为了拯救北方白犀牛免于灭绝,一个国际研究团队正在努力创造实验室培育的卵细胞和精子细胞。该团队在《科学进展》(ScienceAdvances)上报告了一个里程碑:他们已经从干细胞中产生了原始生殖细胞,这是世界首次。
33岁的雌性北方白犀牛“纳金”和她22岁的女儿“法图”是地球上仅存的北方白犀牛,世界上已经没有雄性的北方白犀牛了,所以这个物种在理论上已经宣告灭绝。
但拯救这个物种的希望并没有完全丧失,根据《科学进展》上的一篇论文,科学家们成功培育了原始生殖细胞(PGC),这是从胚胎干细胞和诱导多能干细胞中提取的犀牛卵细胞和精子的前体。
这是拯救北方白犀牛的计划中的一个重要里程碑,莱布尼茨动物研究所负责协调的“生物救援”(BioRescue)项目旨在拯救北方白犀牛,使其免于灭绝。为此,科学家们正在采取两种策略,其中一种是从死去的犀牛的皮肤细胞中产生活的精子和卵子。让北方白犀牛的精子和卵细胞结合后,将产生的胚胎植入亲缘关系密切的南方白犀牛雌性体内,然后它代孕,直到犀牛宝宝诞生。
从一块皮肤到一只活犀牛可能是细胞工程的真正壮举,但这一过程本身并不是前所未有的:来自日本大阪大学和福冈九州大学的研究团队已经使用小鼠完成了这一壮举。但对于每一个不同的物种来说,各个步骤都是未知的领域。
大阪大学的研究人员解释道:“这是第一次从干细胞中成功产生大型濒危哺乳动物的原始生殖细胞。”此前,他们这只在啮齿动物和灵长类动物身上实现。与啮齿类动物不同,研究人员发现SOX17基因是诱导犀牛原始生殖细胞生成的关键因素。SOX17在人类生殖细胞的发育中也起着重要作用,因此它可能在许多哺乳动物物种的生殖细胞中也起着重要的作用。
研究人员正在使用的南部白犀牛胚胎干细胞来自意大利克雷莫纳的Avantea实验室,与此同时,新衍生的北方白犀牛原始生殖细胞源自“法图”的姑姑“纳比尔”的皮肤细胞,它于年在捷克的野生动物园中去世。
研究人员表示,他们希望利用这项尖端干细胞技术来拯救其他濒危犀牛物种:“有五种犀牛,几乎所有犀牛都被列为IUCN红色名录中的濒危物种。”该团队还利用干细胞培育了南方白犀牛的原始生殖细胞,南方白犀牛的全球总数量为2万头。
此外,研究人员能够识别两种表达在白犀牛亚种祖细胞表面的特异性标记物CD9和ITGA6。未来,这些标记物将帮助科学家们检测和分离已经在一组多能干细胞中出现的原始生殖细胞。
现在,科学家们必须着手下一项艰巨的任务:在实验室中使原始生殖细胞成熟,将其转化为有功能的卵子和精子细胞。与成熟的生殖细胞相比,原始细胞相对较小,最重要的是,它仍然有一对染色体(生殖细胞只有其中的一半)。研究人员表示:“我们必须找到合适的条件,使细胞生长并将染色体组一分为二”。
莱布尼茨动物研究所的研究员希尔德布兰特也在寻求一种互补策略。他想从22岁的法图身上获取卵细胞,并在意大利加利的实验室里用从四头现已死亡的雄性北方白犀牛身上采集的冷冻精子使其受精。他计划将这种精子被解冻,并通过卵胞浆内精子注射的方式将其注入卵子。
然而,希尔德布兰特解释说,法图已经无法生育自己的后代,因为她的跟腱有问题,无法承受任何额外的重量。与此同时,她的母亲纳金已经过了生育年龄,也患有卵巢肿瘤。他补充道:“无论如何,由于我们只剩下一个自然卵子提供者,因此任何后代的遗传变异都太小,无法创造出一个可行的种群。”
因此,该团队的首要任务是将他们现在拥有的原始生殖细胞转化为卵细胞。研究人员解释道:“在小鼠中,我们发现卵巢组织的存在在这一关键步骤中很重要。由于我们不能简单地从两只雌性犀牛身上提取这种组织,我们很可能也必须从干细胞中培养这种组织。”然而,这位科学家希望马的卵巢组织能够发挥作用,因为从进化的角度来看,马是犀牛的近亲。