Генетическое редактирование для создания однополых пометов мышей
Ученые из Института Фрэнсиса Крика в сотрудничестве с Кентским университетом использовали технологию генного редактирования для создания на 100% эффективных пометов мышей, состоящих только из самок или только из самцов.
Это исследование, опубликованное в Nature Communications, демонстрирует, как технология может улучшить благополучие животных в научных исследованиях и, возможно, в сельском хозяйстве.
В науке и сельском хозяйстве часто нужны животные только одного пола. Например, исследования репродукции требуют животных изучаемого пола, а в сельском хозяйстве для производства яиц и молока нужны только самки. Это приводит к обычной практике выбраковки нежелательных особей после рождения.
Новый метод использует двухкомпонентную генетическую систему для инактивации эмбрионов вскоре после оплодотворения, позволяя развиваться только желаемому полу. Такой генетический метод контроля пола потомства может резко сократить выбраковку.
Отбор эмбрионов основан на том, что CRISPR-Cas9 состоит из двух частей: фермента Cas9, разрезающего ДНК, и направляющей РНК, доставляющей Cas9 в нужный участок генома. Команда разместила один элемент системы на X или Y хромосоме отца, так что он наследуется только эмбрионами женского или мужского пола соответственно. Второй элемент вносится матерью и наследуется всеми эмбрионами.
Ученые нацелились на ген Top1, необходимый для репликации и репарации ДНК. Когда эмбрион формируется из сперматозоида и яйцеклетки, каждый из которых содержит одну половину CRISPR-Cas9, редактирование активируется, и эмбрион не может развиться дальше ранней стадии в ~16–32 клетки.
Этот метод позволил контролировать пол помета со 100% эффективностью. Для получения помета только из самцов редактировали X-хромосому отца (только самки наследовали вредную мутацию), а для помета только из самок — Y-хромосому.
Неожиданно, метод не привел к снижению числа потомства на 50%. Размеры пометов составили 61–72% от контрольных. Ученые предполагают, что это связано с тем, что животные производят больше яйцеклеток, чем необходимо, и часть из них может быть потеряна на ранних стадиях без сокращения размера помета. Это означает, что для получения нужного числа особей желаемого пола потребуется меньше племенных животных.
Поскольку ген Top1 хорошо консервативен у млекопитающих, результаты могут быть применимы и к другим животным.
Ключевые особенности метода:
- Потомство, которое выживает, содержит только половину элементов CRISPR-Cas9 в своем геноме. Это предотвращает передачу селекции по полу следующим поколениям, если их не скрещивать с особью противоположного пола, несущей вторую половину системы.
- Метод отличается от "генного драйва", который стремится широко распространить мутацию в популяции.
- У выжившего потомства не наблюдается вредных эффектов от редактирования.
Перспективы и ограничения:
- Метод может найти немедленное применение в научных лабораториях, где используются мыши.
- Для применения в сельском хозяйстве потребуются обширные общественные дебаты, изменения в законодательстве и годы дальнейших исследований по разработке и проверке безопасности инструментов редактирования для разных видов.