Niedawne prace chińskich naukowców zaowocowały przyjściem na świat myszy, które mają wyłącznie dwóch ojców. Co więcej, części urodzonych gryzoni udało się dożyć dorosłości.
To nie pierwszy raz, kiedy naukowcy wyhodowali myszy, które mają dwóch ojców. W 2023 roku dokonali tego japońscy badacze (więcej na ten temat w tekście: Na świat przyszły myszy, które mają dwóch ojców). Zastosowali oni jednak nieco inne podejście. Jeszcze wcześniej, bo w 2004 roku, naukowcom udało się wyhodować myszy, które miały wyłącznie dwie matki.
W nowych badaniach chińskim naukowcom również udało się wyhodować myszy, których rodzice są wyłącznie płci męskiej. W publikacji, która ukazała się na łamach pisma „Cell Stem Cell” (DOI: 10.1016/j.stem.2025.01.005), naukowcy z Chińskiej Akademii Nauk i Uniwersytetu Sun Yat-sena w Kantonie opisują, w jaki sposób inżynieria genetyczna ukierunkowana na konkretny zestaw genów zaangażowanych w reprodukcję pozwoliła pokonać wyzwania w jednopłciowej reprodukcji u ssaków.
Mysz, która ma dwóch ojców
W pracach z 2023 r. (DOI: 10.1038/s41586-023-05834-x) japońscy naukowcy pobrali komórki skóry od dorosłych samców myszy i przekształcili je w komórki macierzyste, które następnie przekształcili w komórki jajowe i zapłodnili. Jednak wcześniej usunęli z powstałych komórek jajowych chromosomy Y i zduplikowali chromosomy X, czyli każda komórka jajowa zawierała dwa chromosomy X. Z zapłodnionych komórek jajowych powstały zarodki, które przeniesiono do macicy samic myszy. Z 630 zaimplementowanych samicom zarodków tylko 7 rozwinęło się w młode myszy, których geny pochodziły wyłącznie od samców myszy.
Chińscy badacze wykorzystali inne podejście. Zaczęli od usunięcia DNA z niedojrzałego jaja, czyli oocytu, pobranego od samicy myszy. Następnie do tak przygotowanej komórki jajowej wprowadzili plemniki, aby uzyskać embrionalne komórki macierzyste. W kolejnym kroku embrionalne komórki macierzyste wraz z plemnikami samca myszy wprowadzili do innej komórki jajowej. W ten sposób powstała zapłodniona komórka jajowa, która z czasem rozwinęła się w malutką mysz z DNA od dwóch ojców.
Jednak osiągnięcie to wymagało rozległych modyfikacji genetycznych. W swoich pracach naukowcy stosując szereg różnych technik zmodyfikowali 20 kluczowych genów, które ulegają tzw. imprintingowi genomowemu. Zjawisko to polega na wybiórczej ekspresji niewielkiej liczby genów z materiału genetycznego matki lub ojca. Potomstwo dziedziczy dwie kopie — jedną od matki i jedną od ojca — ale do działania potrzebuje tylko jednej kopii. Tak więc w każdej komórce jedna kopia każdego imprintowanego genu zostaje wyciszona, podczas gdy druga kopia pozostaje funkcjonalna.
Modyfikacje genetyczne
Niektóre z tych genów odgrywają kluczową rolę w rozwoju zarodka czy łożyska, a także w rozwoju układu nerwowego i jego funkcjonowaniu po urodzeniu. Modyfikacje zmieniły aktywność tych genów. Bez nich pojawiały się nieprawidłowości, które prowadziły zarodki do poważnych wad rozwojowych. Wszystko dlatego, iż zbyt wiele genów ojcowskich pozostawało aktywnych i nie było żadnych genów matczynych, które mogłyby przywrócić równowagę w rozwoju zarodka między genomem męskim i żeńskim.
– Unikalne cechy genów ulegających imprintingowi doprowadziły nas do przekonania, iż stanowią one podstawową barierę dla jednopłciowej reprodukcji u ssaków — mówi Qi Zhou z Chińskiej Akademii Nauk, współautor publikacji. – choćby podczas sztucznej konstrukcji zarodków nie rozwijają się one prawidłowo i w pewnym momencie rozwoju zatrzymują się z powodu tych genów – dodaje.
Początkowo chińscy badacze zmodyfikowali tylko siedem genów ulegających imprintingowi. Ale myszy umierały zaraz po urodzeniu, bo miały zbyt wiele wad rozwojowych. Naukowcy systematycznie określali genetyczne pochodzenie każdej z wad i wprowadzali coraz więcej modyfikacji genetycznych. Łącznie okazało się potrzebnych 20 modyfikacji, by myszy rodziły się zdrowe i mogły poradzić sobie po przyjściu na świat.
Jednak gryzonie przez cały czas posiadały jakieś deficyty, w tym mniejsze rozmiary i krótszą długość życia. Do tego tylko niecałe 12 proc. zarodków było zdolnych do dalszego rozwoju. Co więcej, te, które dożyły dorosłości, okazały się bezpłodne, a w eksperymentach japońskich badaczy sprzed dwóch lat, malutkie gryzonie rosły normalnie i okazały się płodne po osiągnięciu dorosłości. Chińscy badacze wskazują, iż potrzebne będą dalsze modyfikacje, by wyeliminować problemy z długością życia czy bezpłodnością.
Źródło: Live Science, Cell Press, fot. Pixabay/ CC0 Public Domain
