В области репродуктивной биологии совершён революционный прорыв. Китайским исследователям впервые удалось успешно получить здоровое и фертильное потомство мышей, используя исключительно генетический материал двух особей женского пола. Это достижение ставит под сомнение необходимость классического полового размножения для продолжения рода, по крайней мере, в экспериментальных условиях на модельных организмах.
Успех с двумя матерями и ограничения с двумя отцами
Учёные из Китайской академии наук в Пекине сообщили в журнале Cell Stem Cell о создании мышей, чей геном был сформирован из ДНК двух самок. Эти животные не только родились здоровыми, но и благополучно достигли взрослого возраста, а впоследствии обзавелись собственным потомством. Параллельный эксперимент по созданию эмбрионов из генетического материала двух самцов оказался менее успешным: родившиеся мышата прожили не более двух суток. Эти результаты демонстрируют наличие фундаментальных биологических барьеров для однополого размножения у млекопитающих, но также показывают, что некоторые из этих преград можно преодолеть с помощью современных технологий.
Цель исследования и методология
«Нас интересовал фундаментальный вопрос эволюционной биологии: почему млекопитающие привязаны к половому размножению», — поясняет ведущий автор исследования Ци Чжоу. Команда объединила методы репродуктивной биологии и регенеративной медицины, чтобы проверить гипотезу о возможности получения потомства от двух особей одного пола. Ключом к успеху стало использование гаплоидных эмбриональных стволовых клеток (содержащих одинарный набор хромосом), полученных от одного родителя, и их последующее генетическое редактирование.
Преодоление геномного импринтинга
Основная сложность однополого размножения у млекопитающих связана с явлением геномного импринтинга. В процессе формирования половых клеток определённые гены «метятся» в зависимости от того, получены они от матери или от отца. Для нормального развития эмбриона необходим сбалансированный набор как материнских, так и отцовских «меток». У рептилий, амфибий и рыб этот механизм отсутствует, что позволяет им размножаться партеногенезом. Предыдущие попытки обойти импринтинг у млекопитающих были малоуспешными и приводили к появлению нежизнеспособного или аномального потомства.
Как создавали биматеринских мышей
Учёные под руководством Ци Чжоу, Баояня Ху и Вэй Ли разработали эффективную методику. Они взяли гаплоидные эмбриональные стволовые клетки от одной самки и с помощью инструментов редактирования генов (вероятно, CRISPR-Cas9) удалили три ключевых региона генома, подверженных импринтингу. Эти модифицированные клетки затем ввели в яйцеклетку другой самки. Из 210 созданных таким образом эмбрионов родилось 29 полностью здоровых мышей, которые в дальнейшем сами стали родителями.
Сложности с биотцовским потомством
Процедура с генетическим материалом двух самцов оказалась технологически сложнее. Исследователям пришлось удалить уже семь импринтированных регионов из гаплоидных эмбриональных стволовых клеток самца, а затем совместить их со сперматозоидом другого самца и лишённой собственного ядра яйцеклеткой (цитоплазматическим донором). Несмотря на рождение 12 живых мышат, ни один из них не выжил дольше 48 часов, что указывает на более серьёзные препятствия для развития чисто мужского эмбриона.
Перспективы и этические границы
Авторы работы подчёркивают, что прямое применение этой технологии к другим млекопитающим, включая человека, сталкивается с огромными трудностями. К ним относятся видовые различия в импринтированных генах, крайне низкая эффективность процесса и высокие риски развития уродств и заболеваний. Тем не менее, данное открытие имеет большую научную ценность. Оно углубляет понимание процессов эмбрионального развития и геномного импринтинга, а также может найти применение в отдалённой перспективе для сохранения исчезающих видов животных и усовершенствования методов репродуктивных технологий в животноводстве.