“女儿国之水被”——利用干细胞技术实现哺乳动物同性生殖

“女儿国之水被”——利用干细胞技术实现哺乳动物同性生殖

中国科学院动物研究所 干细胞科普创作团队*

一．“精-卵”结合创造生命

自然界中，大多数高等动物都是开始于一枚来源于父亲的精子和一枚来源于母亲的卵子的结合，精卵结合形成一个受精卵,一个新的生命就这样诞生了。千百万年来，精子和卵子的结合被认为是高等动物新生命诞生的必经之路，他们同性相斥，异性相吸，通过两性生殖细胞的结合机制维持着生命的不断繁衍。如今，在中国科学院动物研究所的实验室中，科学家仅利用卵子就实现了哺乳动物的繁衍，打破了自然界中固有的生殖规律——这就是神奇的细胞“变性手术”。

图1 哺乳动物的精子和卵子（资料图）

二．神奇的“单倍体干细胞”技术

近年来，中国科学院的科学家们利用一种名为 “单倍体干细胞”的技术取得了令人瞩目的研究成果。2012年，中国科学院动物研究所 周琪研究团队在小鼠孤雄单倍体干细胞领域的研究中获得了突破。经历了长达2年的实验探索，他们用克隆的方式利用小鼠精子成功获得了以单倍体形式存在并能够稳定传代的孤雄单倍体干细胞。研究发现，孤雄单倍体干细胞的表观遗传修饰与精子类似，通过卵母细胞胞浆注射的方式，它能够成功替代精子获得由单倍体干细胞发育而来的后代。这种从哺乳动物的精子或卵子获得的干细胞背负了特殊使命，它既能够像普通干细胞一样无限扩增、繁殖，且必要的时候还会变身，能够替代精子或卵子作为生殖细胞繁育后代，这简直就是细胞中的“超能战士”。

图2. 小鼠单倍体胚胎干细胞（携带绿色荧光蛋白）

三．干细胞的“变性手术”实现同性生殖

最近，科学家们利用基因编辑手段对单倍体干细胞进行了一场规模空前的“变性手术”。科学家们首先将一枚小鼠的卵母细胞培养成孤雌单倍体干细胞，这种只含有单套染色体的细胞理论上可以用来替代精子与卵子结合，但这样两个来源都是雌性的细胞，最终没能获得爱的结晶。难道只有像精子和卵子这样真正的“异性”才能相吸吗？

研究发现，两个来源都是雌性的细胞没能顺利结合，是由于细胞内一种称作印记基因的特性在捣鬼，印记基因就像细胞的“胎记”一样，标记了细胞究竟来自于父方还是母方。

针对这个根源，科学家们利用基因修饰的手段改变了其中两个称为H19和Gtl2的2个重要的印记基因，将原本的雌性印记逆转为了雄性印记，一场针对细胞的“变性手术”就这样完成了。

经过性别逆转之后的细胞被再次注射进小鼠的卵母细胞中，“她们”最终突破了性别的束缚，获得了爱的结晶：成功地发育成为由两个雌性小鼠的作为亲本的后代。

图3 小鼠胚胎显微注射（资料图）

西游记中神奇的“女儿国之水”如今已经被科学家们，哺乳动物的同性生殖已经在实验室中成为了现实，这是生殖领域另一个具有里程碑式的研究成果。然而，生命仍然如同浩瀚的宇宙一般神秘，科学家将继续带着我们一层层揭开关于生命的神秘面纱。

（*中国科学院动物研究所干细胞科普创作团队是由周琪研究员领导的，致力于对干细胞及再生医学领域研究进行科学普及的专家科普创作团队。该团队由中国科学院动物研究所十余位一线科学家、科研工作者组成，每年会在全国科普日、科普周和中国科协夏季科普展等活动中组织大型科普展览，并取得了良好的社会反响。）