Untuk membuat mamalia, anda memerlukan telur dan sperma. Kedua-dua input genetik yang diperlukan ini, secara historis, bermaksud kegagalan untuk melancarkan usaha untuk menghasilkan keturunan dari lelaki-lelaki atau wanita-genggaman wanita. Tetapi dengan mengaburkan sempadan antara telur dan sperma dengan perubahan genetik, para saintis sekarang membantu kita memecahkan peraturan pembiakan mamalia.
Semalam, dalam jurnal Cell Stem Cell, pasukan penyelidik di Akademi Sains China melaporkan kelahiran anak-anak yang sihat kepada ibu bapa tetikus yang sama-seksual. Dengan memodifikasi genom telur untuk menyerupai sperma, dan sebaliknya, saintis dapat mengatasi halangan utama dalam pembiakan biologi. Pups dari kesatuan wanita-wanita bertahan lama hingga menjadi dewasa, malah menjadi ibu sendiri, dan bayi-bayi yang pendek telah disambut oleh seorang ayah ayah.
"Ini sangat mengagumkan, " kata Ava Mainieri, ahli biologi yang mempelajari genetik pembiakan di Harvard University. "Teknologi ini mempunyai kira-kira satu juta implikasi untuk masa depan."
Para penyelidik dapat mengatasi cabaran yang lama untuk menghasilkan mamalia dengan ibu tunggal bersetubuh. Biasanya, embrio mamalia memerlukan dua genom, masing-masing mengandungi manuskrip arahan genetik dari ibu atau bapa. Dengan cara ini, janin mewarisi dua salinan setiap gen individu. Tetapi bagi banyak gen, sama ada salinan ibu atau ayah itu diam. Seluruh kawasan satu genom boleh ditutup, manakala bahagian genetik yang sama dari ibu bapa yang lain tetap utuh.
"Jika nukleotida DNA adalah teks, [modifikasi semulajadi ini] boleh dianggap sebagai ruang atau tanda baca yang memberikan makna kepada teks yang rumit itu, " jelas Mainieri, yang tidak terlibat dalam penyelidikan.
Mama mama yang bangga dengan keturunannya. Tikus ibu dalam foto ini dilahirkan kepada dua ibu, dan hidup apa yang saintis dianggap sebagai kehidupan yang normal dan sihat. (Le-Yun Wang / Akademi Sains China) Cabarannya adalah bahawa ruang dan tanda baca dalam setiap genom perlu disesuaikan dengan betul-sesuatu yang berlaku secara semula jadi dengan ibu bapa lelaki dan perempuan. Fenomena cerewet ini dipanggil pencetakan genomik, dan ia penting untuk pembiakan mamalia. Sekiranya kedua-dua salinan ibu bapa dari salah satu daripada gen biasanya "dicetak" ini secara tidak sengaja dihidupkan, akibatnya boleh membawa malapetaka, menghasilkan janin yang berukuran belon, perjuangan untuk memperoleh nutrien atau bahkan gagal mencapai jangka masa sama sekali.
Bagi para saintis yang cuba membiak mamalia dengan ibu bapa yang sama-seksual, proses yang diperlukan bagi mencetuskan genomik merupakan halangan utama. Sekitar pertengahan abad ke-20, apabila para saintis melakukan beberapa percubaan pertama untuk menghasilkan embrio tetikus dengan dua genom wanita, ia tidak mengambil masa yang lama untuk menggabungkan telur matematik untuk mendapatkan kemas. Kedua-dua bahagian arahan genetik mencerminkan imprinting maternal, menyahaktifkan dan mengaktifkan kawasan genom yang sama-dan tanpa bahagian persamaan saudara, beberapa gen sedang ditekankan, sementara yang lain tidak pernah dihidupkan dengan betul.
Baru-baru ini, kohort penyelidik di Akademi Sains China yang diketuai oleh penulis kanan Wei Li, Qi Zhou dan Bao-Yang Hu memutuskan untuk mencuba satu set alat baru untuk mengatasi masalah itu. Memaksimumkan peluang mereka untuk menghasilkan anak-anak yang sihat daripada ibu bapa yang sama dengan jantina yang dimaksudkan bermula dengan sel-sel imprinted sel-sel yang mungkin tidak mempunyai tanda baca dalam kod genetik. Oleh itu, para penyelidik menjana satu set telur dan sperma yang luar biasa dengan menghapuskan tanda-tanda yang dicetak pada genom, pada dasarnya menghidupkan semula jam pada sel-sel pembiakan ini sehingga mereka menyerupai draf pertama tanpa manuskrip manuskrip genetik.
Bersenjata dengan sel-sel "bersih", para penyelidik mengetengahkan tikus bimaternal. Untuk meniru kesilapan, mereka menambah versi tersendiri mereka kepada sel telur bersih, memotong tiga wilayah yang dicetak dari genomnya. Teknik ini pada dasarnya telah menghapus keseluruhan perenggan atau bab dari manuskrip genetik telur, menjadikannya sel pembiakan yang bekerja lebih seperti sperma. Mereka kemudian menyuntik sel yang baru dimanipulasi menjadi telur biasa dari tikus betina yang lain.
Untuk mengagumi mereka, 14 peratus daripada embrio bimaternal-29 tikus dalam jumlah keseluruhan - telah dilahirkan wanita yang sihat (tanpa kromosom Y dalam campuran pembiakan, lelaki adalah ketidakpercayaan terjamin). Beberapa tikus bimaternal bahkan dibesarkan untuk melahirkan anak-anak mereka sendiri yang sihat (kali ini melalui cara konsepsi yang lebih alami). Setakat yang dapat diketahui oleh para penyelidik, tikus tanpa bapa secara fizikal dan tingkah laku sihat-tetapi Zhou menegaskan bahawa mungkin terdapat kekurangan pada tikus-tikus ini yang belum ditemui.
Satu cabaran yang lebih besar muncul di tikus di hadapan-bipaternal. Seorang anak tikus dengan dua ibu telah dibiakkan untuk kali pertama pada tahun 2004 (walaupun dengan kadar kejayaan yang jauh lebih rendah daripada kerja terbaru yang dicapai). Tikus tanpa bapa adalah, dengan cara, berita lama. Tikus tanpa ibu, sebaliknya, akan menjadi "luar biasa, " kata Hugo Creeth, yang kerja unaffiliated di Cardiff University juga memberi tumpuan kepada pencetakan genetik.
Salah satu cabaran utama kelahiran tikus dengan bahan genetik dari dua lelaki, menurut ahli biologi perkembangan University of Pennsylvania, Marisa Bartolomei, adalah terdapat banyak lagi jejak yang perlu dilakukan pada genom ibu untuk menyambung dengan ayah dengan betul. Kerja tambahan yang diperlukan untuk membuat genom lelaki berkelakuan seperti genom perempuan mungkin menjadi sebahagian daripada sebab pembiakan uniseks dalam sifat slant ke arah gandingan perempuan-perempuan. (Walaupun beberapa reptilia, amfibia dan ikan mampu mengawan hanya perempuan, hanya satu spesies-zebrafish-pernah menghasilkan keturunan tanpa input ibu, dan hanya dalam makmal).
"[Nampaknya] berbanding pembiakan bimaternal, lebih banyak halangan perlu diseberang di penghalang pembiakan bipaternal, " kata Li.
Walaupun terdapat cabaran, para penyelidik mampu menjana anak hidup menggunakan hanya DNA dari dua ibu bapa lelaki. Sel sperma yang diubah suai mempunyai enam kawasan genetik yang dikeluarkan untuk menjadikannya lebih rapat menyerupai genom wanita, dan kemudian digabungkan dengan sperma biasa di dalam telur wanita yang kosong. (Kosong atau tidak, penutupan telur masih diperlukan untuk membawa sperma dan sperma bersama-sama.) Ini embrio hibrid ganjil-cengkerang telur harfiah yang mengandungi dos dobel DNA paternal-kemudian dipindahkan ke ibu tikus pengganti.
Para saintis boleh membiakkan tikus dengan dua bapa, tetapi mereka dilahirkan dengan kecacatan yang teruk dan tidak dapat bertahan hingga dewasa. (Le-Yun Wang / Akademi Sains China) Hanya lebih daripada satu peratus daripada keturunan yang terselamat. Malangnya, semua anak anjing dilahirkan dengan kecacatan teruk dan meninggal dunia hampir serta-merta. Apabila penyelidik mengeluarkan rantau yang dicetak ketujuh dari sel sperma yang diedit, bagaimanapun, mereka menggandakan kadar kelangsungan hidup. Anak-anak anjing masih tidak berkembang hingga ke dewasa, tetapi begitu, kaedah itu telah bekerja, dan daya maju jangka pendek anaknya menjadi monumental.
"Ini benar-benar menunjukkan bahawa pencetakan adalah blok kepada pembangunan uniparental, " kata Bartolomei. "Kami telah mengenalinya dari perspektif ibu, tetapi sekarang, dengan bipaternals, ia adalah yang pertama."
Menurut Li, langkah seterusnya adalah untuk meningkatkan umur panjang untuk tikus bipaternal. Masih belum jelas apa yang membunuh tikus dengan dua orang bapa genetik-mungkin ada kawasan-kawasan lain yang kritis yang masih perlu dikelola secara genetik, "kata Bartolomei.
Sebenarnya, sedikit hairanlah sedikit manipulasi genetik yang cukup untuk mengubah genom satu seks menjadi sesuatu yang menyerupai yang lain. Terdapat lebih daripada 150 gen yang dianggap dicetak dalam tikus-dan senarai itu terus berkembang-tetapi tidak setiap satu daripada gen-gen itu penting untuk melahirkan anak hidup.
Walaupun teknik pengubahsuaian genetik yang baru bekerja untuk membiakkan tikus jantina tunggal, Mainieri memberi amaran bahawa ia memerlukan "langkah besar yang besar" untuk mengulang eksperimen ini pada mamalia lain, termasuk manusia. Walaupun Li, Zhou, Hu dan rakan-rakan mereka bersungguh-sungguh untuk beralih ke primata, tidak ada jaminan bahawa markup dalam satu genetik manuskrip genetik akan mudah diterjemahkan ke bahasa lain.
Namun, penemuan baru ini menandakan satu kejayaan dalam pemahaman saintis mengenai peranan genomic imprinting dalam pembiakan mamalia. Di samping itu, terdapat beberapa gangguan yang berpunca daripada pencetakan yang tidak betul dalam genom - jadi walaupun bayi tanpa ibu atau bapa tidak berada di kaki langit, hanya memahami kebiasaan genetik ini boleh mengubah pendekatan kami kepada ubat.
"Dengan pengetahuan ini, kita mempunyai kemampuan untuk membaca ayat-ayat atau perenggan [teks genom] dengan cara yang tidak pernah ada sebelumnya, " kata Mainieri. "Dan itu sangat besar."
