У однополых мышей-родителей появилось здоровое потомство

11 октября 2018



Специалисты китайской Академии наук провели необычный эксперимент — они получили здоровое потомство от двух мышей одного пола. Интересно, что мышата, родившиеся от двух матерей, оказались абсолютно нормальными, тогда как родившиеся от двух отцов — умерли вскоре после рождения. Ученые опубликовали научную работу, в которой изучаются причины, не позволяющие однополым животным воспроизводить потомство. Возможно, некоторые препятствия могут быть устранены при помощи целевой корректировки генов, а также путем использования стволовых клеток.

На этой фотографии показана здоровая взрослая мышь-биматер (родившаяся у двух матерей) с собственными потомками.

Ученые отмечают, что главной целью исследования было установление причин, почему для млекопитающих доступен только половой путь размножения, тогда как многие другие живые существа способны и к бесполому продолжению рода. Для этого были рассмотрены регенеративные и репродуктивные функции мышей, и некоторые выводы удалось получить. Для создания зародышей использовались стволовые клетки гаплоидного типа, из которых предварительно удалялись «лишние» гены. При этом «родителями» выступали мужские и женские однополые пары.

Однополое воспроизводство потомства доступно для ряда видов рыб, земноводных и рептилий, однако с млекопитающими все намного сложнее. Даже если использовать инкубаторы лабораторные, прибегать к методам искусственного оплодотворения, добиться положительного результата практически невозможно. Еще на стадии зародыша у млекопитающих происходит «отключение» определенных отцовских и материнских генов — этот процесс получил название геномного импринтинга. Результат — отсутствие полноценного генетического материала, что приводит к серьезным отклонениям в развитии и делает потомство полностью нежизнеспособным.

В предыдущих экспериментах ученым удалось ликвидировать импринтинг, благодаря чему сейчас было получено потомство от однополых родителей — двух организмов женского пола. Исследователи отмечали, что их метод очень сложен, и применять его постоянно будет слишком проблематично. Дополнительной проблемой стало то, что полученное в ходе эксперимента потомство демонстрировало ряд дефектных особенностей, вызванных специфическими процессами при формировании генного материала.

Окончательной целью ученых было получение от однополых мышей полноценного здорового потомства. Для этого китайские специалисты воспользовались стволовыми клетками, эмбрионального гаплоидного типа. Особенность этих клеток состоит в том, что они содержат половину от обычного генетического набора одного из родителей. Ученые посчитали, что именно редактированием таких клеток можно добиться желаемого результата.

Для создания новых особей в стволовых клетках провели несколько корректировок — из ДНК были предварительно удалены области, отвечающие за процессы импринтинга. После этого генетический материал ввели в яйцеклетку другой мыши женского пола. Из 210 эмбрионов удалось получить 29 живых мышат. Все они оказались абсолютно нормальными в генетическом и физиологическом плане, успешно достигли взрослого возраста, зачали здоровое потомство.
Главный плюс использования клеток ESC гаплоидного типа состоит в том, что и до удаления опасных генетических участков в исходном материале находится намного меньше предпосылок для импринтинга. Соответственно, нет выраженной экспрессии генов, определяющих «родительские» функции. Как выяснили ученые, у гаплоидных ESC-клеток есть значительное сходство с начальными зародышевыми клетками, предшествующими сперматозоидам и яйцеклетках. Механизм импринтинга из них будто вырезан.

Получить потомство удалось и от двух особей мужского пола — на нормальном сроке родилось 12 живых мышат. Технология воспроизводства здесь была схожая по принципу, но усложненная в плане реализации. Если в предыдущем случае удалялось три области импринтинга, то здесь потребовалось семь вмешательств в геном. После видоизмененные стволовые клетки ввели со спермой второго самца в яйцеклетку. Женская половая клетка тоже была отредактирована — из нее удалили весь «материнский» генетический материал.

Указанный подход позволил создать эмбрион, геном которого полностью сформирован двумя родителями мужского пола. Зародышей переместили в суррогатных матерей, были получены живые доношенные мышата. К сожалению, прожили они только около двух суток. Сейчас ученые работают над тем, чтобы от двух отцов тоже получалось полноценное потомство, доживающее до репродуктивного возраста. Предстоит большая работа, так как пока не удалось достоверно определить проблемные участки ДНК, негативно сказывающиеся на развитии и жизнеспособности детских особей.

Схожих результатов удалось добиться в 2011 году, но тогда использовалась другая методика — в ней задействовался посредник женского пола. Такой промежуточный организм создавался из стволовых клеток одного из отцов, после чего осуществлялось спаривание с другим отцом. Этот подход позволяет избежать импринтинга, однако является исключительно лабораторным — в виду ряда практических, этических и законодательных барьеров, его не удастся повторить на людях.

Несмотря на успехи с мышами, остаются сложности в реализации разработанных методик для млекопитающих других видов. Всегда требуется детальный анализ генома с целью обнаружения импринтинговых генов. Для всех видов такие участки ДНК уникальны, и потому у потомства будут специфические аномалии развития. Тем не менее, китайские специалисты рассчитывают в скором времени проверить свои наработки на других видах животных.

Ключевое достижение нынешних экспериментов — демонстрация, что разработанная технология действительно применима на практике. У детей от однополых родителей возможно устранение генетических дефектов, а модификация генома позволяет практически полностью избежать импринтинга. Кроме того, ученым удалось найти несколько серьезных проблем, мешающих развитию мышей от однополой родительской пары. Эта информация открывает новые перспективы для исследования импринтинга генов, а также для создания более эффективных технологий клонирования.