В статье, опубликованной в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences, ветеринарные врачи и генетики из Центра репродуктивной биологии университета Вашингтона описали результаты эксперимента по созданию мутантных стерильных сельскохозяйственных животных. В дальнейшем таким свиньям, козлам и быкам можно будет пересаживать сперматогенные клетки от самцов с ценными качествами и делать из них «суррогатных отцов». Для этого учёным пришлось клонировать животных, а также редактировать эмбрионы при помощи CRISPR для выключения в них гена NANOS2. Также трансплантация сперматогенных стволовых клеток в семенники может быть востребована и в медицине — теоретически таким способом можно вернуть фертильность мужчине после лучевой терапии рака (такая возможность уже была показана на обезьянах). Ещё больше в этой технологии заинтересовано животноводство — при помощи пересадки материала от ценного самца-производителя в здоровые семенники стерильных самцов можно значительно увеличить количество потомства, обладающего заданными качествами.
Ещё одно потенциальное применение этой технологии — сохранение вымирающих видов. К примеру, в настоящее время учёные пытаются спасти от окончательного вымирания северных белых носорогов. Все самцы этого подвида уже умерли, однако их замороженную сперму использовали для получения жизнеспособных эмбрионов путём оплодотворения в пробирке яйцеклеток оставшихся самок.
Выведение «суррогатных отцов» сталкивается с двумя основными проблемами. Первая — собственно пересадка клеток. Исследования на мышах показали, что в семенниках существует небольшая популяция предшественников сперматозоидов (сперматогониев), которые после выделения можно превратить в зрелые функциональные сперматозоиды. В экспериментах на мышиных моделях было подтверждено, что такие клетки действительно можно пересаживать, однако работает ли это на крупных сельскохозяйственных животных, оставалось неизвестным.
Вторая проблема касается стерилизации потенциальных реципиентов стволовых клеток. Их собственное семя должно быть полностью уничтожено, чтобы избежать конкуренции с материалом донора, но при этом их репродуктивная система должна нормально функционировать. В экспериментальных моделях это решалось локальным облучением семенников или химической стерилизацией препаратом бусульфаном. Однако эти методы приводят к накоплению мутаций в клетках репродуктивной системы, к тому же не гарантируют стопроцентной стерильности.
Исследователи под руководством Йона Отли (Jon Oatley) попробовали решить проблему стерильности реципиентов путём создания трансгенных животных с мутацией в гене NANOS2. Этот ген играет ключевую роль в дифференциации половых клеток по мужскому типу, и при его выключении сперматозоиды не формируются.
Первый раунд экспериментов учёные провели на мышах, с уже готовой линией животных с выключенным NANOS2. Поддерживать такую линию в лаборатории можно благодаря тому, что стерильны только самцы с выключенными обеими копиями гена, а гетерозиготные самцы и самки сохраняют фертильность. Белым стерильным мышам месячного возраста успешно пересадили стволовые сперматогонии от доноров с чёрной шерстью и подтвердили, что эта операция приводит к восстановлению фертильности и что потомство на 100% несёт генетический материал доноров. При этом у реципиентов не возникло иммунного отторжения донорского материала, о чём ранее беспокоились учёные.
После этого исследователи перешли к экспериментам на крупных животных — свиньях и козах, генетические операции с которыми уже довольно хорошо отработаны. Для получения свиней с мутацией в NANOS2 генетики сначала при помощи CRISPR-Cas9 получили свиные клетки соединительной ткани с двумя сломанными копиями гена. Затем при помощи переноса соматических ядер в яйцеклетку они клонировали эмбрионы, из которых после подсадки суррогатным матерям родилось несколько стерильных поросят.
К сожалению, у некоторых клонированных свиней возникли проблемы с костями, поэтому пересадить стволовые клетки в семенники удалось только двум боровам. По мере роста у них регулярно исследовали эякулят и проверяли наличие в нём сперматозоидов. У одного животного стволовые клетки действительно развились в сперматозоиды, однако их оказалось слишком мало для нормального оплодотворения. Тем не менее, учёные посчитали эксперимент успешным и повторили его на козах. Мутантные козы оказались здоровы, поэтому генетики заключили, что проблемы с костями у свиней не были связаны с выключением гена NANOS2. Сперматогенные стволовые клетки ввели трём козлятам, и через 136 дней после трансплантации у одного из них развились нормальные подвижные сперматозоиды.
В третьей серии экспериментов генетики попытались вывести стерильных мутантных быков. Для этого учёным пришлось провести CRISPR-редактирование эмбрионов, чтобы инактивировать в них ген NANOS2 (по-видимому, клонировать коров из фибробластов сложнее, чем свиней). Из 32 подсаженных эмбрионов родилось только два телёнка, которые оказались мозаиками по гену NANOS2, то есть в некоторых тканях ген был сломан, а в некоторых оказался нетронутым (мозаичность — основная проблема CRISPR-редактирования эмбрионов, наряду с нецелевым редактированием). Тем не менее, биопсия тканей семенников показала, что бычки должны быть стерильными. Таким образом, авторы работы заключили, что выключение гена NANOS2 эффективно работает на разных видах сельскохозяйственных животных для получения стерильных реципиентов и будущего выращивания «суррогатных отцов».
Источник: nplus1.ru
