تولیدمثل بدون مادر؛ دانشمندان چینی موش‌هایی با دو والد نر به دنیا آوردند

ژی‌کن لی، محقق چینی در آکادمی علوم چین در پکن و همکارانش از روش کریسپر کَس ۹ برای ساختن موش‌هایی که دارای دو والد نر هستند، استفاده کردند. این دستاورد که گامی بزرگ در حوزه‌ی ویرایش ژن محسوب می‌شود، می‌تواند بر رشته‌های مختلف علمی، از پزشکی ترمیمی تا حفاظت از گونه‌ها تأثیر بگذارد و درعین‌حال درک ما از تولیدمثل پستانداران را نیز گسترش می‌دهد.

پژوهشگران پیش‌تر موفق به پرورش موش‌هایی با دو والد ماده شده بودند؛ اما تلاش‌ها برای انجام همین کار در موش‌هایی با دو والد نر، از طریق ایجاد یک سلول تخمک از سلول‌های بنیادی پرتوان نر و لقاح آن با اسپرم نر دیگر، چندان موفقیت‌آمیز نبوده است. رویان در این روش تا مقطعی رشد می‌کند؛ اما سپس دراثر فرآیندی به نام نقش‌گذاری ژنومی، رشد متوقف می‌شود. در این فرآیند، برخی از ژن‌های مادری یا پدری طی رشد غیرفعال می‌شوند و این موضوع مانعی اساسی برای تولیدمثل تک‌جنسی در پستانداران محسوب می‌شود.

دانشمندان در تلاش‌های پیشین برای پرورش موش با دو والد نر، با مشکلات زیادی روبه‌رو شده بودند. در دهه‌ی ۱۹۸۰، محققان در بریتانیا سعی کردند هسته‌ی حاوی دی‌ان‌ای سلول اسپرم را به سلول تخمک بارور‌شده تزریق کنند. رویان‌های اولیه دارای DNA دو پدر و همچنین مقدار کمی DNA مادر در سیتوپلاسم تخمک بودند. اما هنگامی که این رویان‌ها به رحم موش‌های جایگزین منتقل شدند، هیچ‌کدام به تولد موفق منجر نشدند؛ ظاهراً به این دلیل که برای رشد طبیعی، ژن‌های نقش‌گذاری‌شده‌ از ژنوم‌های پدر و مادر نیاز است.

بااین‌حال تیم لی روش متفاوتی را در پیش گرفت. آن‌ها با استفاده از تکنیک ویرایش ژن، ژن‌های نقش‌گذاری‌شده را کاملاً حذف کردند.در مجموع، حدود ۲۰۰ ژن در موش‌ها دارای نقش‌گذاری ژنومی هستند، اما تیم لی روی ۲۰ ژن تمرکز کرد که برای رشد رویان حیاتی هستند.

تیم تحقیقاتی در تلاش برای پرورش موش‌های سالم با دی‌ان‌ای از دو والد نر، مجموعه پیچیده‌ای از آزمایش‌ها را انجام داد. در ابتدا، آن‌ها سلول‌هایی حاوی دی‌ان‌ای اسپرم را در آزمایشگاه کشت دادند تا سلول‌های بنیادی را جمع‌آوری کنند. سپس، با استفاده از کریسپر، ۲۰ ژن نقش‌گذاری‌شده‌ی مورد نظرشان را غیرفعال کردند.

در مرحله بعد، سلول‌های اصلاح‌ ژنتیکی شده همراه با دیگر سلول‌های اسپرم به داخل تخمک‌هایی که هسته‌ی آن‌ها حذف شده بود، تزریق شدند. نتیجه‌ی این فرآیند، سلول‌های رویان با دی‌ان‌ای از دو موش نر بود. سپس این سلول‌ها به نوعی پوسته‌ی رویانی که در تحقیقات مورد استفاده قرار می‌گیرد، تزریق می‌شوند که سلول‌های مورد نیاز برای ساخت جفت را فراهم می‌کند. رویان‌های حاصل درنهایت به رحم موش‌های ماده منتقل شدند. روش تیم تحقیقاتی تا حدی موفقیت‌آمیز بود. برخی از رویان‌ها به توله‌های زنده تبدیل شدند و حتی تا بزرگسالی زنده ماندند. این یافته ها در مجله‌ی Cell Stem Cell منتشر شده است.

تحقیق دانشمندان چینی بر پایه‌ی پژوهش‌های کاتسوهیکو هایاشی، دانشمند دانشگاه اوساکا در ژاپن و تیم او بنا شده است. چند سال پیش، تیم هایاشی نشان داد که می‌توان سلول‌های دم موش‌های نر بالغ را به تخمک‌های نابالغ تبدیل کرد. این تخمک‌ها را می‌توان با اسپرم بارور کرد تا رویان‌هایی با دو والد نر ایجاد شود. هایاشی می‌گوید موش‌هایی که از این رویان‌ها متولد می‌شوند، می‌توانند به بلوغ برسند و فرزندان خود را داشته باشند.

روش پیچیده‌تر تیم لی چندان موفق نبود. برای شروع، فقط بخش کوچکی از موش‌ها زنده ماندند. از ۱۶۴ رویان اصلاح‌ژنتیکی شده، فقط هفت توله‌ی زنده متولد شدند و آن‌هایی که به دنیا آمدند، کاملاً عادی نبودند؛ آن‌ها از موش‌های عادی بزرگ‌تر شدند، اندام‌هایشان به‌طور غیرعادی بزرگ‌تر از حد معمول بود، طول عمر کوتاه‌تری داشتند و نابارور بودند.

بااین‌حال، پژوهش‌های انجام‌شده می‌تواند به درک بهتر پدیده‌ی رمزآلود نقش‌گذاری ژنومی کمک کند. تحقیقات قبلی نشان داده که موش‌هایی که دو مادر دارند کوچک‌تر به نظر می‌رسند و بیشتر از حد انتظار عمر می‌کنند، در حالی که مطالعه‌ی فعلی نشان می‌دهد که موش‌هایی که دو پدر دارند بیش از حد رشد کرده و سریع‌تر می‌میرند. ساساکی می‌گوید شاید ژن‌های نقش‌گذاری‌شده‌ی پدری از رشد حمایت می‌کنند و ژن‌های مادری آن را محدود می‌کنند و حیوانات برای رسیدن به اندازه‌ی سالم به هر دو نیاز دارند.