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种植人类-孤雌/孤雄生殖与人工子宫

 星海领航员 2023-05-12 发布于上海

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氪星人的选择

   2013年,《超人:钢铁之躯》上映。年轻的我从电影院走出来,脑袋里始终挥之不去的不是炫酷的特效,而是其中的超人“种植技术”。当时的内心OS是:我去,这彻底“两性平等”了(不是,划掉)。

    氪星人的遗传信息储存于“Genetics Codex”中,这似乎是氪星人遗传信息的超集。然后通过某种方式读取、编程、生成胚胎、植入“人工子宫”并发育成氪星人。

    而现在看来,这种“超人种植”技术似乎离我们越来越近了。


孤雌生殖

    孤雌生殖,也就是没雄性什么事,只要雌性配合就行。这事我们的先辈已经在《西游记》中详细描述了操作步骤,甚至还贴心的提供了意外怀孕终止技术-落胎泉。

    时间来到2016年3月3日,南京医科大学沙家豪教授和中国科学院动物研究所周琪院士、赵小阳教授发表了论文《Complete Meiosis from Embryonic Stem Cell-Derived Germ Cells In Vitro》,探索了胚胎干细胞获取体外小鼠精子细胞的可能性,

    随后,体外受精卵被转移到雌鼠体内,并成功诞下健康的鼠宝。而且这些鼠宝能够正常繁衍后代,似乎其繁殖能力并未受到影响。

    到这里我们发现这还只能算是孤雌生殖的第一步,还是需要雄性参与,虽然无需蝌蚪好歹也是染色体仍然被需要。有没有一种办法,彻底摆脱雄性呢?

    哎,真有。

    要实现完全不需要雄性参与的生殖,一个重要的障碍是genomic imprinting(基因印迹),各位股东都是基因组学的大佬,咱就不多说了。反正,它的存在阻止了来自于雌/雄单一来源的基因组进行生殖过程的可能性。

    2015年12月,中科院动物研究所胡宝洋研究员、周琪院士、李伟研究员合作,在 Cell Research 期刊发表论文《Birth of fertile bimaternal offspring following intracytoplasmic injection of parthenogenetic haploid embryonic stem cells》,论述了通过使用基因编辑技术,敲除特定基因区域(IG-DMR)实现了“雌雌”双亲的小鼠诞生。

    这还不算完。

    2022年3月7日,上海交通大学医学院附属仁济医院生殖医学中心魏延昌等人在《美国国家科学院院刊》(PNAS)上发表了题为:Viable offspring derived from single unfertilized mammalian oocytes 的研究论文。

    该研究利用基因编技术,对小鼠卵母细胞的7个甲基化印记控制区域进行DNA甲基化重写,成功创造了通过孤雌生殖诞生,且可存活至成年的小鼠。

    要注意,这事一个雌性老鼠诞生的后代,似乎,雄性真没啥用处了。

    那么,这是不是意味着雄性走向了末路呢?也未必。


孤雄生殖

    2018年10月,中国科学院动物研究所胡宝洋研究员、周琪、李伟研究员团队合作(对,就是前面提到的三位大佬)在Cell Stem Cell上发文《Generation of Bimaternal and Bipaternal Mice from Hypomethylated Haploid ESCs with Imprinting Region Deletions》,通过对单倍体胚胎干细胞进行印记基因修饰并利用该细胞进行复杂胚胎操作的形式,得到了世界上首只双父亲来源的小鼠,以及性状正常的双母亲小鼠。

其路线如下:

    然而本文中的遗憾就是:

  • 孤雄生殖可以产生后代,然而只可短暂存活;

  • 双雄生殖,还不能算孤雄生殖;

  • 依然依赖活体子宫,尚未实现完全体雄/雄生殖。


种植人类

    那么,能不能不依赖子宫呢?

    曙光终于出现。

    2022年8月1日,除了是我国的建军节,科学界也发生了一件大事。

    2022年8月1日,以色列魏茨曼科学研究所的 Jacob H. Hanna 团队在 Cell 期刊发表了题为:《Post-Gastrulation Synthetic Embryos Generated Ex Utero from Mouse Naïve ESCs 》的研究论文。

    该论文的独特之处在于:

  • 完全利用干细胞“合成”胚胎,完全无需生殖细胞;

  • “合成胚胎”在“外子宫”中发育;

  • “合成胚胎”基因表达与正常胚胎高度相似

    值得注意的是这个转筒人工子宫并不是第一次出现,早在2021年3月该团队就在Nature上发表了《Ex utero mouse embryogenesis from pre gastrulation to late organogenesis》的论文,主要论述了他们在“人工子宫”方面的工作。箭头所指就是旋转的“人工子宫”。

    那么既然小鼠这种哺乳动物能够通过“合成胚胎”+“人工子宫”来培养是不是意味着“种植人类”终于要到来了呢?

挑战

    回答是未必。

    首先,这些“合成胚胎”只能在“人工子宫”中长到8.5天,而小鼠整个妊娠周期是20天。这意味着“合成胚胎”还远远通过“人工子宫”降生。

    其次,研究人员发现,“合成胚胎”与正常胚胎基因表达高度相似(95%),但是这剩下的5%可能足以导致灾难性的后果。

    这也意味着,如果这项技术走向器官移植或者其他治疗用途,还将面临巨大的风险,更不必说种植人类了。

    然而就如同核技术的发展既可以毁灭人类又可以带来清洁能源一样,种植人类是不是人类走向太空的前置技术也未可知。

哦,这跟NGS有啥关系?用到了scRNA-seq啊。。。

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