شکستن قانون کلاسیک ژنتیک: دانشمندان ژاپنی از سلول‌های نر موش، کلون‌های ماده بارور ساختند

دانشمندان در مرکز منابع زیستی ریکن و دانشگاه یاماناشی ژاپن پژوهشی را منتشر کرده‌اند که یکی از باورهای دیرینه زیست‌شناسی مولکولی را به چالش می‌کشد. تا پیش از این، قاعده‌ای بنیادین در علم ژنتیک حکم می‌کرد که شبیه‌سازی جانوران تنها از طریق سلول‌های مشابه جنسی امکان‌پذیر است؛ یعنی موش نر فقط می‌تواند کلون نر و موش ماده فقط کلون ماده تولید کند. اما این تیم تحقیقاتی با شیوه‌ای خلاقانه نشان داده است که این قاعده می‌تواند نقض شود.

حذف هدفمند کروموزوم Y با کریسپر

در پستانداران، تعیین جنسیت بر پایه ترکیب کروموزوم‌های جنسی صورت می‌گیرد. نرها دارای یک کروموزوم X و یک کروموزوم Y هستند (XY)، درحالی‌که ماده‌ها معمولاً دو کروموزوم X حمل می‌کنند (XX). تولید کلون ماده از سلول‌های بدنی جانور نر، بدون در اختیار داشتن ژنوم ماده، همواره یکی از چالش‌های بزرگ شبیه‌سازی بوده است.

برای غلبه بر این مانع، پژوهشگران رویکردی موسوم به «کلون‌سازی دو جنسی» را به کار گرفتند. آن‌ها ابتدا رویان‌های حاصل از لقاح آزمایشگاهی را با تکنیکی به نام Y-CUT ویرایش کردند و کروموزوم Y را به‌طور هدفمند حذف نمودند. سپس این رویان‌های دست‌کاری‌شده را به رحم موش‌های ماده جانشین منتقل کردند. نتیجه، تولد توله‌های ماده‌ای با ترکیب کروموزومی XO بود؛ یعنی موش‌هایی که تنها یک کروموزوم X داشتند و فاقد کروموزوم Y بودند.

کلون‌هایی که توانایی باروری داشتند

شگو ماتوبا، نویسنده اصلی مقاله و پژوهشگر ارشد مرکز ریکن، لحظه تولد نخستین کلون ماده از یک سلول بدنی نر را نقطه عطف این پروژه توصیف کرده است. به گفته او، اگرچه از نظر تئوری حذف کروموزوم Y می‌توانست ماده‌های XO ایجاد کند، دیدن توله‌هایی که واقعاً از یک اهداکننده نر متولد شده‌اند، شگفت‌انگیز بود.

مهم‌تر آنکه محققان آزمایش را فراتر بردند و کلون‌های ماده XO را با همان موش نر اولیه جفت کردند. این جفت‌گیری با موفقیت انجام شد و کلون‌های ماده فرزندانی سالم به دنیا آوردند. در مرحله بعدی نیز، یک کلون ماده XO با یک کلون نر XY که هر دو از همان موش نر اولیه ایجاد شده بودند، جفت‌گیری کردند و نتیجه همان بود: تولد فرزندان سالم.

تفاوت موش با دیگر پستانداران

نکته جالب توجه این است که موش‌ها از نظر ژنتیکی نسبت به حالت XO انعطاف‌پذیری بالایی دارند و می‌توانند با تنها یک کروموزوم X هم عملکرد نسبتاً طبیعی و حتی باروری داشته باشند. این ویژگی در بیشتر پستانداران دیگر مشاهده نمی‌شود. در گاوها، خوک‌ها، سگ‌ها و اسب‌های XO معمولاً ناهنجاری‌های تولیدمثلی و ناباروری رخ می‌دهد. در انسان نیز، داشتن تنها یک کروموزوم X به سندرم ترنر منجر می‌شود که با مشکلاتی نظیر کوتاهی قد و ناباروری همراه است.

کاربرد بالقوه در حفاظت از گونه‌های در خطر انقراض

اهمیت این پژوهش فراتر از کنجکاوی صرف علمی است. محققان معتقدند این روش می‌تواند در آینده برای حفاظت از گونه‌های جانوری در آستانه انقراض نیز مفید واقع شود. در حال حاضر، سلول‌های بدنی حیوانات در معرض خطر انقراض در زیست‌بانک‌هایی مانند فریزر منجمد نگهداری می‌شوند و از همین سلول‌ها برای شبیه‌سازی استفاده شده است.

اگر تنها سلول‌های یک حیوان نر ارزشمند از یک گونه در خطر موجود باشد، روش جدید روی کاغذ می‌تواند با تولید افراد هر دو جنس، ظرفیت تولیدمثلی ذخیره ژنتیکی را افزایش دهد. نمونه‌هایی مانند لانسوم جورج (آخرین لاک‌پشت جزیره پینتا) و تافی (آخرین قورباغه درختی راب) نشان می‌دهند که اگر چنین راهکاری وجود داشت، شاید می‌شد از انقراض کامل این گونه‌ها جلوگیری کرد.

بااین‌حال، پژوهشگران تأکید می‌کنند که جمعیت حاصل از یک حیوان واحد، تنوع ژنتیکی بسیار محدودی خواهد داشت و به‌تنهایی نمی‌تواند مشکل کاهش تنوع ژنتیکی را حل کند. اما چنین روشی می‌تواند در کنار فناوری‌هایی مانند ویرایش ژن، راهی موقت برای حفظ گونه‌ها تا یافتن راهکارهای مؤثرتر باشد.

این پژوهش در پایگاه پیش‌انتشار بایوآرکایو منتشر شده است و به نظر می‌رسد آغازگر فصل تازه‌ای در شبیه‌سازی و حفاظت ژنتیکی باشد.