Китайские ученые объявили, что им удалось получить детенышей от двух самок мышей. Когда рожденные в эксперименте мышата выросли, они сами оказались способны давать здоровое потомство. Успех такого эксперимента открывает новые перспективы в репродуктивных технологиях, правда, пока еще в далеком будущем.
В природе известны случаи партеногенеза, когда эмбрион развивается из клеток только одного родителя, без оплодотворения. Хотя обычно считают, что при партеногенезе потомство оказывается генетической копией матери, у некоторых видов существует андрогенез («мужской партеногенез»), когда ядро яйцеклетки деградирует еще до проникновения сперматозоида, а дальнейшее деление происходит за счет ядра сперматозоида, таким образом потомство получает генетический материал самца. Но подобные способы размножения не встречаются у млекопитающих, а попытки воспроизвести их искусственно до сих пор оказывались неуспешными.
Главным препятствием служит явление геномного импринтинга. Как известно, каждый ген в хромосомах представлен в двух экземплярах (аллелях), полученных от отца и от матери. В большинстве случаев в организме в равной мере работают обе копии каждого гена. Однако у небольшого количества генов считывание информации происходит только с одной копии, причем для каждого конкретного случая она должна быть строго отцовской или же, наоборот, материнской. Было обнаружено, что большинство импринтированных генов у млекопитающих играют роль в контроле за ростом и развитием эмбриона, включая развитие плаценты.
Открыт геномный импринтинг у млекопитающих был в 1984 году независимо двумя группами ученых. Азим Сурани (Azim Surani), Шейла Бартон (Sheila C. Barton) и Майкл Норрис (M. L. Norris) из Кембриджа опубликовали свою статью в журнале Nature. А Джеймс Макграт (James McGrath) и Дэвор Солтер (Davor Solter) из Филадельфийского университета – в журнале Cell. Оба исследования были проведены на мышах.
Блокировка второй копии гена при импринтинге осуществляется во время развития женских и мужских половых клеток довольно стандартным методом – метилированием ДНК. Нарушение этого процесса, ведущее к функционированию как отцовской, так и материнской аллелей или же к утрате нужной аллели, оборачивается для организма серьезными нарушениями развития. Известны генетические заболевания человека, связанные с дефектом отцовской или материнской аллели определенного гена, например, синдром Прадера – Вилли и синдром Ангельмана.
Аналогичным образом, когда китайские исследователи пытались добиться развития эмбрионов, начало которым положили клетки двух самок или двух самцов, у потомства появлялись серьезные врожденные аномалии. Теперь им удалось преодолеть этот барьер.
Исследователи использовали гаплоидные эмбриональные стволовые клетки самок мышей, содержащие половинные наборы хромосом. При помощи метода редактирования генома CRISPR-Cas9 они отрезали в трех областях ДНК такой клетки по одному нуклеотиду (цитозину), к которому была прикреплена метильная группа – метка, переводящая ген в нерабочее состояние. В итоге этой манипуляции геном женской клетки приобретал мужские черты.
Тогда модифицированную таким образом клетку инъецировали в неоплодотворенную яйцеклетку другой самки. Генетический материал двух клеток объединялся как при обычном оплодотворении, и начиналось развитие эмбриона. Правда, из 210 эмбрионов, полученных таким образом, только 29 развивались нормально. После пересадки таких эмбрионов в матку мыши произошло рождение здоровых мышат, которые выросли и дали нормальное потомство.
Аналогичный эксперимент китайские ученые поставили и с самцами мышей, однако он прошел куда менее успешно. В этом случае объединялся генетический материал обычного сперматозоида и гаплоидной эмбриональной стволовой клетки, вырезались метки геномного импринтинга (в данном случае их было не три, а семь), а затем ядро переносилось в мышиную яйцеклетку, лишенную собственного ядра. Яйцеклетки имплантировались суррогатным матерям. Деление оплодотворенной клетки и образование эмбриона тут тоже происходили, но мышата умирали вскоре после рождения. Из двенадцати родившихся только двое прожили больше двух суток после появления на свет. Авторы работы полагают, что более тщательное удаление меток геномного импринтинга в будущем позволит добиться успеха и с самцами.
Безусловно, говорить, что нынешний эксперимент открывает путь к рождению детей от двух матерей у людей, преждевременно. Даже для мышей изучены не все возможные побочные эффекты такого размножения. На данный момент главным результатом исследования можно назвать более детальное объяснение, почему для млекопитающих невозможен партеногенез. Создание метода, позволяющего при определенных условиях обойти этот запрет, представляется, скорее, дополнительным бонусом, у которого, правда, есть интересные перспективы.
На данный момент исследователи не думают о получении аналогичных результатов с людьми, но не считают это принципиально невозможным. «Мы не можем утверждать, что этот метод никогда не может быть использован для людей в будущем», – отвечает Вэй Ли, один из авторов работы, на вопрос издания National Geographic.
Проведенные эксперименты описаны в статье, опубликованной журналом Cell Stem Cell.
