Za izdelavo sesalca potrebujete jajčece in semenčico. Ta dva potrebna genska vložka sta v preteklosti pomenila neuspeh pri poskusih pridobivanja potomcev iz moških samcev ali samic. Toda z zamegljevanjem meja med jajčecem in semenčicami z gensko spremembo nam znanstveniki zdaj pomagajo kršiti pravila razmnoževanja sesalcev.
Včeraj je v reviji Cell Stem Cell skupina raziskovalcev s Kitajske akademije znanosti poročala o rojstvu zdravih potomcev istospolnim mišjim staršem. S spremembo genomov jajčec, ki so podobni semenčicam, in obratno, so znanstveniki lahko premagali večje ovire v biološkem razmnoževanju. Mladiči iz žensko-ženskih zvez so preživeli dobro v odraslo dobo, celo postali mamice, kratkotrajne dojenčke pa je pozdravil duet-oče.
"To je neverjetno impresivno, " pravi Ava Mainieri, biologinja, ki na univerzi Harvard proučuje genetiko razmnoževanja. "Ta tehnologija ima približno milijon posledic za prihodnost."
Raziskovalcem je uspelo premagati dolgoletni izziv pri izdelovanju sesalcev z enospolnimi starši. Zarodek sesalca običajno potrebuje dva genoma, vsak pa vsebuje rokopis genetskih navodil matere ali očeta. Na ta način plod podeduje dve kopiji vsakega posameznega gena. Toda za mnoge gene gre bodisi mamina bodisi očka. Celotno območje enega genoma je mogoče zapreti, medtem ko ti isti deli genskega koda drugega starša ostanejo nedotaknjeni.
"Če so nukleotidi DNK besedilo, je mogoče [te naravne spremembe] obravnavati kot presledke ali ločila, ki dajejo pomen tako zapletenemu besedilu, " razlaga Mainieri, ki ni bil vključen v raziskavo.
Ponosna mamina miška s svojimi potomci. Mati miška na tej fotografiji se je rodila dvema mamama in živela tisto, kar so znanstveniki šteli za normalno, zdravo življenje. (Le-Yun Wang / Kitajska akademija znanosti) Izziv je, da se morajo ti presledki in ločila v vsakem genomu pravilno razporediti - kar se seveda zgodi pri starših moških in ženskah. Ta finični pojav se imenuje genomski odtis in je kritičen za razmnoževanje sesalcev. Če se slučajno vklopijo kopije enega od teh običajno "odtisnjenih" genov, so posledice lahko katastrofalne, saj se plodovi v velikosti balona, borijo za pridobivanje hranil ali celo ne dosežejo termina.
Za znanstvenike, ki poskušajo vzrejati sesalce z istospolnimi starši, je potreben postopek vstavljanja genomov velika ovira. Približno sredi 20. stoletja, ko so znanstveniki naredili nekaj prvih poskusov izdelave mišjih zarodkov z dvema ženskima genoma, ni trajalo dolgo, da se je matematika združevanja jajčec zmešala. Obe polovici genetskih navodil odražata materino odtis, deaktiviranje in aktiviranje istih področij genoma - in brez očetovskega dela enačbe so bili nekateri geni prekomerno izraženi, drugi pa niso bili pravilno vključeni.
Pred kratkim se je skupina raziskovalcev s Kitajske akademije znanosti, ki so jo vodili višji avtorji Wei Li, Qi Zhou in Bao-Yang Hu, odločila poskusiti nov nabor orodij za reševanje tega vprašanja. Povečati svoje možnosti za proizvodnjo zdravih potomcev od istospolnih staršev je pomenilo začeti z najmanj vtisnjenimi celicami - celicami, ki v genskem zapisu še nimajo ločil. Tako so raziskovalci ustvarili nenavaden nabor jajčec in semenčic, tako da so izbrisali nekaj vtisnjenih znamk na genomu in v bistvu vrnili uro na teh reproduktivnih celicah, dokler niso spominjali na neurejeni prvi osnutek genetskega rokopisa.
Raziskovalci so se oborožili z arzenalom "čistih" celic, da bi redili bimaternalne miši. Da posnemajo moškost, so v čisto jajčno celico dodali svojo različico očetovskega odtisa in iz nje genom odsekali tri znana odtisnjena področja. Ta tehnika je v bistvu izbrisala celotne odstavke ali poglavja iz genskega rokopisa jajčeca in jo spremenila v reproduktivno celico, ki je delovala bolj kot sperma. Nato so novo manipulirano celico vbrizgali v normalno jajce od druge samice miške.
Na njihovo presenečenje je bilo 14 odstotkov teh bimaternalnih zarodkov - skupaj 29 miši - rojenih zdravih samic (brez Y kromosoma v reproduktivni mešanici so bili samci zajamčena brezplodnost). Nekatere bimaternalne miši so celo odrasle, da bi rodile svoje zdrave mladiče (tokrat z bolj naravnim sredstvom za spočetje). Kolikor so raziskovalci lahko povedali, so bile miši brez očetov fizično in vedenjsko zdrave - toda Zhou poudarja, da je pri teh miših morda prišlo do pomanjkljivosti, ki jih ekipa še ni odkrila.
Pred nami je še večji izziv - dvopasovne miši. Miška psička z dvema materama je bila prvič vzrejena leta 2004 (čeprav s precej nižjimi uspehi od najnovejšega dela). Miše brez očeta so bile na nek način stara novica. Miše brez mater pa bi bile na drugi strani "neverjetne, " pravi Hugo Creeth, katerega nepovezano delo na univerzi Cardiff se osredotoča tudi na genetsko odtis.
Po mnenju razvojne biologinje Univerze v Pensilvaniji Marisa Bartolomei je eden večjih izzivov pri rojenju miške z genskim materialom dva človeka, da je na maminem genomu potrebno veliko več odtisov, da se lahko pravilno pridruži očetu. Dodatno delo, ki se zahteva, da se moški genom obnaša kot ženski genom, je lahko razlog za razmnoževanje uniseksa v naravi, ki se nagiba v sklopke med žensko in žensko. (Medtem ko so nekateri plazilci, dvoživke in ribe sposobni pariti samo samice, je le ena vrsta - zebra - kadar koli rodila potomce brez materinega vnosa in samo v laboratoriju).
"[Zdi se, da] je v primerjavi z bimaternalnim razmnoževanjem treba prestopiti več ovir na dvopasovni reproduktivni oviri, " pravi Li.
Kljub izzivom je raziskovalcem uspelo ustvariti žive potomce z uporabo samo DNK dveh moških staršev. Pri modificirani semenčici je bilo odstranjenih šest genetskih regij, da bi bolj spominjala na ženski genom, nato pa je bila združena z normalno semenčico znotraj praznega jajčeca. (Prazen ali ne, v okrožju Egiga je še vedno potrebno, da se seme in sperma združi.) Ti nenavadni hibridni zarodki - dobesedne jajčne lupine, ki vsebujejo dvojne odmerke očetovske DNK - so bili nato preneseni v nadomestno mišjo mater.
Znanstveniki lahko gojijo miši z dvema očetoma, vendar se rodijo s hudimi napakami in ne preživijo do odraslosti. (Le-Yun Wang / Kitajska akademija znanosti) Preživelo je nekaj več kot en odstotek potomcev. Na žalost so se vsi mladiči rodili s hudimi napakami in umrli skoraj takoj. Ko so raziskovalci odstranili sedem vtisnjeno območje iz urejenih semenčic, pa so stopnjo preživetja podvojili. Mladiči še vedno niso zrasli do odraslosti, a kljub temu je metoda delovala, potomčeva kratkoročna sposobnost preživetja pa je bila monumentalna.
"To resnično kaže, da je odtis temelj za enostranski razvoj, " pravi Bartolomei. "Poznali smo jo z materinske perspektive, zdaj pa je z bipaterkama to prvo."
Naslednji korak je, kot pravi Li, izboljšati dolgoživost dvopasovnih miši. Še vedno ni jasno, kaj ubija miši z dvema genetskima očetoma - mogoče je, da obstajajo tudi druga kritično odtisna območja, ki jih je treba še vedno gensko »upravljati«, pravi Bartolomei.
Pravzaprav je malo čudno, da je bilo tako malo genetskih manipulacij dovolj, da so genom enega spola preoblikovali v nekaj, kar spominja na drugega. Obstaja več kot 150 genov, za katere se misli, da so vtisnjeni v miši - in seznam vedno bolj raste - vendar ni vsak od teh genov kritičen do rojstva živih potomcev.
Medtem ko je nova tehnika genske modifikacije delovala na vzreji enopolnih miši, Mainieri opozarja, da bo za ponovitev teh poskusov pri drugih sesalcih, vključno s človekom, potreben "ogromen, ogromen korak". Čeprav se Li, Zhou, Hu in njihovi kolegi želijo, da bi nekega dne prešli na primate, ni nobenega zagotovila, da bodo pribitki v genskem rokopisu ene vrste zlahka prenesli na druge.
Kljub temu pa te nove ugotovitve pomenijo preboj znanstvenikovega razumevanja vloge genomskega odtisa pri reprodukciji sesalcev. Poleg tega obstaja več motenj, ki izvirajo iz nepravilnega vtisa v genom - tako tudi če dojenčki brez mater ali brez očeta niso na obzorju, bi preprosto razumevanje teh genetskih pretresov lahko spremenilo naš pristop k medicini.
"S tem znanjem lahko beremo stavke ali odstavke [genomskega besedila] na način, ki ga še nikoli nismo imeli, " pravi Mainieri. "In to je ogromno."
