אבולוציה

מדענים מפרים את כללי הרבייה על ידי גידול עכברים מהורים חד מיניים | מַדָע

כדי להכין יונק צריך ביצה וזרע. שתי תשומות גנטיות נדרשות פירושן, מבחינה היסטורית, כישלון להפעלת ניסיונות להוליד צאצאים מזיווג זכר-נקבה או נקבה. אך על ידי טשטוש הגבולות בין ביצה לזרע עם שינוי גנטי, מדענים עוזרים לנו כעת לשבור את כללי הרבייה של היונקים.

אתמול, בכתב העת תא גזע תא, צוות חוקרים באקדמיה הסינית למדעים דיווח לידת צאצאים בריאים להורים עכברים חד מיניים. על ידי שינוי הגנום של הביציות כך שהוא דומה לזו של הזרע, ולהיפך, המדענים הצליחו להתגבר על מכשול גדול בהתרבות הביולוגית. גורים מאיגודים נקבה-נקבה שרדו גם לבגרות, אפילו הפכו לאמהות בעצמם, ותינוקות קצרי מועד התקבלו בברכה על ידי צמד אבא-אבא.

זה מרשים להפליא, אומר אווה מייניירי , ביולוג החוקר את הגנטיקה של הרבייה באוניברסיטת הרווארד. לטכנולוגיה זו יש כמיליון השלכות על העתיד.





החוקרים הצליחו להתגבר על אתגר רב שנים לייצור יונקים עם הורים חד מיניים. בדרך כלל, עובר של יונקים זקוק לשני גנומים, שכל אחד מהם מכיל כתב יד של הוראות גנטיות מהאם או מהאב. באופן זה, העובר יורש שני עותקים של כל גן בנפרד. אבל עבור גנים רבים, העותק של אמא או של אבא משתתק. ניתן לכבות אזורים שלמים בגנום אחד, בעוד שאותם חלקים בקוד הגנטי מההורה השני נותרים על כנם.

אם נוקליאוטידים של DNA הם טקסט, ניתן לראות את [השינויים הטבעיים הללו] כמרווחים או פיסוק שמעניקים משמעות לטקסט כה מורכב, מסביר מייניירי, שלא היה מעורב במחקר.



עכבר אמא גאה עם צאצאיה. עכבר האם בתצלום זה נולד לשתי אמהות וחי את מה שמדענים רואים כחיים נורמליים ובריאים.

עכבר אמא גאה עם צאצאיה. עכבר האם בתצלום זה נולד לשתי אמהות וחי את מה שמדענים רואים כחיים נורמליים ובריאים.(לה-יון וואנג / האקדמיה הסינית למדעים)

האתגר הוא שהמרחבים והפיסוקים האלה בכל גנום צריכים להתאים נכון - דבר שקורה באופן טבעי עם הורים גברים-נשים. קוראים לתופעה הפיקית הזו הטבעה גנומית , וזה קריטי להתרבות היונקים. אם עותקי שני ההורים של אחד מהגנים המוטבעים בדרך כלל מופעלים בטעות, ההשלכות עלולות להיות הרות אסון, לייצר עוברים שגודלם פורח, מתקשים לרכוש חומרים מזינים או אפילו בכלל לא מצליחים להגיע לטווח.

עבור מדענים המנסים לגדל יונקים עם הורים חד מיניים, התהליך ההכרחי של הטבעה גנומית מהווה מכשול גדול. בערך באמצע המאה ה -20, כאשר המדענים יצרו כמה מהניסיונות הראשונים כדי לייצר עוברי עכברים עם שני גנומים נקביים, לא לקח הרבה זמן עד שמתמטיקה של מיזוג ביצים הייתה מבולגנת. שני חצאי ההוראות הגנטיות שיקפו את ההטבעה האימהית, השבתה והפעלה של אותם אזורים בגנום - וללא החלק האבהי של המשוואה, גנים מסוימים הובאו לידי ביטוי יתר, בעוד שאחרים מעולם לא הופעלו כראוי.



לאחרונה, קבוצה של חוקרים באקדמיה הסינית למדעים בראשות הסופרים הבכירים Wei Li, Qi Zhou ו- Bao-Yang Hu החליטו לנסות סט כלים חדש להתמודד עם הנושא. מקסום סיכוייהם להוליד צאצאים בריאים מהורים חד מיניים פירושו להתחיל בתאים הכי פחות מוטבעים שאפשר - תאים שעדיין לא היה להם פיסוק בקוד הגנטי. כך שהחוקרים ייצרו סט יוצא דופן של ביציות וזרע על ידי מחיקת כמה מהסימנים שהוטבעו על הגנום, ובעצם החזירו את השעון לאחור בתאי הרבייה הללו עד שהם דמו לטיוטה הראשונה הבלתי ערוכה של כתב היד הגנטי.

חמושים בארסנל של תאים נקיים, החוקרים יצאו לגידול עכברים דו-אימהיים. כדי לחקות קלילות, הם הוסיפו גרסה משלהם של הטבעה אבהית לתא ביצה נקי, וחטפו שלושה אזורים מוטבעים ידועים מתוך הגנום שלו. טכניקה זו בעצם מחקה פסקאות או פרקים שלמים מכתב היד הגנטי של הביצית, והפכה אותה לתא רבייה שעבד יותר כמו זרע. לאחר מכן הם הזריקו את התא שהשתנה לאחרונה לביצה רגילה מעכבר נקבה אחר.

לתדהמתם, 14 אחוז מהעוברים הדו-אםיים האלה - 29 עכברים בסך הכל - נולדו נקבות בריאות (ללא כרומוזום Y בתערובת הרבייה, גברים היו אי-מובטח). כמה מהעכברים הדו-אמאיים אף גדלו עד ללידתם של גורים בריאים משלהם (הפעם באמצעות תפיסה טבעית יותר). ככל שהחוקרים יכלו לדעת, העכברים חסרי האב היו בריאים מבחינה פיזית והתנהגותית - אך ג'ואו מציין כי יתכנו ליקויים בעכברים אלו שהצוות טרם גילה.

אתגר גדול עוד יותר צפה לפנינו - עכברים דו-רחמיים. גור עכבר עם שתי אמהות היה גידלו לראשונה בשנת 2004 (אם כי עם אחוזי הצלחה נמוכים בהרבה מאשר העבודה החדשה שהושגה). עכברים ללא אב היו, במובן מסוים, חדשות ישנות. עכברים ללא אם, לעומת זאת, יהיו מדהימים, אומר הוגו קריץ , שעבודתו הלא קשורה באוניברסיטת קרדיף מתמקדת גם בהטבעה גנטית.

אחד האתגרים העיקריים של לידת עכבר עם חומר גנטי משני גברים, לפי ביולוג התפתחות מאוניברסיטת פנסילבניה מריסה ברטולומיי , הוא שיש הרבה יותר הטבעה שצריך לקרות על הגנום של אמא כדי שהוא יצטרף כמו שצריך עם אבא. העבודה הנוספת הנדרשת גורמת לכך שגנום גברי יתנהג כמו גנום נשי עשוי להיות חלק מהסיבה שהרבייה לשני המינים בטבע נוטה לכיוון של צימודים נקבה-נקבה. (בעוד שחלק מהזוחלים, הדו-חיים והדגים מסוגלים להזדווג נקבה בלבד, רק מין אחד - דג הזברה - אי פעם הוליד צאצאים ללא קלט אימהי , ורק במעבדה).

[נראה כי] בהשוואה לרבייה דו-אמהית, יש לעבור מכשולים נוספים במחסום ההתרבות הדו-צדדי, אומר לי.

למרות האתגרים, החוקרים הצליחו לייצר צאצאים חיים באמצעות DNA בלבד משני הורים גברים. בתא זרע שונה הוסרו שישה אזורים גנטיים כדי שיהיה דומה יותר לגנום נשי, ואז הוא שולב עם זרע רגיל בתוך ביצית נקבה ריקה. (ריק או לא, עדיין יש צורך במארז ביצי כדי להפגיש זרע וזרע.) עוברים היברידיים מוזרים אלה - קליפות ביצה מילוליות המכילות מנות כפולות של DNA אבהי - הועברו אז לאם של עכבר פונדקאית.

מדענים יכולים לגדל עכברים עם שני אבות, אך הם נולדים עם פגמים קשים ואינם

מדענים יכולים לגדל עכברים עם שני אבות, אך הם נולדים עם פגמים קשים ואינם שורדים עד גיל הבגרות.(לה-יון וואנג / האקדמיה הסינית למדעים)

קצת יותר מאחוז אחד הצאצאים שרדו. למרבה הצער, כל הגורים נולדו עם ליקויים קשים ומתו כמעט מיד. כאשר החוקרים הוציאו אזור מוטבע שביעי מתאי הזרע הערוכים, הם הכפילו את שיעור ההישרדות. הגורים עדיין לא גדלו לבגרות, אך למרות זאת, השיטה עבדה, והכדאיות של הצאצאים הייתה קצרה.

זה באמת מראה שההטבעה היא החסימה להתפתחות חד הורית, אומר ברטולומיי. ידענו את זה מנקודת המבט האימהית, אבל עכשיו, עם הדו-מטרות, זו ראשונה.

מדוע התרחשה ההגירה הגדולה

לדברי לי, השלב הבא הוא שיפור אורך החיים של עכברים דו-צדדיים. עדיין לא ברור מה הורג את העכברים עם שני אבות גנטיים - יתכן שיש אזורים אחרים המוטבעים ביקורתית שעדיין צריך לנהל גנטית, אומר ברטולומיי.

למעשה, זה קצת פלא שמספיק כל כך מעט מניפולציות גנטיות כדי להפוך את הגנום של מין אחד למשהו שדומה לשני. יש מעל 150 גנים חשב שהוטבע בעכברים - והרשימה הולכת וגדלה - אך לא כל אחד מאותם גנים הוא קריטי לצאצאים חיים.

אמנם טכניקת השינוי הגנטי החדשה עבדה לגידול עכברים חד מיניים, אך מייניי מזהיר כי יהיה צורך בצעד ענק ענק לחזור על ניסויים אלה ביונקים אחרים, כולל בני אדם. אף על פי שלי, ג'ואו, הו ועמיתיהם להוטים לעבור מתישהו לפרימטים, אין שום ערובה שהסימונים בכתב היד הגנטי של מין אחד יתורגמו בקלות לזה של אחר.

ובכל זאת, ממצאים חדשים אלה מסמנים פריצת דרך בהבנת המדענים את תפקיד ההטבעה הגנומית ברבייה של יונקים. בנוסף, יש כַּמָה הפרעות הנובעים מהטבעה לא נכונה בגנום - כך שגם אם תינוקות ללא אם או אם אינם נמצאים באופק, פשוט הבנת המוזרויות הגנטיות הללו יכולה לשנות את הגישה שלנו לרפואה.

עם הידע הזה, יש לנו יכולת לקרוא את המשפטים או הפסקאות [של טקסט גנומי] בצורה שלא הייתה לנו מעולם, אומר מייניירי. וזה ענק.





^