Pentru a face un mamifer, aveți nevoie de un ou și o spermă. Aceste două intrări genetice necesare, istoric, au însemnat eșecul de a lansa pentru încercările de a produce urmași din cuplaje mascul-bărbat sau femeie-femeie. Dar prin estomparea limitelor dintre ovul și spermă cu modificarea genetică, oamenii de știință ne ajută acum să încălcăm regulile reproducerii mamiferelor.
Ieri, în revista Cell Stem Cell, o echipă de cercetători de la Academia Chineză de Științe a raportat nașterea unor urmași sănătoși la părinți de șoareci de același sex. Modificând genomele ouălor să semene cu cele ale spermei și invers, oamenii de știință au reușit să depășească un obstacol major în reproducerea biologică. Puii din uniunile dintre femei și femei au supraviețuit bine până la vârsta adultă, devenind chiar mame singure, iar bebelușii de scurtă durată au fost primiți de un duo tată-tată.
"Acest lucru este incredibil de impresionant", spune Ava Mainieri, biolog care studiază genetica reproducerii la Universitatea Harvard. „Această tehnologie are aproximativ un milion de implicații pentru viitor.”
Cercetătorii au reușit să depășească o provocare de lungă durată în ceea ce privește producerea de mamifere cu părinți de un singur sex. De obicei, un embrion de mamifere are nevoie de doi genomi, fiecare conținând un manuscris de instrucțiuni genetice de la mamă sau tată. În acest fel, fătul moștenește două copii ale fiecărei gene individuale. Dar, pentru multe gene, fie copia mamei, fie a tatălui tăce. Regiuni întregi ale unui genom pot fi închise, în timp ce aceleași părți ale codului genetic de la celălalt părinte rămân intacte.
„Dacă nucleotidele ADN sunt un text, [aceste modificări naturale] pot fi gândite ca spații sau punctuații care dau sens textului atât de complicat”, explică Mainieri, care nu a fost implicat în cercetare.
Un șoricel mândru de mama cu urmașii ei. Șoarecele mamă din această fotografie s-a născut din două mame și a trăit ceea ce oamenii de știință au considerat o viață normală și sănătoasă. (Le-Yun Wang / Academia Chineză de Științe) Provocarea este că aceste spații și punctuații din fiecare genom trebuie să se alinieze corect - ceva care se întâmplă în mod natural cu părinții bărbați-femei. Acest fenomen finic se numește amprenta genomică și este esențial pentru reproducerea mamiferelor. Dacă copiile ambelor părinți ale uneia dintre aceste gene în mod normal „amprentate” sunt pornite accidental, consecințele pot fi dezastruoase, producând fături care balonează ca mărime, luptă pentru achiziționarea de nutrienți sau chiar nu reușesc să atingă termenul.
Pentru oamenii de știință care încearcă să crească mamifere cu părinți de același sex, procesul necesar de imprimare genomică prezintă un obstacol major. Pe la jumătatea secolului XX, când oamenii de știință au făcut unele dintre primele încercări de a produce embrioni de șoareci cu două genome feminine, nu a durat mult ca matematica să îmbine ouăle să devină dezordine. Ambele jumătăți ale instrucțiunilor genetice au reflectat amprenta maternă, dezactivarea și activarea acelorași regiuni ale genomului - și fără partea paternă a ecuației, unele gene au fost supraexprimate, în timp ce altele nu au fost niciodată activate corect.
Mai recent, o cohortă de cercetători de la Academia Chineză de Științe condusă de autori seniori Wei Li, Qi Zhou și Bao-Yang Hu a decis să încerce un nou set de instrumente pentru a rezolva problema. Maximizarea șanselor lor de a produce urmași sănătoși de la părinți de același sex a însemnat să înceapă cu celulele cele mai puțin imprimate posibile - celule care nu aveau încă punctuație în codul genetic. Așadar, cercetătorii au generat un set neobișnuit de ouă și spermă, prin ștergerea unora dintre mărcile imprimate pe genom, întorcând în esență ceasul asupra acestor celule de reproducție până când nu seamănă cu primul draft needitat al manuscrisului genetic.
Armați cu un arsenal de celule „curate”, cercetătorii și-au propus să crească șoareci bimateriali. Pentru a imita răutatea, ei au adăugat propria versiune a imprimării paterne unei celule cu ou curate, smulgând trei regiuni imprimate cunoscute din genomul său. Această tehnică, în esență, a șters paragrafe sau capitole întregi din manuscrisul genetic al oului, transformând-o într-o celulă reproducătoare care funcționa mai mult ca o spermă. Au injectat apoi celula nou manipulată într-un ou normal de la un alt șoarece feminin.
Spre uimirea lor, 14 la sută dintre acești embrioni bimaterni - 29 șoareci în total - s-au născut femei sănătoase (fără un cromozom Y în amestecul reproducător, bărbații erau o nonentitate garantată). Câțiva dintre șoarecii bimaterni chiar au crescut pentru a naște propriii pui sănătoși (de data aceasta printr-un mijloc mai natural de concepție). În măsura în care cercetătorii au putut spune, șoarecii fără tată au fost sănătoși din punct de vedere fizic și comportamental - dar Zhou subliniază că pot exista deficiențe la acești șoareci, pe care echipa încă nu a descoperit-o.
O provocare și mai mare a avut loc înainte - șoarecii bipaterni. Un pui de șoarece cu două mame a fost crescut pentru prima dată în 2004 (deși cu rate de succes mult mai mici decât cea mai nouă muncă realizată). Șoarecii fără părinți erau, într-un fel, vești vechi. Șoarecii fără mamă, pe de altă parte, ar fi „uimitori”, spune Hugo Creeth, a cărui activitate neafiliată la Universitatea Cardiff se concentrează, de asemenea, pe imprimarea genetică.
Una dintre provocările majore ale creșterii unui șoarece cu material genetic de la doi bărbați, potrivit Marisa Bartolomei, biologa de dezvoltare a Universității din Pennsylvania, este aceea că este nevoie de mult mai multe amprente pe genomul mamei pentru ca acesta să se alăture corect cu tatăl lui. Munca suplimentară necesară face ca un genom masculin să se comporte ca un genom feminin poate fi o parte din motivul pentru reproducerea unisexă în natură înclinată spre cuplajele de sex feminin. (În timp ce unele reptile, amfibieni și pești sunt capabili să împerecheze doar la femei, o singură specie - peștii zebra - a produs vreodată pui fără aport matern și doar într-un laborator).
„[Se pare că] în comparație cu reproducerea bimaterială, trebuie depășite mai multe obstacole la bariera de reproducere bipaternă”, spune Li.
În ciuda provocărilor, cercetătorii au reușit să genereze urmași vii folosind doar ADN de la doi părinți bărbați. O celulă spermatozoidă modificată a eliminat șase regiuni genetice pentru a face să semene mai strâns cu un genom feminin, și apoi a fost combinată cu sperma normală în interiorul unui ovul feminin gol. (Gol sau nu, o incintă ouă este încă necesară pentru a aduce sperma și spermatozoizii.) Aceste embrioni ciudate ciudate - coji de ou literal care conțin doze duble de ADN patern - au fost apoi transferate într-o mamă de șoarece-surogat.
Oamenii de știință pot reproduce șoareci cu doi tați, dar sunt născuți cu defecte severe și nu supraviețuiesc până la vârsta adultă. (Le-Yun Wang / Academia Chineză de Științe) Peste un procent din urmași au supraviețuit. Din păcate, toți puii s-au născut cu defecte severe și au murit aproape imediat. Cu toate acestea, cercetătorii au eliminat o a șaptea regiune imprimată din celulele spermei editate, cu toate acestea, au dublat rata de supraviețuire. Puii încă nu au crescut la vârsta adultă, dar chiar și așa, metoda a funcționat, iar viabilitatea de scurtă durată a urmașilor a fost monumentală.
"Acest lucru arată cu adevărat că imprimarea este blocul dezvoltării uniparentale", spune Bartolomei. „Am știut-o din perspectiva maternă, dar acum, cu bipaternalele, este o primă”.
Potrivit lui Li, următorul pas este îmbunătățirea longevității pentru șoarecii bipaterni. Încă nu este clar ceea ce ucide șoarecii cu doi tați genetici - este posibil să existe și alte regiuni imprimate critic, care încă trebuie „gestionate” genetic, spune Bartolomei.
De fapt, este o minune că atât de puține manipulări genetice au fost suficiente pentru a transforma genomul unui sex în ceva asemănător cu celălalt. Există peste 150 de gene care se consideră imprimate la șoareci - și lista este în continuă creștere - dar nu fiecare dintre aceste gene este esențială pentru urmașii vii.
În timp ce noua tehnică de modificare genetică a funcționat pentru a crește șoareci cu un singur sex, Mainieri avertizează că ar fi nevoie de un „pas uriaș, imens” pentru a repeta aceste experimente la alte mamifere, inclusiv la oameni. Deși Li, Zhou, Hu și colegii lor sunt dornici să treacă într-o zi la primate, nu există nicio garanție că marcajele din manuscrisul genetic al unei specii se vor traduce cu ușurință în celelalte.
Totuși, aceste noi descoperiri semnifică un progres în înțelegerea oamenilor de știință a rolului imprimării genomice în reproducerea mamiferelor. În plus, există mai multe tulburări care decurg din imprimarea necorespunzătoare a genomului - deci chiar dacă bebelușii fără mamă sau fără tată nu sunt la orizont, pur și simplu înțelegerea acestor aspecte genetice ar putea schimba abordarea noastră în medicină.
„Cu aceste cunoștințe, avem capacitatea de a citi propozițiile sau alineatele [din textul genomic] într-un mod pe care nu l-am avut niciodată înainte”, spune Mainieri. - Și este uriaș.
