ZNANSTVENICI su prvi put uspjeli genetskim inženjeringom izazvati tzv. "djevičansko" ili "bezgrešno" začeće kod životinja koje se inače razmnožavaju spolno.
U studiji, objavljenoj u časopisu Current Biology, vodeća autorica studije, razvojna biologinja Alexis L. Sperling i njezini suradnici na sveučilištu u Cambridgeu uspjeli su promijeniti gene vinske mušice na takav način da su ženke koje se inače razmnožavaju spolno uspjele stvoriti potomstvo bez doprinosa mužjaka.
Posebna sposobnost ženki
Znanstvenici su već ranije uspjeli stvoriti potomstvo miševa i žaba bez genetskog doprinosa muških roditelja, no to je bilo ostvareno manipuliranjem jajnim stanicama u laboratoriju, a ne osposobljavanjem ženki za djevičansku reprodukciju koja je također poznata kao partenogeneza.
Što je partenogeneza?
Partenogeneza je oblik nespolne reprodukcije u kojoj se razvoj embrija odvija bez oplodnje. Ona je alternativa seksualnoj reprodukciji i ne zahtijeva genetski doprinos mužjaka. Mnoge vrste insekata i gmazova, kao i druge životinje, razvile su sposobnost partenogeneze kao alternative seksu.
Otkrivanje gena ključnih za partenogenezu
Sperling kaže da su ranija istraživanja identificirala kandidate za gene partenogeneze.
No, ističe da je njezin tim uspio ne samo identificirati takve gene, već i potvrditi njihovu funkciju aktivirajući ih u drugoj vrsti koja se inače spolno razmnožava.
"Mi smo prvi uspjeli pokazati da je genskim inženjeringom moguće stvoriti djevičanska rođenja kod životinja - bilo je vrlo uzbudljivo vidjeti mušicu djevicu kako stvara embrij sposoban za razvoj u odraslu jedinku i zatim ponoviti taj proces", rekla je britanska razvojna biologinja.
Geni prekidači
U novoj studiji, provedenoj tijekom šest godina na 220.000 jedinki, tim je kod mušica Drosophila mercatorum koje imaju sposobnost za tzv. fakultativnu partenogenezu - mogućnost prebacivanja sa spolnog u nespolno razmnožavanje - identificirao ključne gene koji djeluju kao prekidači.
Kako bi identificirali te gene Sperling i njezini kolege sekvencirali su genome dvaju sojeva mušice - jednog koji se razmnožava seksualno i drugog koji ima sposobnost fakultativne partenogeneze.
Što je fakultativna partenogeneza?
U slučaju fakultativne partenogeneze, organizam ima sposobnost razmnožavanja i seksualnim i aseksualnim putem, ovisno o uvjetima u okolini i drugim čimbenicima. Ako su uvjeti povoljni i resursi koji podržavaju normalnu reprodukciju dostupni, organizam će vjerojatno preferirati seksualno razmnožavanje.
Međutim, ako su uvjeti nepovoljni, primjerice ako manjka partnera za seksualno razmnožavanje ili su uvjeti u okolini nepovoljni, organizam može koristiti fakultativnu partenogenezu kako bi se ipak reproducirao i proizveo potomstvo bez potrebe za partnerom. To životinjama omogućuje da održe populaciju i osiguraju preživljavanje vrste u teškim uvjetima.
Fakultativnu partenogenezu mogu pokazivati neki kukci, pauci, vodozemci, gmazovi i drugi organizmi.
Otkriće 44 ključna gena
U sljedećem koraku znanstvenici su usporedili aktivnosti gena u jajašcima mušica sposobnih za partenogenezu s onima u jajašcima mušica sposobnih isključivo za seksualnu reprodukciju kako bi identificirali gene koji djeluju tijekom jednog procesa, ali ne i drugog.
Usporedba im je omogućila da identificiraju 44 gena koji su potencijalno uključeni u partenogenezu.
Tim je potom promijenio ekvivalentne gene u vinskoj mušici Drosophila melanogaster, koja se obično ne može reproducirati aseksualno. Nakon što su isprobali razne kombinacije gena, znanstvenici su konačno uspjeli pogoditi onu koja je izazvala partenogenezu kod oko 11% ženskih vinskih mušica. Neki od potomaka ovih genetski modificiranih mušica također su bili sposobni za oba načina reprodukcije i spolnu i partenogenezu, što znači da su naslijedili umjetno stvorenu sposobnost.
Iako partenogene mušice dobivaju gene samo od majki, one nisu uvijek klonovi svojih roditelja. Neke mušice u studiji imale su tri skupa kromosoma, dok jaja koja polažu majke koje se razmnožavaju partenogenezom obično imaju samo dva.
Tim je također otkrio da genetski manipulirane ženke mušica obično čekaju oko 40 dana kako bi pronašle mužjaka za reprodukciju prije nego što pokrenu djevičansko rođenje.
Koristi i štete od posebne sposobnosti
Sperling ističe da prelazak na djevičanska rođenja može biti izuzetno koristan za vrstu i služiti kao reproduktivna rezerva za izolirane ženke.
No, istaknula je da u tome postoji i mogući negativni aspekt jer djevičanska rođenja mogu smanjiti sposobnost vrste da se prilagodi okolišnim pritiscima budući da partenogeneza rezultira manjom genskom raznovrsnošću potomaka.
Dodala je da bi u toj sposobnosti mogao postojati još jedan problem, ali za ljude.
"Ako se pritisak selekcije za djevičanska rođenja nastavi kod kukaca štetnika, što se čini vjerojatnim, to bi na kraju moglo dovesti do njihove reprodukcije isključivo na taj način. To bi pak moglo postati ozbiljan problem za poljoprivredu jer ženke proizvode samo ženke, pa bi se njihova sposobnost širenja udvostručila", objasnila je.
Malo je vjerojatno da bi se tako mogli razmnožavati ljudi
Istaknula je da je malo vjerojatno da bi slično djevičansko razmnožavanje moglo funkcionirati kod sisavaca, uključujući ljude, unatoč tome što je partenogeneza zabilježena kod brojnih drugih životinja poput guštera i pčela.
Problem je u tome što sisavci trebaju i očinski i majčinski genom, dok je očinski genom nepotreban kod vrsta koje mogu proći kroz djevičanska rođenja.
"Sisavci su bitno drugačiji i to kod njih nije prirodna pojava", rekla je Sperling dodavši da je istraživanje ipak pomoglo u razumijevanju ljepote života i drugačijeg tipa reprodukcije.
***
Novu knjigu Indexovog znanstvenog novinara Nenada Jarića Dauenhauera, koja tematizira najkontroverznije i najzanimljivije teme u znanosti poput klimatskih promjena, pseudoznanosti, pandemije, GMO-a i nuklearki, možete nabaviti ovdje.
Knjiga se sastoji od tekstova našeg novinara objavljenih kroz više godina rada na Indexu.
Objavljuje Index Vijesti u Subota, 5. studenoga 2022.