Ученые вживили мышам гены, которые старше всей животной жизни, и вот что произошло

В Гонконге недавно родились мыши, которые не похожи ни на одно другое животное в мире. При этом внешне они абсолютно обычны, но на генетическом уровне это уникальные создания.

• В Китае создали рекордно чистый графит, что может дать огромное преимущество в новых технологиях

Детали

Этих мышей сращивали с генами одноклеточного микроба под названием хоанофлагеллят. Хотя сам микроорганизм не животное, он тесно связан с ними, мало изменившись со времен, когда еще не существовало сложной многоклеточной жизни. Успех отбора генов хоанофлагеллят в таких сложных и многоклеточных организмах как мышь дает ученым новое понимание эволюционного происхождения черт животных.

Животные отличаются так называемой плюрипотентностью; способность эмбриональных стволовых клеток дифференцироваться и развиваться в разные ткани, образующие полностью развитый организм. Несмотря на отсутствие этого таланта, хоанофлагелляты имеют свои версии генов, ответственных за плюрипотентность у животных. Заменив мышиные гены на версию, найденную в хоанофлагеллятах, исследователи могли определить, насколько они схожи по своим функциям. Генетик из Университета Королевы Мэри в Великобритании Алекс де Мендоза отмечает:

Успешно создав мышь с помощью молекулярных инструментов, полученных от наших одноклеточных родственников, мы стали свидетелями чрезвычайной непрерывности функционирования почти миллиарда лет эволюции. Исследование предполагает, что ключевые гены, участвующие в формировании стволовых клеток, могли возникнуть гораздо раньше, чем сами стволовые клетки, возможно, помогая проложить путь к многоклеточной жизни, которую мы видим сегодня.

Считается, что плюрипотентность появилась вместе с появлением многоклеточных животных около 700 миллионов лет назад, поэтому понятно, что транскрипционные факторы, связанные с плюрипотентностью стволовых клеток, например в семьях Sox и POU, ограничены многоклеточными животными.

Но предварительные исследования, проведенные на соседних с животными микробах, показывают, что происхождение плюрипотентности предшествует многоклеточности. Если это так, то это может быть одной из движущих сил эволюции животных, а не ее следствием.

Гены Sox хоанофлагеллят имеют признаки, подобные тем, которые обнаружены в генах Sox2 млекопитающих. У мышей Sox2 взаимодействует с членом POU под названием Oct4; но гены POU хоанофлагелят не способны генерировать плюрипотентные стволовые клетки.

Команда исследователей под руководством Я Гао и Дейсилин Сенна Тан из Университета Гонконга и Матиаса Гирбига из Института наземной микробиологии Макса Планка в Германии хотела знать, что может произойти, если они заменят ген Sox2 у млекопитающих на ген Sox хоанофлагеллят.

Они вырастили клонированные стволовые клетки мыши и перепрограммировали их геномы, заменив Sox2 на хоанофлагеллят Sox. Эти клетки вводили в эмбриональные бластоцисты мышей, которые затем имплантировали в псевдобеременные суррогаты мышей для вынашивания, рождения и выращивания в благоприятной среде.

Мышата родились с сочетанием черт, основанных на их наследственности. По-видимому, это были мыши; но у них были темные глаза и темные пятна меха, что указывало на их смешанную генетику. В остальном они были достаточно нормальными, что свидетельствует о том, что гены хоанофлагеллят Sox смогли создать стволовые клетки, совместимые с развитием мыши.

Это свидетельствует о том, что инструменты для создания плюрипотентности развились в хоанофлагеллятах до появления многоклеточности. Мендоза подчеркивает:

Хоанофлагелляты не имеют стволовых клеток, они являются одноклеточными организмами, но у них есть эти гены, которые, вероятно, контролируют основные клеточные процессы, которые многоклеточные животные, вероятно, позже перепрофилировали для построения сложных тел.

Полученные данные свидетельствуют о том, что транскрипционные факторы Sox в хоанофлагеллятах сотни миллионов лет назад были биохимически сходны с генами Sox, которые сегодня выполняют важные функции в многоклеточных организмах. С другой стороны, неспособность POU хоанофлагеллят продуцировать плюрипотентные стволовые клетки свидетельствует о том, что члены POU должны были претерпеть модификации, чтобы взять на себя роль, которую они играют в плюрипотентности сейчас.

Исследователи говорят, что эти результаты могут иметь последствия для исследования стволовых клеток и терапии стволовыми клетками. И они добавляют интересный уровень сложности истории о том, как разнообразилась жизнь на Земле.

Раньше химики создали тончайшее спагетти в мире, которое в 200 раз тоньше человеческого волоса. То есть его не то, что трудно приготовить, его трудно даже увидеть (хотя диета с такими спагетти может оказаться эффективной).