Peter Tucker
0 
3384
876
For første gang har forskere direkte oprettet mus med to far.
Musene var ikke i stand til at overleve mere end et døgn efter fødslen, men et lille embryo lavet af to fars fars DNA hele vejen igennem fosterudvikling var ikke en lille bedrift. Det var meget sværere, forskerne fandt, end at lave mus med to mødre.
Resultaterne hjælper med at forklare, hvorfor pattedyr ikke kan reproducere sig med kun en enlig forælder. De kan også hjælpe med at forklare, hvorfor de dyr, der kan reproducere sig alene, såsom nogle amfibier, næsten altid er kvindelige. [10 fantastiske ting, som forskere lige gjorde med CRISPR]
Barrieren for reproduktion af en-køn, sagde forfatter til seniorundersøgelse Wei Li, en stamcelleforsker ved det kinesiske videnskabsakademi, er noget, der kaldes genomisk afprøvning, eller molekylær mærkning af DNA, der regulerer, hvordan instruktionerne i genomet udføres . Men den nye undersøgelse, der blev offentliggjort online 11. oktober i tidsskriftet Cell Stem Cell, afslører, at barrieren kan krydses.
Forældreindtryk
Genomprægning er kendt for at være vigtig for embryonal udvikling, men nøjagtigt hvordan det fungerer og hvad der styrer det er en "sort kasse", sagde Mellissa Mann, en forsker i reproduktionsvidenskab ved University of Pittsburgh School of Medicine og Magee-Women's Research Institut, der ikke var involveret i den nye undersøgelse.
Ved seksuel reproduktion arver hvert afkom halvdelen af sit DNA fra sin mor og halvdelen fra sin far. Men DNA fra hver forælder har unikke molekylære mærker, der tilføjes under dannelsen af det originale sæd og æg. Disse tags er instruktionerne, der dikterer, om et gen udtrykkes eller forbliver sovende.
"Du kunne arve en kopi af et specifikt gen fra mor, og det gen med disse molekylære" mærker "ville gøre det muligt at blive transkribert for at udføre sin funktion," sagde Mann. "Men det samme gen fra far ville have forskellige tags, hvilket forhindrer, at det udtrykkes."
Disse tags har mange konsekvenser i den virkelige verden. De er afgørende i den tidlige embryonale udvikling, sagde Mann. Tidligere undersøgelser har fundet, at når forskere prøver at konstruere afkom fra to sædceller, mislykkes embryoet, mens cellerne, der vokser morkagen blomstrer; afkom fra to æg resulterer i et udviklende embryo og en morkage, der ikke vokser. [5 grunde til, at morkagen er fantastisk]
Der er også genetiske lidelser, der afhænger af genomisk indtryk. Angelman syndrom, en neurologisk lidelse, der forårsager intellektuelt handicap og anfald, er forårsaget af en mutation af UBE3A gen på morens kromosom. Når den samme genmutation overføres af far i stedet for mor, er resultatet en helt anden neurologisk lidelse kaldet Prader-Willi syndrom.
Det tager to
Nogle dyr er i stand til at gengive solo. De fleste af disse tilfælde er, når en kvinde reproducerer sig uden en mand, en proces kaldet parthenogenese. Forskellige fisk, krybdyr og amfibier kan gengive sig på denne måde. Kun en fisk (Danio rerio) er kendt for at reproducere med mænd alene, og kun under visse laboratoriebetingelser, sagde Baoyang Hu fra det kinesiske videnskabsakademi, en anden seniorforfatter af det nye papir.
Forskerne bag den nye undersøgelse ønskede at forstå, hvorfor pattedyr ikke kan reproducere alene. Så for at starte, begyndte de at se, hvad det kræver at skabe parthenogenese hos pattedyr. De brugte musestamceller konstrueret til kun at have et sæt modernekromosomer, ligesom et æg, og injicerede dem i en normal ægcelle for at skabe et embryo med to sæt modernligt DNA. De overførte derefter det resulterende embryo til en surrogatmor.
For at skabe et levedygtigt embryo var forskerne nødt til at slette tre indprægede segmenter af genomet fra de konstruerede stamceller. De resulterende mus syntes normale, skønt Li fortalte, at musene blev testet i kun en begrænset periode under eksperimentelle forhold, og at de muligvis ikke har været så sunde som mus, der producerede på gammeldags måde.
Men mus med to mødre er ikke noget nyt; lignende mus med to mødre blev først produceret i 2004, skrev forfatterne. [Hvordan fungerer Ancestry-DNA-test virkelig?]
Så de vendte sig mod et hårdere problem: At lave mus med to far. Det er kun gjort én gang af forskere ved M.D. Anderson Cancer Center i Texas. I dette tilfælde skabte forskere mandlige stamceller med X, men ingen Y-kromosomer, injicerede dem i kvindelige blastocyster, det tidlige udviklingsstadium, hvor nogle celler har differentieret til specifikke typer. De lader derefter disse hunner udvikle sig til voksne. De parrede derefter hunnerne, der kun havde mandligt X-DNA med mænd, hvilket skabte afkom, der kun bar gener fra to far.
Far alene
Denne gang ville forskerne se, om de kunne lave mus med to far uden mellemledet af en genetisk manipuleret kvindelig, fortalte Hu. For at gøre dette injicerede de en sædcelle og stamceller med kun faderligt DNA i en ægcelle, der havde fjernet dens kerne (og dermed al dens moder-DNA). De ekstraherede derefter stamceller, som er i stand til at blive en hvilken som helst celle i kroppen, der udviklede sig i det resulterende embryo. Disse stamceller blev derefter anbragt i en separat blastocyst. Blastocysten var nødvendig for at udvikle en morkage, sagde Hu. Endelig blev denne stamcelleinjicerede blastocyst anbragt i livmoren til en surrogatmor.
"Så vidt vi ved, er det første gang, at to-faderlige mus med to direkte fædre er produceret," fortalte Hu .
Men musene gik ikke godt. Faktisk var succesrige fødsler i mindretal. Af 1.023 forsøg blev der kun født 12 levende hvalpe. Og hvalpene var ikke normale. De blev hævede med væsker og mere end dobbelt så store som almindelige musunger. Alle kæmpede med at pleje og ånde og døde kort efter fødslen.
”Folk går foran videnskaben med dette for at sige, at der er et potentiale, som to mænd potentielt kan få et barn,” fortalte Mann. "Dette er en meget lang vej væk."
Hvad studiet gør, er imidlertid antydning til, hvorfor parthenogenese er mere almindelig i naturen end kun reproduktion af mænd. Forskerne blev nødt til at slette syv præciserede områder i genomet for at gøre reproduktion af mandlige kun fire, end de var nødt til at slette for hunner. (Det yderligere tab af genetisk materiale kunne forklare, hvorfor musene med to fædre var så unormale, sagde Mann.)
I fremtiden kan metoden bruges til nærmere at undersøge virkningerne af prægning på forskellige udviklingsforstyrrelser, sagde seniorforfatter Qi Zhou, også fra det kinesiske videnskabsakademi. Musene kunne bruges til at teste genetiske modifikationer, der kan korrigere arvelige lidelser, sagde Zhou.
Oprindeligt offentliggjort den .