Wijące się, szczękające szczeniaki w laboratorium Aleksandra Travisa nie wyglądają jak cuda medyczne. Ale te włochate cuda są pierwszymi psami urodzonymi przy użyciu zapłodnienia in vitro, którego opracowanie zajęło psom ponad 30 lat.
powiązana zawartość
- Psy naśladują swoje wyrażenia, Too
- Jak przygotować swojego kundla, aby wygrać Best in Show
- Koty też dostają raka piersi i możemy się z nich wiele nauczyć
- Nawet małe dzieci dostrzegają wyższą słodkość szczeniąt i kociąt
Zapłodnienie in vitro (IVF) to proces zapłodnienia komórki jajowej nasieniem w laboratorium. Od lat 70. robimy to z powodzeniem u ludzi i kilku innych zwierząt, ale naukowcy starali się dowiedzieć, jak to działa dla psów. Technika ta może pomóc w ratowaniu zagrożonych gatunków dzikich psów, a w połączeniu z technikami edycji genów może nawet pomóc w zdrowiu ras domowych.
„Ludzie pracowali nad tym od momentu wynalezienia in vitro” - mówi Travis, biolog reprodukcyjny z Cornell University. „Nikt nigdy nie poczynił postępów z zapłodnieniem in vitro u psa. To pierwszy sukces.”
Problem polegał częściowo na tym, że biolodzy przeprowadzali eksperymenty w oparciu o niekompletną naukę, w szczególności artykuł opublikowany w 1978 r. W czasopiśmie Gamete Research, który sugerował, że magnez spowalnia plemniki.
Nasienie psa wygląda podobnie do nasienia ludzkiego, ale w przeciwieństwie do ludzkiej wersji, nasienie psa nie jest gotowe do natychmiastowego zapłodnienia komórki jajowej. To dlatego, że nasienie psa ma powłokę cholesterolu, która zakrywa głowę, gdzie przechowywane są informacje DNA. Kiedy plemniki przemieszczają się przez macicę samicy, chemikalia, w tym magnez, niszczą tę powłokę. Jeśli powłoka pozostaje nienaruszona, DNA plemników nie może zapłodnić komórki jajowej.
Ta sama kąpiel chemikaliów każe plemnikowi poruszać ogonem, który działa jak śmigło, pomagając mu zagłębić się w jajku, aby mógł zdeponować to DNA. Dzięki magnezowi plemniki mogą pływać szybciej i łatwiej przenikają do komórki jajowej.
Podczas zapłodnienia in vitro nasienie znajduje się w probówce, a nie w macicy, dlatego naukowcy musieli odtworzyć kąpiel chemiczną w ciele psa. Ale żaden inny naukowiec nie pomyślał o włączeniu magnezu z powodu artykułu z 1978 roku. Bez tego możesz umieścić plemnik psa obok jajka i nic się nie wydarzy.
„Dlaczego nie magnez? Wszyscy używają tego medium bez zadawania pytań, a został on wynaleziony w latach 70. XX wieku” - mówi autor badań Jennifer Nagashima, biolog zajmujący się reprodukcją w laboratorium Travisa i członek programu Joint Graduate Training Program Smithsonian Conservation Biology Institute i Cornell's Atkinson Center for a Sustainable Future.
„Wróciliśmy i spojrzeliśmy na to”, mówi Nagashima. „To zdecydowanie lekcja życia - teraz kwestionuję wszystko”.
Z siedmiu szczeniąt dwa pochodzą od matki rasy beagle i ojca cocker spaniela, a pięć pochodzi od par ojców rasy beagle i matek. (Mike Caroll, Cornell University College of Veterinary Medicine) Poprzedni projektanci polegali również na ludzkim procesie in vitro przy projektowaniu procesu psa, ale nasze systemy rozrodcze wykazują pewne znaczące różnice, które nie były brane pod uwagę. Ludzie owulują mniej więcej raz w miesiącu - co oznacza, że jajniki uwalniają jajo gotowe do zapłodnienia. Ale psy owulują tylko raz lub dwa razy w roku, a ich jaja nie są natychmiast żywotne.
Opierając się na osi czasu ludzkiego ciała do pracy z psami, naukowcy zbyt wcześnie usuwali jaja z samicy. Zamiast tego zespół odkrył, że jaja psa muszą siedzieć przez pewien czas w jajowcach (jajowody u ludzi), zanim będą gotowe do zapłodnienia in vitro.
Kiedy Nagashima i jej koledzy usunęli jaja zaraz po owulacji, żadne z jaj nie zostało zapłodnione. Ale kiedy czekali cztery dni, 80 procent zapłodnionych jaj, zespół donosi w tym tygodniu w PLOS ONE .
Po usunięciu jaj z macicy psa naukowcy umieścili je w hodowli ze spermą i czekali około 48 godzin, aż mieszanina utworzy nowe komórki, co oznacza, że był w drodze do bycia płodowym psem. Komórki te następnie usunięto z płytki Petriego, zamrożono, a następnie wszczepiono surogatowi psa.
Spośród 19 zapłodnionych zarodków, 7 malutkich szczeniąt rasy beagle urodziło się 10 lipca - po dziesięcioleciach badań.
„Słyszysz te pierwsze płacz i to całkiem miłe uczucie” - mówi Travis. Następnym krokiem jest nauczenie się, jak usuwać jaja psa bez przeprowadzania poważnej operacji.
Margaret Root Kustritz, specjalista ds. Reprodukcji małych zwierząt na University of Minnesota, dzięki rozwojowi technologii IVF dla psów może zwiększyć populacje zagrożonych gatunków psów. Zagrożone psowate, które nie chcą lub nie mogą rozmnażać się w zwykły sposób, mogą służyć jako dawcy jaj, zapewniając w ten sposób, że ich cenne geny będą kontynuowane do następnej generacji.
IVF można również zastosować w celu ograniczenia chorób u psów domowych. Wiele czystych ras cierpi dziś na zaburzenia genetyczne, które można usunąć za pomocą IVF i nowoczesnych narzędzi do edycji genów. Takie badania mogą nawet pomóc w zrozumieniu ludzkich chorób. Podczas gdy szympansy są bliżej nas genetycznie, dzielimy z psami ponad 350 cech chorobowych, czyli dwa razy więcej niż jakikolwiek inny gatunek.
„To ogromny pozytywny krok” - mówi Root Kustritz. „Każde badanie, które pomaga nam lepiej zrozumieć normalną biologię rozrodu, pomaga nam zastanowić się, w jaki sposób możemy wykorzystać tę wiedzę, aby pomóc zwierzętom i ludziom”.
Nucharin Songsasen (z lewej) i Jennifer Nagashima z Smithsonian Conservation Biology Institute zabierają na spacer trzy szczenięta IVF. (Jefferey MacMillan)
