Генетики использовали CRISPR для создания пометов однополых мышей со 100% эффективностью
Ученые из Института Фрэнсиса Крика в сотрудничестве с Кентским университетом использовали технологию редактирования генов для создания пометов мышей состоящих только из самок и только из самцов со 100% эффективностью. Эта работа демонстрирует, как такую технологию можно использовать для улучшения благополучия животных в научных исследованиях, а также, возможно, в сельском хозяйстве.
В научных исследованиях, а также в сельском хозяйстве часто необходимы животные мужского или женского пола. Например, для лабораторных исследований воспроизводства самцов или самок требуются только животные того пола, который изучается. А в сельском хозяйстве для производства яиц и в молочных стадах требуются только самки. Это означает, что выбраковка животных нежелательного пола после рождения является к сожалению обычной практикой.
Новый метод исследователей использует двух-элементную генетическую систему для инактивации эмбрионов вскоре после оплодотворения, позволяя развиваться только желаемому полу. Такой генетически основанный метод контроля пола потомства может резко сократить выбраковку в обеих отраслях.
Отбор эмбрионов основан на том факте, что CRISPR-Cas9 состоит из двух элементов — фермента Cas9, который разрезает ДНК, позволяя ученым изменять определенные области, и направляющей РНК, которая переносит Cas9 в нужное место в геноме.
Команда ученых разместила один элемент системы на X- или Y-хромосоме отца, что означает, что он будет унаследован только женскими или мужскими эмбрионами соответственно. Другой элемент вносится матерью и наследуется всеми эмбрионами.
Они нацелены на ген Top1, который необходим для репликации и восстановления ДНК. Когда эмбрион формировался из сперматозоидов и яйцеклеток, каждые из которых содержали половину CRISPR-Cas9, в эмбрионе запускалось редактирование генов, и он не мог развиваться дальше очень ранней стадии, насчитывающей от 16 до 32 клеток.
Используя этот метод, исследователи смогли со 100% эффектом контролировать пол помета. Чтобы получить помет только из самцов, исследователи отредактировали X-хромосому отца, то есть только самки унаследовали вредоносную мутацию, а для помета только из самок они отредактировали Y-хромосому.
Удивительно, но этот метод не привел к 50% -ному уменьшению количества произведенного потомства, размеры помета составляли 61-72% от контрольных пометов. Исследователи предполагают, что это связано с тем, что животные, такие как мыши, производят больше яиц, чем требуется в течение каждого цикла яичников, что позволяет потерять часть из них на раннем этапе развития без уменьшения размера помета.
Это означает, что в ситуациях, когда необходим один пол, потребуется меньше племенных животных, чтобы произвести такое же количество потомков желаемого пола.
Поскольку ген Top1 хорошо сохраняется у млекопитающих, эти результаты могут быть применимы и к другим животным.
Питер Эллис, автор исследования и старший преподаватель молекулярной генетики и репродукции в Кентском университете, говорит: «Результаты этой работы могут иметь далеко идущие последствия, когда дело доходит до улучшения благополучия животных, но их следует рассматривать на этическом и нормативном уровнях».
«В частности, перед любым потенциальным использованием в сельском хозяйстве необходимо провести широкие публичные обсуждения, а также внести изменения в законодательство. С научной точки зрения также предстоит проделать большую работу в течение ряда лет. Необходимы дальнейшие исследования, сначала для разработки конкретных наборов инструментов для редактирования генов для разных видов, а затем для проверки их безопасности и эффективности».
Исследование было опубликовано в Nature Communications.