זכר ועוד זכר שווה עכבר

חוקרים בסין הצליחו בעזרת הנדסה גנטית ליצור עכברים פוריים בעלי שני אבות גנטיים וללא אם גנטית: משני תאי זרע וביצית ללא גרעין. שניים מהם אף התרבו והביאו לעולם דור המשך. זו הפעם הראשונה שחיים נולדו – ונמשכו – מ-DNA ששייך רק לזכרים.

ברבייה טבעית אצל יונקים, כמו אצל רוב בעלי החיים, כל עובר זקוק לשני עותקים של DNA, אחד מהאם ואחד מהאב. אין זו העתקה פשוטה של גנים: לצד המידע הגנטי, כל הורה תורם סימנים כימיים בתהליך שקרוי החתמה אפיגנטית, ומוביל להפעלה או לכיבוי של גנים. למשל, גן מסוים יפעל רק אם הגיע מהאב ויישאר כבוי אם הגיע מהאם, או להפך. כשכל ה-DNA מגיע מהורה אחד בלבד, יותר מדי גנים לא פועלים, והעובר בדרך כלל מתנוון ומת.

שני זכרים נכנסים למבחנה

במחקר החדש, שהתפרסם בכתב העת המדעי PNAS, הצליחו החוקרים לעקוף את החסם הזה. הם הוציאו את ה-DNA מביצית של עכברה, והזריקו לתוכה שני תאי זרע. לעובר שנוצר כך יש שני עותקים של DNA, בדומה לכל עובר של יונק, אבל שניהם מגיעים מה”אב”. החוקרים שינו את ה-DNA הזה באמצעות עריכה גנטית ממוקדת על ידי מערכת CRISPR, שבמקרה זה שימשה לא לעריכת רצף הגנים אלא לשינוי ההחתמות האפיגנטיות. החוקרים שינו ב-DNA שבעה אזורים שמבקרים את ההתפתחות של העוברים והקרומים שעוטפים אותם, בהם קרום מי השפיר.

שבעת האזורים שנבחרו לעריכה הם קטעים ב-DNA שבהם יש הבדל קבוע בין העותק שמקורו באב לבין זה שמקורו באם. ההבדל הוא בדרך כלל בדפוסי המתילציה, שהיא הוספה כימית של קבוצות מתיל ל-DNA. הדפוסים האלה משפיעים על הפעלת גנים סמוכים, ולכן האזורים שבהם נעשתה העריכה נקראים אתרי בקרה גנטיים (ICRs – ראשי תיבות של Imprinting Control Regions). לא החוקרים הם שגילו את האתרים האלה – האתרים האלה מוכרים במחקר על החתמה אפיגנטית – אך החידוש היה בבחירה לערוך את כולם יחד אצל עובר שנוצר משני תאי זרע. 

החוקרים השתמשו בגרסה של מערכת CRISPR שלא חותכת את ה-DNA אלא מצמידה אליו אנזימים שמשנים את המתילציה: אנזים אחד מסיר את המתילציה ואנזים אחר מחזיר אותה. כך יכלו החוקרים לשנות עותק של מקטע גנטי ולהקנות לו דמיון לעותק מהאם או מהאב, לפי הצורך. 

מזל טוב לאב ולאב המאושרים

מתוך מאות עוברים שטופלו בשיטה הזו, שלושה נולדו חיים ובחלק מהמקרים אף נצפה שחזור תקין של דפוסי המתילציה, איזון אפיגנטי בין שני עותקי הגנים, כאילו הגיעו מהורים שונים.

שניים מהעכברים הגיעו לבגרות, התפתחו כרגיל ואף התרבו עם נקבות בריאות, וצאצאיהם נולדו ונראו תקינים. כל החומר הגנטי של האבות הגיע מתאי זרע בלבד, שכן הגרעין הוצא מהביצית לפני ההפריה. הביצית היתה המצע הביולוגי שסיפק את חלקי התא: הציטופלזמה, האברונים כולל המיטוכונדריה, ואותות שנדרשו כדי להפעיל את תוכניות ההתפתחות המוקדמות של העובר, אך בלי גרעין שכולל את ה-DNA של הנקבה. 

זהו צעד נוסף במחקרי רבייה חד-הורית של יונקים. מחקרים קודמים הראו שאפשר להנדס עכברים משתי אמהות גנטיות, אך אף יותר קשה להנדס עובר משני אבות, כי ה-DNA של הזכר תורם פחות בשלבי ההתפתחות המוקדמים של העובר, וכי במקרה זה לא קיימות ההחתמות האימהיות שחיוניות להתפתחות תקינה. במחקר הנוכחי, החוקרים הצליחו לשחזר דפוסים חיוניים של החתמה אפיגנטית באמצעות הנדסה אפיגנטית מדויקת, אך גם כאן שיעורי ההצלחה נמוכים מאוד.

עדיין אין זה צעד ראשון לקראת רבייה ללא נשים: מלבד מגבלות טכניות ואתיות רבות, השיטה עדיין דורשת תא ביצית, גם אם בלי גרעין, כלומר בלי ה-DNA של הנקבה, כדי להתחיל את תהליך ההתפתחות. אבל בזכות ההישג המדעי יתאפשר כנראה לבדוק איזה סימני החתמה ואיזה דפוס אפיגנטי חיוניים להתפתחות תקינה, ולמפות את הסימנים והדפוסים האלה. הידע הזה יכול לעזור לאתר בעוברים ובתאי הרבייה, הגמטות, פגמים אפיגנטיים שמובילים לעקרות גנטית, ולבחון בעזרת ניסויים איך תיקון שלהם משפיע על סיכויי ההיריון. עוד עשוי הידע הזה לסלול דרכים חדשות לפיתוח תאי גזע, שמשמשים במחקר וגם ברפואה.