第一次从同性父母出生的健康小鼠
当科学家用捐献的血液制造未成熟的人类卵细胞时,一些人推测人类繁殖正处于大规模破坏的边缘。
未来是现在。
上周,来自中国的一个团队彻底改革了自然繁殖,利用基因工程制造了第一次从同性父母那里出生的老鼠。来自两个妈妈的婴儿与通过古老手段产生的小鼠幼崽无法区分:他们不仅健康,而且继续生下自己的小鼠幼崽。
出生于两个父亲的DNA的人 - 在代孕人的帮助下 - 通过出生幸存下来但只活了几天,这突显出新技术仍处于起步阶段的事实。
除了精通技术之旅外,该研究还指出了允许胚胎正常发育的至关重要的遗传因素。这就像破解生物Enigma繁殖代码 - 一套遗传指令,允许胚胎生存,无论它是如何制作的。
“这向我们展示了什么是可能的,”资深作者,中国科学院的李伟博士说。该团队在Cell Stem Cell中描述了他们的结果。
印记困境
鸡蛋和鸡蛋(或精子和精子)如何产生后代?
如果你将DNA视为计算机代码,那么这项壮举似乎就不那么令人生畏了:当卵子和精子相遇时,它们的生物代码(DNA)以一种产生健康胚胎的方式混合。“蛋”和“精子”并不是那么神秘,如果它们被简单地认为是必需的DNA代码的载体 - 每组23个染色体都是准确的,从而允许宝宝有正常的46。
但是有一个问题:哺乳动物需要妈妈和爸爸的DNA代码来制造婴儿,而动物王国的其他部分 - 双髻鲨,科莫多巨蜥和其他爬行动物,鱼类和两栖动物 - 在没有伴侣的情况下产生后代。
为什么?
自20世纪80年代以来,科学家一直在摸索着。早期的研究首先表明,这是因为一种叫做“印记”的生物现象。
理论如下:当卵子和精子相遇时,来自每个父母的DNA相遇并立即对接头部。例如,妈妈的DNA可能会导致较小的婴儿减轻分娩过程,而爸爸的DNA需要大而强壮的婴儿,一旦出生就能更好地生存。
大自然对两个战斗方的解决方案是妥协:妈妈DNA的一些区域被关闭,让父亲的遗传贡献在胚胎中活跃,而活跃DNA的其他部分只来自妈妈。这个过程被称为“印记”,发生在大约100个关键基因中,其中许多基因对胚胎的存活和生长至关重要。
在某种程度上,胚胎具有关于哪个父母的基因被打开的最终发言权 - 被关闭的那些被标记为化学“沉默者”,其确保一个父母的DNA贡献保持沉默,并且后代仅具有一个活性拷贝基因一次。
这是同性父母的问题:大多数基因仅在一个父母中被标记为沉默,而另一个基因没有标记。将单一胚胎中的同一组标记(或未标记)基因组合在一起 - 就像在混合来自同性父母的DNA中发生的情况一样 - 导致导致流产的发育缺陷。
删除标签
如果标签是问题,为什么不擦除它们?
在这项研究中,该团队首先将注意力转向两个妈妈的可能性。他们将胚胎干细胞浇注成化学溶液,“欺骗”细胞,认为它们受精,从而开始潜水。这些细胞最终变成了一种叫做“单倍体细胞”的突变物种,因为它们只含有正常数量的染色体的一半(23),就像来自单亲的卵子一样。
接下来删除标签。在一个反复试验的过程中,团队逐渐追捕DNA中控制印记的三个基本区域而不伤害胚胎。然后,使用CRISPR-Cas9,该团队删除了那些关键的DNA片段。
删除的区域包含印记化学标签,因此擦除它们基本上使奇怪的细胞更“男性”,至少在印记模式方面。
然后将遗传工程细胞(假精子)注射到不同雌性小鼠的未受精卵细胞中。遗传物质在正常繁殖期间结合,并且胚胎被植入第三代孕妈妈的子宫中。
这个Frankenstein-ish过程令人难以置信地产生了来自两个妈妈制造的210个胚胎的29只活老鼠。这个队列中的七个继续拥有自己的小老鼠(以通常的方式)。
当从两只雄性小鼠开始时,该团队面临更多障碍。第一步几乎完全相同:制作单倍体细胞,只含有一半的常见染色体,类似于精子。
这一次,团队不得不追捕控制印记的DNA中的七个区域,并且精心删除每一个区域 - 所有这一切都没有搞砸其他对胚胎发育至关重要的区域。
还有更多:然后研究小组从一只雌性小鼠身上取出一个卵细胞并吸出它的核,这是大多数雌性供体DNA的“家”。因此,鸡蛋成为一个空容器,含有适当的化学物质,有助于胚胎生长。
然后研究小组将这些经过修饰的“精子”细胞 - 以及来自另一位父亲的精子细胞 - 注入空卵中,重建了46对染色体。
即使这还不够。该团队很快意识到他们需要来自胎盘的组织来滋养这些奇怪的胚胎。接下来,他们从另一个不存活的小鼠胚胎中取出胎盘形成材料,并用它来拼凑一个最终植入代孕母亲的人造胚胎。
然而,尽管他们付出了最大的努力,但这个程序只占了2%的时间 - 甚至那些试管小鼠幼崽在出生后不久就死了。
研究作者鲍阳洋博士说:“后代的快速死亡表明,在双胎小鼠的生产过程中仍然存在一些未知的繁殖/发育障碍。”
“两只雄性的成功繁殖是非常罕见的,只能在实验条件下的特定鱼类中发现,”他补充道,并指出可能存在“比双母鼠更多的障碍”。
交叉的障碍
尽管该研究仅成功地从同性父母那里产生了一些小鼠,但它仍然穿过了先前认为不可渗透的生物屏障。
这是一种“生产同性哺乳动物后代的新方法”,周说,暗指以前曾试图达到同样目的的研究。
他说,以前尝试从两个妈妈那里制作婴儿会导致老鼠出现一系列健康问题。对双父母的其他尝试需要产生一个中间母亲,因为一个父亲被赋予了形成卵子的能力 - 一个很酷的科学胜利,但是一个使人类不育的过程。
这项研究推动了生殖科学的前沿,有朝一日可能具有临床意义。
这里的关键是“一天”:程序的成功率太低,甚至不考虑在人类中使用它。“我认为这几乎不可能用于临床应用,”以色列魏茨曼科学研究所的Jacob Hanna博士说,他没有参与这项研究。
任何与后代健康有关的技术都达到了令人难以置信的高标准,并且有充分的理由。甚至在这项研究中出生的“健康”老鼠幼崽也可能有潜在的问题,直到生命后期才会出现,或者只会出现在认知上先进的测试中 - 这些问题可以传递给他们的后代。
哈佛医学院的张毅博士说,从老鼠到人类将会“至少困难10倍”。
然而,尽管存在这些挑战,但有一件事是清楚的:人类生殖的卵子 - 精子范式正在崩溃。现在只是时间的问题,而不是如果。
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