Біологи вперше виростили химер людини та мавпи – організми розвивалися протягом 19 днів. До цього дослідження є етичні питання

Біологам з каліфорнійського Інституту Солка під керівництвом Хуана Бельмонте за допомогою колег із Китаю вперше вдалося створити та виростити зародки, в яких є клітини людини та мавпи. Статтю з результатами роботи опубліковано в журналі Cell.

Раніше вчені вже намагалися створювати химери людини та тварин. У 2017 році група Бельмонте створила першу химеру людини і свині, проте в результаті експерименту в організмі концентрація людських клітин склала лише 0,01% — на думку вчених, така слабка приживаність пояснювалася занадто великою еволюційною відстанню між видами. У зв'язку з цим дослідники вирішили вбудувати клітини людини у зародки макак-крабоєдів, що є ближчим до людини видом.

В рамках дослідження в лабораторії були вирощені ембріони макак, і у віці шести днів у кожен з них ввели по 25 стовбурових людських клітин. Клітини прижилися у 132 ембріонів; через 10 днів 103 з них продовжували успішно розвиватися, проте до 19-го дня дослідження живими залишилися лише три химери — після цього їх знищили відповідно до умов експерименту.

Протягом усього часу спостереження частка людських клітин у зародках майже не падала. Вчені також змогли виявити кілька типів зв'язків між клітинами химери, які відрізнялися від тих, що зустрічаються у зародках людини та макак.

Вчені розраховують, що в майбутньому подібні дослідження дозволять вирощувати повноцінні органи та тканини для трансплантації, які не спричинятимуть відторгнення у людини.

Крім цього, вивчення химер дозволить краще зрозуміти розвиток людини на ранніх етапах життя та отримати більше інформації про прогресування захворювань та старіння — з урахуванням того, що не всі експерименти можна проводити на людях.

«Оскільки ми не можемо проводити певних типів експериментів на людях, важливо, щоб у нас були моделі для більш точного вивчення та розуміння людської біології та хвороб. Важлива мета експериментальної біології – розробка модельних систем, що дозволяють вивчати хвороби людини в умовах in vivo», – сказав Бельмонте.

Багато вчених вважають, що навіть це перше дослідження з етичної точки зору не безперечно, зазначає «Бі-бі-сі», і вважають, що перед проведенням експериментів зі створенням химер необхідно публічно обговорити їх наслідки, оскільки вони можуть створювати серйозні етичні та юридичні проблеми.

«Автори дослідження вважають, що химерні ембріони відкривають нові можливості, тому що, за їхніми словами, ми не можемо проводити певні типи експериментів на людях». Але при цьому відкритим залишається питання, чи самі ці ембріони є людьми чи ні», — прокоментувала дослідження дослідник біомедичної етики в Університеті Східної Англії Ганна Смайдор.

Хімера (біологія)

Хімера - організм, що складається з генетично різнорідних клітин. У тварин химерами називають організми, клітини яких походять від двох і більше зигот. Хімеризм у тварин потрібно відрізняти від мозаїцизму - присутності в одному організмі генетично різнорідних клітин, що походять від однієї зиготи [1] . Часто химерно збудованими є не цілі організми, а лише їх окремі органи або частини [2] . Строкатистий фікус бенджаміну — периклінальна химера, утворена двома лініями клітин: нормальними хлорофілпродукуючими (зелені ділянки) і мутантними з низьким числом хлоропластів (білі ділянки). Syringa vulgaris 'Sensation' - периклінальна химера У 1907 термін вперше застосував німецький ботанік Г. . Вінклер для форм рослин, які були отримані в результаті зрощування пасльону та томату [3] . У 1909 році Еге. Баур, вивчаючи пеларгонію ряболисту, з'ясував природу цього явища [3] . Природні химери описані вперше М. З. Навашин. Зокрема, їм було виявлено химери Crepis dioscoridis L. [3] та Crepis tectorum L. [4] Природні гаплохламідні периклінальні химери вперше описані Л. П. Бреславець на прикладі окремих географічних рас конопель [5] . Схема взаємного розташування тканин у щеплених химерах різних типів. A, B - Батьківські рослини. C-E: взаємне розташування тканин у C - періклінальної, D - секторальній, E — мериклінальні химери. Хімери можуть виникати в природі внаслідок спонтанних мутацій соматичних клітин, в експериментальних умовах (обробка мутагенами, поліплоїдогенами, колхіцином, інші впливи), а також серед рослин-регенерантів та в результаті щеплень. Хімери найпоширеніші у рослин, вегетативним способом, що розмножується, тому що лише при цьому способі химерність зберігається досить довго. При статевому розмноженні можливе успадкування химерності, що виникає при нестабільності алелів. У цьому випадку успадкування ознак не підпорядковується Менделівським законам і вважається нестабільною мутацією. У природі химери рідкісні, виникають, як правило, внаслідок випадкової гібридизації та механічних ушкоджень [5] . Хімери (особливо периклінальні, як більш стабільні), що володіють комплексом господарських переваг, мають важливе значення в рослинництві.Вони часто вирощуються як декоративні рослини [6]. У ботаніці розрізняють такі види химер (див. таблицю):

• диплохламідні (наприклад, пеларгонія з білоокаймленим листям)
• гаплохламідні (наприклад, хлорофітум з білоокаймленим листям)

Периклінальні химери найчастіше зустрічаються у природі, що їх більшої стабільністю. Нерідко вони виявляються серед сортів декоративних рослин, що розмножуються вегетативно [5] . Так, Juniperus davurica 'Expansa Variegata' є периклінальною химерою, у якої зовнішні тканини генотипно альбіносні, а внутрішні складаються з хлорофілоносних клітин [7] .

Взаємодія між компонентами химер і перехід різних речовин з одного компонента до іншого можуть призводити до різних аномалій розвитку і іноді до безпліддя химери.

У практиці садівників химери, що виникли випадково в результаті щеплень (т.з. ряболистість), відтворюють вегетативним розмноженням заново з покоління в покоління (наприклад, химери між пурпурним ракітником і золотим дощем - т.з. . Дослідники застосовують різні химери між мушмулою та глодом.

Втрата химерності властива як рослинам, отриманим внаслідок обробки колхіцином, так і химерам, що виникли спонтанно. Поряд з периклінальними химерами, що зберігають свої особливості при вегетативному розмноженні протягом 100 і більше років [3] , описані випадки зникнення химерності (трихимер Pelargonium zonaie , відомого з XIX століття апельсина 'Shamouti' та ін.).У деяких форм винограду розхимерування може відбуватися на окремих пагонах, при цьому нижня частина пагонів складається з поліплоїдних тканин [5] .

Частота розхимерування залежить від способу розмноження рослин. Розмноження кореневими живцями частіше призводить до розхимерування, ніж вегетативне розмноження іншими частинами рослини [5] .

У тварин химерами називають організми, які складаються з генетично різних клітин, що походять від двох та більше різних зигот.

Прикладом химеризму у тварин є фрімартінізм корів та інших тварин. Фрімартінізм - вид аномального гермафродитизму, що супроводжується стерильністю, при якому у самок розвиваються одночасно і яєчники, і тестикули. Цьому явищу схильні телята жіночої статі з пар різностатевих близнюків. Фрімартінізм пояснюється формуванням анастомозів судин між різностатевими плодами, внаслідок чого між ними відбувається обмін статевими гормонами та попередниками статевих клітин [1] [8] . Подібне явище було виявлено у мармозеток, проте вони не ведуть до стерильності [8] .

Хімери можуть формуватися із чотирьох гамет (результат об'єднання в один ембріон двох запліднених яйцеклітин або ембріонів на ранніх стадіях розвитку).

Хімеризм тварин може бути як результатом індивідуального розвитку організму (онтогенезу), так і результатом трансплантації органу, тканини (наприклад, кісткового мозку або переливання крові). Хімери часто можуть давати потомство, і тип потомства залежить від того, з якої лінії клітин розвинулися гамети.

Облігатний природний химеризм

Самці божевільної жовтої мурахи Anoplolepis gracilipes складаються з двох клітинних ліній [9].

Міжвидові химери

У 1980-х роках штучним шляхом було отримано міжвидову химеру вівці та кози.У 2017 році вченими з Salk Institute був створений ембріон химери - свині з клітинами людини [10] . Однак аналіз приживлення стовбурових клітин людини в бластоцистах свині продемонстрував виражену несумісність - лише одна людська клітина на 100 000 виявляється в отриманому ембріоні свині [11] . Коли стовбурові клітини мавпи (Macaca fascicularis) вводяться в бластоцисти свиней, тільки одна з 1000-10 000 клітин походить від мавпи, всі інші це клітини свині [12] .

Важливо відзначити, що в міжвидових химерах одержуваних шляхом введення ембріональних стовбурових клітин приматів в ембріони миші, ембріональні стовбурові клітини мавп хоч і приживаються спочатку в ранніх ембріонах миші, але в подальшому не здатні брати участь у розвитку. Клітини миші і мавпи не поєднуються, а утворюють окремо зростаючі колонії в яких злипаються і виживають у ході самоорганізації тканин лише споріднені «схожі» клітини. В результаті цієї клітинної ксенофобії ембріональні стовбурові клітини мавп зрештою зникають з мишачих ембріонів після стадії імплантації ембріона [13] . В основі подібної поведінки клітин очевидно лежать фундаментальні принципи морфогенезу [14] , у тому числі швидкість розгортання програми розвитку [15] [16] та міжвидове суперництво [17] .

Хімеризм у людини

У людей химеризм може виникати на різних стадіях онтогенетичного розвитку: у момент запліднення, ембріонального розвитку або у дорослому віці.

Хімеризм на стадії запліднення

Описано кілька випадків тетрагаметного химеризму в людини. Такі химери виникають, коли дві різні зиготи зливаються незабаром після запліднення та формують єдиний ембріон. Такі химери ідентифікують, наприклад, за наявністю двох популяцій еритроцитів, гермафродитизму та іноді за мозаїчним забарвленням шкіри та очей [18] .

Фетальний та материнський мікрохімеризми

Мікрохімеризм виникає при проникненні клітин матері та плода через плацентарний бар'єр ссавців і характеризується в нормі невеликою часткою «чужих» клітин в організмі.

Розрізняють два види мікрохімеризму: фетальний мікрохімеризм - присутність клітин плода в організмі матері, і материнський мікрохімеризм - присутність клітин матері в організмі спочатку плода, а потім і дитини. Передбачається, що мікрохімеризм внаслідок відмінності імунних властивостей придбаних клітин і клітин організму-господаря є причиною ряду захворювань аутоімунного характеру: ювенільного дерматоміозиту і неонатального вовчака при фетальному мікрохімеризмі, прееклампсії, системного червоного вовчаку та деяких форм раку при материнському .

Якщо в крові хворого містяться клітини людини протилежної статі, химеризм легко виявити, виявивши клітини із жіночим та чоловічим каріотипами. В інших випадках проводять типування клітин крові хворого на HLA.

Хімеризм у близнюків

Як і в деяких інших ссавців, у людини можливий обмін клітинами між близнюками під час внутрішньоутробного розвитку. Міграція клітин відбувається через загальну плаценту (плацентарні анастомози).

У гомозиготних близнюків

Теоретично химеризм у гомозиготних близнюків неможливий, тому що вони генетично ідентичні та походять від однієї зиготи. Однак рідкісні спостереження показують, що обмін клітинами між такими близнюками все-таки відбувається. Описано випадок монохоріональної діамініотичної вагітності, при якій у одного з близнюків на ранній стадії розвитку виникла трисомія по 21 хромосомі. При народженні один із близнюків мав фенотипічні ознаки страждаючого синдромом Дауна, другий мав нормальний фенотип. Аналіз мікросателітної ДНК показав, що близнюки були справді гомозиготними.При цьому в клітинах епітелію ротової порожнини кожного близнюка були виявлені лише його власні клітини (дисомічні або трисомічні по 21 хромосомі), тоді як кров містила клітини обох близнюків. Це називається химеризмом клітин крові і пояснюється тим, що близнюки з монохориональною плацентою в 70% випадків обмінюються кров'ю на тій чи іншій стадії розвитку [19] .

У гетерозиготних близнюків

Як правило, гетерозиготні близнюки у людини мають власні плаценти. Однак було описано кілька випадків, коли гетерозиготні близнюки харчувалися від загальної плаценти. У такій ситуації відбувається обмін кров'ю між близнюками, які не є генетично ідентичними, що призводить до химеризму клітин крові та, можливо, інших тканин. Припускають, що частота цього явища недооцінена та збільшується із застосуванням допоміжних репродуктивних технологій [1] [8] .

• Хімеризм виявляється у пацієнта у 2 серії («Каїн та Авель») 3 сезони серіалу «Доктор Хаус».
• Хімеризм неодноразово згадується і одна із ключових моментів розуміння сюжету у серіалі «Темне дитя».
• Хімеризм був знайдений у вбивці у 23 серії («Кровні узи») 4 сезони серіалу «C.S.I.: Місце злочину».
• Хімеризм був виявлений у юнацькому віці у детектива у детективному романі Франка Тільо «Фантомна пам'ять» із циклу книг «Розслідування ведуть комісар Шарко та Люсі Енебель».
• Хімеризм виявляється у головної героїні у 34 серії («Хімера») 6 сезону телесеріалу «Сімейні мелодрами».
• У 2655 серії («Вроджена двуличие») детективного телесеріалу «Слід» біолог займалася вивченням химер та гібридних організмів.
• Хімеризм був виявлений у пацієнта у 6 сезоні 7 серії серіалу «Ординатор».
• «Тварину Пітера Бенчлі» описує продукт генної інженерії людини і акули, що вийшов з-під контролю.

• Мозаїцизм
• Вегетативна гібридизація
• Лідія Фейрчайлд
• Гібрид
• Гібридні істоти

Abuelo D. Clinical significance of chimerism // Am J Med Genet C Semin Med Genet. - 2009. - Т.151C, вип. 2 . - С. 148-51. - doi: 10.1002/ajmg.c.30213. - PMID 19378333.

Хімери (неопр.) . Велика медична енциклопедія. Дата звернення: 14 березня 2013 року. Архівовано з оригіналу 3 квітня 2014 року.

Nsvashin M. Unbalanced somatic chromosomal variation в Crepis // Univ. California Publs. Agricult. Sci.. - 1930. - Т. 6, № 3. - С. 95-106.

Кунах В. А. Геномна мінливість соматичних клітин рослин // Біополімери та клітина. - 1995. - Т. 11 №6. Архівовано 27 червня 2020 року.

Крен М. Би., Лоуренс У. Дж. Ч. Генетика садових та овочевих рослин. - М. - Л.: Сільгоспгіз, 1936. - 232 с.

Ruth J., Klekowski E. J., Jr., Stein O. L. Impermanent initials of shoot apex and diplontic selection in juniper chimera // Am. J. Bot.. - 1985. - № 72. - С. 1127-1135.

Chen K., Chmait R. H., Vanderbilt D., Wu S., Randolph L. Chimerism in monochorionic dizygotic twins: case study and review // Am J Med Genet A. - 2013. - Т. 161A, вип. 7 . - С. 1817-24. - doi: 10.1002/ajmg.a.35957. - PMID 23703979.

H. Darras, C. Berney, S. Hasin, J. Drescher, H. Feldhaar, L. Keller. Obligate chimerism in male yellow crazy ants (англ.) // Science. - 2023-04-07. - Vol. 380, iss. 6640 . - P. 55-58. - ISSN 1095-9203 0036-8075, 1095-9203. - Doi: 10.1126/science.adf0419. Архівовано 21 травня 2023 року.

"Вчені створили химеру". theUK.one. 2017-01-27. Архівовано 2 лютого 2017 року. Дата звернення: 27 січня 2017 року .

Wu, J., Platero-Luengo, A., Sakurai, M., Sugawara, A., Gil, M. A., Yamauchi, T., . & Belmonte, J. C. I. (2017). Interspecies chimerism with mammalian pluripotent stem cells. Cell, 168 (3), 473-486. >

Fu, R., Yu, D., Ren, J., Li, C., Wang, J., Feng, G., . & Чжоу, Q. (2020). Упорядковані cynomolgus monkey embryonic stem cells дозволяє generation of neonatal interspecies chimeric pigs. Protein & cell, 11 (2), 97-107. PMC 6954905 doi : 10.1007/s13238-019-00676-8

Simerly, C., McFarland, D., Кастро, C., Lin, C.C., Redinger, C., Jacoby, E., . & Schatten, G. (2011). Interspecies chimera між примітивними embryonic stem cells і mouse embryos: monkey ESCs graft in mouse embryos, але не post-implantation fetuses. Stem cell research, 7(1), 28-40. PMID 21543277 PMC 5053765 doi : 10.1016/j.scr.2011.03.002

Gumbiner, B. M. (1996). Cell adhesion: molecular basis of tissue architecture and morphogenesis. Cell, 84(3), 345-357

Liu, T., Li, J., Yu, L., Sun, H. X., Li, J., Dong, G., . & Gu, Y. (2021). Cross-species 1-cell transcriptomic analysis reveals pre-gastrulation developmental differences among pigs, monkeys, and humans. Cell discovery, 7 (1), 1-17. PMID 33531465 PMC 7854681 doi : 10.1038/s41421-020-00238-x

Rayon, T., Briscoe, J. (2021). Cross-species comparisons and in vitro models to study tempo in development and homeostasis. Interface Focus, 11(3), Article ID:20200069 https://doi.org/10.1098/rsfs.2020.0069

Zheng, C., Hu, Y., Sakurai, M. та ін. (2021). Cell competition constitutes a barrier for interspecies chimerism. Nature 592, 272–276 https://doi.org/10.1038/s41586-021-03273-0

Yu N., Kruskall M. S., Yunis J. J., Knoll J. H., Uhl L., Alosco S., Ohashi M., Clavijo O., Husain Z., Yunis E. J., Yunis J. J., Yunis E. J. Діснувалася матерність, що веде до визначення tetragametic chimerism // N Engl J Med. - 2002. - Т. 346, вип. 20 . - С. 1545-52. - PMID 12015394.

O'Donnell C. P., Pertile M. D., Sheffield LJ, Sampson A. Моноzygotic twins with discordant karyotypes: a case report // J Pediatr. - 2004. - Т. 145, вип. 3 . - С. 406-8. - PMID 15343200.

• Uptake of informative molecules by living cells, ed. L. Ledoux, Arnst. - L., 1972; Hess D., Transformationen an höheren Organismen, Naturwissenschaften, 1972, Jg. 59.
• Baruch Rinkevich. Human natural Chimerism: an acquired character or vestige of evolution? Human Immunology, vol. 62, No 6 (June 2001), pp. 651–657

Wikiwand in your browser!

Seamless Wikipedia browsing. На steroids.

Ще раз натисніть на link to Wikipedia, Вікіпедія або Wikiquote в вашому інструменті пошуку результатів, він буде показувати сучасний Wikiwand interface.

Wikiwand extension є п'ять зір, простий, з мінімальним схваленням, що потрібні для придбання вашого шикування приватного, надійного і transparentного.