Извивающиеся, молчащие щенки в лаборатории Александра Тревиса не кажутся чудом медицины. Но эти пушистые чудеса - первые собаки, рожденные с использованием экстракорпорального оплодотворения, процесс, который потребовалось более 30 лет для развития собак.
Связанный контент
- Собаки подражают друг другу выражения тоже
- Как подготовить своего пса, чтобы выиграть Best in Show
- Кошки тоже заболевают раком молочной железы, и мы можем многому научиться у него
- Даже малыши признают превосходную привлекательность щенков и котят
Оплодотворение in vitro (ЭКО) - это процесс оплодотворения яйцеклетки спермой в лаборатории. Мы успешно делали это на людях и некоторых других животных с 1970-х годов, но ученые изо всех сил пытались выяснить, как это работает для собак. Техника может помочь сохранить исчезающие виды собак в дикой природе и, в сочетании с методами редактирования генов, может даже помочь сделать домашние породы более здоровыми.
«Люди работали над этим с момента изобретения ЭКО», - говорит Трэвис, репродуктивный биолог из Корнелльского университета. «Никто никогда не достиг прогресса в ЭКО у собак. Это первый успех».
Проблема была частично в том, что биологи проводили эксперименты, основанные на незавершенной науке, в частности, в статье, опубликованной в 1978 году в журнале Gamete Research, в которой говорилось, что магний замедляет сперму.
Сперма собаки похожа на человеческую, но в отличие от человеческой, сперма собаки не готова сразу оплодотворить яйцеклетку. Это потому, что сперма собаки имеет покрытие из холестерина, которое покрывает ее голову, где хранится информация ДНК. Когда сперма проходит через матку собаки, химические вещества, в том числе магний, разрушают это покрытие. Если покрытие остается неповрежденным, ДНК спермы не может оплодотворить яйцеклетку.
Та же самая ванна с химическими веществами говорит сперме шевелить хвостом, который действует как пропеллер, помогая ему проникнуть в яйцеклетку, чтобы она могла отложить эту ДНК. С магнием сперма может плавать быстрее и легче проникать в яйцеклетку.
Во время экстракорпорального оплодотворения сперма находится в пробирке, а не в матке, поэтому ученым пришлось воссоздать химическую ванну внутри тела собаки. Но ни один другой ученый не думал включать магний из-за статьи 1978 года. Без этого вы можете положить сперму собаки рядом с яйцом, и ничего не произойдет.
«Почему не магний? Все используют эту среду без вопросов, и она была изобретена в 1970-х годах», - говорит ведущий автор статьи Дженнифер Нагашима, репродуктивный биолог в лаборатории Трэвиса и член Объединенной программы обучения выпускников Смитсоновского института. Институт сохранения биологии и Центр устойчивого развития Корнелла Аткинсона.
«Мы вернулись и посмотрели на это», - говорит Нагашима. «Это определенно жизненный урок - я сейчас все подвергаю сомнению».
Из семи щенков два от матери биглей и отца кокер-спаниеля, и пять от пар отцов и матерей биглей. (Майк Кэролл, Университет ветеринарной медицины Корнеллского университета) Предыдущие исследователи также полагались на процесс ЭКО человека при разработке процесса для собак, но наши репродуктивные системы имеют некоторые заметные различия, которые не были приняты во внимание. Люди овулируют примерно раз в месяц - это означает, что яичники выпускают яйцеклетку, которая готова к оплодотворению. Но собаки овулируют только один или два раза в год, и их яйца не сразу жизнеспособны.
Полагаясь на временную шкалу человеческого тела для работы с собаками, ученые слишком рано удаляли яйца от самки собаки. Вместо этого команда обнаружила, что собачьи яйца должны сидеть внутри своих яйцеводов (фаллопиевых труб у людей) некоторое время, прежде чем они будут готовы к ЭКО.
Когда Нагашима и ее коллеги удалили яйца сразу после овуляции, ни одно из них не оплодотворялось. Но когда они ждали четыре дня, 80% яиц оплодотворены, команда сообщает об этом на PLOS ONE .
После удаления яиц из матки собаки ученые поместили их в культуру со спермой и подождали около 48 часов, пока смесь не создаст новые клетки, что означает, что она была на пути к плоду собаки. Эти клетки затем извлекали из чашки Петри, замораживали и затем имплантировали суррогатной собаке.
Из 19 оплодотворенных эмбрионов семь крошечных щенков в виде смеси биглей родились 10 июля - после десятилетий исследований.
«Вы слышите эти первые крики, и это довольно приятное чувство», - говорит Трэвис. Следующим шагом будет научиться удалять яйца собаки, не прибегая к серьезным операциям.
По словам Маргарет Рут Кюстриц, специалиста по размножению мелких животных в Университете Миннесоты, ученые могут расширить популяцию исчезающих видов собак, внедряя технологию ЭКО для собак. Находящиеся под угрозой исчезновения каны, которые не хотят или не могут размножаться обычным способом, могут служить донорами яйцеклеток, тем самым обеспечивая сохранение их ценных генов в следующем поколении.
ЭКО также можно использовать для снижения заболеваемости домашних собак. Многие чистокровные породы сегодня страдают от генетических нарушений, которые можно устранить с помощью ЭКО и современных инструментов редактирования генов. Такое исследование может даже помочь нашему пониманию болезней человека. В то время как шимпанзе генетически ближе к нам, у собак более 350 признаков болезни, что в два раза больше, чем у любого другого вида.
«Это огромный позитивный шаг», - говорит Рут Кюстриц. «Каждое исследование, которое помогает нам лучше понять нормальную репродуктивную биологию, помогает нам думать о том, как мы могли бы использовать эти знания, чтобы помочь животным и людям».
Нучарин Сонгсасен (слева) и Дженнифер Нагашима из Смитсоновского института биологии сохранения берут на прогулку трех щенков ЭКО. (Джеффри Макмиллан)
