כדי להכין יונק צריך ביצה וזרע. שתי תשומות גנטיות נדרשות הכוונה, באופן היסטורי, לאי שיגור לניסיונות לייצר צאצאים מצימודים זכר-זכר או נקבה-נקבה. אך על ידי טשטוש הגבולות בין ביצה לזרע עם שינוי גנטי, מדענים עוזרים לנו כעת לשבור את כללי ההתרבות של יונקים.
אתמול, בכתב העת Cell Stem Cell, דיווח צוות חוקרים מהאקדמיה הסינית למדעים על הולדת צאצאים בריאים להורים עכברים מאותו המין. על ידי שינוי הגנום של הביצים כך שידמה לאלה של זרע, ולהפך, הצליחו המדענים להתגבר על מכשול מרכזי בהתרבות הביולוגית. גורים מאיגודי נשים-נקבות שרדו עד גיל הבגרות, ואפילו הפכו לאמהות בעצמם, ותינוקות קצרי-חיים התקבלו בברכה על ידי צמד אב-אבא.
"זה מרשים להפליא", אומר אווה מיינרי, ביולוג החוקר את הגנטיקה של הרבייה באוניברסיטת הרווארד. "לטכנולוגיה זו יש כמיליון השלכות על העתיד."
החוקרים הצליחו להתגבר על אתגר רב שנים בייצור יונקים עם הורים חד-מיניים. בדרך כלל, עובר של יונק זקוק לשני גנים, שכל אחד מהם מכיל כתב יד של הוראות גנטיות מצד האם או האב. באופן זה העובר יורש שני עותקים של כל גן אינדיבידואלי. אבל עבור גנים רבים, העותק של אמא או של אבא משתתק. ניתן לכבות אזורים שלמים בגנום אחד, ואילו אותם חלקים בקוד הגנטי מההורה האחר נשארים שלמים.
"אם נוקלאוטידים של DNA הם טקסט, ניתן לחשוב על [שינויים טבעיים אלה] כמרחבים או פיסוק שנותנים משמעות לטקסט כה מסובך", מסביר מיינרי, שלא היה מעורב במחקר.
עכבר אימא גאה עם צאצאיה. עכבר האם בתצלום זה נולד לשתי אמהות, וחיה את מה שמדענים ראו כחיים בריאים ורגילים. (Le-Yun Wang / האקדמיה הסינית למדעים) האתגר הוא שהמרחבים והתוספות הללו בכל גנום צריכים להתיישר בצורה נכונה - דבר שקורה באופן טבעי עם הורים גברים ונשים. התופעה הזנונית הזו נקראת הטבעה גנומית והיא קריטית להתרבות יונקים. אם בטעות עותקים של שני ההורים של אחד הגנים ה"מוטבעים "בדרך כלל מופעלים בטעות, ההשלכות יכולות להיות הרות אסון, לייצר עוברים שבלוניים בגודלם, נאבקים לרכוש חומרים מזינים או אפילו לא מצליחים להגיע כלל לטווח.
עבור מדענים שמנסים לגדל יונקים עם הורים מאותו המין, התהליך ההכרחי להטבעה גנומית מהווה מכשול מרכזי. בערך באמצע המאה העשרים, כאשר מדענים עשו כמה מהניסיונות הראשונים לייצר עוברי עכברים עם שני גנומים נשיים, לא לקח זמן רב עד שמתמטיקה של מיזוג ביציות הייתה מבולגנת. שני חצאי ההוראות הגנטיות שיקפו חותם אימהי, ביטלו והפעלו את אותם אזורים בגנום - ובלי החלק האבהי של המשוואה, גנים מסוימים הובאו בביטוי יתר ואילו אחרים לא הופעלו כראוי.
לאחרונה, קבוצת חוקרים מהאקדמיה הסינית למדעים בראשות הסופרים הבכירים וויי לי, צ'י ג'ו ובאו-יאנג הוא החליטו לנסות מערכת כלים חדשה להתמודד עם הנושא. למקסם את הסיכוי שלהם לייצר צאצאים בריאים מהורים מאותו המין פירושו להתחיל בתאים הכי פחות טבועים שאפשר - תאים שעדיין לא היו להם פיסוק בקוד הגנטי. אז החוקרים ייצרו סט ביצים וזרע יוצא דופן על ידי מחיקתם של חלק מהסימנים המוטבעים בגנום, ובעצם הפנו את השעון לאחור על תאי הרבייה הללו עד שהם דומים לטיוטה הראשונה שלא הוכנה של כתב היד הגנטי.
כשהם חמושים בארסנל של תאים "נקיים", התכוונו החוקרים לגדל עכברים בימתיים. כדי לחקות את הגבריות, הם הוסיפו גרסה משלהם להטבעה אבהית לתא ביצה נקי, תוך שהם חוטפים שלושה אזורים מודפסים ידועים מתוך הגנום שלה. טכניקה זו למעשה מחקה פסקאות או פרקים שלמים מהכתב היד הגנטי של הביצה, והפכה אותה לתא רבייה שעבד יותר כמו זרע. לאחר מכן הזריקו את התא שעבר מניפולציה חדשה לביצה רגילה מעכבר נקבה אחרת.
לתדהמתם, 14 אחוז מהעוברים הבימאטריים הללו - 29 עכברים בסך הכל - נולדו נקבות בריאות (ללא כרומוזום Y בתערובת הרבייה, זכרים היו אי-מובטחות). כמה מהעכברים הבימניים אפילו גדלו ללידת הגורים הבריאים שלהם (הפעם באמצעות אמצעי תפיסה טבעי יותר). עד כמה שהחוקרים יכלו לדעת, העכברים חסרי האב היו בריאים פיזית והתנהגותית - אך ג'ו מציין כי יתכן שיש חסרים בעכברים אלה שהצוות טרם גילה.
אתגר גדול עוד יותר התרחש לפנינו - עכברים דו-לופתיים. גבר עכבר עם שתי אמהות גדל לראשונה בשנת 2004 (אם כי עם אחוזי הצלחה נמוכים בהרבה מהעבודה החדשה ביותר שהושגה). עכברים נטולי אב היו, במובן מסוים, חדשות ישנות. לעומת זאת, עכברים חסרי אם היו "מדהימים", אומר הוגו קריאת ', שעבודתו הבלתי קשורה באוניברסיטת קרדיף מתמקדת גם בהטבעה גנטית.
אחד האתגרים העיקריים של לידת עכבר עם חומר גנטי משני גברים, על פי הביולוגית ההתפתחותית באוניברסיטת פנסילבניה, מריסה ברטולומיי, הוא שיש הרבה יותר חותמות שצריכות לקרות על הגנום של אימא בכדי שהוא יצטרף כמו שצריך עם אבא. העבודה הנוספת הנדרשת לגרום לגנום גברי להתנהג כמו גנום נשי עשויה להיות חלק מהסיבה שהתרבות יוניסקס בטבע נוטה לכיוון מצמדי נקבה-נקבה. (בעוד שחלק מהזוחלים, הדו-חיים והדגים מסוגלים להזדווג נקבה בלבד, רק מין אחד - דג הזברה - הניב אי פעם צאצאים ללא קלט אימהי, ורק במעבדה).
"[נראה כי] בהשוואה לרבייה בימתית, יש לעבור מכשולים נוספים במכשול ההתרבות הדו-רחבי", אומר לי.
למרות האתגרים, החוקרים הצליחו להוליד צאצאים חיים באמצעות DNA בלבד משני הורים גברים. בתאי זרע שהשתנו הוצאו שישה אזורים גנטיים בכדי להפוך אותה לדומה יותר לגנום נשי, ואז שולב עם זרע רגיל בתוך ביצה נשית ריקה. (ריק או לא, יש עדיין צורך במתחם ביצי כדי להפגיש בין זרע וזרע.) עוברים היברידיים מוזרים אלה - קליפות ביצה מילוליות המכילות מינונים כפולים של DNA אבהי - הועברו לאם עכבר פונדקאית.
מדענים יכולים לגדל עכברים עם שני אבות, אך הם נולדים עם מומים קשים ואינם שורדים עד בגרותם. (Le-Yun Wang / האקדמיה הסינית למדעים) קצת יותר מאחוז מהצאצאים שרדו. למרבה הצער, כל הגורים נולדו עם מומים קשים ומתו כמעט מייד. כאשר החוקרים הוציאו אזור מוטבע שביעי מתאי הזרע הערוכים, הם הכפילו את שיעור ההישרדות. הגורים עדיין לא צמחו לבגרות, אך למרות זאת, השיטה עבדה, והכדאיות של אורך החיים של הצאצאים הייתה מונומנטאלית.
"זה באמת מראה שהטבעה היא החסימה להתפתחות יוניפרנטית", אומר ברטולומי. "הכרנו את זה מנקודת המבט האימהית, אבל עכשיו, עם הדו-צדדיים, זה דבר ראשון."
לדברי לי, השלב הבא הוא שיפור אורך החיים של עכברים דו-ליבתיים. עדיין לא ברור מה הורג את העכברים עם שני אבות גנטיים - יתכן שישנם אזורים נוספים המוטבעים באופן ביקורתי שעדיין צריכים להיות "מנוהלים גנטית", אומר ברטולומי.
למען האמת, זה קצת פלא שכל כך מעט מניפולציות גנטיות הספיקו בכדי להפוך את הגנום של מין אחד למשהו שדומה לאחר. ישנם יותר מ -150 גנים שנחשבים מוטבעים בעכברים - והרשימה צומחת אי פעם - אך לא כל אחד מהגנים הללו הוא קריטי לצאצאים חיים מלידה.
בעוד שטכניקת השינוי הגנטי הרומאית פעלה לגידול עכברים חד-מיניים, מייניירי מזהיר שהיא תדרוש "צעד ענק ענק" כדי לחזור על ניסויים אלה אצל יונקים אחרים, כולל בני אדם. אף על פי שללי, ג'ואו, הוא ועמיתיהם להוטים יום אחד לעבור לפרימטים, אין שום ערובה לכך שהסימונים בכתב היד הגנטי של מין אחד יתורגמו בקלות לזו של אחר.
עם זאת, ממצאים חדשים אלה מסמנים פריצת דרך בהבנת המדענים את תפקיד ההטבעה הגנומית בהתרבות יונקים. בנוסף, ישנן מספר הפרעות שנובעות מהטבעה לא תקינה בגנום - כך שגם אם תינוקות חסרי אם או אב ללא אבק אינם באופק, פשוט הבנת המוזרויות הגנטיות הללו עשויה לשנות את הגישה שלנו לרפואה.
"עם הידע הזה יש לנו יכולת לקרוא את המשפטים או הפסקאות [של הטקסט הגנומי] באופן שלא היה לנו מעולם", אומר מיינרי. "וזה ענק."
