Hier ist, wie Forscher Mäuse mit 2 Vätern machten

Zum ersten Mal haben Forscher Mäuse mit zwei Vätern direkt hergestellt.

Die Mäuse konnten nach der Geburt nicht länger als einen Tag überleben, aber es war keine Kleinigkeit, einen Embryo aus der DNA zweier Väter durch die Entwicklung des Fötus zu locken. Den Forschern zufolge war es viel schwieriger, Mäuse mit zwei Müttern herzustellen.

Die Ergebnisse helfen zu erklären, warum Säugetiere sich nicht mit nur einem Elternteil fortpflanzen können. Sie können auch erklären, warum die Tiere, die sich allein vermehren können, wie einige Amphibien, fast immer weiblich sind. [10 erstaunliche Dinge, die Wissenschaftler gerade mit CRISPR getan haben]

Die Barriere für die gleichgeschlechtliche Reproduktion, so der leitende Studienautor Wei Li, ein Stammzellforscher an der Chinesischen Akademie der Wissenschaften, ist das sogenannte genomische Prägen oder das molekulare Markieren von DNA, das die Ausführung der Anweisungen im Genom reguliert . Die neue Studie, die online am 11. Oktober in der Zeitschrift Cell Stem Cell veröffentlicht wurde, zeigt jedoch, dass die Barriere überschritten werden kann.

Abdrücke der Eltern

Das Prägen von Genomen ist bekanntermaßen wichtig für die Embryonalentwicklung, aber genau wie es funktioniert und was es kontrolliert, ist eine "Black Box", sagte Mellissa Mann, eine Forscherin für Reproduktionswissenschaften an der Medizinischen Fakultät der Universität Pittsburgh und der Magee-Women's Research Institut, das nicht an der neuen Studie beteiligt war.

Bei der sexuellen Fortpflanzung erbt jeder Nachwuchs die Hälfte seiner DNA von seiner Mutter und die Hälfte von seinem Vater. Die DNA jedes Elternteils weist jedoch eindeutige molekulare Tags auf, die während der Bildung des ursprünglichen Spermas und der ursprünglichen Eizelle hinzugefügt werden. Diese Tags sind die Anweisungen, die bestimmen, ob ein Gen exprimiert wird oder inaktiv bleibt.

"Sie könnten eine Kopie eines bestimmten Gens von der Mutter erben, und dieses Gen mit diesen molekularen 'Markierungen' würde es ermöglichen, es zu transkribieren, um seine Funktion zu erfüllen", sagte Mann. "Aber dasselbe Gen von Papa würde unterschiedliche Tags haben, was verhindern würde, dass es exprimiert wird."

Diese Tags haben viele reale Konsequenzen. Sie sind entscheidend für die frühe Embryonalentwicklung, sagte Mann. Frühere Studien haben gezeigt, dass sich der Embryo nicht entwickelt, wenn Wissenschaftler versuchen, Nachkommen aus zwei Spermien zu konstruieren, während die Zellen, die die Plazenta wachsen lassen, gedeihen. Nachkommen aus zwei Eiern führen zu einem sich entwickelnden Embryo und einer Plazenta, die nicht wächst. [5 Gründe, warum die Plazenta erstaunlich ist]

Es gibt auch genetische Störungen, die vom genomischen Abdruck abhängen. Das Angelman-Syndrom, eine neurologische Störung, die zu geistiger Behinderung und Krampfanfällen führt, wird durch eine Mutation des UBE3A Gen auf dem Chromosom der Mutter. Wenn dieselbe Genmutation von Vater statt von Mutter weitergegeben wird, ist das Ergebnis eine völlig andere neurologische Störung, das Prader-Willi-Syndrom.

Es braucht zwei

Einige Tiere können sich alleine fortpflanzen. Die meisten dieser Fälle treten auf, wenn sich eine Frau ohne Mann reproduziert, ein Prozess, der als Parthenogenese bezeichnet wird. Auf diese Weise können sich verschiedene Fische, Reptilien und Amphibien vermehren. Nur ein Fisch (Danio rerio) ist dafür bekannt, dass es sich nur mit Männern und nur unter bestimmten Laborbedingungen vermehrt, sagte Baoyang Hu von der Chinesischen Akademie der Wissenschaften, ein weiterer leitender Autor des neuen Papiers.

Die Forscher hinter der neuen Studie wollten verstehen, warum Säugetiere sich nicht alleine vermehren können. Zu Beginn machten sie sich daran zu sehen, was nötig ist, um bei Säugetieren eine Parthenogenese zu erreichen. Sie verwendeten Mausstammzellen, die so konstruiert waren, dass sie nur einen Satz mütterlicher Chromosomen wie ein Ei enthielten, und injizierten sie in eine normale Eizelle, um einen Embryo mit zwei Sätzen mütterlicher DNA zu erzeugen. Anschließend transferierten sie den resultierenden Embryo in eine Leihmutter.

Um einen lebensfähigen Embryo zu erzeugen, mussten die Forscher drei geprägte Segmente des Genoms aus den manipulierten Stammzellen löschen. Die resultierenden Mäuse schienen normal zu sein, obwohl Li sagte, dass die Mäuse nur für eine begrenzte Zeit unter experimentellen Bedingungen getestet wurden und daher möglicherweise nicht so gesund waren wie Mäuse, die auf altmodische Weise hergestellt wurden.

Aber Mäuse mit zwei Müttern sind nichts Neues; Ähnliche Mäuse mit zwei Müttern wurden erstmals 2004 hergestellt, schrieben die Autoren. [Wie funktionieren DNA-Tests von Vorfahren wirklich?]

Also wandten sie sich einem schwierigeren Problem zu: Mäuse mit zwei Vätern herstellen. Dies wurde nur einmal von Forschern des M.D. Anderson Cancer Center in Texas durchgeführt. In diesem Fall schufen die Forscher männliche Stammzellen mit X-, aber ohne Y-Chromosomen und injizierten sie in weibliche Blastozysten, dem frühen Entwicklungsstadium, in dem sich einige Zellen in bestimmte Typen differenziert haben. Dann lassen sie diese Frauen sich zu Erwachsenen entwickeln. Dann paarten sie die Weibchen, die nur männliche X-DNA trugen, mit Männchen und schufen Nachkommen, die nur Gene von zwei Vätern trugen.

Väter allein

Diesmal wollten die Forscher sehen, ob sie Mäuse mit zwei Vätern ohne den Zwischenschritt einer gentechnisch veränderten Frau herstellen könnten, sagte Hu. Zu diesem Zweck injizierten sie eine Samenzelle und Stammzellen mit nur väterlicher DNA in eine Eizelle, deren Kern (und damit die gesamte mütterliche DNA) entfernt worden war. Anschließend extrahierten sie Stammzellen, die zu jeder Zelle im Körper werden können, die sich im resultierenden Embryo entwickelt hat. Diese Stammzellen wurden dann in eine separate Blastozyste gegeben. Die Blastozyste sei notwendig, um eine Plazenta zu entwickeln, sagte Hu. Schließlich wurde diese mit Stammzellen injizierte Blastozyste in die Gebärmutter einer Leihmutter gegeben.

"Unseres Wissens ist es das erste Mal, dass bi-väterliche Mäuse mit zwei direkten Vätern produziert wurden", sagte Hu .

Aber den Mäusen ging es nicht gut. In der Tat waren erfolgreiche Geburten in der Minderheit. Von 1.023 Versuchen wurden nur 12 lebende Welpen geboren. Und die Welpen waren nicht normal. Sie waren mit Flüssigkeiten geschwollen und mehr als doppelt so groß wie normale Mäusewelpen. Alle hatten Mühe zu pflegen und zu atmen und starben kurz nach der Geburt.

"Die Leute sind damit der Wissenschaft voraus, um zu sagen, dass zwei Männer möglicherweise ein Kind bekommen könnten", sagte Mann. "Das ist ein sehr langer Weg."

Was die Studie jedoch tut, ist ein Hinweis darauf, warum Parthenogenese in der Natur häufiger vorkommt als die Reproduktion nur für Männer. Die Forscher mussten sieben geprägte Regionen des Genoms löschen, damit die Reproduktion nur für Männer funktioniert, vier mehr als für Frauen. (Der zusätzliche Verlust an genetischem Material könnte erklären, warum die Mäuse mit zwei Vätern so abnormal waren, sagte Mann.)

In Zukunft kann die Methode verwendet werden, um die Auswirkungen des Abdrucks auf verschiedene Entwicklungsstörungen genauer zu untersuchen, sagte der leitende Autor der Studie, Qi Zhou, ebenfalls von der Chinesischen Akademie der Wissenschaften. Die Mäuse könnten verwendet werden, um genetische Veränderungen zu testen, die Erbkrankheiten korrigieren könnten, sagte Zhou.

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