历时6年,多国科学家创造可以代孕的雄性动物

科研公路社

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· 9月15日

较大个体的猪、牛等动物的繁殖实验目前还在进行当中。Oatley 实验室也正在完善干细胞移植过程,然后再进行下一步的尝试。

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历时6年,多国科学家创造可以代孕的雄性动物

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华盛顿州立大学的生殖生物学家 Jon Oatley 正在喂养一只 “可代孕山羊爸爸”

华盛顿州立大学的生殖生物学家 Jon Oatley 正在喂养一只 “可代孕山羊爸爸”

文丨科研公路社

提到 “代孕”,大家想到的更多是借助女性身体实现供体受精卵和胎儿的发育。但实际上,男性也可以 “代孕”。

9 月 14 日,多国科学家在《美国国家科学院院刊》(Proceedings of The National Academy of Sciences) 上就发表了一项重磅成果,他们首次培育出了可以成功代孕后代的猪、山羊和牛等雄性动物。

当然,这些 “代孕” 雄性动物,所 “替代” 的是供体动物的精子,即帮助供体动物产生正常的精子,并 “代替” 完成受精作用。

值得说明的是,虽然帮助受孕的是代孕雄性,但其产生的精子,却是属于供体动物的。也就是说,对于那些无法生育或者想要 “广撒种” 的男性来说,可以通过这一技术完成生育目的。

研究人员表示,这一技术可以加速家畜所需特性的传播,并提高全球人口增长所需的食物供给,还将能够使偏远地区的育种者更好地获得世界其他地区优秀动物的遗传物质,并使山羊等难以使用人工授精的动物获得更精确的育种。

有了这项技术,我们可以更好地传播我们想要的物种性状,提高食物生产的效率。这将对解决世界粮食不安全问题产生重大影响。” 领导这项研究的华盛顿州立大学兽医学院生殖生物学家 Jon Oatley 说,“如果我们能从基因上解决这个问题,那就意味着我们可以减少水、饲料和抗生素的使用。”

基因编辑创造出 “代孕爸爸”

为了实现雄性动物成果 “代孕” 后代,Oatley 领导的国际研究小组利用基因编辑工具 CRISPR-Cas9,在动物胚胎中敲除一种特定于男性生育能力的基因。

所以这些被基因编辑过的雄性动物出生时,是不育的,但接下来,当研究人员将供体雄性动物的干细胞移植到它们的睾丸后,它们就能够正常产生精子。

只不过,代孕雄性动物所产生的精子,只含有供体动物的遗传物质。

威斯康辛州立大学、犹他州立大学、马里兰大学和英国爱丁堡大学罗斯林研究所的研究人员,在长达 6 年时间的合作与努力下,他们终于使用 CRISPR-Cas9 基因编辑技术培育出了可以代孕的雄性小鼠、猪、山羊和牛。

这些小鼠、猪、山羊和牛都缺少一种名为 NANOS2 的基因,这种基因主要针对雄性的生育能力。

虽然这些雄性动物在发育过程中没有生育能力,但在其他方面都很健康,所以当它们接受了来自其他雄性动物的生殖干细胞移植后,它们开始利用捐供体动物的细胞产生精子。

实验结果也证明,这些 “代孕爸爸” 能够提供活跃的供体精子,并生育出健康的后代,后代也正常携带着供体雄性小鼠的基因。

不过,较大个体的猪、牛等动物的繁殖实验目前还在进行当中。Oatley 实验室也正在完善干细胞移植过程,然后再进行下一步的尝试。

罗斯林研究所的 Bruce Whitelaw 教授表示,这项研究为雄性代孕这一概念提供了强有力的证据,也向世界展示了这项技术是真实的,是可以使用的。”

大型动物育种的革命性突破

几十年来,科学家们一直在寻找一种简单、高效的代孕后代的方法,以克服选择性育种和人工授精的局限性。

毕竟,人工授精需要近距离接近动物,并严格控制它们的活动,而对于大型动物来说,想要完成这一步,十分困难。

目前,人工授精技术在奶牛身上很常见,因为奶牛通常被关在栏里,活动受到限制,所以它们的繁殖行为相对容易控制,但对于需要自由走动来喂养的肉牛来说,人工授精技术就很少使用。

再比如,对于猪来说,人工授精的过程就很困难,因为猪的精子在低温下不能很好地存活;对山羊来说,人工授精也是相当具有挑战性的,甚至可能还需要进行外科手术。

而 “雄性代孕” 技术,则有望解决这些育种难题。

基因编辑的代孕公牛

代孕的雄性动物,仍然可以在牧场或田野上正常地活动,代孕供体和代孕者,也不需要互相靠近对方,因为冷冻捐赠的精子或代孕动物本身都可以被运送到不同的地方。

此外,由于 NANOS2 基因只影响雄性的生育能力,因此,哪怕是基因编辑敲除了 NANOS2 基因的雌性动物,仍然是可以生育,并且可以通过繁殖有效地产生不育的可代孕雄性。

犹他州州立大学的 Irina Polejaeva 教授表示,这项技术有很大的潜力帮助解决发展中国家的食物供应,那里的牧民目前仍然依靠选择性育种来改善他们的牲畜品质。

“在许多发展中国家,牛羊肉是蛋白质的主要来源,”Polejaeva 说,“而这项技术可以让山羊的某些特性更快地传播,无论是抗病性、耐热性还是更好的肉质。

此外,雄性代孕技术还可能为濒危物种的遗传保护开辟新的选择。毕竟,濒危物种数量的减少使动物群落彼此隔绝,限制了它们的遗传多样性传播。

政策和伦理障碍

然而,技术再先进,如果不改变目前的政策和公众的看法,雄性代孕技术的好处也是无法实现的。

Oatley 说,这部分原因是由于,人们普遍认为基因编辑和有争议的转基因操作是一样的。实际上,基因编辑涉及在一个物种内部自然发生的变化,它不会结合不同物种的 DNA。

即使该技术已经足够先进,可以很快商业化,但在目前的法规下,基因编辑的代孕动物也不能用于世界任何地方的食物供应,即使它们的后代没有被基因编辑。

Jon Oatley

Oatley 意识到在实验室之外还有很多工作要做,所以他最近开始加入了家畜基因编辑国家工作组,将研究人员、行业代表、生物伦理学家和政策制定者聚集在一起,为这项技术寻找前进的道路。

“即使所有的科学研究都完成了,在世界任何地方将其应用于畜牧业生产的速度都将受到社会接受度和政策的影响。” Oatley 表示,通过与决策者和公众合作,我们可以帮助提供信息,向公众保证这种科学不会像其他方法那样带来风险。”

虽然目前雄性代孕技术的尝试还只是在动物身上,但可以想象的是,如果未来有一天,前沿基因编辑技术应用到人类身上时,当前社会的一切伦理规则将发生翻天覆地的变化。

参考资料:

https://news.wsu.edu/2020/09/14/gene-edited-livestock-surrogate-sires-successfully-made-fertile/

https://www.eurekalert.org/pub_releases/2020-09/wsu-gl090920.php

https://www.pnas.org/content/early/2020/09/08/2010102117

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