές μας, όπως το σύνδρομο Down.
«Πρόκειται για μια πολύ σημαντική ανακάλυψη για την παραγωγή ωαρίων και σπέρματος από βλαστοκύτταρα». είπε Ο Δρ Rod Mitchell στο Κέντρο Αναπαραγωγικής Υγείας MRC, Πανεπιστήμιο του Εδιμβούργου, ο οποίος δεν συμμετείχε στη μελέτη.
Μια αναπαραγωγική επανάσταση
Ο Hayashi είναι μακροχρόνιος βετεράνος στον μετασχηματισμό των αναπαραγωγικών τεχνολογιών. το 2020, η ομάδα του περιέγραψε γενετικές αλλοιώσεις που βοηθούν τα κύτταρα να ωριμάσουν σε ωάρια μέσα σε ένα πιάτο. Ένα χρόνο αργότερα, αυτοί ανακατασκευασμένα κύτταρα ωοθηκών που έθρεψε γονιμοποιημένα ωάρια σε υγιή ποντίκια.
Στον πυρήνα αυτών των τεχνολογιών βρίσκονται τα iPSC. Χρησιμοποιώντας ένα χημικό λουτρό, οι επιστήμονες μπορούν να μετατρέψουν τα ώριμα κύτταρα, όπως τα κύτταρα του δέρματος, σε κατάσταση που μοιάζει με βλαστοκύτταρα. Τα iPSC είναι βασικά βιολογική ζύμη παιχνιδιού: με μια σούπα χημικής «ζύμωσης», μπορούν να παρασκευαστούν και να διαμορφωθούν σε σχεδόν κάθε τύπο κυττάρου.
Λόγω της ευελιξίας τους, τα iPSC είναι επίσης δύσκολο να ελεγχθούν. Παρόμοια με τα περισσότερα κύτταρα, διαιρούνται. Αλλά όταν διατηρούνται μέσα σε ένα τρυβλίο Petri για πάρα πολύ καιρό, επαναστατούν και είτε ρίχνουν—ή αντιγράφουν— ορισμένα από τα χρωμοσώματά τους. Αυτή η εφηβική αναρχία, που ονομάζεται ανευπλοειδία, είναι ο όλεθρος της δουλειάς των επιστημόνων όταν προσπαθούν να διατηρήσουν έναν ομοιόμορφο πληθυσμό κυττάρων.
Αλλά όπως δείχνει η νέα μελέτη, ότι η μοριακή εξέγερση είναι ένα δώρο για τη δημιουργία ωαρίων από αρσενικά κύτταρα.
Ο Χ συναντά τον Υ και… Συναντά τον Ο;
Ας μιλήσουμε για τα φυλετικά χρωμοσώματα.
Οι περισσότεροι άνθρωποι έχουν είτε ΧΧ είτε ΧΥ. Τόσο το Χ όσο και το Υ είναι χρωμοσώματα, τα οποία είναι μεγάλες δέσμες DNA — νήματα εικόνας τυλιγμένα γύρω από ένα καρούλι. Βιολογικά, το XX παράγει συνήθως ωάρια, ενώ το XY παράγει κανονικά σπέρμα.
Αλλά εδώ είναι το πράγμα: οι επιστήμονες γνώριζαν από καιρό ότι και οι δύο τύποι κυττάρων ξεκινούν από το ίδιο απόθεμα. Τα ονομαζόμενα αρχέγονα γεννητικά κύτταρα ή PGCs, αυτά τα κύτταρα δεν βασίζονται σε χρωμοσώματα X ή Y, αλλά μάλλον στο περιβάλλον χημικό περιβάλλον τους για την αρχική τους ανάπτυξη, εξήγησαν οι Bayerl και Laird.
Το 2017, για παράδειγμα, η ομάδα του Hayashi μετέτρεψε τα εμβρυϊκά βλαστοκύτταρα σε PGC, τα οποία όταν αναμειγνύονταν με κύτταρα εμβρυϊκών ωοθηκών ή όρχεων ωρίμασαν είτε σε τεχνητά ωάρια είτε σε σπέρμα.
Εδώ, η ομάδα ανέλαβε το πιο δύσκολο έργο να μετατρέψει ένα κελί XY σε ένα XX. Ξεκίνησαν με μια ομάδα εμβρυϊκών βλαστοκυττάρων από ποντίκια που έριξαν τα χρωμοσώματά τους Υ - μια σπάνια και αμφιλεγόμενη πηγή. Χρησιμοποιώντας μια ετικέτα λάμψης στο σκοτάδι που αρπάζει μόνο τα χρωμοσώματα Χ, θα μπορούσαν να παρακολουθούν πόσα αντίγραφα υπήρχαν μέσα σε ένα κελί με βάση την ένταση φωτός (θυμηθείτε ότι το XX θα λάμπει πιο φωτεινά από το XY).
Μετά την ανάπτυξη των κυττάρων για οκτώ γύρους μέσα σε τρυβλία Petri, η ομάδα διαπίστωσε ότι περίπου το XNUMX% των κυττάρων έχασαν σποραδικά το χρωμόσωμα Υ. Αντί για XY, τώρα είχαν μόνο ένα Χ—σαν να έλειπε το μισό από ένα ζευγάρι ξυλάκια. Στη συνέχεια, η ομάδα ώθησε επιλεκτικά αυτά τα κύτταρα, που ονομάστηκαν XO, να διαιρεθούν.
Ο λόγος? Τα κύτταρα διπλασιάζουν τα χρωμοσώματά τους πριν χωριστούν σε δύο νέα. Επειδή τα κύτταρα έχουν μόνο ένα χρωμόσωμα Χ, μετά τον διπλασιασμό μερικά από τα θυγατρικά κύτταρα θα καταλήξουν με ΧΧ — με άλλα λόγια, βιολογικά θηλυκά. Η προσθήκη ενός φαρμάκου που ονομάζεται reversine βοήθησε τη διαδικασία, αυξάνοντας τον αριθμό των κυττάρων XX.
Στη συνέχεια, η ομάδα αξιοποίησε την προηγούμενη δουλειά της. Μετέτρεψαν τα κύτταρα XX σε κύτταρα που μοιάζουν με PGC - αυτά που μπορούν να εξελιχθούν σε ωάριο ή σπέρμα - και στη συνέχεια πρόσθεσαν κύτταρα εμβρυϊκών ωοθηκών για να ωθήσουν τα μετασχηματισμένα ανδρικά κύτταρα του δέρματος σε ώριμα ωάρια.
Ως το απόλυτο τεστ, έκαναν ένεση σπέρματος από ένα κανονικό ποντίκι στα ωάρια που κατασκευάστηκαν στο εργαστήριο. Με τη βοήθεια μιας θηλυκής παρένθετης, το πείραμα του γαλάζιου ουρανού παρήγαγε πάνω από μισή ντουζίνα κουτάβια. Τα βάρη τους ήταν παρόμοια με τα ποντίκια που γεννήθηκαν με τον παραδοσιακό τρόπο και η παρένθετη μητέρα τους ανέπτυξε έναν υγιή πλακούντα. Όλα τα κουτάβια μεγάλωσαν στην ενηλικίωση και απέκτησαν δικά τους μωρά.
Όρια ώθησης
Η τεχνολογία είναι ακόμα στις πρώτες μέρες της. Πρώτον, το ποσοστό επιτυχίας του είναι εξαιρετικά χαμηλό: μόνο 7 από τα 630 μεταφερθέντα έμβρυα έζησαν ως πλήρως ενήλικα. Με μόλις 1.1 τοις εκατό πιθανότητες επιτυχίας —ειδικά σε ποντίκια— είναι δύσκολο να φέρουμε την τεχνολογία σε ανδρικά ζευγάρια. Αν και τα μωρά ποντίκια έμοιαζαν σχετικά φυσιολογικά όσον αφορά το βάρος και μπορούσαν να αναπαραχθούν, θα μπορούσαν επίσης να έχουν γενετικές ή άλλες ελλείψεις - κάτι που η ομάδα θέλει να διερευνήσει περαιτέρω.
«Υπάρχουν μεγάλες διαφορές μεταξύ ενός ποντικιού και του ανθρώπου», είπε Hayashi σε παλαιότερο συνέδριο.
Τούτου λεχθέντος, εκτός από την αναπαραγωγή, η μελέτη μπορεί να βοηθήσει άμεσα στην κατανόηση των χρωμοσωμικών διαταραχών. Το σύνδρομο Down, για παράδειγμα, προκαλείται από ένα επιπλέον αντίγραφο του χρωμοσώματος 21. Στη μελέτη, η ομάδα διαπίστωσε ότι η θεραπεία εμβρυϊκών βλαστοκυττάρων ποντικών που φέρουν παρόμοιο ελάττωμα με το reversine -το φάρμακο που βοηθά στη μετατροπή των κυττάρων XY σε XX- απαλλάσσει τα ποντίκια από το επιπλέον αντίγραφο χωρίς να επηρεάζει άλλα χρωμοσώματα. Απέχει πολύ από το να είναι έτοιμο για ανθρώπινη χρήση. Ωστόσο, η τεχνολογία θα μπορούσε να βοηθήσει άλλους επιστήμονες να αναζητήσουν προληπτικά ή προληπτικά μέτρα για παρόμοιες χρωμοσωμικές διαταραχές.
Αλλά ίσως αυτό που είναι πιο ενδιαφέρον είναι πού μπορεί να οδηγήσει η τεχνολογία στην αναπαραγωγική βιολογία. Σε ένα τολμηρό πείραμα, η ομάδα έδειξε ότι τα κύτταρα από μια μόνο αρσενική σειρά iPSC μπορούν να γεννήσουν απογόνους - κουτάβια που μεγάλωσαν στην ενηλικίωση.
Με τη βοήθεια παρένθετων μητέρων, «υποδηλώνει επίσης ότι ένας άγαμος άνδρας θα μπορούσε να αποκτήσει βιολογικό παιδί…στο μακρινό μέλλον», είπε ο Δρ Tetsuya Ishii, βιοηθικός στο Πανεπιστήμιο του Χοκάιντο. Το έργο θα μπορούσε επίσης να προωθήσει τη βιοσυντήρηση, πολλαπλασιάζοντας απειλούμενα θηλαστικά από ένα μόνο αρσενικό.
Ο Hayashi γνωρίζει καλά την ηθική και τις κοινωνικές επιπτώσεις της δουλειάς του. Αλλά προς το παρόν, η εστίασή του είναι να βοηθήσει τους ανθρώπους και να αποκρυπτογραφήσει —και να ξαναγράψει— τους κανόνες της αναπαραγωγής.
Η μελέτη σηματοδοτεί «ένα ορόσημο στην αναπαραγωγική βιολογία», είπαν οι Bayerl και Laird.
Πίστωση εικόνας: Katsuhiko Hayashi, Πανεπιστήμιο της Οσάκα
- SEO Powered Content & PR Distribution. Ενισχύστε σήμερα.
- Platoblockchain. Web3 Metaverse Intelligence. Ενισχύθηκε η γνώση. Πρόσβαση εδώ.
- πηγή: https://singularityhub.com/2023/03/28/mice-with-two-dads-were-born-from-eggs-made-from-male-skin-cells/