Evrim

Bilim Adamları Tek Cinsiyetli Ebeveynlerden Fare Üreterek Üreme Kurallarını Yıktı | Bilim

Memeli yapmak için bir yumurtaya ve bir sperme ihtiyacınız var. Bu iki gerekli genetik girdi, tarihsel olarak, erkek-erkek veya dişi-dişi çiftleşmelerinden yavru üretme girişimlerinin başlatılamaması anlamına geliyordu. Ancak, genetik değişiklikle yumurta ve sperm arasındaki sınırları bulanıklaştıran bilim adamları, şimdi memeli üreme kurallarını çiğnememize yardımcı oluyorlar.

Dün dergide hücre Kök Hücre, Çin Bilimler Akademisi'nde bir araştırma ekibi rapor edildi aynı cinsiyetten fare ebeveynlerine sağlıklı yavruların doğumu. Bilim adamları, yumurtaların genomlarını sperminkilere benzeyecek şekilde değiştirerek ve bunun tersini yaparak, biyolojik üremedeki büyük bir engelin üstesinden gelmeyi başardılar. Dişi-dişi birliğinden yavrular yetişkinliğe kadar hayatta kaldı, hatta anne oldular ve kısa ömürlü bebekler bir baba-baba ikilisi tarafından karşılandı.

Bu inanılmaz derecede etkileyici, diyor Ava Mainieri Harvard Üniversitesi'nde üreme genetiği üzerine çalışan bir biyolog. Bu teknolojinin gelecek için yaklaşık bir milyon etkisi var.





Araştırmacılar, tek cinsiyetli ebeveynleri olan memeliler üretmeye yönelik uzun süredir devam eden bir zorluğun üstesinden gelebildiler. Tipik olarak, bir memeli embriyosu, her biri anneden veya babadan gelen genetik talimatların bir metnini içeren iki genoma ihtiyaç duyar. Bu şekilde, fetüs her bir genin iki kopyasını miras alır. Ancak birçok gen için annenin veya babanın kopyası sessiz kalır. Bir genomun tüm bölgeleri kapatılabilirken, diğer ebeveynden gelen genetik kodun aynı kısımları bozulmadan kalır.

Araştırmaya dahil olmayan Mainieri, DNA'nın nükleotidleri bir metin ise, [bu doğal modifikasyonlar] böyle karmaşık metne anlam veren boşluklar veya noktalama işaretleri olarak düşünülebilir, diye açıklıyor.



Yavrularıyla gurur duyan anne fare. Bu fotoğraftaki anne fare iki anneden doğdu ve bilim adamlarının normal, sağlıklı bir yaşam olarak kabul ettiği gibi yaşadı.

Yavrularıyla gurur duyan anne fare. Bu fotoğraftaki anne fare iki anneden doğdu ve bilim adamlarının normal, sağlıklı bir yaşam olarak kabul ettiği gibi yaşadı.(Le-Yun Wang / Çin Bilimler Akademisi)

Buradaki zorluk, her genomdaki bu boşlukların ve noktalamaların doğru bir şekilde sıralanması gerektiğidir - erkek-dişi ebeveynlerde doğal olarak olan bir şey. Bu titiz fenomen denir genomik damgalama ve memeli üremesi için kritik öneme sahiptir. Her iki ebeveynin de normal olarak damgalanmış bu genlerden birinin kopyaları yanlışlıkla açılırsa, sonuçlar feci olabilir, boyutları balonlaşan, besinleri elde etmek için mücadele eden ve hatta terme ulaşamayan fetüsler üretebilir.

Eşcinsel ebeveynleri olan memelileri yetiştirmeye çalışan bilim adamları için, gerekli genomik damgalama süreci büyük bir engel teşkil ediyor. 20. yüzyılın ortalarında, bilim adamları ilk denemelerden bazıları İki dişi genomlu fare embriyoları üretmek için yumurtaları birleştirme matematiğinin karmakarışık olması uzun sürmedi. Genetik talimatların her iki yarısı da annenin damgalamasını, genomun aynı bölgelerini devre dışı bırakmasını ve etkinleştirmesini yansıtıyordu - ve denklemin baba kısmı olmadan, bazı genler aşırı ifade ediliyordu, diğerleri ise hiçbir zaman gerektiği gibi açılmadı.



Daha yakın zamanlarda, kıdemli yazarlar Wei Li, Qi Zhou ve Bao-Yang Hu tarafından yönetilen Çin Bilimler Akademisi'ndeki bir grup araştırmacı, sorunu çözmek için yeni bir dizi araç denemeye karar verdi. Aynı cinsiyetten ebeveynlerden sağlıklı yavrular üretme şanslarını en üst düzeye çıkarmak, mümkün olan en az damgalanmış hücrelerle başlamak anlamına geliyordu - henüz genetik kodda noktalama işareti olmayan hücreler. Böylece araştırmacılar, genom üzerindeki bazı damgalanmış işaretleri silerek alışılmadık bir yumurta ve sperm seti ürettiler ve esasen bu üreme hücrelerindeki saati, genetik el yazmasının düzenlenmemiş ilk taslağına benzeyene kadar geri döndürdüler.

Temiz hücrelerden oluşan bir cephanelik ile donanmış araştırmacılar, çift anneli fareler yetiştirmek için yola çıktılar. Erkekliği taklit etmek için, temiz bir yumurta hücresine kendi baba damgalama versiyonlarını ekleyerek genomundan bilinen üç damgalanmış bölgeyi kopardılar. Bu teknik esasen yumurtanın genetik el yazmasından tüm paragrafları veya bölümleri silerek yumurtayı daha çok sperm gibi çalışan bir üreme hücresine dönüştürdü. Daha sonra yeni manipüle edilen hücreyi başka bir dişi fareden alınan normal bir yumurtaya enjekte ettiler.

Şaşırtıcı bir şekilde, bu bimaternal embriyoların yüzde 14'ü -toplamda 29 fare- sağlıklı dişiler olarak doğdu (üreme karışımında bir Y kromozomu olmadan, erkekler garantili bir hiçlikti). Bimaternal farelerin birçoğu kendi sağlıklı yavrularını doğurmak için bile büyüdü (bu sefer daha doğal bir gebe kalma yolu ile). Araştırmacıların söyleyebildiği kadarıyla, babasız fareler fiziksel ve davranışsal olarak sağlıklıydı - ancak Zhou, bu farelerde ekibin henüz keşfetmediği eksiklikler olabileceğine dikkat çekiyor.

Önlerinde daha da büyük bir meydan okuma belirdi: çift babalı fareler. İki annesi olan bir fare yavrusu 2004 yılında ilk kez yetiştirildi (her ne kadar elde edilen en yeni çalışmadan çok daha düşük başarı oranlarına sahip olsa da). Babasız fareler bir bakıma eski haberlerdi. Öte yandan annesiz fareler harika olurdu, diyor hugo yaratığı Cardiff Üniversitesi'ndeki bağımsız çalışmaları da genetik damgalamaya odaklanan .

Pennsylvania Üniversitesi gelişim biyoloğuna göre, iki erkekten genetik materyal içeren bir fare doğurmanın en büyük zorluklarından biri Marisa Bartolomei , babanınkiyle düzgün bir şekilde birleşmesi için annenin genomunda gerçekleşmesi gereken çok daha fazla damgalamanın olması. Bir erkek genomunun bir dişi genomu gibi davranmasını sağlamak için gereken ekstra çalışma, doğada unisex üremenin dişi-dişi eşleşmelerine yönelmesinin nedeninin bir parçası olabilir. (Bazı sürüngenler, amfibiler ve balıklar yalnızca dişi çiftleşme yeteneğine sahip olsa da, yalnızca bir tür - zebra balığı - şimdiye kadar anne girdisi olmadan üretilen yavru ve yalnızca laboratuvarda).

[Görünüşe göre] bimaternal üreme ile karşılaştırıldığında, bipaternal üreme engelinde daha fazla engelin aşılması gerekiyor, diyor Li.

Zorluklara rağmen, araştırmacılar sadece iki erkek ebeveynden alınan DNA'yı kullanarak canlı yavrular üretebildiler. Modifiye edilmiş bir sperm hücresinin, bir dişi genomuna daha çok benzemesi için altı genetik bölgesi çıkarıldı ve daha sonra boş bir dişi yumurtanın içinde normal sperm ile birleştirildi. (Boş ya da değil, sperm ve spermi bir araya getirmek için yumurtamsı bir muhafaza hala gereklidir.) Bu garip melez embriyolar - çift doz baba DNA'sı içeren gerçek yumurta kabukları - daha sonra bir vekil fare annesine aktarıldı.

Bilim adamları, iki babaya sahip fareler üretebilir, ancak ciddi kusurlarla doğarlar ve

Bilim adamları, iki babaya sahip fareler üretebilir, ancak ciddi kusurlarla doğarlar ve yetişkinliğe kadar hayatta kalamazlar.(Le-Yun Wang / Çin Bilimler Akademisi)

Yavruların yüzde birinden biraz fazlası hayatta kaldı. Ne yazık ki, tüm yavrular ciddi kusurlarla doğdu ve neredeyse anında öldü. Ancak araştırmacılar, düzenlenmiş sperm hücrelerinden yedinci damgalanmış bir bölgeyi çıkardığında, hayatta kalma oranını ikiye katladılar. Yavrular hala yetişkinliğe ulaşmadılar, ancak yine de yöntem işe yaradı ve yavruların kısa ömürlülüğü anıtsaldı.

Bartolomei, bunun gerçekten de damgalamanın tek ebeveynli gelişimin önündeki engel olduğunu gösterdiğini söylüyor. Bunu annenin bakış açısından biliyorduk, ama şimdi iki babalılarda bu bir ilk.

dünyada kaç boyut var

Li'ye göre, bir sonraki adım bipaternal fareler için uzun ömürlülüğü artırmak. Bartolomei, iki genetik babaya sahip fareleri neyin öldürdüğü hala net değil - genetik olarak yönetilmesi gereken kritik olarak damgalanmış başka bölgeler de olabilir, diyor Bartolomei.

Aslında, bir cinsiyetin genomunu diğerine benzer bir şeye dönüştürmek için bu kadar az genetik manipülasyonun yeterli olması biraz şaşırtıcı. Var 150'den fazla gen farelere damgalanmış olduğu düşünülüyor - ve liste giderek büyüyor - ancak bu genlerin her biri canlı yavruların doğması için kritik öneme sahip değil.

Yeni genetik modifikasyon tekniği, tek cinsiyetli fareler yetiştirmek için çalışırken, Mainieri, bu deneyleri insanlar da dahil olmak üzere diğer memelilerde tekrarlamak için çok büyük bir adım gerekeceği konusunda uyarıyor. Li, Zhou, Hu ve meslektaşları bir gün primatlara geçmek için istekli olsalar da, bir türün genetik el yazmasındaki işaretlerin kolayca bir başkasına çevrileceğinin garantisi yok.

Yine de bu yeni bulgular, bilim insanlarının memeli üremesinde genomik damgalamanın rolünü anlamalarında bir atılım olduğunu gösteriyor. Ek olarak, var birkaç bozukluklar Bu, genomdaki yanlış damgalanmadan kaynaklanır - bu nedenle, ufukta annesiz veya babasız bebekler olmasa bile, sadece bu genetik tuhaflıkları anlamak, tıbba yaklaşımımızı değiştirebilir.

Mainieri, bu bilgiyle, [genomik metnin] cümlelerini veya paragraflarını daha önce hiç sahip olmadığımız bir şekilde okuma yeteneğimiz olduğunu söylüyor. Ve bu çok büyük.





^