Вчені з Шанхаю виростили мишей з однієї-єдиної яйцеклітини. До цього дослідникам вдавалося отримувати (і то з великими труднощами) тільки дитинчат від одностатевих пар тварин. Тепер же на світ з'явилися перші істинно партеногенетичні дитинчата. Для цього вченим знадобилися два комплекти «генетичних ножиць» на основі CRISPR і сотні пробних ембріонів. Роботу опубліковано в журналі.
Ссавці, судячи з усього, не здатні розмножуватися партеногенетично, тобто виробляти потомство з однієї статевої клітини (про це ми писали в тексті «Половинка себе»). Навіть в лабораторних умовах таких результатів досі ніхто не отримав.
Цьому заважає геномний імпрінтинг - процес, в ході якого сперматозоїд і яйцеклітина навішують на свою ДНК епігенетичні мітки (зокрема, метильні групи). У результаті в хромосомах, які новий організм отримує від батька і матері, деякі гени не працюють. Ці мітки зберігаються на все життя і зникають тільки під час утворення статевих клітин, які їх переважують залежно від того, утворюється яйцеклітина або сперматозоїд. Тому, якщо в заплідненій яйцеклітині опиняються тільки батьківські або тільки материнські хромосоми, частина генів не працюють, а частина, навпаки, подвійно активна - і організм не виживає.
Вчені неодноразово намагалися подолати цей бар'єр і навіть отримали кілька мишат від одностатевих батьківських пар. Для цього в одному з батьківських наборів хромосом відключали деякі ділянки геному. Правда, миша від двох батьків виявилися хилими і швидко померли. Зате мишата від двох матерів вийшли більш життєздатними, і одна мишка навіть сама стала матір'ю.
Але розвивати цей метод не дуже зручно: в парі з двох яйцеклітин одна повинна бути незрілою. Такі яйцеклітини можна отримувати тільки з організму новонароджених мишей. Тому Яньчань Вей (Yanchang Wei) з шанхайського університету Цзяотун разом з колегами спробував домогтися справжнього партеногенезу - тобто виростити мишу з однієї-єдиної, але зрілої яйцеклітини.
Спочатку дослідники отримали гібридних мишей: вони брали самиць з лінії C57BL/6, а самців - з лінії CAST. Геном цих двох ліній відрізняється великою кількістю точкових замін - однонуклеотидних поліморфізмів. Таким чином, за цими поліморфізмами можна відрізнити «материнські» хромосоми від «батьківських».
У гібридних самок автори роботи забрали зростаючі ооцити, тобто попередники яйцеклітин. І запустили в них «генетичні ножиці» на основі CRISPR/Cas9. Вони використовували змінену систему, в якій Cas9 не розрізає ДНК, а деметилює, тобто знімає з неї епігенетичні мітки. Цю систему вчені «нацькували» на дві ділянки «батьківських» хромосом, і, які контролюють імпринтинг різних інших батьківських генів.
Вийшли ооцити, в яких частина хромосом (успадкованих від C57BL/6) були метильовані «по-материнськи», а інша частина (від лінії CAST) - «по-батьківськи». Потім ці клітини штучно активували, щоб вони почали дробитися, не чекаючи запліднення. В результаті вийшли повноцінні ембріони миші, які підсадили самкам. Але майже всі вони загинули до 13-го дня розвитку і жоден не дожив до появи на світ.
Дослідники припустили, що справа в тому, що ділянки, які відповідають за материнський імпринтинг, працюють занадто активно. Вони вибрали п'ять таких ділянок і направили на них іншу систему «ножиць», CRISPR/Cpf1. Всього в результаті цього експерименту в ооцитах відредагували дві «батьківські» ділянки і п'ять «материнських». Їх знову штучно активували, отримали ембріони і підсадили їх мишам.
У підсумку цілих три зародки дожили до 19,5 дня розвитку (це фактично кінець вагітності), коли їх витягли з матері. Двоє з миш важили менше норми, відрізнялися затримкою в розвитку і померли протягом доби. Третя миша вижила, і, хоча теж розвивалася повільніше належного, доросла до зрілості і принесла потомство. У її клітинах автори роботи помітили ще одну «батьківську» ділянку, яку ніхто не редагував, тому вона була менш активною, ніж у нормі. Зате у її дитинчат з ним все було в порядку, з чого дослідники зробили висновок, що проблеми з імпринтингом при партеногенезі не передаються у спадок.
Нарешті, в третьому експерименті автори роботи націлилися на всі вісім ділянок: п'ять «материнських» і три «батьківських», включаючи. У підсумку народилися два мишеняти з нормальною вагою, які розвивалися без затримок і виросли в зрілих мишей.
Таким чином, шанхайським вченим вперше вдалося провернути справжній партеногенез, без використання інших статевих донорських клітин. Правда, вони відзначили, що ефективність технології поки дуже низька: щоб отримати двох життєздатних мишат, довелося підсаджувати самкам 155 ембріонів на стадії 3,5 днів розвитку (а відредагованих ооцитів, з урахуванням того, що не всі вони починають розвиватися, знадобилося ще більше).
Дослідники пропонують пояснювати це тим, що складно з однаковою ефективністю відредагувати відразу вісім ділянок у геномі. Висока ймовірність, що хоча б один з них «виправити» не вийде - а це відразу знижує життєздатність: навіть з сімома відредагованими ділянками, як видно з другого експерименту, прожити майже не виходить. Тим не менш, вчені не виключають, що для ефективного партеногенезу потрібно відредагувати ще якісь області в геномі, які вони ще не перевіряли.
Геномний імпрінтинг - це відмінна особливість ссавців. У інших груп тварин з партеногенезом простіше. Ми писали про котячих акул, які розмножилися партеногенезом, незважаючи на спроби іхтіологів їх осіменити. А ще про самок кондорів, які теж зуміли обійтися без самців. А мармуровим ракам, кажуть, партеногенез допоміг захопити кілька континентів.