Папа может все что угодно...даже мамой может быть?

Как мы все прекрасно знаем, для продолжения рода зверям нужно соединить сперматозоид с яйцеклеткой. После оплодотворения в яйце появится двойной набор хромосом, от отца и от матери, со всей необходимой для развития организма информацией. Однако, как мы опять же знаем, в природе есть примеры, когда эмбрион прекрасно развивается без оплодотворения, только на одном лишь материнском наследственном материале. Это называется партеногенез, и встречается он у насекомых, рыб, рептилий, даже у птиц. Более того, существует еще так называемый мужской партеногенез, когда собственное ядро женской половой клетки со всеми материнскими хромосомами исчезает, и развитием управляет только отцовский генетический материал, прибывший в яйцо с мужской половой клеткой. Но у млекопитающих ни мужского, ни обычного партеногенеза нет.

Почему зверям необходимо оплодотворение? Ведь в материнских хромосомах (тех, что изначально есть в яйцеклетке) находятся те же гены, что и в отцовских. Материнские и отцовские гены могут отличаться вариантами (аллелями) генов, но их набор всё-таки один и тот же. Значит, если судить по генам, то ничего нового сперматозоид в яйцеклетку не приносит, и в самой яйцеклетке есть все, что нужно для развития. То же самое верно и для сперматозоида. Но яйцеклетка сама по себе не может пройти эмбриогенез – очевидно, потому, что некоторые гены по какой-то причине не работают. И если заменить в ней собственное ядро на ядро сперматозоида, то будет то же самое – яйцеклетка может начать делиться, но эмбриональное развитие до конца не дойдет.

Проблема в том, что многие гены действительно молчат, причем у тех, которые молчат на материнских хромосомах, есть работающие копии на отцовских, и наоборот. Молчат они потому, что на ДНК, где записаны эти гены, сидят особые химические метки, которые не дают работать с ДНК белкам, что занимаются считыванием генетической информации. Такая ситуация, когда активность гена зависит от того, от какого родителя он пришел, называется генным импринтингом. 

Исследователи Китайской академии наук решили преодолеть генный импринтинг и попытаться вывести мышей, у которых оба родителя были бы самками или самцами. В 2012 и 2013 году они получили два вида эмбриональных стволовых клеток, у которых был одинарный (гаплоидный) хромосомный набор. «Женские» стволовые клетки получали, побуждая делиться неоплодотворённую яйцеклетку, «мужские» – заменяя в яйцеклетке ее собственное ядро на ядро сперматозоида и опять-таки побуждая такую яйцеклетку к делению. И у «женских», и «мужских» стволовых клеток был одинарный набор хромосом.

В следующих экспериментах «женские» стволовые клетки соединяли с яйцеклеткой. Это был некий аналог оплодотворения: две клетки с одинарным набором хромосом объединяли свой генетический материал, чтобы дать начало зародышу, только вместо сперматозоида использовали эмбриональную стволовую клетку с женским набором хромосом. Зародыш от двух матерей получался вполне жизнеспособным: мышата, которые появлялись потом на свет, впоследствии сами успешно размножались. Правда, такие мыши, рожденные от двух матерей, были меньше обычных.

В следующих экспериментах исследователи решили усовершенствовать таких мышей, а заодно сделать других, которые развивались бы только на мужском генетическом материале. Мы говорили, что генам не дают работать определенные химические метки на ДНК. С помощью методов генетического редактирования из ДНК гаплоидных стволовых клеток, предназначенных на роль сперматозоидов, удалили те области, на которых появляются запрещающие метки и которые важны для эмбрионального развития. Затем для яйцеклеток и стволовых клеток снова организовали оплодотворение: в одном случае гаплоидная стволовая клетка несла в себе женский генетический материал и сливалась с обычной яйцеклеткой, в другом – «мужская» стволовая клетка сливалась с яйцеклеткой, в которой ее собственное ядро перед тем заменяли на ядро сперматозоида (то есть во втором случае объединялись два мужских гаплоидных генома). Зародыши пересаживали суррогатным матерям.

В случае эмбрионов с двойным женским набором хромосом из 210 на свет появились 14%, которые были вполне здоровы и плодовиты. В случае эмбрионов с двойным мужским набором хромосом до рождения дотянули лишь 1,2% из 1023, и почти все они были в два раза меньше обычных мышат. Такие детёныши, рожденные от двух отцов, умирали вскоре после рождения. Тем не менее, здесь примечателен сам факт, что хоть сколько-то эмбрионов со столь необычным генетически наследством появилось на свет; как видим, при определенных усилиях со стороны эмбриологов и молекулярных биологов мама может стать папой, а папа – мамой.

Вряд ли всё это пригодится для репродуктивной медицины, однако подобные манипуляции с эмбриональным развитием помогают лучше понять, как развиваются зародыши млекопитающих (наши в том числе), как отцовские и материнские варианты генов управляют развитием организма и как можно предотвратить патологии индивидуального развития, которые могут случиться из-за беспорядка в эмбриональных генах.