На шаг ближе к искусственным яйцеклеткам носорога

Международный консорциум BioRescue пытается создать искусственные яйцеклетки из стволовых клеток, чтобы предотвратить вымирание северного белого носорога. Команда под руководством Себастьяна Дикке из MDC и Михи Друккера из Лейденского университета сообщила в Scientific Reports, что они на шаг ближе к этой цели.

Фату и Наджин — последние две самки северного белого носорога в мире. Этот подвид больше не может размножаться естественным путём. Консорциум BioRescue работает над двумя подходами:

1. Развитие продвинутых методов вспомогательной репродукции.
2. Создание индуцированных плюрипотентных стволовых клеток (iPS-клеток) из клеток кожи носорога, которые в итоге смогут развиться в незрелые яйцеклетки (ооциты).

Учёные из Центра молекулярной медицины им. Макса Дельбрюка (MDC) вместе с партнёрами из Мюнхена, Нидерландов и Японии сделали важный шаг. Они получили и детально изучили плюрипотентные стволовые клетки носорога. «Наша работа проливает новый свет на плюрипотентность — способность стволовых клеток дифференцироваться во все клетки тела. Это важная веха на пути к искусственно созданным яйцеклеткам носорога», — говорит ведущий автор доктор Вера Цивица из MDC.

Проект BioRescue получил финансирование в размере €4 млн от Федерального министерства образования и научных исследований Германии (BMBF).

Создание и изучение iPS-клеток

Исследователи тесно сотрудничают с лабораторией профессора Кацухико Хаяши из Университета Кюсю. В 2016 году ему удалось получить яйцеклетки из кожи мышей, искусственно их оплодотворить и имплантировать самкам. Рождённые таким образом мыши были здоровы и фертильны.

Команда профессора Михи Друккера использовала метод эписомального репрограммирования, чтобы создать iPS-клетки северного белого носорога. В клетки кожи вводили плазмиды с генами для репрограммирования. Полученные стволовые клетки носорога очень похожи на человеческие: «Под микроскопом их почти не отличить от человеческих iPS-клеток, и они очень похоже реагируют на внешние воздействия», — говорит Друккер.

Перспектива получения половых клеток

iPS-клетки могут находиться в разных состояниях: наивном («ground state» плюрипотентности) или примированном. Опыты с мышиными клетками показывают, что они особенно хорошо производят половые клетки при переходе из примированного в наивное состояние.

При первой попытке конвертировать клетки носорога в наивное состояние они погибали. Учёные ввели в клетки ген, предотвращающий гибель клеток, и успешно получили наивные iPS-клетки. «Мы детально охарактеризовали клетки, в том числе проанализировав данные транскриптома. Успешная конверсия в наивное состояние — многообещающая отправная точка для генерации половых клеток», — объясняет Цивица.

Однако перейти к следующему этапу пока нельзя: «Выращенные нами iPS-клетки содержат чужеродный генетический материал — факторы репрограммирования и ген, предотвращающий гибель клеток. Мы не можем использовать их для создания половых клеток из-за риска патологических изменений». Но эти клетки крайне полезны для изучения стволовых клеток носорога в целом и понимания их различных состояний.

Тем временем команда Дикке создала новые iPS-клетки, используя для введения факторов репрограммирования РНК-вирусы вместо плазмид. Эти новые клетки не содержат лишнего материала. Теперь учёные пытаются получить из них первичные половые клетки.

Необходимость яичниковой ткани

Первичные половые клетки созревают в яйцеклетки только в окружении яичниковой ткани, которую почти невозможно получить у носорогов. «Поэтому нам нужно создать не только первичные половые клетки, но и яичниковую ткань», — говорит Цивица. Берлинские учёные тесно работают над этим с Хаяши, которому в прошлом году удалось вырастить яичниковую ткань из мышиных стволовых клеток.

14 эмбрионов, созданных с помощью вспомогательной репродукции

Параллельно есть прогресс и во вспомогательной репродукции. В январе этого года учёные из IZW и партнёры собрали незрелые ооциты у Фату, созрели их в лабораториях Avantea в Италии и оплодотворили размороженной спермой умершего самца. Теперь существует 14 эмбрионов северного белого носорога, хранящихся в жидком азоте при -196°C. В ближайшем будущем эмбрионы будут имплантированы суррогатным самкам южного белого носорога.

Создание 14 эмбрионов — большой успех, но этого недостаточно для восстановления популяции до самоподдерживающегося уровня. «Наджин и Фату — близкие родственники с во многом идентичным генетическим материалом. Из-за возраста и проблем с репродуктивным трактом мы не смогли получить жизнеспособные ооциты от Наджин, поэтому все 14 эмбрионов — от Фату. Нам срочно нужна дополнительная стратегия для создания гамет (яйцеклеток и сперматозоидов) от значительно большего числа особей», — говорит профессор Томас Хильдебрандт из IZW, руководитель консорциума BioRescue.

Защита видов мира — пока не поздно

«Создание функциональных яйцеклеток северного белого носорога стало бы венцом наших исследований», — говорит Дикке. Этот подход может стать моделью для других исчезающих видов. Более 10 000 живых клеточных культур от более чем 1000 исчезающих видов хранятся в «Замороженном зоопарке» в Сан-Диего и в биобанке IZW в Берлине. «Этот бесценный ресурс можно использовать, чтобы вернуть виды с грани исчезновения», — говорит Дикке. Северный белый носорог может стать лишь началом, хотя он добавляет, что «предпочёл бы, чтобы нам никогда не пришлось использовать нашу технику, и мы делали больше для сохранения видов, пока не стало слишком поздно».

Для Цивицы одно несомненно: если когда-нибудь благодаря технологиям стволовых клеток родится северный белый носорог, она очень хотела бы с ним познакомиться.