Seitse hiirt liitusid just samast soost vanematest loodud järglaste panteoniga ja avasid ukse üksikvanemast sündinud järglastele.
Uuringus avaldatud loodus, kirjeldasid teadlased, kuidas nad isaste hiirte sabadest naharakke kraapisid ja kasutasid neid funktsionaalsete munarakkude loomiseks. Sperma viljastamisel ja surrogaadiks siirdamisel sündisid embrüotest terved pojad, kes kasvasid üles ja said ise lapsi.
Uuring on viimane kümnendi pikkuse katse jooksul reprodutseerida ümber. Muna ja sperma kohtumine jääb dogmaks. Mängus on see, kuidas kaks poolaega genereeritakse. Tänu iPSC (indutseeritud pluripotentsete tüvirakkude) tehnoloogiale on teadlased suutnud loodusest mööda minna inseneri funktsionaalsed munad, rekonstrueerida kunstlikud munasarjad, ja tekitada terve hiired kahelt emalt. Ometi pole keegi suutnud kahest isast sündinud tervete järglaste retsepti lahti murda.
Sisenege Kyushu ülikooli doktor Katsuhiko Hayashi, kes on seadnud ambitsioonika eesmärgi luua sugurakud – sperma ja munarakk – väljaspool keha. Tema lahendus tuli nutika häkkimise kaudu. Petri tassides kasvatades kipuvad iPSC rakud kaotama oma DNA kimpe, mida nimetatakse kromosoomideks. Tavaliselt on see tohutu peavalu, kuna see rikub raku geneetilist terviklikkust.
Hayashi mõistis, et võib mehhanismi kaaperdada. Valides rakud, mis eraldavad Y-kromosoomi, toitis meeskond rakke, kuni need arenesid täielikult küpseteks munarakkudeks. Rakud, mis algasid isaste naharakkudena, arenesid pärast normaalse spermaga viljastamist normaalseteks hiirteks.
"Murakami ja kaastöötajate protokoll avab uusi võimalusi reproduktiivbioloogias ja viljakusuuringutes," ütles Dr. Jonathan Bayerl ja Diana Laird California ülikoolist San Franciscos (UCSF), kes ei osalenud uuringus.
Seda, kas strateegia ka inimeste puhul toimib, on näha. Edukuse määr hiirtel oli väga madal, vaid killuke üle ühe protsendi. Ometi on uuring tõestus kontseptsioonist, mis nihutab veelgi võimaluste reproduktiivse valdkonna piire. Ja võib-olla kohe, selle aluseks olev tehnoloogia võib aidata lahendada mõningaid meie kõige levinumaid kromosomaalseid häireid, nagu Downi sündroom.
"See on väga oluline läbimurre munarakkude ja sperma genereerimiseks tüvirakkudest," ütles Dr Rod Mitchell Edinburghi ülikooli reproduktiivtervise keskusest, kes ei osalenud uuringus.
Reproduktiivne revolutsioon
Hayashi on paljunemistehnoloogiate ümberkujundamisel kauaaegne veteran. 2020. aastal tema meeskond kirjeldas geneetilisi muutusi, mis aitavad rakkudel tassis munarakkudeks küpseda. Aasta hiljem nad rekonstrueeritud munasarjarakud mis kasvatas viljastatud munad terveteks hiirepoegadeks.
Nende tehnoloogiate keskmes on iPSC-d. Keemilise vanni abil saavad teadlased küpsed rakud, näiteks naharakud, tagasi tüvirakulaadsesse olekusse muuta. iPSC-d on põhimõtteliselt bioloogiline mängutaigen: keemilise "sõtkumise" supi abil saab neid meelitada ja kujundada peaaegu igat tüüpi rakkudeks.
Nende paindlikkuse tõttu on iPSC-sid ka raske juhtida. Sarnaselt enamiku rakkudega jagunevad nad. Kuid kui neid liiga kaua Petri tassis hoitakse, mässavad nad ja kas heidavad maha või dubleerivad osa oma kromosoomidest. See teismeliste anarhia, mida nimetatakse aneuploidsuseks, on teadlaste töö häda, kui nad üritavad hoida ühtlast rakupopulatsiooni.
Kuid nagu uus uuring näitab, on see molekulaarne mäss kingitus isasrakkudest munarakkude genereerimiseks.
X vastab Y-le ja … vastab O-le?
Räägime sugukromosoomidest.
Enamikul inimestel on kas XX või XY. Nii X kui ka Y on kromosoomid, mis on suured DNA kimbud – pooli ümber mähitud pildiniidid. Bioloogiliselt tekitab XX tavaliselt mune, samas kui XY toodab tavaliselt sperma.
Kuid siin on asi: teadlased on juba ammu teadnud, et mõlemat tüüpi rakud saavad alguse samast varust. Need rakud, mida nimetatakse ürgseteks sugurakkudeks või PGC-deks, ei tugine nende esialgseks arenguks ei X- ega Y-kromosoomidele, vaid pigem ümbritsevale keemilisele keskkonnale, selgitasid Bayerl ja Laird.
Näiteks 2017. aastal muutis Hayashi meeskond embrüonaalsed tüvirakud PGC-deks, mis loote munasarja- või munandirakkudega segamisel küpsesid kas tehismunadeks või sperma.
Siin võttis meeskond endale raskema ülesande muuta XY rakk XX rakuks. Nad alustasid rühmast hiirte embrüonaalsete tüvirakkudega, kes eraldasid oma Y-kromosoomid – see on haruldane ja vastuoluline ressurss. Kasutades pimedas helendavat silti, mis haarab kinni ainult X-kromosoomidest, said nad valguse intensiivsuse põhjal jälgida, mitu koopiat rakus oli (pidage meeles, et XX särab heledamalt kui XY).
Pärast rakkude kaheksa ringi kasvatamist Petri tassides leidis meeskond, et ligikaudu kuus protsenti rakkudest kaotasid juhuslikult oma Y-kromosoomi. XY asemel oli neil nüüd ainult üks X – nagu puuduks pool söögipulgapaarist. Seejärel meelitas meeskond valikuliselt neid XO-ks nimetatud rakke jagunema.
Põhjus? Rakud dubleerivad oma kromosoome enne kaheks uueks jagunemist. Kuna rakkudel on ainult üks X-kromosoom, saavad mõned tütarrakud pärast dubleerimist XX-ga – teisisõnu bioloogiliselt naissoost. Reversiini nimelise ravimi lisamine aitas protsessil edasi liikuda, suurendades XX rakkude arvu.
Seejärel kasutas meeskond oma varasemat tööd. Nad muutsid XX-rakud PGC-sarnasteks rakkudeks - need, mis võivad areneda munaraks või spermatosoidiks - ja seejärel lisasid loote munasarjarakud, et suruda muundunud isasloomarakud küpseteks munarakkudeks.
Lõpliku testina süstisid nad laboris valmistatud munadesse tavalise hiire spermat. Emassurrogaadi abiga sündis sinise taeva katsel üle poole tosina poega. Nende kaal sarnanes traditsioonilisel viisil sündinud hiirtega ja nende surrogaatemal tekkis terve platsenta. Kõik kutsikad kasvasid täiskasvanuks ja said oma lapsed.
Piiride tõukamine
Tehnika on alles algusjärgus. Esiteks on selle edukuse määr äärmiselt madal: ainult 7 630 siirdatud embrüost elas täisealiseks. Kõigest 1.1-protsendilise eduvõimalusega – eriti hiirte puhul – on tehnoloogia meespaaridele viimiseks raske müüa. Kuigi hiirepojad tundusid kaalu poolest suhteliselt normaalsed ja suutsid paljuneda, võisid neil olla ka geneetilised või muud puudused – midagi, mida meeskond soovib edasi uurida.
"Hiirel ja inimesel on suured erinevused," ütles Hayashi ühel varasemal konverentsil.
Peale paljunemise võib uuring kohe aidata mõista kromosomaalseid häireid. Näiteks Downi sündroomi põhjustab 21. kromosoomi lisakoopia. Uuringus avastas töörühm, et sarnase defektiga hiirte embrüonaalsete tüvirakkude ravimine reversiiniga – ravimiga, mis aitab muuta XY rakkudeks XX – vabastab hiired lisakoopia ilma teisi kromosoome mõjutamata. See pole kaugeltki inimkasutuseks valmis. Kuid see tehnoloogia võib aidata teistel teadlastel jahtida sarnaste kromosomaalsete häirete ennetus- või sõelumismeetmeid.
Kuid võib-olla on kõige intrigeerivam see, kus tehnoloogia võib reproduktiivbioloogiat kasutada. Julge katse käigus näitas töörühm, et ühe isase iPSC liini rakud võivad ilmale tuua järglasi – täiskasvanuks kasvanud poegi.
Surrogaatemade abiga "see viitab ka sellele, et üksikul mehel võib kaugemas tulevikus olla bioloogiline laps," ütles Hokkaido ülikooli bioeetik dr Tetsuya Ishii. Töö võib edendada ka biosäilitamist, levitades ohustatud imetajaid vaid ühest isasest.
Hayashi on oma töö eetikast ja sotsiaalsetest tagajärgedest hästi teadlik. Kuid praegu keskendub ta inimeste abistamisele ning paljunemisreeglite dešifreerimisele ja ümberkirjutamisele.
Bayerl ja Laird ütlesid, et uuring tähistab "sigimisbioloogia verstaposti".
Pildi krediit: Katsuhiko Hayashi, Osaka ülikool
- SEO-põhise sisu ja PR-levi. Võimenduge juba täna.
- Platoblockchain. Web3 metaversiooni intelligentsus. Täiustatud teadmised. Juurdepääs siia.
- Allikas: https://singularityhub.com/2023/03/28/mice-with-two-dads-were-born-from-eggs-made-from-male-skin-cells/