Vědci geneticky upravili milion let evoluce do myší DNA: ScienceAlert

Změna počtu chromozomů zvířete by mohla v průběhu evoluce v přírodě trvat miliony generací – a nyní jsou vědci schopni provést stejné změny u laboratorních myší během mrknutí oka.

Nová metoda pomocí Kmenové buňky Editace genů je velkým úspěchem a tým doufá, že odhalí více o tom, jak chromozomální přeuspořádání ovlivňují způsob, jakým se zvířata v průběhu času vyvíjejí.

Je to v chromozomech – proteinech a řetězcích DNA uvnitř buněk – kde nacházíme své geny, zděděné od našich rodičů a smíchané dohromady, aby z nás udělaly to, kým jsme.

U savců, jako jsou myši a my lidé, se chromozomy obvykle vyskytují v párech. Existují výjimky, jako v případě zárodečných buněk.

Nejlepším místem pro zahájení manipulace s DNA jsou obvykle neoplodněné embryonální kmenové buňky. Nedostatek této další sady chromozomů, které poskytuje spermie, však zbavuje buňky důležitého kroku při vyjednávání o genech, kterými budou chromozomy označeny jako aktivní pro úkol budování těla.

Tento proces – nazývaný imprinting – byl kamenem úrazu pro inženýry, kteří chtěli restrukturalizovat velké části genomu.

„Genomický otisk se často ztrácí, což znamená, že informace o tom, které geny by měly být aktivní, se ztrácí v haploidních embryonálních kmenových buňkách, což omezuje pluripotenci a genetické inženýrství,“ říká Biolog Li-Bin Wang z Čínské akademie věd.

„Nedávno jsme zjistili, že odstraněním tří otištěných oblastí můžeme v buňkách vytvořit konzistentní vzor otiskování spermií.“

Bez těchto tří normálně otištěných oblastí by byla možná trvalá fúze chromozomů. Ve svých experimentech vědci zkombinovali dva středně velké chromozomy (4 a 5) a dva největší chromozomy (1 a 2) ve dvou různých směrech, což vedlo ke třem různým uspořádáním.

Fúze chromozomů 4 a 5 byla nejúspěšnější z hlediska předání genetického kódu potomkům myší, i když reprodukce byla pomalejší než obvykle.

Jedna z první a druhé fúze neprodukovala potomky myší, zatímco druhá produkovala potomky myší, které byly pomalejší, větší a úzkostnější než ty, které vznikly fúzí chromozomů 4 a 5.

Podle vědců je pokles plodnosti způsoben tím, jak se chromozomy oddělují po zarovnání, což se neděje přirozenou cestou. Ukazuje, že chromozomální přeuspořádání je kritické reprodukční izolace Nezbytná součást schopnosti druhu vyvíjet se a zůstat oddělený.

„Laboratorní myš domácí si po více než 100 letech umělého šlechtění zachovala standardní karyotyp 40 chromozomů – neboli úplný obraz chromozomů organismu,“ říká Biolog Zhi-Kun Li, také z Čínské akademie věd.

„Po delší dobu jsou však změny karyotypu v důsledku chromozomálních přestaveb běžné. Hlodavci mají 3,2 až 3,5 přeuspořádání za milion let, zatímco primáti 1,6.“

Abychom to uvedli do kontextu, vzácné skoky v chromozomálních přestavbách pomohly nasměrovat evoluční cesty našich předků. Chromozomy, které například u goril zůstávají oddělené, jsou v našem lidském genomu spojeny do jednoho.

Tyto typy změn mohou nastat jednou za několik set tisíc let. Zatímco genetické modifikace provedené zde v laboratoři byly v relativně malém měřítku, důkazy naznačují, že by mohly mít nějaké dramatické účinky na zúčastněná zvířata.

Je to ještě brzo – a to je koneckonců vědecký začátek – ale pak se může naskytnout příležitost opravit špatně zarovnané nebo deformované chromozomy v lidských krevních liniích. Víme, že u jednotlivců může chromozomální fúze a translokace vést ke zdravotním problémům včetně dětské leukémie.

„Experimentálně jsme prokázali, že chromozomální přeuspořádání je hnací silou evoluce druhů a je důležité pro reprodukční izolaci a poskytuje potenciální cestu pro rozsáhlé inženýrství savčí DNA,“ říká Těžit.

Hledání bylo zveřejněno v vědy.