Химерные крысы произвели мышиные сперматозоиды

Toshihiro Kobayashi et al. / Nature Communications, 2021

Ученые создали химерных крыс, у которых производящие гаметы органы заменили на донорские — от других крыс и даже мышей. Полученные таким образом в химерных крысах гаметы несли либо заданную учеными генетическую информацию, либо вообще принадлежали другому виду, и при этом сохраняли свою жизнеспособность и функции. Ученые надеются, что предложенный ими подход станет удобным инструментом для генетических исследований, а может быть даже спасет некоторые вымирающие виды животных от исчезновения. Работа опубликована в Nature Communications.

Генно-инженерные животные позволяют ученым исследовать функции генов в организме и моделировать наследственные заболевания человека. Например, при помощи технологии генного редактирования CRISPR/Cas9 можно создавать мозаичных животных, у которых часть клеток будет нести заданную мутацию, а часть — нет. Также можно добавить в клетки искусственную мышиную хромосому, которая может нести на себе несколько миллионов пар нуклеотидов. Искусственную мышиную хромосому часто используют для создания гуманизированных моделей животных, но вставки такой длины нельзя получить обычным редактированием эмбрионов.

Однако полученные животными модификации порой не передаются по наследству или передаются с плохой эффективностью, потому что измененные клетки проигрывают в конкуренции клеткам животного-хозяина. Поэтому ученые, работающие в этой области, уже некоторое время искали экспериментальный подход, который позволил бы им выращивать животных с жизнеспособными половыми клетками, несущими заданные мутации.

Также существует технология, когда стволовые клетки одного животного (донора) подсаживают в другой зародыш с мутацией, которая не позволяет какому-либо органу развиваться. В результате во втором животном (хозяине) этот орган развивается из предоставленных зародышу стволовых клеток. Например, таким образом можно даже создать крыс, у которых будут образовываться мышиные почки, или наоборот, мышей с крысиными органами. Если таким же образом получить химерных животных с несущими мутации половыми железами (гонадами: семенниками и яичниками), то половые клетки у таких животных передавали бы необходимую генетическую информацию потомству.

Биологам из японского Национального института физиологических наук под руководством Масуми Хирабаяси (Masumi Hirabayashi) удалось вырастить гонады в крысах с отсутствующим геном Prdm14, который отвечает за развитие этих органов у животных.

Сначала ученые проверили, обеспечит ли нокаут гена Prdm14 развитие в зародышах гонад только из донорских стволовых клеток. Для этого несущие ген красной флуоресценции стволовые клетки внедряли в бластоцисты (зародыши на ранней стадии развития) крыс с нокаутом Prdm14, и подсаживали крысам-матерям. Эксперимент прошел удачно: клетки половых желез у полученных крыс обладали красной флуоресценцией. В этих органах отсутствовали клетки животного-хозяина.

Далее ученые протестировали, можно ли развести с помощью этого метода потомство с дополнительной искусственной хромосомой. По аналогии с предыдущим экспериментом, исследователи добавили в бластоцисты с нокаутом Prdm14 стволовые клетки, несущие искусственную мышиную хромосому. В качестве репортерного гена на хромосоме был ген зеленой флуоресценции. Таким образом удалось получить крыс, у которых гонады производили половые клетки с искусственной мышиной хромосомой. Скрестив этих животных, авторы работы получили потомство, у которых искусственная хромосома была уже во всех клетках тела.

Таким же образом ученые создали химерных крыс с мышиными половыми железами, добавив в бластоцисты крыс стволовые клетки мышей. Вырабатываемые животными сперматозоиды плохо двигались, но оказались функциональными. Исследователям удалось искусственно оплодотворить обычных мышей этими клетками и получить здоровое потомство. Почти половина мышат обладала флуоресценцией, что согласуется с менделевским распределением.

Авторы работы показали, что возможно создавать химерных животных с половыми железами, развившимися из стволовых клеток животного другого вида. Исследователи предполагают, что эта технология найдет применение не только в качестве инструмента для фундаментальных исследований: они надеются, что таким образом можно будет поддерживать численность видов, которым угрожает вымирание. Достаточно будет вырастить половые железы этих животных в других животных-хозяинах и скрестить их.

Подобная технология — выращивание органов животных другого вида в животном-хозяине — может найти применение в медицине. Возможно, когда-нибудь человеческие органы для трансплантации будут выращивать в химерных свиньях или обезьянах. Несмотря на все этические вопросы, связанные с таким подходом, и запреты, которые в некоторых странах наложены на исследования в этой области, отношение людей к идее органов из химер, кажется, постепенно меняется в сторону одобрения.

Веры Сысоева

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl+Enter.