Эти стерильные мыши были модифицированы для получения крысиной спермы

Метод стволовых клеток может предложить новый подход к повторному заселению исчезающих видов животных.

Отредактировано 2023-25-06
белая лабораторная крыса которую держат в руке в перчаткеЕсли популяции исчезающих видов не удается спасти в дикой природе, возможно, поможет создание сперматозоидов и яйцеклеток в лаборатории.

Биологи успешно сконструировали животных, которые производят сперму другого вида, что еще на один шаг приближает лаборатории к воспроизводству животных, в котором не используется ничего, кроме ДНК животного. И хотя существует возможность восстановить популяции исчезающих видов или даже вернуть к жизни вымершие виды, не волнуйтесь - Парк Юрского периода, скорее всего, останется фантастикой.

Новое исследование, опубликованное сегодня в журнале Stem Cell Reports, продемонстрировало возможность получения спермы крысы в стерильных гибридных мышах. Хотя методика еще нуждается в доработке, авторы исследования говорят, что их подход, заключающийся в добавлении сконструированных стволовых клеток одного вида к эмбрионам другого вида, называемый комплементацией бластоцист, имеет потенциал для увеличения численности исчезающих видов. Если виды, находящиеся под угрозой исчезновения, не в состоянии поддерживать здоровую численность, получение их яйцеклеток и спермы в лаборатории может быть использовано в качестве нового инструмента для восстановления популяций.

В процессе работы команды использовались стволовые клетки, а именно плюрипотентные стволовые клетки. Стволовые клетки - это сырье, из которого получаются все виды клеток, но плюрипотентные стволовые клетки могут производить наибольшее количество различных типов клеток. Эти стволовые клетки естественным образом развиваются только в эмбрионах, но в плюрипотентные стволовые клетки можно превратить и другие типы клеток, например, клетки из обычного образца ткани. Таким образом, это дает ученым более доступный источник для выращивания этих стволовых клеток в лаборатории. Добавление их к стерильным эмбрионам другого живого животного в конечном итоге превращает эти стволовые клетки в половые клетки, такие как сперматозоиды или яйцеклетки.

изображение под микроскопом ярко окрашенных клетокЭто криосекция семенников химеры мыши-крысы. Джоэль Цвик/ETH Цюрих

Предыдущие исследования уже показали, что сперматозоиды крысы могут быть получены у мышей с помощью плюрипотентных стволовых клеток, говорит Ори Бар-Нур, биолог из швейцарского университета ETH Zurich и соавтор исследования. Процесс включает в себя создание химеры, которая представляет собой искусственный генетический гибрид нескольких животных - в данном случае, мыши и крысы. Однако в прошлых экспериментах с крысино-мышиной химерой помимо крысиной спермы производилась и мышиная, в результате чего получалась смесь, которую было трудно различить, выделить и использовать. В отличие от прошлых экспериментов, Бар-Нур и его команда использовали генетически стерильных мышей. Добавив плюрипотентные стволовые клетки крысы к стерильному эмбриону мыши на определенной стадии его развития (в данном случае на стадии бластоцисты), в полученной крысино-мышиной химере образовались только сперматозоиды крысы.

"Это устраняет препятствие, особенно если процесс может работать с другими видами", - говорит Кевин Гонзалес, постдоктор биологии стволовых клеток в Университете Рокфеллера, который не участвовал в исследовании.

Однако эта новая система не была абсолютно успешной. Сперматозоиды, полученные от химер, смогли оплодотворить яйцеклетки крыс, но с относительно низкой скоростью, и полученные эмбрионы не развились в живое потомство. Бар-Нур и его команда не знают точно, почему это произошло, но они предполагают, что это может быть связано с тем, что клетки были заморожены и разморожены, что, как известно, снижает их жизнеспособность. "Это то, что нам еще предстоит выяснить, и мы над этим работаем", - говорит Бар-Нур.

Тем не менее, Гонзалес говорит, что способность команды создать химеру, которая производила исключительно сперму другого вида, свидетельствует о многообещающем прогрессе для будущего распространения стволовых клеток в природоохранной деятельности. Продолжение исследований в этом направлении потенциально способно восстановить популяцию исчезающих (или даже вымирающих) видов с сокращающейся численностью. Малые популяции приводят к опасному недостатку генетического разнообразия, что увеличивает риск вымирания. "Если вы подумаете о видах, находящихся под угрозой исчезновения, то, скорее всего, у вас не будет доступа к сперматозоидам", - объясняет Бар-Нур. "Но у вас могут быть образцы тканей, и если мы сможем превратить их в плюрипотентные стволовые клетки и найти эволюционно близкий вид, то в конечном итоге мы сможем заселить этот вид".

До практического применения этой технологии остается еще несколько шагов. Во-первых, биологам еще предстоит создать живое существо со спермой, полученной с помощью этого конкретного типа размножения стволовых клеток - комплементации бластоцист. Кроме того, никто еще не смог произвести женские яйцеклетки с помощью этого метода. Однако и Бар-Нур, и Гонзалес утверждают, что есть все основания думать, что это возможно.

Гонзалес отмечает, что будущее использование приложения будет зависеть от наличия или создания плюрипотентных стволовых клеток. Образцы тканей исчезающих видов собираются и сохраняются, поэтому лаборатории могут получить к ним доступ, говорит он. Однако конкретный набор генетических ключей, необходимых для превращения клеток в плюрипотентные стволовые клетки, варьируется от вида к виду. Последовательности ДНК лабораторных мышей, например, относительно хорошо известны, а последовательности ДНК редкого тигра могут быть неизвестны.

Репродуктивные системы млекопитающих представляют собой еще одно препятствие: для вынашивания жизнеспособных эмбрионов им потребуются хозяева, говорит Гонзалес. Даже если сперма и яйцеклетки будут успешно созданы и объединены, неизвестно, сможет ли эмбрион нормально развиваться в матке другого вида, даже близкородственного.

Как бы ни звучала идея использования образцов клеток для возвращения к жизни вымершего вида или даже почти вымершего вида, исследователям еще предстоит преодолеть несколько препятствий, прежде чем технология будет применена на практике.