Для нормального развития эмбриона необходимо, чтобы он получал ДНК и от матери, и от отца. Это связано с механизмом, называемым импринтингом — химической модификацией ДНК, которая по-разному влияет на активность генов в зависимости от пола родителя. Самцы, как правило, активируют гены, стимулирующие рост эмбриона, а самки, наоборот, ограничивают его. Нарушение этого баланса обычно делает невозможным развитие эмбриона только с мужским или только с женским геномом.
Эти химические метки представляют собой метильные группы — маленькие молекулы, которые прикрепляются к ДНК в строго определённых местах. Они как бы «включают» или «выключают» гены, но при этом сам текст ДНК не меняется. Именно из-за нарушения работы этих меток невозможно получить жизнеспособного эмбриона только из яйцеклеток или только из сперматозоидов.
В предыдущих экспериментах учёные пытались обойти эту проблему, просто удаляя целые участки ДНК. Им удавалось получать мышей от двух матерей, а также создавать эмбрионы от двух отцов, но такие мыши погибали вскоре после рождения. В 2024 году китайские исследователи добились выживания таких детёнышей до взрослого возраста благодаря сложной комбинации из 20 генетических правок. Однако этот метод оставался рискованным: массовое удаление участков ДНК могло вызывать побочные эффекты и снижало жизнеспособность животных.
В новом исследовании ученые применили более тонкий подход — вместо удаления генов они изменяли только метильные метки. Для этого использовались сперматозоиды от двух разных подвидов мышей, лабораторного и дикого, что позволило точно различать два набора хромосом.
Затем они взяли яйцеклетку, из которой удалили собственный геном, и ввели в неё головки сперматозоидов от обоих отцов. Так получалась яйцеклетка с двумя наборами хромосом, хотя около четверти из них содержали две Y-хромосомы и были нежизнеспособны (в отличие от Y, X содержит жизненно важные гены).
Один из наборов хромосом произвольно назначили «женским». С помощью системы CRISPR/Cas в эти хромосомы ввели специальные ферменты, которые могли либо добавлять, либо удалять метильные группы. Учёные настроили метилирование так, чтобы этот набор мужской ДНК стал функционировать как материнский, то есть нужные гены включались и выключались так, как это происходит при нормальном развитии эмбриона. После этого яйцеклетку запустили в деление и имплантировали в мышей-самок.
Из более чем 250 перепрограмированных эмбрионов только 16 привели к беременности, и в итоге родились три живых мышонка. Один из них умер через сутки, еще двое прожили достаточно долго, чтобы доказать жизнеспособность метода. Один из выживших мышей вырос на 40% больше нормы, что указывает на возможные сбои в контроле роста — это типичная проблема при нарушении импринтинга. Все родившиеся грызуны оказались самцами, и ученые не знают, закономерно ли это.
Исследователи признают, что пока технология имеет очень низкую эффективность и требует дальнейшей доработки. Скорее всего, не все метки были перепрограммированы правильно, а также могли возникать случайные ошибки в других участках ДНК.
Возможно, есть неизвестные участки, где метилирование также критично. Тем не менее, эксперимент подтвердил, что метилирование — ключевой механизм, управляющий развитием эмбриона и что его можно перепрограммировать точнее, чем считалось ранее. В будущем такой подход может помочь в изучении эмбрионального развития, заболеваний и даже в селекции лабораторных животных с редкими генетическими особенностями.
