"Давайте ділитися": чи зможуть люди розмножуватися за допомогою партеногенезу?

У листопаді 1955 року британська газета опублікувала оголошення: розшукуємо жінок, які зачали дитину самостійно, без чоловіка. Винагороди за непорочне зачаття не обіцяли: це вчена-генетик Хелен Спервей шукала підтвердження своєї гіпотези про те, що люди можуть розмножуватися поділом або за допомогою партеногенезу. І справді, птахи часом можуть розмножуватися без самців, то чому б і ссавцям не спробувати? А може, ми вже так розмножуємось, просто ніхто не перевіряв?

То чи можуть люди розмножуватися «поодинці»?

Як боротися з набряком під час вагітності: правильний вибір мінеральної води

Механізми «непорочного зачаття», або як перевіряли гіпотезу

Вчені, які розшукують жінок з історією розмноження партеногенезом, вигадали два можливі пояснення гіпотези: як би природний аналог клонування, коли зародок «відгалужується» від маминої клітини і має її точний генетичний набір — як ідентичний близнюк. Або яйцеклітина самозапліднюється, зливаючись з іншою яйцеклітиною або самостійно починаючи ділитися.

В обох випадках можливе було успадкування тільки материнських ХХ хромосом — а значить, з пар, що відгукнулися на оголошення, вибрали тільки мам з доньками, причому максимально схожих зовні. Таких пар виявилося 19.

Перший відсів за допомогою обстеження незайманої пліви залишив всього 8 пар. Як виявилося, решта жінок не дуже розібралася, що означає «зачати самостійно», багато хто вважав, що це означає лише збереження цілісності пліви.

Тих, хто залишився, почали обстежити генетики. Секвенування геному було ще недоступне, тому експерти робили, що могли: визначали групи крові, резус-фактор, порівнювали колір очей, вимірювали антигени групи крові в слині (здатність їх виділяти передається у спадок), давали куштувати смак фенілтіомочевину — не всі відчувають її гіркота, і це теж успадкована ознака.

У результаті залишилася лише одна пара: Еммімарі Джонс та донька Моніка. Мати запевняла, що «понесла», коли лікувалася в лікарні, і всі 4 місяці її доглядали тільки жінки. Цю пару перевірили навіть на сумісність тканин, пересадивши ділянкою шкіри один одному: за наявності чужих генів почалося б відторгнення, але шкіра, щоправда, не прижилася в жодній.

Більше варіантів перевірок не було – технології середини минулого століття не дозволяли. І вченим довелося зробити висновок, що вони не здатні спростувати запевнення матері про непорочне зачаття. Отже, таке можливе. Чи ні?

Партеногенез у ссавців

Зараз питання про зачаття Моніки Джонс було б вирішено дуже швидко — секвенування генів дозволяє відрізняти ідентичних однояйцевих близнюків: це потрібно, наприклад, у ситуації, коли один скоїв злочин. Однак випадків перевірити не трапляється — та вчені не шукають. І річ у тому, що ссавці не розмножуються партеногенезом. Вони мають біологічні бар'єри.

Яйцеклітина до зустрічі зі сперматозоїдом перебуває у «сплячому» стані. Щоб стати повноцінною статевою клітиною — з одним набором хромосом, а не з двома, їй потрібен сигнал від сперматозоїда, сама вона на таку команду не здатна. Це перший бар'єр на шляху до партеногенезу.Більшість яйцеклітин хребетних не вдається його подолати — навіть деяким рибам, які вміють розмножуватися партеногенезом, потрібна команда від іншої клітини (її впускають усередину, а потім ці чужі хромосоми виштовхуються з клітини).

Якщо з ікринки виштовхуються наявні хромосоми (ядро клітини), це андрогенез. Деякі риби розмножуються саме в такий спосіб.

Андрогенез спостерігається і у людей, якщо в заплідненій яйцеклітині руйнується її ядро ​​і залишається лише оболонка зі сперматозоїдом. Клітина починає розподіл, але в результаті формується тільки потужна клітинна маса - міхурний замет.

Втім, яйцеклітину ссавців і навіть людину нескладно змусити дозріти у пробірці — їй треба лише трохи кальцію. Тоді вона починає дроблення, начебто її запліднив сперматозоїд, і розвивається до цілком нормальних клітинних кульок-бластоцист, про які в календарі вагітності пишуть «ваше маля схоже зараз на ягоду малини».

А ось що далі – дізнатися не можна. Чи могла міс Джонс із дослідження британських генетиків 1955 року справді народити в результаті подібного збою — невідомо. Законами заборонено вирощувати такі самостійно запліднені яйцеклітини понад 14 днів або підсаджувати їх у матку.

Втім, мишам їх підсаджувати не заборонено, але вони, як свідчать експерименти, не життєздатні. Не виростають повноцінні ембріони і з тератом, пухлин у яєчниках. Тобто яйцеклітинам ссавців (і людини в тому числі) потрібен не лише сигнал від сперматозоїда, а й його генетичний набір. І це другий біологічний бар'єр, який заважає нам розмножуватися поділом.

Навіщо нам такі складнощі?

Наші гени мають властивість імпринтингу, тобто в ембріоні за наявності двох однакових генів від матері та батька один «мовчатиме», а другий працюватиме. Більше того, вони один за одним «стежать».

Наприклад, у зародка є батьківський ген IGF2, який у результаті формує повноцінну плаценту. Такий же материнський ген у зародку є, але вимкнений, проте активно працює її ген IGFR2. Він відстежує, щоби батьківський ген не переробляв. Якщо цей баланс спотворюється, ембріон не виживає. За даними дослідження 2019 (журнал Cell) у мишей з тільки материнськими генами не виходить сформувати плаценту. Якщо материнських генів немає – плацента росте величезною, а життєздатного ембріона немає.

Людина таких імпринтованих генів понад 250 — і це лише відомі вченим.

Навіщо нам такі складнощі невідомо. Одна з версій біологів-еволюціоністів пояснює моментом появи плаценти. Через неї самкам довелося вкладати в ембріон більше ресурсів (а не як з ікрою чи яйцем), і у самців почали формуватися гени, які змушували материнський організм більше вкладатися саме в цього нащадка, щоб конкуренти не розмножувалися. А організм самок підлаштовувався так, щоб ці ресурси заощаджувати. Через війну сформувалося рівновагу.

Чи не партеногенез, але потомство одностатевих батьків

А ось такий варіант цілком можливий: якщо ці гени відомі, то можна їх і змінити так, щоб у ссавців вийшло розмножуватися розподілом. І вчені це справді зробили — знову ж таки, на мишах.

Як з'ясувалося, регуляції вимагали всього два гени Igf2 і H19, щоправда, довелося працювати з ооцитами (майбутніми яйцеклітинами) новонароджених мишенят — у них немає характерних міток на материнських генах.Їх геном змінили, далі використовували ці ооцити зі зрілою мишачою яйцеклітиною та запустили процес поділу.

З майже двадцяти мишенят, зачатих таким чином, народилися лише двоє. А потім одна миша стала цілком повноцінною матір'ю. Назвали її Кагуя, дочка двох матерів (експеримент Tomohiro Kono).

Втім, спрацювало це не лише з двома яйцеклітинами: миші, які мають лише двох батьків, теж вдало народжувалися в результаті експериментів. Щоправда, роботи це зажадало ще більше: потрібні були не тільки сперматозоїди, а й стовбурові клітини, а також оболонка яйцеклітини (без ядра). Усе це призвело до появи світ живих мишенят — але прожити їм вдалося лише кілька діб.

Це не партеногенез яким він має бути: все ж таки для зачаття були потрібні дві особини, нехай і одностатеві. До речі, вчені зазначили, що без батьків в експериментах їм обходитимемося набагато простіше, ніж без матерів. Та й ефективність такого розмноження теж під великим питанням: розвиваються та виживають такі мишенята вкрай погано.

Бразильські вчені (Gabriel Jose de Carlia, Medical Hypotheses) обіцяють з'ясувати точно, чи не розмножуються люди поділом. Вони мають намір скористатися можливостями повногеномного секвенування — що справді дає шанс дізнатися, чи хтось із людей без партнера не розмножився. Щоправда, коли це буде, наразі невідомо.

Частковий партеногенез у людей

Загалом після експериментів на мишах із двома яйцеклітинами стає зрозуміло, що така можливість є: потрібні кілька мутацій та поломок у генах, які допоможуть яйцеклітині подолати біологічні бар'єри та успішно вирости в ембріон без участі сперматозоїда. Та й умовні приклади теж є, наприклад, напівпартеногенетичний хлопчик, описаний лікарями 1995 року.

У цього хлопчика в крові були лише жіночі хромосоми, а ось шкіра на 95% тільки чоловіча – вчені визначили це за аналізами (Lisa Strain, Nature Genetics). У решті тканин хромосомні набори не аналізували.

Експерти припустили, що яйцеклітина почала ділитися сама ще до злиття зі сперматозоїдом і подвоїла набір своїх хромосом, а потім до однієї її частини дістався пуголовок із набором чоловічих генів. Через війну частина клітин стала нормальної, а частина — лише материнської. Обличчя у хлопчика, до речі, було асиметричним, зі здоровою лівою стороною та непропорційною правою.

Після цього траплялися й інші. Важко сказати, чи з'являється здорове потомство внаслідок таких збоїв запліднення: всі обстежені лікарями люди мали серйозні патології — гермафродитизм, множинні пухлини, відставання у розвитку. Втім, можливо, здорові діти-партеногеноти також існують, але їх геном не аналізують. Але навряд чи: навіть сенсаційні каліфорнійські кондори, які народилися з незапліднених яєць, хворіли і померли раніше, ніж звичайно (і розмножуватися у них не виходило).

У міфології партеногенез у богів теж пройшов не гладко: Гефест, син, якого Гера зачала без чоловіка, народився хворим і кульгавим, і мати вигнала його з Олімпу.

Ділимося?

Теоретично люди з допомогою випадкових мутацій чи цілеспрямованих дій вчених можуть розмножуватися розподілом. Але вченим заборонено це міжнародними стандартами. Крім того, експерти вважають, що життєздатністю результат такого експерименту навряд чи відрізнятиметься.

А якщо подивитися на результати інших експериментів, клонування виглядає набагато перспективнішим.Хоча клонування людей теж заборонено міжнародними стандартами, можна припустити, що в майбутньому відтворення себе цілком як клона буде проходити набагато вдаліше, ніж розмноження поділом. Це має й іншу причину.

Уникнення партеногенезу допомагає тваринам залишатися здоровими та частково уникати передачі спадкових мутацій. У птахів подібне "альтернативне" зачаття зустрічається за відсутності самців, щоб хоч якось розмножитися. Таке розмноження — прямий шлях накопичення проблемних генів. При такому розподілі всі наслідки мутацій можуть проявитися вже в першому поколінні. Тобто приблизно, як із серії близькоспоріднених шлюбів. Хоча там не все так однозначно: читайте про це у статті «Шлюби родичів: ризик патологій чи бонуси для сім'ї?».

Читайте далі

Відновлення після інсульту: проблеми харчування та як їх вирішити

Як пацієнтам відновлюватися після перенесеного інсульту та нормалізувати повноцінне пінні: детально пояснюємо у статті MedAboutMe

Що таке партеногенез та як він відбувається

Партеногенез - це вид статевого розмноження, при якому організм розвивається лише від жіночої статевої клітини (тобто яйцеклітини) [1]. Для партеногенезу не потрібне запліднення яйцеклітини сперматозоїдом (чоловічою статевою клітиною). Вчені припускають, що партеногенез – побічний ефект еволюції двостатевих організмів.

Партеногенез також називають одностатевим або «невинним» розмноженням. Хоча при цьому виді розмноження між чоловічими та жіночими гаметами (статевими клітинами) не відбувається злиття, його все одно вважають статевим: новий організм розвивається за участю статевої клітини.Зазвичай при статевому розмноженні яйцеклітина і сперматозоїд представляють половину генетичної інформації, яка необхідна для створення нового життя. При партеногенезі гени, які зазвичай забезпечують сперматозоїди, заповнюються в інший спосіб.

Види партеногенезу

Існує кілька класифікацій партеногенезу:

• Вчені виділяють природний та штучний партеногенез [2]. Перший є нормальним способом розмноження деяких істот у природі. Другий реалізується в експериментальних умовах в лабораторіях.
• Якщо організм може розмножуватися лише з допомогою партеногенезу, його називають облігатним [3]. Якщо істота може розмножуватися як шляхом партеногенезу, і з допомогою запліднення, такий спосіб вважатиметься факультативним.
• Залежно від статі потомства розрізняють арренотокію (коли розвиваються лише самці), телитокію (коли розвиваються лише самки) і дейтеротокію (коли можуть розвиватися особини обох статей).
• Партеногенез буває соматичним (диплоїдним/поліплоїдним) та генеративним (гаплоїдним). У першому випадку при розподілі клітини набір материнських хромосом копіюється у початковій кількості - виходить, по суті, клон. Другий варіант більше нагадує самозапліднення - при розподілі яйцеклітина розділяє між двома клітинами та свій набір хромосом. У цьому процесі хромосоми тасуються, і потомствені клітини не повна генетична копія матері.

Як працює партеногенез

Партеногенез може відбуватися двома шляхами. Їх розрізняють у тому, як ділиться статева клітина (жіноча гамета):

Автоміксис

Жіноча клітина статі формується так: спочатку вона розмножується, створюючи свої копії.Потім ці клітини починають рости, накопичуючи поживні речовини, і стають первинними овоцитами (або ооцитами). По суті, це підросла статева клітина, яка майже готова стати яйцеклітиною. Щоб перетворитися на неї, клітина має двічі поділитися. При першому розподілі утворюється ооцит другого порядку та полярне тільце (побічний продукт розподілу). Після першого поділу клітина має лише половину материнських хромосом (одинарний набір). Вторинний ооцит знову ділиться - виходить яйцеклітина та вторинне полярне тільце.

При автоміксисі яйцеклітина з'єднується із полярним тільцем. Виходить, що організм просто «перетасовує» свої ж материнські гени для створення потомства, яке буде схожим на неї, але не ідентичним.

Апоміксис

Апоміксис частіше зустрічається у рослин та відбувається за допомогою мітозу [4]. При цій формі клітина копіюється і створює два своїх «клони» з двома хромосомними копіями (а не з одним, як при мейозі). Через те, що такі клітини не проходять мейозу, потомство виходить генетично ідентичним зі своїми батьками.

Приклади партеногенезу

Природний партеногенез зустрічається в багатьох живих істот. Серед членистоногих він зустрічається у павуків, ракоподібних, комах (таргани, попелиця, мурахи) [5]. Планктонне ракоподібне – дафнія – більшу частину року розмножується партеногенезом, у результаті якого народжуються лише самки [6]. Восени, коли умови довкілля погіршуються, із цих яєць з'являються вже самці. Їхні самки використовують для статевого розмноження.

У мурах поширений такий вид партеногенезу, як телитокия, коли потомство представлене лише самками. Він зустрічається у восьми видів мурах [7].Такий самий спосіб статевого розмноження виявлено у семи видів термітів [8].

Серед хребетних партеногенез – явище дуже рідкісне. Партеногенез можуть розмножуватися скельні ящірки і комодські варани, деякі види риб, земноводних і навіть птахів [9]. А ось серед ссавців вчені випадків природного партеногенезу поки що не виявили.

Штучний партеногенез

Штучний партеногенез - це вид статевого розмноження, при якому на незапліднену яйцеклітину впливають різними подразниками під час експериментів [10]. Першим цим питанням зайнявся російський зоолог Олександр Тихомиров. У 1886 році він викликав партеногенез у незапліднених яєць тутового шовкопряда. Для цього він впливав на них концентрованою сірчаною кислотою, тертям та перепадами температур [11].

Справу Тихомирова продовжив радянський біолог Борис Астауров, який у 1936 року розробив спосіб масового отримання повного партеногенезу тутового шовкопряда. Для цього він нагрівав вилучені із самки незапліднені яйця до 46 °С протягом 18 хвилин. Цей спосіб дозволив отримувати нові особини, але лише жіночої статі. Вони були ідентичні вихідній самці та один одному. Надалі радянський генетик і селекціонер Володимир Струнников зміг досягти партеногенетичного розвитку і самців теж: це важливо, тому що самці дають більше шовку, ніж самки [12].

Успішні експерименти проводилися і з інших тварин: морськими безхребетними на кшталт морських їжаків, зірок, черв'яків і молюсків, над жабами, кроликами [13].

Німецький зоолог Оскар Гертвіг зміг зробити так, щоб почалося дроблення незапліднених яйцеклітин у морського їжака та деяких видів кільчастих хробаків.Для цього він впливав на них стрихніном, хлористим кальцієм, дифтерійною сироваткою та морською водою.

Американський зоолог і біолог Жак Леб займався розробкою методики штучної активації яєць голкошкірих: він спочатку занурював яйця в кислоту, потім — у гіпертонічну морську воду (гіпертонічна морська вода — рідина, де концентрація солі вища, ніж у клітині, що занурюється туди, щоб молекули солі могли пройти крізь клітинні стінки). Потім він поміщав яйця в нормальні умови, і вони розвивалися за допомогою партеногенезу.

Американець Грегорі Гудвін Пінкус працював над партеногенезом у кроликів [14]. знову повертав їх у матку кролиці, де вони розвивалися далі. Завдяки дослідженням вчений зміг здобути кілька дорослих особин.

Що стосується рослин, партеногенезу вдавалося добитися у деяких видів водоростей і грибів: для цього використовували гіпертонічні розчини і короткочасне нагрівання Австрієць Еріх Чермак зміг добитися штучного партеногенезу у квіткових рослин на кшталт хлібних злаків і бобових за допомогою роздратування приймової рослини пилкової або чужої. порошками (тальк, борошно, крейда).

Радянський гістолог Євген Вермель у 1972 році добився партеногенезу у смородини, томатів та огірків. Для цього він впливав на клітини рослин за допомогою диметилсульфоксиду [15].Речовину використовують у фармацевтиці, а також у різних сферах виробництва.

Партеногенез у людини

Вперше наука зустрілася з прикладом - хоч і неповним - партеногенезу у людини в 1995 [16]. Батьків однорічної дитини насторожила асиметричність її обличчя: якщо ліва половина виглядала здоровою, то права мала непропорційні риси та неправильну форму.

Щоб розібратися, вчені перерахували хромосоми у клітинах крові дитини та виявили дві Х-хромосоми (ХХ). Справа в тому, що це жіноче поєднання хромосом, у хлопчиків має бути поєднання XY. Але при тому, що кров у дитини була з набором ХХ, її шкіра мінімум на 95% була «чоловічою» (XY) — згідно з дослідженням клітин із щиколотки малюка, каріотип (повний хромосомний набір клітини) дитини був 46,XY — тобто чоловічий .

Вчені так і не з'ясували, що призвело до такого розвитку дитини. Однак вони припустили, що яйцеклітина здійснила перші поділки надто швидко: яйцеклітина встигла об'єднатися з полярним тільцем - як це відбувається при автоміксисі. І лише після цього до неї дістався сперматозоїд. Тому частина клітин у хлопчика отримала XY-набір хромосом, а частина подвійний набір хромосом матері.

Відомі також випадки, коли у дітей була частина клітин з набором хромосом ХХ, а частина з набором XY (жіночим і чоловічим), але при цьому у всіх клітинах були батьківські хромосоми. На думку дослідників, це могло статися через те, що спочатку яйцеклітина самостійно «активувалася», але після першого поділу її запліднили два різні сперматозоїди — або через те, що жіноча статева клітина просто нестандартно пройшла процес розподілу [17], [18 ].

У 2017 році вчені припустили, що партеногенез серед людей може просто залишатися непоміченим і на допомогу має прийти секвенування геномів усіх новонароджених [19]. Низка дослідників працює над гіпотезами про те, як саме у людини може відбуватися партеногенез. Однак підтвердження цих гіпотез з етичних причин поки що неможливе. Вчені припускають, що деякі партеногенетичні явища у людей на кшталт тератоми яєчників (доброякісних утворень, які формуються з зачатка однієї з ембріональних тканин) або химер (на зразок хлопчика, про якого писали в Nature) можуть бути частиною процесу еволюції, а що надалі партеногенез у людей може стати дійсністю.

Читайте також:

👀 Слідкуйте за телеграм-каналом «РБК Трендів» — будьте в курсі останніх тенденцій у науці, бізнесі, суспільстві та технологіях.