[CRISPR 덕분에 아빠 둘을 둔 쥐가 성인이 되다] 이는 동성의 생물학적 자손을 만드는 새로운 방법이지만 이 접근법은 아직 인간에게 적용될 준비가 되어 있지 않다.
CRISPR 덕분에 아빠 둘을 둔 쥐가 성인이 되다.
이는 동성의 생물학적 자손을 만드는 새로운 방법이지만 이 접근법은 아직 인간에게 적용될 준비가 되어 있지 않다.
언뜻 보기에 우리 안을 껑충껑충 뛰어다니는 일곱 마리의 쥐는 다른 쥐들과 비슷해 보인다. 하지만 그들은 특이한 혈통을 가지고 있다. 그들은 두 아빠의 DNA를 가지고 태어났다. 이 쥐들은 같은 성의 부모에게서 태어난 엘리트 생물 집단에 합류하여 원숭이와 같은 더 큰 동물에서 실험할 길을 열었다.
중국 과학 아카데미의 베테랑 생식 연구자인 웨이 리(Wei Li)와 치 저우(Qi Zhou)가 주도한 이번 연구 결과는 "우리를 깜짝 놀라게 했다"고 마드리드 국립 생명공학 센터의 루이스 몬톨리우(Lluís Montoliu) 는 썼다 . 그는 이 연구에 참여하지 않았다.
두 아빠를 둔 쥐가 태어난 적은 있지만 , 과학자들은 이번 연구에서 완전히 다른 전략을 사용했고, 생식의 미스터리에 대한 통찰력도 제공했습니다. "각인"이라는 과정에서 배아의 일부 유전자는 생물학적 엄마나 아빠에게서 왔는지에 따라 켜지거나 꺼집니다. 각인 문제는 종종 배아를 손상시켜 성장을 멈춥니다.
새로운 연구에서, 연구팀은 동성 부모로부터 만들어진 배아에서 각인된 유전자를 찾아내어 그 패턴의 복잡한 "지문"을 그렸습니다. 그런 다음 그들은 20개의 유전자를 집중적으로 조사하고 유전자 편집 도구인 CRISPR를 사용하여 조작했습니다. 수백 번의 실험 후, 두 명의 수컷 기증자로부터 만들어진 편집된 배아는 성인으로 성장한 7마리의 새끼를 낳았습니다.
각인은 생식에만 영향을 미치는 것이 아닙니다. 이 과정에서 딸꾹질이 발생하면 배아줄기세포, 동물 복제 또는 유도만능줄기세포(iPSC)에 의존하는 생물의학 기술도 손상될 수 있습니다. 각인의 변화는 복잡하고 예측하기 어려우며 "보편적인 교정 방법은 없다"고 연구팀은 적었습니다 .
리는 보도자료에서 "이 연구는 줄기세포 및 재생의학 연구의 여러 한계를 해결하는 데 도움이 될 것" 이라고 밝혔습니다 .
유전적 내전
포유류의 생식에서 가장 중요한 규칙은 여전히 정자가 난자를 만나는 것입니다. 하지만 이제 자연의 설계를 넘어 이러한 생식 세포가 어디에서 나오는지에 대한 더 많은 옵션이 있습니다. 피부 세포를 줄기 세포와 같은 상태로 되돌리는 iPSC 기술 덕분에 실험실에서 만든 난자와 정자 세포가 이제 가능해졌습니다.
과학자들은 기능적인 난자 와 난소를 조작 하여 같은 성의 부모에게서 태어난 쥐 새끼를 만들었 습니다. 리의 팀은 2018년에 두 마리의 어미에게서 태어난 최초의 쥐를 만들었습니다. 동료들과 비교했을 때, 쥐는 더 작았지만 더 오래 살았고 엄마가 될 수 있었습니다.
열쇠는 각인 코드의 일부를 잠금 해제하는 것이었습니다.
난자와 정자는 각각 우리 DNA의 절반을 가지고 있습니다. 그러나 두 DNA 공급원이 만나면 충돌할 수 있습니다. 예를 들어, 엄마의 유전 코드의 비슷한 부분은 출산을 쉽게 하기 위해 더 작은 아기를 인코딩할 수 있는 반면, 아빠의 유전 코드의 비슷한 부분은 태어난 후 더 나은 생존을 위해 더 크고 강한 자손을 인코딩할 수 있습니다. 다시 말해, 양쪽의 균형을 맞추는 것이 중요합니다.
같은 성의 생식세포로 만들어진 배아는 "자연적으로 생존하지 못한다"고 몬톨리우는 썼다.
진화론에는 해결책이 있습니다. DNA 일부를 차단하여 자손이 엄마나 아빠 중 한 명으로부터 유전자의 활성 사본을 하나만 가지도록 하는 것입니다. 이러한 균형은 초기 배아에서 DNA "내전"을 방지하여 성장할 수 있도록 합니다. 리의 팀은 각인에 관여하는 세 가지 필수 DNA 영역을 찾아내고 CRISPR을 사용하여 한 엄마의 DNA에서 해당 문자를 삭제했습니다. 편집을 통해 표식이 지워져 세포가 의사 정자로 변형되었고, 이를 난자에 주입하면 건강한 아기 쥐가 탄생했습니다.
하지만 이 과정은 두 아빠에게는 효과가 없었습니다. 여기서 목표는 남성 기증자 세포에서 각인된 표식을 지우고 가짜 난자로 바꾸는 것이었습니다. 각인을 제어하는 최대 7개의 유전자를 편집했음에도 불구하고, 노력의 약 2%만이 살아있는 출산으로 이어졌습니다. 새끼 중 어느 것도 성인이 될 때까지 살아남지 못했습니다.
더블대드
두 수컷으로부터 자손을 만드는 일은 엄청나게 어려운 일로, 두 어미의 DNA를 지닌 배아보다 훨씬 일찍 실패가 나타나는 경우가 많습니다.
과학자들은 피부 세포에서 유래한 iPSC를 사용하여 남성 기증자의 난자를 만들었습니다. 하지만 이전 연구에서 실험실에서 만든 난자는 기증자의 정자와 수정했을 때 심각한 각인 문제가 있는 초기 배아로 이어졌습니다. 대리모에게 이식한 후 결국 종결을 유발하는 결함이 생겼습니다. 결과에 따르면 엄마와 아빠 모두의 유전자 발현을 균형 있게 조절하는 정상적인 각인이 배아가 번성하는 데 필수적입니다.
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현재 배아 발달과 관련된 각인 유전자는 약 200개입니다. 여기서 팀은 유전자 편집을 위해 20개를 목표로 삼았습니다.
복잡한 일련의 실험에서 그들은 먼저 "반수체 세포"를 만들었습니다. 이 세포는 남성 기증자의 유전 물질의 절반만 포함합니다. 그런 다음 팀은 CRISPR를 사용하여 각 임프린팅 사이트를 개별적으로 수정하여 관련 유전자의 활동을 중단했습니다. 일부 편집은 유전자를 완전히 삭제했고, 다른 편집은 기능을 억제하기 위해 돌연변이를 추가했습니다. "조절" DNA에 대한 더 많은 유전적 편집은 활동을 더욱 억제했습니다.
그 결과, 생식 세포와 비슷한 프랑켄슈타인 세포가 탄생했지만, 유전체의 절반을 가지고 있고 부모의 각인이 지워졌습니다. 그 다음, 과학자들은 편집된 세포와 정상적인 정자("부모 기증자")를 핵과 DNA가 제거된 난자에 주입했습니다. 그 결과 수정란은 이제 완전한 DNA 세트를 가지고 있었고, 각 절반은 남성 부모에게서 나왔습니다.
이 접근법은 어느 정도 효과가 있었습니다. 대리모에게 이식했을 때, 초기 배아의 일부가 생쥐 새끼로 자랐습니다. 결국 일곱 마리가 성인이 되었습니다. 유전적 변형은 또한 태반 건강을 개선했는데, 이는 동성 부모를 둔 생쥐를 연구하는 데 있어 이전의 장애물이었습니다.
"이번 연구 결과는 각인 이상이 포유류 단성생식의 주요 장벽이라는 강력한 증거를 제공합니다."라고 중산대학의 연구 저자인 관정 뤄가 말했습니다 .
이 연구는 두 아빠로부터 새끼를 만든 이전 연구에 추가되었습니다. 오사카 대학의 카츠히코 하야시가 이끄는 과학자 팀은 염색체 수준에서 iPSC 변형의 흥미로운 특성을 활용했습니다. 이는 현재 연구에서 추구하는 방법과 완전히 다른 방법입니다. 그 쥐들은 성인으로 성장하여 새끼를 낳았습니다.
처음으로 컨퍼런스에서 그 결과를 공유했을 때 청중은 "헐떡이며 숨이 막혔다"고 몬톨 리우는 적었습니다 .
새로운 연구의 쥐들은 건강 문제가 있었습니다. 그들은 더 큰 프레임, 눌린 코, 더 넓은 머리를 가지고 있었습니다. 이는 종종 부모의 각인과 관련된 신호입니다. 그들은 또한 일반적으로 예상했던 것보다 넓고 열린 들판을 돌아다닐 때 덜 불안했습니다. 각 쥐의 해마는 학습, 기억, 감정과 관련된 뇌 영역으로 평소보다 작았습니다. 그리고 그들은 불임이었고 수명이 훨씬 짧았습니다.
이런 문제들을 감안하면 이 방법은 임상적으로 사용하기에 적합하지 않습니다. 현재 많은 국가에서 인간 생식 세포의 유전자를 조작하는 것은 금지되어 있습니다.
그럼에도 불구하고, 이 연구는 "기술적 복잡성 면에서 인상적"이라고 Max Perutz Labs Vienna의 Martin Leeb가 연구에 참여하지 않은 Chemical and Engineering News 에 말했습니다 . "저는 개인적으로 이 두 부계 생쥐를 낳으려면 더 많은 유전 공학이 필요할 것이라고 생각했습니다."
이 팀은 프로세스를 더욱 개선하고 각인에 대해 더 많이 배우기 위해 다른 유전적 변형을 탐구하고 있습니다. 한편, 그들은 번식이 우리와 훨씬 더 비슷한 원숭이에게 이 방법을 확장할 계획입니다.
![]() 셸리 쉬엘라이 팬 박사는 신경과학자에서 과학 작가로 전향했습니다. 그녀는 뇌, AI, 장수, 바이오테크, 특히 이들의 교차점에 대한 연구에 매료되어 있습니다. 디지털 유목민으로서 그녀는 새로운 문화, 현지 음식, 대자연을 탐험하는 것을 즐깁니다. <저작권자 ⓒ ainet 무단전재 및 재배포 금지>
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