Z dwóch plemników jedna mysz. W Seksmisji wyszło inaczej

Zespół kierowany przez profesora Wei Yanchanga dokonał czegoś, co jeszcze niedawno wydawało się niemożliwe - stworzył pierwsze w historii myszy zdolne do reprodukcji, które powstały z DNA zawartego w dwóch plemnikach, bez udziału komórki jajowej. Badania opublikowane w prestiżowym czasopiśmie Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) stanowią prawdziwy kamień milowy w biologii reprodukcyjnej.

Proces ten nie był jednak prosty jak złożenie dwóch klocków Lego. Naukowcy musieli stawić czoła jednemu z najbardziej fundamentalnych ograniczeń natury - zjawisku znanemu jako genomowy imprinting. To epigenetyczny mechanizm, który sprawia, że niektóre geny mogą być aktywne tylko wtedy, gdy pochodzą od określonego rodzica - matki lub ojca.

To też jest ciekawe:

Genomowy imprinting to swoisty system kontroli jakości natury, który przez miliony lat ewolucji zapewniał, że do prawidłowego rozwoju zarodka potrzebne są geny zarówno od matki, jak i od ojca. W praktyce oznacza to, że część genów jest wyłączona w komórkach jajowych, a inna część w plemnikach - i tylko razem tworzą kompletny zestaw instrukcji rozwojowych.

Poprzednie próby stworzenia myszy z dwoma ojcami kończyły się niepowodzeniem właśnie z powodu tego mechanizmu. Zarodki rozwijały się tylko do pewnego momentu, a następnie ich rozwój zatrzymywał się prowadząc do śmierci. Chińscy naukowcy postanowili jednak ominąć tę barierę wykorzystując najnowsze techniki edycji epigenomu.

Kluczem do sukcesu okazała się technika zwana programowaniem epigenetycznym, która pozwala modyfikować aktywność genów bez zmiany ich sekwencji DNA. Naukowcy zidentyfikowali siedem kluczowych regionów w genomie plemników, które wymagały reprogramowania, aby umożliwić prawidłowy rozwój zarodka.

Proces ten można porównać do precyzyjnego strojenia zaawansowanego procesora - każdy bit informacji musi być ustawiony we właściwym miejscu, aby cały system działał harmonijnie. Wykorzystując narzędzia CRISPR-Cas9 zespół z chirurgiczną precyzją modyfikował wzory metylacji DNA w siedmiu strategicznych punktach genomu.

Z 259 zarodków stworzonych przy użyciu tej metody ostatecznie tylko dwie myszy samce przeżyły do dorosłości. To może wydawać się niewielka skuteczność - mniej niż 1 procent - ale w kontekście wcześniejszych badań, gdzie żadne potomstwo nie przeżywało, stanowi to rewolucyjny postęp.

Obydwa ocalałe samce okazały się nie tylko zdrowe, ale także płodne. Gdy doszły do dojrzałości płciowej mogły się rozmnażać z samicami i produkować normalne potomstwo, które również było zdrowe pod względem wagi, wzrostu i ogólnego stanu.

Ciekawostką naukową jest fakt, że stworzenie myszy z dwoma matkami okazało się znacznie łatwiejsze niż z dwoma ojcami. Pierwsza taka mysz o imieniu Kaguya urodziła się już w 2004 r. i dożyła wieku dorosłego. Różnica wynika z tego, że w plemnikach więcej genów ulega wyłączeniu w procesie imprintingu niż w komórkach jajowych.

To zjawisko przypomina asymetrię w architekturze procesorów, gdzie różne rdzenie mogą mieć odmienne zestawy instrukcji dostosowane do specyficznych zadań. W przypadku rozmnażania ssaków kod zawarty w komórkach płciowych każdej z płci został zoptymalizowany przez ewolucję do pełnienia komplementarnych funkcji.

Najbardziej realistyczne zastosowania tej technologii mogą dotyczyć leczenia niepłodności, która według WHO dotyka około 15 proc. ludzi w wieku prokreacyjnym. W Polsce problem ten dotyczy blisko 20 proc. par, co przekłada się na około 1,5 mln osób.

Badania mogą również przyczynić się do lepszego zrozumienia chorób genetycznych związanych z zaburzeniami imprintingu. Te schorzenia, choć rzadkie, często prowadzą do poważnych problemów rozwojowych i mogą być śmiertelne.

Z perspektywy entuzjastów technologii opisywane badania przypominają przełom w dziedzinie komputerów kwantowych - teoretycznie możliwy, ale wymagający przezwyciężenia fundamentalnych ograniczeń fizycznych. Tak jak komputer kwantowy musi radzić sobie z dekoherencją, tak naukowcy zajmujący się reprodukcją jednopłciową muszą pokonać bariery narzucone przez miliony lat ewolucji.

Wykorzystane narzędzia CRISPR-Cas9 można porównać do niezwykle precyzyjnego edytora tekstu, który potrafi zmieniać pojedyncze litery w kodzie genetycznym bez wpływu na resztę programu. To poziom precyzji, który jeszcze dekadę temu wydawał się nieosiągalny.

Choć obecne badania mają charakter czysto naukowy warto pamiętać, że wiele przełomowych technologii przechodziło podobną drogę od laboratorium do praktycznego zastosowania. Historia rozwoju technologii in vitro, które dziś pomagają milionom par na całym świecie, pokazuje, że to, co dziś wydaje się science fiction, jutro może stać się standardową procedurą medyczną.

Niemniej jednak w przypadku reprodukcji jednopłciowej u ludzi droga ta będzie prawdopodobnie bardzo długa i wyboista. Wymagać będzie nie tylko udoskonalenia technik, ale także szerokiej akceptacji społecznej i odpowiednich regulacji prawnych.

Kto wie, może za kilka dekad oglądanie Seksmisji, klasyka polskiej kinematografii, będzie wywoływało uśmiech nie tylko zażenowania - ale także ze względu na fakt, że fundamentalne założenie filmu o niemożności reprodukcji bez udziału obydwu płci okaże się już nieaktualne. Nauka, jak zawsze, ma ostatnie słowo.