Ученые получили ребенка от двух самцов мышей. Наука изменит естественный процесс зачатия?
Уроки биологии всегда определенно отвечали на вопрос «откуда берутся дети?»: от союза женщины и мужчины. Но в недавнем исследовании ученые опровергли этот факт и приблизились к созданию потомства из клеток двух мышей-самцов. Разбираемся, как такое возможно и чем это чревато.
Без взаимодействия яйцеклеток и сперматозоидов
В 2020 году группа под руководством японского биолога-эволюциониста Кацухико Хаяси описала генетические изменения, необходимые для созревания клеток в яйцеклетке, в лабораторной чашке. А в 2021 году те же исследователи продемонстрировали, что способны реконструировать среду яичников мышей для выращивания здорового потомства.
Имея на руках эти инструменты, Хаяси и его коллеги приступили к проекту по созданию яйцеклеток с использованием клеток, взятых у взрослых самцов мышей. Они перепрограммировали их для создания плюрипотентных стволовых клеток. Команда выращивала их в культуре, пока некоторые из них спонтанно не потеряли свои Y-хромосомы. Затем они обработали клетки соединением под названием реверсин, которое может способствовать возникновению ошибок в распределении хромосом во время клеточного деления, и искали клетки с женскими хромосомами и двумя копиями Х-хромосомы.
Так команда предоставила индуцированным плюрипотентным стволовым клеткам генетические сигналы, необходимые для формирования незрелых яйцеклеток. Затем они оплодотворили яйцеклетки спермой мыши и перенесли полученные эмбрионы в матку самки. Выживаемость была низкой. Из 630 перенесенных эмбрионов только семь превратились в детенышей. Но они росли нормально и оказались плодовиты во взрослом возрасте.
Дети от двух матерей
В другом исследовании группа ученых сообщила, что им удалось получить здоровых детенышей мышей от двух матерей. Все, что потребовалось, — преодолеть генетические ограничения, которые обычно делают невозможным однополое воспитание детей. Команда использовала комбинацию стволовых клеток и точного редактирования генов CRISPR для получения здоровых мышей от двух матерей. Прорыв команды состоял в том, чтобы выяснить, как манипулировать ДНК стволовой клетки, чтобы у детей не было врожденных дефектов.
Как объясняет команда, когда генетический материал двух матерей сливается для создания эмбриона, проблемы развития возникают из-за генетических «отпечатков», оставленных каждым родителем в соответствующих генах. Репродуктивная система млекопитающих не предназначена для поддержки слияния ДНК двух родителей одного пола, но ученые поняли, что естественные препятствия для этого можно преодолеть. Они использовали технологию редактирования генома CRISPR-Cas9, чтобы удалить три гена, которые несли эти родительские отпечатки.
Ученые взяли гаплоидную ДНК (то есть половину нормального количества ДНК, необходимого для размножения) у одной матери, стерли с нее все родительские отпечатки, а затем вставили эту ДНК в яйцеклетку (тоже гаплоидную) от другой матери. Две половинки составили единое целое, и эмбрион развивался нормально. Из 210 таких эмбрионов ученые родили 29 живых мышей. Эти «биматеринские» дети процветали, доживали до зрелого возраста и даже производили собственных детенышей.
Понимая, как возникают генетические дефекты у однополых родителей мышей, ученые закладывают основу для лучшего понимания того, как возникают и сохраняются генетические ошибки у людей. Исследование может даже привести к разработке способов, позволяющих однополым парам воспроизводить собственных здоровых детей. Однако существуют серьезные этические проблемы и проблемы безопасности, которые только предстоит преодолеть.
Как скоро технологию можно будет применять на людях?
Техники далеки от любого медицинского применения. Существуют большие различия между мышью и человеком. Они усложняют попытки перенести открытия в области репродуктивной биологии и биологии стволовых клеток с мышей в клинику.
Еще одна проблема заключается в том, что для выполнения той же техники с человеческими клетками исследователям может потребоваться выращивать яйцеклетки в лаборатории дольше, чем это было необходимо для клеток мыши. Если период культивирования удлиняется, то могут накапливаться как генетические, так и эпигенетические аномалии.
Даже если этот подход осуществим на людях, исследователям необходимо будет сделать его более эффективным и практичным, увеличив долю эмбрионов, дающих потомство. Но если эти препятствия будут преодолены, хромосомно-инженерный подход однажды сможет обеспечить лечение некоторых форм бесплодия, вызванных половыми хромосомными состояниями, такими как синдром Тернера, при котором у женщин отсутствует часть или все Х-хромосомы.
Подобные действия потребуют не только технического усовершенствования биологического метода, но и более широкой общественной дискуссии об этике и последствиях применения технологии.
Какие еще существуют технологии зачатия?
В 2016 году у трех родителей — двух мам и папы — родился малыш. Врачи использовали новую процедуру экстракорпорального оплодотворения (ЭКО) с участием трех человек, чтобы создать мальчика с тремя наборами генетического материала. Отец обеспечивает полный набор генов через сперматозоиды. Однако мать предоставляет только ядерную ДНК, а донор — митохондриальную ДНК. Этот процесс предотвращает передачу дефектов митохондрий наследственной матери.
Дело в том, что генетические дефекты в митохондриях матери обнаруживаются и у ребенка. Дефектные митохондрии у детей влияют на их рост и развитие, а в более серьезных случаях приводят к тяжелым неврологическим расстройствам и даже смерти. Здесь и пригодится ЭКО. Ядро биологической матери извлекается и вставляется в яйцеклетку матери-донора, создавая гибридную яйцеклетку. Она несет в ядре ДНК биологической матери с полностью функциональной митохондриальной ДНК донора.
В остальном процедура проходит как обычное ЭКО. Гибридная яйцеклетка оплодотворяется сперматозоидом отца и имплантируется в матку биологической матери, превращаясь в плод, несущий три набора ДНК. В результате ЭКО от троих родителей у ребенка появляется три набора генетического материала, но лишь небольшая его часть поступает от матери-донора. Мать и отец передают ребенку 20 тыс. генов, в то время как мать-донор дает только 37 митохондриальных генов.
ЭКО на троих не на 100% безопасно и эффективно. Извлечение ядра биологической матери и введение его в яйцеклетку донора — сложный процесс. В результате часть дефектных митохондрий биологической матери также может быть перенесена в эмбрион. Это способно привести к развитию у ребенка менее тяжелых форм митохондриальных нарушений. Подобные процедуры также не увенчались успехом в прошлом.
Существуют строгие правила в отношении методов редактирования генов, так как в настоящее время у нас нет четкого представления о его последствиях. Поскольку в ЭКО на троих сочетается генетический материал трех родителей, процесс является законным только в нескольких странах, включая Великобританию и Австралию.
