生物科普:同性能生孩子吗?——新晋院士的研究成果
来源:李雷
发布时间:2021-11-25
浏览次数:470

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各位朋友们,有没有感觉最近这段时间网络非常忙,热搜太多了。不仅仅有与人类安全息息相关的美国药企发现天花病毒事件,还有我国今年两院院士增选149人当选,这么多人当选,真的是可喜可贺啊!

那么有的朋友就说了,天花病毒事件冲上热搜,大家可以理解;这院士当选,好像和我们关系不大吧?这么说吧,钟南山以及袁隆平都是院士,这样说大家明白了吧?

言归正传,今天就给大家介绍一个很火爆的话题:如何让同性生殖?这是新当选的李劲松院士的一个小研究,其实我之前也写过李院士的内容。

01,同性生育难题

在初中生物学知识里,我们知道正常情况下要生出孩子,需要精子和卵子的结合,产生受精卵,并在子宫内着床,受精卵不断地分化与分裂,最终发育成胎儿。

如果是两名女性的话这个子宫问题好解决,那要是两名男性,这个就不好解决了,毕竟代孕在我们国家还是非法的。最关键的问题是,受精卵既然叫受精卵,那必须是由精子和卵子结合才能产生。而只有两个卵子或者两个精子的情况下是不能形成后代的,这是写入了我们基因中的,换句话,人类是不能无性繁殖的。

不过对此,科学家们可不信服,因为既然生物学上,无论是精子还是卵子都携带者完整的成套染色体,为啥两个精子和卵子不能融合呢?

于是科学家们就开始研究如何让同性生育。

不过,研究嘛,肯定是先从简单的地方入手,于是科学家们最开始选择的就是卵子。因为卵子体积大,拥有完整的一套生物系统,比如大家熟悉的细胞器啊、线粒体啊等等都有,更拥有一系列可以让生物各种反应进行的细胞质、酶以及营养等物资。

而精子就要小多了,为了方便运动,精子体积不到卵子的百分之一大小,更是缺乏足够的细胞器和酶等物质。

02,融合难题

然而,融合实验的第一步就失败了。

为何?原因在于两个卵子根本无法融合。当科学家们将两个卵子放在一起后,它们依然保持着各自独立的状态,你是你我是我,这就很尴尬了,毕竟连第一步都无法融合,那后续就不要想了。

也有科学家尝试过一些办法,比如用电流刺激,然而没有效果。如果使用那些溶解细胞膜的试剂的话,是可以让两个卵细胞融合,然而后果是卵细胞死掉了。

究其根本,一个重要原因就在于细胞表面那可是有一系列屏障,还有相应的信号分子,他们就像是对暗号一样,你如果无法回答上暗号,那么不好意思,就会被拒之门外。两个卵细胞无法融合的原因之一就是如此。

不过,这难不倒科学家。

联想到精子受精过程其实本质上是精子通过顶体反应在卵子表面上找到了信号通路,然后将精子中的DNA注入到卵子中,这才是最核心的过程。

于是科学家们就开始模拟精子的受精本质,直接提取其中一个卵子的DNA,然后将其注入到另一个卵子中。

这样就模拟了精卵受精过程,实现了两个卵细胞基因组归到一个卵细胞中的过程。

这样就OK了吗?

理想是美好的,现实是骨感的。

尽管看起来两个卵细胞是融合了,然而,它们却并没有进一步发育。

03,表观遗传难题

仔细一研究,才发现,原来两个卵细胞的基因组在新细胞中依然是保持着非常独立的状态,各自是各自的。而这一点和受精是完全不同的,因为受精过程中,精卵的基因组会互相交流彼此交换之类的,而两个卵细胞的基因组却互不交流,那自然没法进行下一步了。

问题就出在表观遗传。

人的基因组会有一种特殊的记录信息方法,这些信息并不是DNA序列的变化,而是以表观遗传的方式存在,这些内容会直接影响到基因组的融合。如果你不消除这些印记,那么你把两个卵子的DNA放到一起,它们也会保持独立,不会像正常的二倍体的两套染色体相互作用。

如何解决这个问题呢?答案就是去除这些印记。

2015年底,中科院上海生科院生化与细胞所李劲松团队就成功的用两个卵子产生了完整的后代。

我们知道,卵细胞是互不融合的,否则的话真的就会出现圣母玛利亚。

但是其核心原因是因为两个基因,H19和Gtl2,这两个基因的表观遗传差异影响了两个卵子对彼此的融合(差异性甲基化区域(Differentially Methylated Region,DMR))。

于是他们就对这两个基因表达进行控制(通过crispr处理敲掉两个基因的DMRs,deletion of IG-DMR and H19-DMR using CRISPR-Cas9)

他们的做法是如下图所示

简单的说,就是通过去甲基化基因改造,使得一个卵细胞成为“类精子细胞”,然后这个类精子细胞再和卵细胞结合,于是完成了受精,并发育成为了完整的小鼠。

上图是纯粹的小鼠,来自两个卵细胞融合。

Zhong C, Xie Z, Yin Q, et al. Parthenogenetic haploid embryonic stem cells efficiently support mouse generation by oocyte injection[J]. Cell research, 2015.

这就是李劲松院士的重要科研成果之一,李劲松院士主要研究的是体细胞重编程,也就是如何让一个细胞恢复到最初的状态,而这一过程,是干细胞、受精卵发育的必须步骤。

04,重编程和同性生殖

事实上,不仅是女女生殖,男男生殖同样有类似的问题

其实生殖的背后本身是如何让这些精卵子能够启动重编程过程,涉及到了许多重要的表观遗传过程,也是最近几年的大热门。

介绍到这里基本结束了,其实今年科学院院士生物榜单里,算是和三位大佬有交集(人家不认识我哈),但是这些人的确都是领域里的顶级研究人员了,当得起院士。

附李劲松院士的主要科研成果。



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