Мышь, рожденная от двух отцов, дожила до зрелости
Ранее ученые уже пытались создать мышей с двумя биологическими отцами. В исследовании 2023 года учёные из Японии собрали клетки кожи у взрослых самцов мышей и превратили их в стволовые клетки, которые можно было использовать для выращивания яйцеклеток. С помощью особого метода команда убедилась, что каждая из этих яйцеклеток несет две X-хромосомы — пару половых хромосом, обычно встречающуюся у самок. Затем команда оплодотворила полученные яйцеклетки сперматозоидами мышей, в конечном итоге получив небольшое количество потомства, чьи гены происходили только от самцов.
Китайские ученые использовали другой подход. Сначала они извлекли ДНК из незрелой яйцеклетки, или ооцита, взятого у самки мыши. Затем в эту яйцеклетку вводили сперматозоид, что приводило к образованию уникальных стволовых клеток, которые встречаются только на эмбриональной стадии развития. Эти эмбриональные стволовые клетки, наряду со сперматозоидом самца мыши, затем вводились во вторую яйцеклетку. В результате формировалась оплодотворенная яйцеклетка, из которой впоследствии развивался мышонок с генетическим материалом от двух отцов.
Важнейшим шагом в исследовании было изменение 20 генов в ДНК стволовых клеток. Эти гены отвечают за так называемый «импринтинг» — когда ребёнок получает по одной копии гена от каждого родителя, но работает только одна. В каждой клетке один вариант гена «отключается», а другой остается функциональным. Это называется «геномный импринтинг». Если этот процесс нарушается, возникают проблемы с развитием.
При попытке получить эмбрион от двух отцов, таких нарушений было бы очень много, потому что отцовские гены были бы слишком активными, а материнские отсутствовали.
Исследователи постепенно улучшали свой метод создания потомства от самцов. Изменив всего семь участков ДНК, отвечающих за импринтинг, они получили мышат, которые умерли вскоре после рождения. У детенышей были разные отклонения: грыжа на животе, слишком большой язык и увеличенные внутренние органы. Ученые шаг за шагом находили, какой именно ген отвечает за каждую проблему, и добавляли всё больше изменений в ДНК. С 18 изменениями потомство выживало и достигало зрелого возраста, несмотря на трудности с потреблением пищи в младенчестве. С 19 изменениями появлялись проблемы с развитием плаценты во время беременности, но после рождения всё приходило в норму. Ещё одно, 20-е, изменение, полностью решило проблему с плацентой.
Однако у мышей все равно были проблемы со здоровьем. Они жили меньше обычных грызунов и не могли иметь собственных детенышей. При этом мыши, которых вырастили японские учёные, были здоровыми и могли размножаться.
Интересно, что получить потомство от двух отцов гораздо сложнее, чем от двух матерей.
В предыдущих экспериментах исследователи вывели мышей с двумя матерями, которые выросли здоровыми, и для этого потребовалось гораздо меньше изменений в генах. К тому же, иногда у животных в природе встречается партеногенез — явление, при котором яйцеклетка может быть оплодотворена без сперматозоидов.
Исследования могут пригодится в сельском хозяйстве, чтобы культивировать желаемые черты у скота. Команда планирует попробовать свои методы на более крупных животных, таких как обезьяны. Но это будет долгий и трудный процесс, потому что гены импринтинга у обезьян и мышей работают по-разному. Применение технологии для лечения людей пока остается открытым вопросом из-за этических ограничений и соображений безопасности. Международные нормы запрещают генетическое редактирование в репродуктивных целях и использование гамет, полученных из стволовых клеток человека.