Простое и безопасное химическое воздействие на сперму позволяет отделить сперматозоиды с X-хромосомой, то есть зачинающие женскую особь, от сперматозоидов с Y-хромосомой, зачинающих мужскую особь. Это открытие японских ученых будет иметь далеко идущие этические последствия. Правда, авторы работы настаивают, что о вмешательстве в репродуктивную жизнь человека речи идти не может.
Фото: Дмитрий Азаров, Коммерсантъ / купить фото
Фото: Дмитрий Азаров, Коммерсантъ / купить фото
Исследование провели в Университете Хиросимы Такаси Уехара, Нацуми Цудзита и Масаюки Симада — на мышах. Но уже теперь очевидно, что разработанный японскими учеными метод может быть применен и для других млекопитающих.
Клетки органов и тканей самцов млекопитающих содержат полный набор хромосом. Но во время сперматогенеза образуются сперматозоиды, каждый из которых несет половину хромосом, чтобы соединиться с другой половиной, содержащейся в яйцеклетке. Самки отличаются от самцов генетически: у них две последние хромосомы одинаковые, по форме напоминающие букву Х. У самцов же эти две хромосомы разные: одна тоже Х, а другая имеет форму Y. У сперматозоида может быть как X-, так и Y-хромосома, и в зависимости от того, какой сперматозоид оплодотворил яйцеклетку (в них, как понятно, может быть только Х-хромосома), получается мужская либо женская особь. В норме самцов и самок рождается примерно одинаковое количество, самцов чуть больше за счет того, что сперматозоид с Y-хромосомой легче, а потому чуть быстрее. Легче же сперматозоид с Y-хромосомой потому, что несет очень мало генов, а X-хромосома — много, некоторые из них остаются активными и в созревающей сперме. Это различие в экспрессии генов между сперматозоидами, несущими X- и Y-хромосомы, обеспечивает теоретическую основу для их различения.
Японские исследователи обнаружили, что почти 500 генов активны только в сперматозоидах, несущих Х-хромосомы, а 18 из этих генов кодируют рецепторы, то есть можно воздействовать на них, если найти агента воздействия. Ученые сосредоточились на паре рецепторов, называемых Toll-подобными рецепторами-7 и -8 (TLR7, TLR8), и обнаружили, что некое химическое вещество, воздействуя на них, замедляет подвижность сперматозоидов, не нарушая ни их способности к оплодотворению, ни жизнеспособности. Эффект этот, как установили авторы исследования, связан с нарушением выработки энергии в сперматозоиде. Как только это химическое вещество удаляется из среды, где находятся сперматозоиды, к ним возвращается прежняя подвижность.
Обработка спермы мыши этим химическим замедлителем и последующее оплодотворение in vitro дало потомство, на 90% состоявшее из самцов. Отделение более медленных сперматозоидов и оплодотворение такой спермой давало поколение, на 81% состоявшее из самок.
Это далеко не первый способ разделения сперматозоидов на несущих X- и Y-хромосомы, но все предыдущие были очень трудоемкими, дорогими и всякий раз оказывались рискованными с точки зрения неповреждения ДНК. Новая, весьма простая и дешевая технология выглядит более чем привлекательной и для экстракорпорального (в пробирке с последующей подсадкой зародыша в самку), и для искусственного (в матке самки без физического участия самца) оплодотворения и может быть широко применена в животноводстве. К примеру, технология позволит формировать стада молочных пород крупного рогатого скота почти полностью из коров, а стада мясных — почти полностью из быков. Правда, не исключено, что против подобного подхода к сельскохозяйственным животным будут выступать с этических позиций разнообразные группы защитников животных.
«Дифференциальная экспрессия рецепторных генов в двух половых хромосомах обеспечивает основу для нового и потенциально очень полезного метода разделения сперматозоидов с X- и Y-хромосомами, и мы уже добились успеха в избирательном производстве самцов или самок крупного рогатого скота и свиней этим методом,— сообщил ведущий автор работы Масаюки Симада.— Но использование этого метода в репродуктивных технологиях для человека в настоящее время носит спекулятивный характер и связано с существенными этическими проблемами, которые не имеют отношения к результатам исследования».
По материалам Takashi Umehara, Natsumi Tsujita, Masayuki Shimada. «Activation of Toll-like receptor 7/8 encoded by the X chromosome alters sperm motility and provides a novel simple technology for sexing sperm». Журнал PLOS Biology, август 2019 г.