Хромосома замороженной крысы была восстановлена внутри мышей

Фото из открытых источников

Компания Colossal Biosciences, занимающаяся восстановлением вымерших видов, может совершить прорыв. Возможно, удастся восстановить хромосомы мамонта в живых клетках после того, как ученые перенесли хромосому крысы, которая была глубоко заморожена более года, в живые клетки мыши. Затем они создали целых мышей, у которых некоторые клетки содержат добавленную хромосому крысы. Результаты нового исследования были опубликованы в журнале Scientific Reports. 

«Как только мы усовершенствуем технику, мы начнем тестировать ее на клетках слонов», — говорит Терухико Вакаяма из Университета Яманаси в Японии. «Если нам удастся ввести хромосомы слона в эмбриональные стволовые клетки мыши, мы обязательно попробуем это на мамонтах».

Непосредственная цель команды — изучить активность генов вымерших животных в живых, что может раскрыть гораздо больше, чем просто анализ генетических последовательностей. Но эта работа также может помочь в усилиях по сохранению и восстановлению вымерших видов. Например, у нас есть замороженная ткань птицы, называемой гавайским пули, которая вымерла в 2004 году. Из-за особенностей биологии для её возрождения необходима трансплантация хромосом.

Геномы животных разделены на фрагменты, известные как хромосомы. При делении клеток эти длинные нити ДНК очень плотно сворачиваются и принимают классическую цилиндрическую форму, изображенную в учебниках. Эти конденсированные хромосомы, как их называют, можно сделать видимыми в живых клетках, не повреждая их, например, путем добавления пигментов к антителам, которые связываются с белками, вокруг которых обернута ДНК.

Техника Вакаямы включает в себя извлечение ядра клетки и его введение в яйцеклетку для запуска конденсации хромосом. Это похоже на метод переноса ядра, используемый в клонировании – Вакаяма первым клонировал мышей с помощью этой техники вскоре после рождения овечки Долли.

Затем в яйцеклетку с добавленным ядром вводят ферменты, которые помогают разделить хромосомы. Далее с помощью микроскопической полой иглы извлекают одну хромосому и вводят её во вторую яйцеклетку. Если эта яйцеклетка развивается в эмбрион, все клетки эмбриона — известные как эмбриональные стволовые клетки — будут содержать добавленную хромосому.

Разработав эту методику путем добавления дополнительных мышиных хромосом, Вакаяма затем попробовал её на крысах, генетически модифицированных для флуоресцирования зеленым цветом. Он извлек клетки крови из хвоста одной из таких крыс, которая была глубоко заморожена более года, и успешно получил мышиные эмбриональные стволовые клетки, содержащие дополнительную хромосому от генетически модифицированной крысы.

Затем эти клетки были введены в нормальные мышиные эмбрионы и имплантированы в самок мышей, в результате чего были получены химерные животные, у которых некоторые клетки содержат крысиную хромосому. Эти животные выглядят как обычные мыши, но под ультрафиолетовым светом некоторые из этих клеток флуоресцируют зеленым цветом, как клетки исходной крысы.

Команда пыталась создать мышей, у которых все клетки содержат дополнительную крысиную хромосому, но пока безуспешно. Более того, на данный момент эта методика работает только с 9-й хромосомой крысы — если добавить другие хромосомы, яйцеклетки не развиваются в эмбрионы. «В настоящее время мы пробуем различные методы для повышения вероятности успеха», — говорит Вакаяма.

Возможно, это связано с тем, что активность генов на других хромосомах крысы нарушает эмбриональное развитие. В таком случае команде, возможно, придётся попробовать деактивировать гены на добавленной хромосоме аналогично тому, как деактивируется одна из двух X-хромосом в клетках самок млекопитающих. Но Вакаяма надеется, что в этом не будет необходимости.

Его команда уже получила образцы замороженной ткани слона из зоопарка для тестирования. Вакаяма также ведёт переговоры с командой, которой удалось извлечь и изучить ядра клеток 28-тысячелетнего мамонта Юки, о попытке использовать этот метод с хромосомами мамонта.

Простая попытка клонировать мамонтов из этих клеток никогда не сработает, потому что повреждение ДНК слишком велико. Но Вакаяма надеется, что удастся извлечь отдельные хромосомы, что позволит изучать их в живых клетках.

«Даже одна успешная трансплантация — это очень хорошее начало», — говорит Бен Новак из некоммерческой организации по охране дикой природы Revive & Restore в США. «В случае с воробьеобразными птицами эта работа может иметь большое значение». Это связано с тем, что у воробьеобразных птиц — большой группы, включающей более половины всех видов птиц, — клетки, формирующие ткани тела, такие как кожа и мышцы, теряют хромосому. Эта дополнительная хромосома сохраняется только в репродуктивных клетках, образующих яйцеклетку и сперматозоид.

Поскольку гавайский поули был воробьеобразной птицей, и были заморожены только нерепродуктивные ткани самца, для его восстановления потребуется добавить две хромосомы от близкородственных видов — хромосому, которая находится только в репродуктивных клетках, и W-хромосому, которая находится только у самок. «Это приведет к появлению частичных гибридов, но позволит возродить вид», — говорит Новак.

Вакаяма не первый, кто создает живых животных с дополнительными хромосомами. В 2022 году другая группа исследователей в Японии создала крыс с добавленной человеческой 21-й хромосомой для изучения синдрома Дауна. Однако эта методика включала в себя обширные генетические модификации, которые были бы нежелательны или невозможны для целей сохранения видов.

Дополнительные репродуктивные хромосомы могут быть гораздо более распространены, чем мы предполагаем, говорит Новак, а это значит, что во многих тканях, замораживаемых в рамках проектов по созданию биобанков, они могут отсутствовать.