AI, Công nghệ sinh học

Chuột có hai bố được sinh ra từ trứng làm từ tế bào da đực

Dấu thời gian: ngày 28 tháng 2023 năm XNUMX 10: 00 AM
Nút nguồn: 2458493

Được xuất bản lại bởi Plato

Bảy con chuột vừa gia nhập quần thể những đứa con được tạo ra từ những cặp bố mẹ đồng tính—và mở ra cơ hội cho những đứa con được sinh ra từ một cặp bố hoặc mẹ.

Trong một nghiên cứu công bố Thiên nhiên, các nhà nghiên cứu đã mô tả cách họ cạo các tế bào da từ đuôi chuột đực và sử dụng chúng để tạo ra các tế bào trứng có chức năng. Khi được thụ tinh bằng tinh trùng và cấy vào người thay thế, phôi đã tạo ra những chú chuột con khỏe mạnh, lớn lên và sinh con của riêng chúng.

Nghiên cứu này là nghiên cứu mới nhất trong nỗ lực kéo dài hàng thập kỷ nhằm viết lại quá trình sao chép. Trứng gặp tinh trùng vẫn là giáo điều. Điều quan trọng là cách hai nửa được tạo ra. Nhờ công nghệ iPSC (tế bào gốc đa năng cảm ứng), các nhà khoa học đã có thể bỏ qua tự nhiên để kỹ sư chức năng trứng, tái tạo buồng trứng nhân tạo, và làm tăng sức khỏe chuột từ hai bà mẹ. Tuy nhiên, không ai có thể phá vỡ công thức của những đứa con khỏe mạnh được sinh ra từ hai người cha.

Tiến sĩ Katsuhiko Hayashi tại Đại học Kyushu, người đã dẫn đầu mục tiêu đầy tham vọng là tạo ra giao tử—tinh trùng và trứng—bên ngoài cơ thể. Giải pháp của anh ấy đến từ một cách hack thông minh. Khi phát triển bên trong đĩa Petri, tế bào iPSC có xu hướng mất đi các bó DNA, gọi là nhiễm sắc thể. Thông thường, đây là một vấn đề đau đầu vì nó phá vỡ tính toàn vẹn di truyền của tế bào.

Hayashi nhận ra rằng anh ta có thể chiếm quyền điều khiển cơ chế. Chọn lọc những tế bào đã loại bỏ nhiễm sắc thể Y, nhóm nghiên cứu đã nuôi dưỡng các tế bào này cho đến khi chúng phát triển hoàn toàn thành tế bào trứng trưởng thành. Các tế bào—bắt đầu là tế bào da của con đực—cuối cùng phát triển thành chuột bình thường sau khi thụ tinh với tinh trùng bình thường.

“Quy trình của Murakami và đồng nghiệp mở ra những con đường mới trong nghiên cứu sinh học sinh sản và khả năng sinh sản,” nói Tiến sĩ. Jonathan Bayerl và Diana Laird tại Đại học California, San Francisco (UCSF), những người không tham gia vào nghiên cứu.

Liệu chiến lược này có hiệu quả ở người hay không vẫn còn phải xem. Tỷ lệ thành công ở chuột rất thấp, chỉ hơn một phần trăm. Tuy nhiên, nghiên cứu này là một bằng chứng về khái niệm giúp đẩy xa hơn nữa ranh giới của khả năng sinh sản. Và có lẽ ngay lập tức hơn, công nghệ cơ bản này có thể giúp giải quyết một số rối loạn nhiễm sắc thể phổ biến nhất của chúng ta, chẳng hạn như hội chứng Down.

“Đây là một bước đột phá rất quan trọng để tạo ra trứng và tinh trùng từ tế bào gốc,” nói Tiến sĩ Rod Mitchell tại Trung tâm Sức khỏe Sinh sản MRC, Đại học Edinburgh, người không tham gia vào nghiên cứu.

Một cuộc cách mạng sinh sản

Hayashi là người có kinh nghiệm lâu năm trong việc chuyển đổi công nghệ sinh sản. Năm 2020, đội của anh ấy đã mô tả những thay đổi di truyền giúp tế bào trưởng thành thành tế bào trứng bên trong đĩa. Một năm sau, họ tái tạo tế bào buồng trứng đã nuôi dưỡng những quả trứng đã thụ tinh thành những chú chuột con khỏe mạnh.

Cốt lõi của những công nghệ này là iPSC. Sử dụng phương pháp tắm hóa chất, các nhà khoa học có thể biến đổi các tế bào trưởng thành, chẳng hạn như tế bào da, trở lại trạng thái giống như tế bào gốc. iPSC về cơ bản là bột nhào sinh học: với một hỗn hợp hóa chất “nhào trộn”, chúng có thể được nhào nặn và tạo thành gần như mọi loại tế bào.

Vì tính linh hoạt của chúng, iPSC cũng khó kiểm soát. Tương tự như hầu hết các tế bào, chúng phân chia. Nhưng khi được giữ trong đĩa Petri quá lâu, chúng nổi loạn và bong ra—hoặc nhân đôi—một số nhiễm sắc thể của chúng. Tình trạng hỗn loạn ở tuổi thiếu niên này, được gọi là dị bội, là nguyên nhân tai hại trong công việc của các nhà khoa học khi cố gắng duy trì một quần thể tế bào đồng nhất.

Nhưng như nghiên cứu mới cho thấy, sự nổi loạn phân tử đó là một món quà để tạo ra trứng từ các tế bào đực.

X Gặp Y và… Gặp O?

Hãy nói về nhiễm sắc thể giới tính.

Hầu hết mọi người đều có XX hoặc XY. Cả X và Y đều là nhiễm sắc thể, là những bó lớn DNA—các sợi chỉ hình ảnh quấn quanh một ống chỉ. Về mặt sinh học, XX thường tạo ra trứng, trong khi XY thường tạo ra tinh trùng.

Nhưng vấn đề là ở đây: các nhà khoa học từ lâu đã biết rằng cả hai loại tế bào đều bắt nguồn từ cùng một loại tế bào. Bayerl và Laird giải thích, được mệnh danh là tế bào mầm nguyên thủy, hay PGC, những tế bào này không dựa vào nhiễm sắc thể X hoặc Y mà dựa vào môi trường hóa học xung quanh để phát triển ban đầu.

Ví dụ, vào năm 2017, nhóm của Hayashi đã biến đổi tế bào gốc phôi thành PGC, khi trộn với tế bào buồng trứng hoặc tinh hoàn của thai nhi sẽ trưởng thành thành trứng hoặc tinh trùng nhân tạo.

Tại đây, nhóm đã đảm nhận nhiệm vụ khó khăn hơn là biến đổi tế bào XY thành tế bào XX. Họ bắt đầu với một nhóm tế bào gốc phôi từ những con chuột đã loại bỏ nhiễm sắc thể Y của chúng - một nguồn tài nguyên quý hiếm và gây tranh cãi. Sử dụng thẻ phát sáng trong bóng tối chỉ bám vào nhiễm sắc thể X, họ có thể theo dõi có bao nhiêu bản sao bên trong tế bào dựa trên cường độ ánh sáng (hãy nhớ rằng XX sẽ sáng hơn XY).

Sau khi phát triển tế bào trong tám vòng bên trong đĩa Petri, nhóm nghiên cứu phát hiện ra rằng khoảng 6% tế bào thỉnh thoảng bị mất nhiễm sắc thể Y. Thay vì XY, giờ đây chúng chỉ còn một chữ X—giống như thiếu một nửa đôi đũa. Sau đó, nhóm nghiên cứu đã chọn lọc các tế bào này, được đặt tên là XO, để phân chia.

Nguyên nhân? Các tế bào nhân đôi nhiễm sắc thể của chúng trước khi tách thành hai cái mới. Bởi vì các tế bào chỉ có một nhiễm sắc thể X, sau khi nhân đôi, một số tế bào con sẽ kết thúc bằng XX—nói cách khác, về mặt sinh học, đó là tế bào nữ. Việc thêm một loại thuốc có tên là Reversine đã giúp quá trình này diễn ra, làm tăng số lượng tế bào XX.

Sau đó, nhóm khai thác vào công việc trước đây của họ. Họ chuyển đổi các tế bào XX thành các tế bào giống như PGC—những tế bào có thể phát triển thành trứng hoặc tinh trùng—và sau đó bổ sung các tế bào buồng trứng của thai nhi để đẩy các tế bào da đực đã biến đổi thành trứng trưởng thành.

Trong thử nghiệm cuối cùng, họ tiêm tinh trùng từ một con chuột bình thường vào trứng nhân tạo. Với sự giúp đỡ của một con cái thay thế, thí nghiệm bầu trời xanh đã tạo ra hơn nửa tá chuột con. Cân nặng của chúng tương đương với những con chuột được sinh ra theo cách truyền thống và người mẹ thay thế của chúng đã phát triển nhau thai khỏe mạnh. Tất cả những chú chó con đều trưởng thành và có con riêng.

Vượt biên

Công nghệ vẫn còn trong những ngày đầu của nó. Thứ nhất, tỷ lệ thành công của nó là cực kỳ thấp: chỉ có 7 trong số 630 phôi được cấy ghép sống đến tuổi trưởng thành. Với cơ hội thành công chỉ 1.1 phần trăm — đặc biệt là ở chuột — việc đưa công nghệ này đến với các cặp đôi nam giới là một điều khó khăn. Mặc dù những con chuột con có vẻ tương đối bình thường về cân nặng và có thể sinh sản, nhưng chúng cũng có thể mang những khiếm khuyết về di truyền hoặc những khiếm khuyết khác—điều mà nhóm nghiên cứu muốn điều tra thêm.

“Có sự khác biệt lớn giữa chuột và người,” nói Hayashi tại một hội nghị trước đó.

Điều đó nói lên rằng, ngoài vấn đề sinh sản, nghiên cứu này có thể ngay lập tức giúp hiểu được các rối loạn nhiễm sắc thể. Ví dụ, hội chứng Down là do có thêm một bản sao của nhiễm sắc thể 21. Trong nghiên cứu, nhóm nghiên cứu phát hiện ra rằng việc điều trị tế bào gốc phôi của chuột có khiếm khuyết tương tự bằng reversine—loại thuốc giúp chuyển đổi tế bào XY thành XX—loại bỏ chuột khỏi bệnh. bản sao bổ sung mà không ảnh hưởng đến các nhiễm sắc thể khác. Nó còn lâu mới sẵn sàng để sử dụng cho con người. Tuy nhiên, công nghệ này có thể giúp các nhà khoa học khác tìm kiếm các biện pháp phòng ngừa hoặc sàng lọc các rối loạn nhiễm sắc thể tương tự.

Nhưng có lẽ điều hấp dẫn nhất là nơi công nghệ này có thể sử dụng sinh học sinh sản. Trong một thử nghiệm táo bạo, nhóm nghiên cứu đã chỉ ra rằng các tế bào từ một dòng iPSC đực duy nhất có thể sinh ra thế hệ con cái—những con non lớn lên đến tuổi trưởng thành.

Tiến sĩ Tetsuya Ishii, một nhà đạo đức sinh học tại Đại học Hokkaido, cho biết với sự giúp đỡ của những bà mẹ mang thai hộ, “điều đó cũng cho thấy rằng một người đàn ông độc thân có thể có con ruột… trong tương lai xa. Công việc này cũng có thể thúc đẩy bảo tồn sinh học, nhân giống các loài động vật có vú đang bị đe dọa chỉ từ một con đực duy nhất.

Hayashi nhận thức rõ về đạo đức và ý nghĩa xã hội trong công việc của mình. Nhưng hiện tại, trọng tâm của anh ấy là giúp đỡ mọi người và giải mã—và viết lại—các quy tắc sinh sản.

Bayerl và Laird cho biết nghiên cứu này đánh dấu “một cột mốc quan trọng trong sinh học sinh sản”.

Tín dụng hình ảnh: Katsuhiko Hayashi, Đại học Osaka