Внутри мышей восстановили хромосому крысы из замороженных клеток
Команде биологов из Японии удалось выделить одну хромосому из замороженных клеток крысы, перенести ее в мышиную яйцеклетку и показать, что она может работать в развивающемся эмбрионе. Это значит, что даже после длительной заморозки отдельные хромосомы могут сохранять свою работоспособность и использоваться для изучения или частичного восстановления генетической информации давно умерших животных.
Химерные мыши, выведенные во время эксперимента / © University of Yamanashi, Teruhiko Wakayama
В последние годы интерес к восстановлению исчезнувших видов заметно вырос. Одной из самых известных компаний в этой области остается Colossal Biosciences, которая работает над возрождением мамонта, маврикийского дронта, сумчатого волка, моа и других вымерших животных.
У исследователей нет целых живых клеток с неповрежденным геномом. ДНК этих видов сохранилась лишь в виде множества фрагментов разной длины. Поэтому сначала ученые попытаются секвенировать такие фрагменты и затем с помощью биоинформатики собрать из них геном вымершего вида, словно огромный пазл.
Однако Colossal Biosciences не ставит целью воссоздать весь геном «буква в букву». После реконструкции специалисты будут сравнивать его с геномом ближайшего современного родственника и искать участки, отвечающие за ключевые признаки вымершего животного, а далее эти гены подвергнут редактированию у современного вида технологией CRISPR. Например, для мамонта такой родственник — азиатский слон, их геномы совпадают примерно на 99,6 процентов.
Команда японских биологов и генетиков под руководством Терухико Вакаямы (Teruhiko Wakayama) из Университета Яманаси предложила иной подход: они попробовали восстановить не геном, а хромосому из замороженного материала. Речь идет про клетки крови из туш крыс, хранившихся при минус 30 градусах Цельсия более года. Эти клетки вводили в мышиные ооциты (женские половые клетки на разных стадиях развития), а уже там происходила конденсация хромосом. Об этом ученые рассказали в статье, опубликованной в журнале Scientific Reports.
У одноклеточных и многоклеточных организмов геном распределен между хромосомами — длинными молекулами ДНК, упакованными с помощью специальных белков. Большую часть времени ДНК находится не в виде отдельных плотных хромосом, а в более «рыхлом» состоянии — хроматине. Перед делением клетки этот хроматин уплотняется и становится хромосомами. Такие структуры можно наблюдать под микроскопом, используя флуоресцентные красители ДНК или специальные метки, связывающиеся с белками хроматина.
Гипотетически, если удастся переносить отдельные хромосомы из клеток тканей давно умерших животных в живые клетки современных организмов, можно не только изучить работу древних генов, но и получить новый инструмент для потенциальных программ сохранения редких видов.
В 2022 году другая японская команда вывела линию крыс, в клетках которых помимо обычного крысиного набора хромосом присутствовала еще и дополнительная 21-я хромосома человека. Это было сделано для изучения синдрома Дауна. Правда, авторы того исследования пытались создать генетическую модель заболевания, а у группы Вакаямы задача было иной: извлечь отдельную хромосому из замороженного материала и проверить, сохранит ли она функциональность в развивающемся эмбрионе.
Сначала Вакаяма и его коллеги поместили крысиные клетки крови в мышиные яйцеклетки, из которых заранее убрали ядро. Внутри такой яйцеклетки крысиные хромосомы стали уплотняться и собираться в компактные структуры, которые можно было отделить.
Затем ученые подавили полимеризацию микротрубочек, чтобы хромосомы разошлись в цитоплазме, и извлекли нужную хромосому с помощью микроскопических инструментов. После этого ее перенесли в обычную мышиную яйцеклетку и оплодотворили мышиным сперматозоидом с флуоресцентной меткой GFP, чтобы потом отследить развитие эмбриона.
Зародыш мыши. Клетки, подсвеченные зеленым, содержат крысиную хромосому / © University of Yamanashi, Teruhiko Wakayama
В ходе дальнейших экспериментов Вакаяме и его коллегам удалось развить эмбрионы до стадии бластоцисты и получить 17 линий эмбриональных стволовых клеток, две из них содержали 41 хромосому.
Кариотипирование показало, что среди этих хромосом присутствовала 9-я крысиная хромосома, встроенная в мышиный генетический набор.
Ученые использовали эмбриональные стволовые клетки для получения химерных мышей — животных, состоящих из генетически разнородных клеток. Проверка тканей показала, что гены на 9-й крысиной хромосоме не только сохраняются в организмах химер, но и продолжают активно экспрессироваться.
Несмотря на то что исследователям удалось перенести и «запустить» работу отдельной хромосомы крысы в мышиных клетках, это пока не считается полноценным успехом. Главная цель эксперимента заключалась не просто в получении единичных удачных случаев, а в создании устойчивой системы, в которой дополнительная хромосома могла бы стабильно сохраняться и функционировать во всех клетках развивающегося организма.
Пока это удалось сделать только с 9-й крысиной хромосомой: именно она сравнительно успешно интегрируется в мышиную клеточную среду и позволяет эмбриону развиваться дальше, тогда как попытки добавить другие хромосомы в эксперименте часто приводили к нарушению или остановке развития эмбриона. Это говорит о том, что «межвидовая хромосомная» совместимость ограничена, и для разных хромосом могут требоваться дополнительные механизмы «настройки» внутри чужого генома.
Сейчас исследователи пробуют разные способы, чтобы повысить долю удачных попыток. Например, рассматривают возможность тестирования метода на тканях современных слонов. Кроме того, Вакаяма ведет переговоры с группой ученых, которой ранее удалось изучить клеточные ядра мамонта Юка возрастом около 28 тысяч лет: наблюдали их частичную биологическую активность после переноса в мышиные яйцеклетки.
Полностью клонировать мамонта из таких древних тканей вряд ли возможно, потому что его ДНК слишком сильно разрушена. Поэтому сейчас ученые сосредоточены не на воссоздании животного целиком, а на изучении отдельных клеточных структур и проверке того, как они могут работать внутри живых клеток.
Химерные мыши, выведенные во время эксперимента / © University of Yamanashi, Teruhiko Wakayama
В последние годы интерес к восстановлению исчезнувших видов заметно вырос. Одной из самых известных компаний в этой области остается Colossal Biosciences, которая работает над возрождением мамонта, маврикийского дронта, сумчатого волка, моа и других вымерших животных.
У исследователей нет целых живых клеток с неповрежденным геномом. ДНК этих видов сохранилась лишь в виде множества фрагментов разной длины. Поэтому сначала ученые попытаются секвенировать такие фрагменты и затем с помощью биоинформатики собрать из них геном вымершего вида, словно огромный пазл.
Однако Colossal Biosciences не ставит целью воссоздать весь геном «буква в букву». После реконструкции специалисты будут сравнивать его с геномом ближайшего современного родственника и искать участки, отвечающие за ключевые признаки вымершего животного, а далее эти гены подвергнут редактированию у современного вида технологией CRISPR. Например, для мамонта такой родственник — азиатский слон, их геномы совпадают примерно на 99,6 процентов.
Команда японских биологов и генетиков под руководством Терухико Вакаямы (Teruhiko Wakayama) из Университета Яманаси предложила иной подход: они попробовали восстановить не геном, а хромосому из замороженного материала. Речь идет про клетки крови из туш крыс, хранившихся при минус 30 градусах Цельсия более года. Эти клетки вводили в мышиные ооциты (женские половые клетки на разных стадиях развития), а уже там происходила конденсация хромосом. Об этом ученые рассказали в статье, опубликованной в журнале Scientific Reports.
У одноклеточных и многоклеточных организмов геном распределен между хромосомами — длинными молекулами ДНК, упакованными с помощью специальных белков. Большую часть времени ДНК находится не в виде отдельных плотных хромосом, а в более «рыхлом» состоянии — хроматине. Перед делением клетки этот хроматин уплотняется и становится хромосомами. Такие структуры можно наблюдать под микроскопом, используя флуоресцентные красители ДНК или специальные метки, связывающиеся с белками хроматина.
Гипотетически, если удастся переносить отдельные хромосомы из клеток тканей давно умерших животных в живые клетки современных организмов, можно не только изучить работу древних генов, но и получить новый инструмент для потенциальных программ сохранения редких видов.
В 2022 году другая японская команда вывела линию крыс, в клетках которых помимо обычного крысиного набора хромосом присутствовала еще и дополнительная 21-я хромосома человека. Это было сделано для изучения синдрома Дауна. Правда, авторы того исследования пытались создать генетическую модель заболевания, а у группы Вакаямы задача было иной: извлечь отдельную хромосому из замороженного материала и проверить, сохранит ли она функциональность в развивающемся эмбрионе.
Сначала Вакаяма и его коллеги поместили крысиные клетки крови в мышиные яйцеклетки, из которых заранее убрали ядро. Внутри такой яйцеклетки крысиные хромосомы стали уплотняться и собираться в компактные структуры, которые можно было отделить.
Затем ученые подавили полимеризацию микротрубочек, чтобы хромосомы разошлись в цитоплазме, и извлекли нужную хромосому с помощью микроскопических инструментов. После этого ее перенесли в обычную мышиную яйцеклетку и оплодотворили мышиным сперматозоидом с флуоресцентной меткой GFP, чтобы потом отследить развитие эмбриона.
Зародыш мыши. Клетки, подсвеченные зеленым, содержат крысиную хромосому / © University of Yamanashi, Teruhiko Wakayama
В ходе дальнейших экспериментов Вакаяме и его коллегам удалось развить эмбрионы до стадии бластоцисты и получить 17 линий эмбриональных стволовых клеток, две из них содержали 41 хромосому.
Кариотипирование показало, что среди этих хромосом присутствовала 9-я крысиная хромосома, встроенная в мышиный генетический набор.
Ученые использовали эмбриональные стволовые клетки для получения химерных мышей — животных, состоящих из генетически разнородных клеток. Проверка тканей показала, что гены на 9-й крысиной хромосоме не только сохраняются в организмах химер, но и продолжают активно экспрессироваться.
Несмотря на то что исследователям удалось перенести и «запустить» работу отдельной хромосомы крысы в мышиных клетках, это пока не считается полноценным успехом. Главная цель эксперимента заключалась не просто в получении единичных удачных случаев, а в создании устойчивой системы, в которой дополнительная хромосома могла бы стабильно сохраняться и функционировать во всех клетках развивающегося организма.
Пока это удалось сделать только с 9-й крысиной хромосомой: именно она сравнительно успешно интегрируется в мышиную клеточную среду и позволяет эмбриону развиваться дальше, тогда как попытки добавить другие хромосомы в эксперименте часто приводили к нарушению или остановке развития эмбриона. Это говорит о том, что «межвидовая хромосомная» совместимость ограничена, и для разных хромосом могут требоваться дополнительные механизмы «настройки» внутри чужого генома.
Сейчас исследователи пробуют разные способы, чтобы повысить долю удачных попыток. Например, рассматривают возможность тестирования метода на тканях современных слонов. Кроме того, Вакаяма ведет переговоры с группой ученых, которой ранее удалось изучить клеточные ядра мамонта Юка возрастом около 28 тысяч лет: наблюдали их частичную биологическую активность после переноса в мышиные яйцеклетки.
Полностью клонировать мамонта из таких древних тканей вряд ли возможно, потому что его ДНК слишком сильно разрушена. Поэтому сейчас ученые сосредоточены не на воссоздании животного целиком, а на изучении отдельных клеточных структур и проверке того, как они могут работать внутри живых клеток.
Только зарегистрированные и авторизованные пользователи могут оставлять комментарии.
