Выращивание человеческих сперматозоидов и яйцеклеток в лабораторных условиях может стать надеждой для пар, страдающих от бесплодия. Эта технология также позволяет редактировать ДНК в половых клетках для устранения генетических заболеваний, что значительно проще и безопаснее, чем редактирование генома эмбрионов. Помимо технических сложностей, выращивание яйцеклеток и сперматозоидов влечет за собой ряд серьезных социальных и этических вопросов. Возможность генетической модификации для предотвращения заболеваний может, например, привести к использованию генной инженерии для усиления таких черт, как интеллект или атлетические способности.

Новое исследование решает ключевую проблему создания искусственных сперматозоидов и яйцеклеток. Речь идет о том, как правильно расположить химические метки на ДНК и связанных белках. Эти метки, являющиеся частью эпигенома клетки, влияют на активность генов. В процессе развития половых клеток эти метки должны быть стерты и затем восстановлены до исходного состояния. Это называется эпигенетическим перепрограммированием.

Эпигенетическое перепрограммирование — ключевой фактор для формирования половых клеток. Без него первичные клетки, которые в конечном итоге должны дать начало сперматозоидам и яйцеклеткам, прекращают свое развитие. Кроме того, эпигеном влияет на активность генов, помогая клеткам с идентичными последовательностями ДНК приобретать уникальные характеристики. Например, благодаря эпигеному клетка мозга отличается от клетки печени.

Исследователи уже выращивали мышиные яйцеклетки и сперму, используя клетки кожи, подобные стволовым клеткам. Но используемые протоколы не работают в человеческих клетках.

Ученые начали искать способ управления эпигенетическим перепрограммированием в человеческих клетках. Они обнаружили, что белок BMP2 играет ключевую роль в этом процессе, а его добавление к культурам клеток способствует эпигенетическому перепрограммированию. Клетки, выращенные в среде с добавлением BMP2, продемонстрировали более высокую степень развития по сравнению с клетками, культивируемыми без него.

После эпигенетического перепрограммирования развитие клеток снова приостановилось. Но, по словам ученых, каждый шаг на пути к получению половых клеток in vitro имеет огромное значение. Исследователи ищут способы подтолкнуть клетки дальше по пути превращения в сперматозоиды и яйцеклетки.

Ученые тщательно проанализировали эпигенетические метки в выращенных в лаборатории клетках и обнаружили, что хотя многие из этих отпечатков были стерты, некоторые все же сохранились. Это означает, что перепрограммирование было неполным. Использование таких клеток для репродукции привело бы к серьезным последствиям. Если отпечаток хотя бы на одном гене окажется аномальным, это может в дальнейшем вызвать врожденные заболевания.