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基因修改、幹細胞研究 兩同一性別小鼠成功誕下幼鼠

2018/10/15 — 9:00

Credit: Wang, L.Y.

Credit: Wang, L.Y.

哺乳類動物一般只能透過雙性繁殖,即雄性及雌性動物交配後,精子與卵子結合才能誕下下一代。不過,人類可能可透過生物科技改變此「金科玉律」。繼日韓科學家後,中國科學家亦成功利用幹細胞及基因修改技術,成功讓同性小鼠繁殖下一代。

在哺乳類動物當中,同性產子最大障礙在於基因印記 (Genomic Imprinting) 。在精子和卵子發育期間,會有一定「標記」連接到染色體之處,這類標記可以影響到基因功能,而父母都各自擁有不同標記。也就是說,部份基因需要由父親的 DNA 變得活躍,部份則需由母親的 DNA 使基因變得活躍。科學家一般認為這機制有助平衡胚胎發育,但實際原因仍是未知之數。

研究人員在今次研究利用了單倍體胚幹細胞 (haploid embryonic stem cells)  作繁殖,由於這種幹細胞只有一組由卵子或精子培育而成的染色體,因此可減少基因印記標記所帶來的問題。之後,研究人員再以基因修改技術,將部份已知令基因組銘印出現問題的基因組移除。雌性小鼠的幹細胞則會移走三個基因位置,雄性小鼠的則需移除 7 個基因位置。

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兩隻雌性小鼠的幹細胞處理較為簡單,只需將兩顆幹細胞置於未成熟的卵子中,之後再將卵子轉移至代母小鼠中讓胚胎發育。兩隻雄性小鼠幹細胞的處理難度則較高,研究人員首先要將精子和幹細胞注入未成熟卵子中,而且需要事先將卵子中帶有大量基因物質的細胞核移除。問題是,當研究人員將雄性小鼠一組的卵子置入子宮時,卵子並無繼續發育。因此他們轉而先讓卵子培育一段時間後,才置入雌性代母體內。

最終雌性小鼠一組誕下的小鼠可正常成長,但現時仍未確認牠們在成長過程中,會不會有一些發現到的發育健康問題。雄性小鼠一組所誕下的小鼠則沒有那麼幸運,雖然小鼠可足月發展,但 12 隻小鼠中,只有兩隻活到超過 48 小時。因此,現時仍未知此技術是否完全安全和有效,更需解決一連串道德倫理問題,相信難以在短期內應用於人類當中。

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今次並非首次有同性動物誕下下代,此前已有日韓科學家成功利用兩隻雌性小鼠繁殖下代。今次研究卻是首次有科學家以兩隻雄性小鼠繁殖幼鼠,研究所用到的技術,相信亦有助了解不同基因,以及基因組銘印對胚胎發育有甚麼影響。

來源:
National Geographic, Same-sex mouse parents give birth via gene editing, 11 October 2018

報告:
Li, Z.K., Wang, L.Y., Wang, L.B., Feng, G.H. & et al. (2018). Generation of Bimaternal and Bipaternal Mice from Hypomethylated Haploid ESCs with Imprinting Region Deletions. Cell Stem Cell, published online.DOI: 10.1016/j.stem.2018.09.004

文/Edward Ho、審核/Alan Chiu

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