Бык-прародитель: генные инженеры создали Адама для мужского стада
На свет появился бычок Космо с отредактированным геном. Благодаря вмешательству генных инженеров из Калифорнийского университета в Дэвисе часть потомства этого бычка даже с двумя женскими хромосомами Х будет иметь ген SRY, который определяет пол по мужскому типу. То есть впервые на свет появятся коровы, полностью идентичные быкам. Это делается для формирования стада, состоящего из одних мужских особей. Таким образом ученые пытаются добиться ускоренного набора веса и производства большего количества мяса для животноводства. «Известия» расспросили экспертов, к чему может привести возможность смены пола на уровне эмбриона.
Ты просто Космо
Ученые из Калифорнийского университета в Дэвисе отредактировали геном эмбриона теленка, вставив в него (а точнее, в 17-ю хромосому) ген SRY, определяющий пол у млекопитающих. В норме этот ген расположен в Y-хромосоме, но теперь он оказался в Х. Таким образом ученые сумели получить теленка, который сможет стать прародителем полностью мужского стада. Научная статья по итогам исследования еще не вышла, но краткое описание проведенного эксперимента появилось на сайте ежемесячного журнала об инновациях Wired.
Главный исследователь, руководительница этого проекта Элисон Л. Ван Эненнам (Alison L. Van Eenennaam) давно занимается созданием трансгенных животных. В данном случае ее целью было создать полностью мужское стадо, содержание которого получается гораздо более экономичным и экологичным для мясного животноводства.
SRY — это, по сути, самый главный ген в мужской Y-хромосоме, которая значительно меньше, чем Х. Случайное встраивание этого гена в Х-хромосому бывает и в природе. У человека такая патология называется синдромом де ля Шапеля. Большинство таких людей с женским набором хромосом (ХХ) внешне являются мужчинами. Однако эти женщины-мужчины бесплодны, и патология пока лечению не поддается (хотя как раз сейчас появилась надежда на лечение, благодаря работе Элисон Л. Ван Эненнам).
Она решила отредактировать геномы эмбрионов телят, внеся в 200 образцов ген SRY, помеченный флуоресцентной меткой зеленого спектра света. Из 200 выжили только 22. В девяти из них была вставка гена SRY — они засветились зеленым флуоресцентным светом и были имплантированы в матку коров — суррогатных матерей. Но только один теленок успешно развился и благополучно родился, неся в геноме нужную вставку. Исследовательская группа решила назвать подрастающего теленка Космо в честь светящегося зеленого персонажа в мультсериале The Fairly OddParents, созданного для Nickelodeon. Родившийся оправдал надежды исследователей, он вышел самцом с дополнительным геном SRY.
Теперь ученые во главе с Ван Эненнам ждут, когда бычок доживет до репродуктивной зрелости. Сбор его семени следующей весной (2021 год) даст возможность осуществить попытку вывести следующее поколение телят. Теоретически он должен произвести 75% потомства мужского пола — нормальные 50%, которые унаследуют его Y-хромосому, и еще 25%, которые получат ген SRY с 17-й хромосомой. Ван Эненнам надеется, что эти 25% его потомства будут «самками» по набору хромосом ХХ, но самцами по типу развития.
Ошибочный копипаст
Однако при ближайшем рассмотрении оказалось, что вставка, сделанная учеными, мягко говоря, неидеальна. Во-первых, вместе с геном SRY в разных местах генома вставились также фрагменты плазмиды бактерии (которая использовалась как носитель гена SRY) и гена флуоресцентного белка медузы (который заставлял эмбрион Космо светиться зеленым цветом). Во-вторых, сам ген SRY оказался вставленным несколько раз, а два из них задом наперед. Такие ошибки пока характерны для первых экспериментов по созданию «дизайнерских животных». Ученые только начинают пользоваться генетическим редактором CRISPR/Cas9.
— Это исследование еще раз подтверждает преждевременность генетического вмешательства в эмбрион человека с помощью CRISPR/Cas9, — сообщила «Известиям» заведующая лабораторией редактирования генома Медико-генетического научного центра имени академика Н.П. Бочкова (ФГБНУ МГНЦ) Светлана Смирнихина. — Основным опасением при использовании этого метода в клинике является высокая неспецифическая активность CRISPR/Cas9 в отношении других, нецелевых генов. Однако эта работа показывает, что и в целевом локусе наблюдается высокая частота нежелательных изменений (вставка нескольких копий гена, вставка гена в обратной последовательности, вставка фрагментов остова плазмиды, нежелательная вставка случайных нуклеотидов), что потенциально может вести к развитию различных заболеваний.
Ген SRY
Однако, по словам Светланы Смирнихиной, несмотря на все недостатки и недочеты работы, она полезна в плане изучения работы CRISPR/Cas9.
С исследовательницей согласен профессор кафедры геномики и биоинформатики СФУ, профессор Гёттингенского университета (Германия) Константин Крутовский.
— Перспективы у экспериментального метода CRISPR/Cas очень большие, но использовать его надо очень осторожно из-за неспецифического эффекта, связанного с тем, что встраивание может происходить не в тех районах или не только в тех районах генома, в которых это планировалось (так называемый оф-таргет-эффект). Что собственно и наблюдалось в этом эксперименте с бычком. И хотя, по словам экспериментаторов, это не вызвало у него побочных эффектов, но на самом деле это свидетельствует о том, что потенциально могут быть и серьезные последствия, — считает профессор.
Константин Крутовский лично работал в Калифорнийском университете Дэвиса. Он рассказал «Известиям», что это научное учреждение считается одним из лучших исследовательских университетов в США, а в области агронаук, пожалуй, даже лучшим — особенно это касается генетики и геномики крупного рогатого скота.
— Исследователи этого университета были первыми, кто просеквенировал геном быка. Талисманом университета является мустанг, а его студентов называют — «Эгис» (от английского aggies — «аграрники») или «Эгс» (от английского AGS — сокращение от agricultural scientists, «агроученые»), — добавил эксперт.
Впрочем, он засомневался, что технология создания мужского стада будет выгодной, учитывая ее высокую стоимость. Из 200 эмбрионов, использованных в эксперименте, только один выжил. Кроме того, пока непонятно, будет ли он развиваться нормально и сможет ли дать потомство. А главное, будут ли в последующих поколениях особи с набором хромосом ХХ и искусственно встроенным геном SRY способны нормально функционировать как самцы и воспроизводиться для получения чисто мужского стада, отмечает эксперт.
С профессором согласен и заведующий лабораторией генетики нарушений репродукции ФГБНУ МГНЦ Вячеслав Черных.
— Получение подобных бычков имеет научно-исследовательский интерес, но не имеет практического значения. Технология нерентабельна, так как затраты существенно превышают прибыль и практическая польза крайне сомнительна, — считает ученый.
А руководитель лаборатории геномной инженерии МФТИ Павел Волчков призвал все-таки дождаться научной статьи, в которой будет дано точное описание эксперимента. Впрочем, в любом случае создание такого организма, как бычок Космо, — огромное научное достижение, добавил он.
