Биологи воспроизвели миллионы лет эволюции в лаборатории

Биологи сообщили о новой методике, позволяющей программировать слияние хромосом. Технология привела к получению в лаборатории мышей с генетическими изменениями, которые в природе с помощью эволюции происходят в течение миллионов лет. Результат может дать важное представление о том, как перестройки хромосом влияют на эволюцию.

Научная статья вышла в Science, о результатах работы сообщили в Китайской академии наук.

Хромосомы — аккуратные пакеты организованных генов, предоставленных в равном количестве от каждого родителя, которые выравнивают и обменивают или смешивают черты для производства потомства.

Китайские биологи доказали, что генная инженерия на уровне хромосом может быть успешной у млекопитающих. Они получили лабораторную мышь с новым и устойчивым кариотипом, что дает важное представление о том, как хромосомные перестройки могут влиять на эволюцию.

«Лабораторная домашняя мышь сохранила стандартный 40-хромосомный кариотип — полную картину хромосом организма — после более чем 100 лет искусственного размножения. Однако в более длительных масштабах времени изменения кариотипа, вызванные хромосомными перестройками, являются обычным явлением. У грызунов происходит от 3,2 до 3,5 перестроек на миллион лет, тогда как у приматов — 1,6», — сказал один из авторов исследования Ли Чжикунь.

По словам Ли, такие небольшие изменения могут иметь большие последствия. У приматов отличия в 1,6 составляют разницу между людьми и гориллами. Гориллы имеют две отдельные хромосомы там, где у людей они слиты. На индивидуальном уровне слияния или разделения могут привести даже к таким заболеваниям, как детская лейкемия.

Биологи до этого уже успешно меняли хромосомы у дрожжей, но попытки перенести эти методы на млекопитающих не увенчивались успехом до недавнего времени. Сложность заключается в том, что процесс требует получения стволовых клеток из неоплодотворенных эмбрионов мышей, а это означает, что клетки содержат только один набор хромосом (гаплоидные). В диплоидных клетках есть два набора хромосом, которые выравнивают и согласовывают генетику организма.

«Геномный импринтинг, то есть информация о том, какие гены должны быть активными, часто теряется, исчезает в гаплоидных эмбриональных стволовых клетках, что ограничивает генную инженерию. Недавно мы обнаружили, что, удалив три области импринтинга, можем сливать определенные хромосомы», — сказал один из авторов работы Ван Либинь.

Биологи слили мышиные хромосомы 1 и 2, а также 4 и 5. В первом случае детеныши рождались более крупными, более тревожными и физически более медленными. И только мыши со слитыми 4 и 5 хромосомами могли производить потомство с обычными мышами, но с гораздо меньшей скоростью, чем у немодифицированных грызунов. Это открытие продемонстрировало важность хромосомной перестройки для установления репродуктивной изоляции, которая является ключевым эволюционным признаком появления нового вида.

«Используя гаплоидную платформу эмбриональных стволовых клеток с фиксированным отпечатком и редактирование генов, мы экспериментально продемонстрировали, что хромосомные перестройки являются движущей силой эволюции видов и важны для репродуктивной изоляции, обеспечивая потенциальный путь для крупномасштабной инженерии ДНК млекопитающих», — сказал Ли.