Na ciążę Cary Gormally padł cień smutku. Jako kobieta queer pragnąca mieć dziecko, profesor biologii sądziła, że znalezienie dawcy spermy będzie jedyną przeszkodą, z którą ona i jej partnerka będą musieli się zmierzyć. Ale dzięki zdolnościom organizacyjnym Gormally i jej zamiłowaniu do robienia list, para znalazła dawcę ze względną łatwością.

Potem Gormally zmagała się z poczęciem dziecka. Każdy miesiąc przynosił nowe rozczarowania i straty.

„Tak wiele w tym procesie zależało od przypadkowych, łamiących serce przypadków” – mówi. Emocjonalna i finansowa kolejka górska była wyczerpująca.

Ale to nie było najtrudniejsze. Para pogodziła się z faktem, że choć bardzo pragnęła dziecka, nie będzie ono biologicznie spokrewnione z małżonkiem Gormally’ego.

„Żałowałam, że nasze dziecko nie będzie genetycznie związane z nami obojgiem” – mówi Gormally. „Tęskniłam za tym, co biologicznie niemożliwe.”

Ale teraz nowy zestaw technologii może zmienić to, co jest możliwe – pozwalając partnerom tej samej płci mieć dzieci, które dzielą ich materiał genetyczny, tak jak pary heteroseksualne.

Niewyobrażalne

W przypadku ssaków, prawie każda komórka w ciele posiada dwa zestawy materiału genetycznego. Jeden zestaw pochodzi od mamy, a drugi od taty. Jajka i plemniki są jedynymi wyjątkami; mają tylko jeden zestaw. Następnie, kiedy plemnik zapładnia jajo, te dwa zestawy łączą się, przywracając zwykłą liczbę do dwóch zestawów na komórkę.

Gormalnie i inni partnerzy tej samej płci są obecnie pozbawieni swoich marzeń przez zjawisko zwane imprintingiem genomowym. Wykorzystuje ono odrębny znacznik pochodzący od każdego z rodziców do oznaczania DNA, które ssaki przekazują swojemu potomstwu. Proces ten zapewnia, że w przypadku niewielkiego odsetka genów, wyrażamy tylko kopię materiału genetycznego przekazanego przez matkę lub ojca. Kiedy proces imprintingu przebiega nieprawidłowo, dzieci mogą mieć nieaktywne regiony genów, które powodują poronienia, wady rozwojowe i nowotwory.

Podczas tego genomowego imprintingu, odrębna kolekcja znaczników mamy zazwyczaj wyłącza pewne geny, tak że tylko kopia taty jest wyrażana. A tata nadaje swoje własne znaki, które pozostawiają tylko matczyną kopię włączoną. (Większość odcisków wycisza ekspresję genów, ale niektóre ją aktywują.) Jest to problem dla par tej samej płci, które chcą mieć dziecko. Jeśli oba zestawy genów potomstwa pochodzą z matczynego DNA, na przykład, wtedy obie kopie genów odciśniętych będą wyłączone. Zarodek nie może więc wytworzyć żadnego z produktów tych genów.

„Nie otrzymujemy pełnego zestawu produktów, które są nam potrzebne do prawidłowego rozwoju, chyba że mamy zarówno matczyny, jak i ojcowski wkład w zapłodnione jajo” – mówi Marisa Bartolomei, genetyk z Uniwersytetu Pensylwanii w Filadelfii, która odkryła jeden z pierwszych genów imprinted u myszy.

Naukowcy odkryli genomowy imprinting u ssaków około 30 lat temu. Podczas eksperymentów w połowie lat 80-tych, badacze usunęli albo matczyne lub ojcowskie wkłady genetyczne z nowo zapłodnionych jaj myszy. Następnie przenosili drugi zestaw genów z innej myszy, aby stworzyć embriony z dwoma zestawami żeńskiego lub dwoma zestawami męskiego materiału genetycznego. Mysz zastępcza była w stanie zapłodnić embriony, ale żaden z nich nie przeżył. Odkrycie to pokazało, że normalny rozwój wymaga materiału genetycznego zarówno od ojca, jak i od matki. Więcej niż to, wyniki ujawniły, że matczyne i ojcowskie materiał genetyczny różnią się od siebie w znaczący sposób.

Późniejsze eksperymenty ujawniły myszy rozwijały się inaczej w zależności od tego, czy zdarzyło im się otrzymać obie kopie pewnych regionów DNA od jednego rodzica (a nie jedną kopię od każdego rodzica).

Myszy z ogonami w kształcie szpilki do włosów były wymowne przykłady. Kiedy badacze usunęli z genomu matki region genu odpowiedzialny za ogon w kształcie szpilki do włosów, mysie embriony rosły duże i umierały w trakcie ciąży. W przeciwieństwie do tego, usunięcie tego samego regionu z ojcowskiego genomu nie miało żadnego wpływu na wzrost i rozwój gryzoni.

W ciągu trzech dekad od tego czasu, badacze znaleźli więcej genów imprinted (podejrzewają, że istnieje od 100 do 200 takich genów) i molekularne znaczniki, które je wyciszają. Naukowcy poczynili również postępy łącząc defekty imprintingu z zaburzeniami rozwojowymi u ludzi. Ale przez cały czas badacze wiedzieli, że imprinting uniemożliwia rodzicom tej samej płci posiadanie dzieci.

Editing Out Impossibility

W październiku 2018 r. naukowcy pokonali tę niemożność u myszy. Usuwając imprintowane regiony, Wei Li i zespół z Chińskiej Akademii Nauk w Pekinie wyprodukowali zdrowe myszy od dwóch mam. Badacze po raz pierwszy stworzyli również mysie szczenięta z dwóch ojców. Jednak potomstwo zmarło zaledwie kilka dni po urodzeniu.

Mimo straty, Li jest optymistą. „To badanie pokazuje nam, co jest możliwe” – mówi.

Aby pokonać barierę imprintingu, Li i jego koledzy naukowcy zwrócili się do CRISPR, techniki edycji genów, która sprawiła, że zmiana genomów stała się łatwiejsza niż kiedykolwiek. Użyli tego narzędzia do usunięcia regionów genów z embrionalnych komórek macierzystych pochodzących od matek myszy. Następnie badacze wstrzyknęli te zmodyfikowane komórki macierzyste do jaja samicy myszy, a potem wykorzystali trzecią zastępczą samicę myszy do donoszenia płodu.

Zespół widział już pewne sukcesy dwa lata wcześniej, kiedy stworzyli szczenięta myszy z dwóch genetycznych matek przez usunięcie dwóch regionów imprinted. Chociaż te myszy bimaternal również wzrosła do dorosłości i produkowane szczeniąt własnych, rozwinęły wady wzrostu. Średnio, bimaternal myszy były 20 procent lżejsze niż ich hetero-parentalnych odpowiedników. W ich najnowszym badaniu, Li i jego zespół również usunąć trzeci region z matek w genach, które przywróciły wzrost zwierząt do normalnego.

Ale naukowcy musieli oczyścić kilka przeszkód więcej do generowania myszy z dwóch genetycznych ojców. Odkryli, poprzez proces prób i błędów, że musieli usunąć dwa razy więcej regionów imprinted w myszy bipaternalnych jak myszy bimaternalnych. W sumie, zespół usunął siedem imprinted regiony z powodzeniem stworzyć myszy z dwóch tatusiów.

Jeszcze, numery nie były na ich korzyść. Tylko dwa i pół procent embrionów do terminu i mniej niż połowa jednego procenta żył przez dwa dni. None wykonane go do adulthood.

„Produkowane myszy bipaternal nie są opłacalne, co oznacza więcej przeszkód są potrzebne do przekroczenia w celu wspierania ich postnatalnej przetrwania, jeśli to możliwe,” Li mówi. „Niższy wskaźnik urodzeń, z drugiej strony, sugeruje istnienie nieznanej bariery utrudniającej rozwój dwupłciowych embrionów”.

W przeciwieństwie do tego, myszy bimaternalne radziły sobie znacznie lepiej. Te myszy rosły do dorosłości i były wystarczająco zdrowe, aby mieć szczenięta własne przez kojarzenie z typowych myszy męskich. One również zachowywały się tak samo jak myszy kontrolne. Tak daleko, jak naukowcy mogli powiedzieć, bimaternal myszy wydają się tak zdrowe i normalne, jak inne myszy laboratoryjne.

„To nie znaczy, że są one normalne w każdym aspekcie”, Li ostrzega. „Nie można zbadać wszystkich aspektów w ograniczonych warunkach eksperymentalnych z ograniczoną liczbą zwierząt.”

Mimo sukcesu badaczy, Li mówi, że technika nie jest gotowa do zastosowania u ludzi. „Nigdy nie jest za dużo, aby podkreślić ryzyko i znaczenie bezpieczeństwa przed każdym eksperymentem na ludziach,” mówi, zwłaszcza w odniesieniu do potomstwa bipaternal, które obecnie „są poważnie nienormalne i nie może przetrwać do dorosłości.”

Potomstwo bimaternal trzymać więcej obietnic. Zespół pracuje teraz do przetłumaczenia swoich ustaleń do małp. I ta praca może przynieść niemożliwe jeden krok bliżej do wykonalnego dla ludzi.

Re-creating Potential

Badania Li są zachęcające, ale to długa droga od pomocy Gormally i jej małżonkowi. Nie jest to jednak jedyna szansa dla par tej samej płci. Inna nowa technologia, zwana gametogenezą in vitro, lub IVG, może być alternatywną ścieżką dla par tej samej płci do posiadania własnych dzieci.

Naukowcy używają tej techniki do tworzenia jajeczek i spermy z innych komórek ciała. Aby to zrobić, biolodzy najpierw przeprogramowują dorosłe komórki skóry tak, aby stały się komórkami macierzystymi. Następnie stymulują komórki macierzyste pochodzące ze skóry do przekształcenia się w jajeczka lub plemniki.

Badacze z Japonii udoskonalili tę technikę u myszy. W przełomowej pracy Katsuhiko Hayashi i Mitinori Saitou oraz ich zespół stworzyli funkcjonalne jaja z komórek ogona myszy.

Badacze zapłodnili jaja spermą samców myszy i wszczepili embriony matkom zastępczym. Potomstwo wyrosło zdrowe i płodne. W zasadzie takie podejście mogłoby umożliwić przekształcenie komórek skóry kobiety w plemniki i wykorzystanie ich do zapłodnienia komórki jajowej jej partnera.

IVG może zmienić zdolność par tej samej płci do posiadania własnych dzieci. „Gdyby to było możliwe w tamtym czasie, na pewno byśmy spróbowali”, mówi Gormally, która jest teraz dumnym rodzicem malucha dzięki dawcy spermy jej i jej małżonka. „

Ta historia jest częścią „The Future of Fertility”, nowej serii na Discover badającej granice reprodukcji. Czytaj więcej:

Czy ludzie mogą mieć dzieci w kosmosie?

George Church chce, by genetyczne swatanie stało się rzeczywistością

Ludzka edycja genów jest kontrowersyjna. Shoukhrat Mitalipov nie jest zniechęcony