同性伴侣想要获得后代不是梦,遗传阻碍正被逐渐铲除
2020-01-15 09:23

同性伴侣想要获得后代不是梦,遗传阻碍正被逐渐铲除

同性别的人可以孕育后代吗?这听起来像天方夜谈,不过现在有些技术已经让同性生殖不再遥远。尽管离实际应用还有一段距离,但这些技术至少能让许多同性伴侣看到希望:拥抱遗传学上属于彼此的孩子。本文来自微信公众号:环球科学(ID:huanqiukexue),作者:Roni Dengler,翻译:杨心舟,题图来自:图虫


Cara Gormally的受孕过程让她一直笼罩在阴郁的氛围中,她本人非常想要一个孩子,而她和同性伴侣所要面对的唯一困难,就是选择合适的精子捐赠来源。她们在寻找捐赠者的阶段还比较轻松,但接下来,Gormally的受精过程变得艰难起来,她每个月都会由于受精失败而变得沮丧和失落。“这一过程中,随机因素太多了,我们只能凭运气。”经济和生理上的双重重压让她身心俱疲。


但这还不是最难的部分,她和妻子已经接受一个事实,那就是无论她们多渴望要一个孩子,从生物学上来说,这孩子都不会和Gormally的妻子有任何血缘关系。


“一想到孩子从遗传学上来说不是来自我们俩,我就会非常伤心”,Gormally表示,“我希望能突破这种生物学上的不可能。”


现在,一系列新技术可能有潜力改变这种不可能,让同性伴侣也能像异性伴侣一样获得融合两人遗传基因的孩子。 


同性生殖的最大阻碍


哺乳动物体内的绝大多数细胞都带有两组染色体。其中一组来自父亲,一组来自母亲。不过精子和卵子属于特例,只带有一组染色体。当卵子受精后,受精卵又会重新拥有两组染色体。


对于Goamally和妻子这样的同性伴侣来说,阻碍她们获得两人共同结晶的最大阻碍就是基因组印记。这些印记会在父母的DNA上带上不同的标记,并且同时传递给自己的后代。这样的目的是为了让某些基因只通过母源或父源一方的DNA表达。如果这一过程出了差错,则可能会导致流产、后代出现发育缺陷和癌症。



在精子和卵子中,染色体上特定的印记基因会被沉默或者重写,无论这条染色体之前是来自父亲还是母亲。

Jay Smith/Discover


在DNA执行基因印记过程中,母亲一方不同区域的部分标记会关闭特定基因的表达,因此这段基因就只能依赖父亲提供的DNA来表达,反之亦然(当然并不是所有的印记都会关闭基因表达,有些也会激活基因)。这就是同性伴侣想获得小孩最大的困难,如果用的都是来自女性或男性的DNA,那么某些区域的基因就可能都是关闭的,这样胎儿不可能正常发育。


“我们无法保证正常发育所需的所有基因都处于开启状态,除非胚胎同时接受了父源和母源的遗传物质。” Marisa Bartolomei表示,她是宾夕法尼亚大学的遗传学家,正是她在小鼠中发现了第一个印记基因。


科学家大约在30多年前就在哺乳动物中发现了基因组印记,在上世纪80年代的实验中,研究人员尝试移除了小鼠受精卵中来自母亲或父亲的基因组,然后再往这个受精卵中加入一套基因组,最后变成全部是母源基因组或者父源基因组的胚胎。这种受精卵可以使小鼠怀孕,但胚胎都无法发育存活。


这些实验说明,胚胎的正常发育离不开父母双方的遗传物质,并且父母双方的DNA在某些方面可能表达得并不一样。而后续还有实验还发现,如果小鼠胚胎某段区域的一对DNA拷贝都来自同一方(而不是父母各提供一条拷贝的话),那么小鼠的发育过程就会出现不同。


比如有一段基因可以控制小鼠长出发夹一样的尾巴。当研究人员将母源DNA上相关的基因区域删除时,小鼠胚胎会长得更大,并且在发育中途死亡。而将父源DNA上相关基因区域删除时,基本上不会对小鼠发育产生影响。


随后的30年里,研究人员发现了越来越多的印记基因(他们估计应该有100~200种这样的基因)以及可以沉默这些基因表达的标记。这一过程中,科学家也发现这些印记基因会和人类的发育紊乱有关,他们也意识到,同性伴侣想要获得遗传学上的后代,最大的困难就在这里。


冲破阻碍


在2018年10月,科学家在小鼠中打破了这种不可能。中科院动物研究所的李伟课题组在删除了一些印记基因区域后,让两只雌性小鼠获得了健康的后代。他们也在两只雄性小鼠中进行了尝试,但两只雄性小鼠获得的胚胎在出生数天后就死亡了。尽管在两只雄性鼠中没有成功,李伟仍然很乐观:“这项研究向我们展示了一些可能性。” 


为了打破印记基因的阻碍,李伟和同事选择了一只雌鼠提供胚胎干细胞,并用CRISPR/Cas9技术将一些基因区域删除。之后它们将编辑过的胚胎干细胞注入了另一只雌鼠的卵子中,最后由代孕鼠负责孕育胚胎,并产下后代。


在这项实验的前两年,李伟课题组就已经在同性小鼠生育后代的实验中获得了一些成功。当时他们删除了2个印记基因区域,这些由两只雌性小鼠孕育的后代仍然可以活到成年,并拥有自己的后代,但它们会出现一些生长缺陷。平均来说,由两只雌鼠孕育的后代要比雌雄小鼠生育的轻20%,而在2018年的这项研究中,他们删除了第3个印记基因区域后,小鼠能正常地生长了


但是科学家现在还无法在两只雄鼠身上重复这个结果,相关的实验难度也比两只雌鼠要大。他们发现,如果要让两只雄鼠拥有遗传学上的共同后代,需要删除的印记基因区域可能是两只雌鼠的两倍。因此,在李伟的研究中,他一共删除了7个印记基因区域才成功地让两只雄鼠获得了后代。


尽管千辛万苦让它们获得了后代,但存活的小鼠数量屈指可数。只有2.5%的胚胎会开始发育,0.5%的小鼠能存活两天,没有小鼠活到了成年。


“目前,两只雄性小鼠产生健康的后代还是做不到,我们需要克服更多的阻碍才能保证这些小鼠在出生后能够存活下来”,李伟表示,“出生率越低,越能说明两雄生殖中有一些未知的障碍在阻止胚胎发育。”


相对地,两雌生殖的情况就要好很多。它们产生的后代可以活到成年,还能再次与其他雄鼠交配产下自己的孩子,并且行为上也与其他小鼠一样,没有不同。就他们的研究来说,两雌生殖获得的小鼠和实验室其他小鼠一样健康


“这并不意味着这些小鼠各个方面都是正常的”,李伟特别提醒到,“在严格限制的实验条件和数量有限的动物下,我们无法检测到所有方面的问题。”当然,尽管这项实验在小鼠中获得了成功,并不意味着能够提供给人类使用。“在进行人体试验之前,再多的安全和风险性考虑都不为过”,尤其是两雄生殖,就现在的技术来说,两只雄鼠产生的后代会非常不正常,也存活不了。


由于两雌生殖看起来更有希望,他们现在正准备将相关的技术应用到猴子中。如果能在猴子中成功,就意味着同性生殖离人类又更近了一步。


另一种希望


尽管上面的研究令人鼓舞,但是像Gormally和她伴侣一样的人现在还是无法用得上这种技术。不过,这也不是同性伴侣唯一可以指望的方法,另一项被称作“体外配子发育”(IVG)的技术也许是他们的第二种选择。


科学家可以利用IVG技术将身体的其他类型细胞转变成卵子或者精子。并且已经有生物学家尝试了IVG,将成人的皮肤细胞重编程成干细胞,之后再对其促分化,使这些干细胞分化成卵细胞或者精子。



一些日本的研究团队在IVG技术方面已经非常娴熟,日本京都大学的齐藤通纪和林克彦就曾经利用小鼠尾巴上的细胞重新产生了具有功能的卵子。


之后,他们给这颗重编程产生的卵子进行了受精,并移植到代孕鼠中。结果,胚胎能正常发育,产生的后代不仅健康而且也具有生殖能力。因此,理论上来说,如果是两个女性,只需将其中一名女性的皮肤细胞转变成精子,然后再给她伴侣的卵子受精就能孕育后代。


IVG技术的确能够改变同性伴侣获得后代的可能性。“如果这种方法是可行的,我们肯定会去尝试”,Gormally表示,现在,她通过使用捐赠者的精子产下的婴儿都开始学习走路了,“这完全能够改变一些不能打破的规则。”


原文链接:

https://www.discovermagazine.com/health/the-slow-march-toward-the-first-same-sex-couple-to-have-a-baby


本文来自微信公众号:环球科学(ID:huanqiukexue),作者:Roni Dengler,翻译:杨心舟

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