معلومة

أي جزء من الأجنة لا يولد؟ ولماذا هذا الارتفاع؟


في كتاب علم الأحياء التطوري الذي كتبه سكوت ف. جيلبرت ومايكل ج.باريسي ، جاء فيه:

تموت معظم الأجنة البشرية قبل الولادة. لقد نجوت.

فكيف هذا صحيح ؟؟؟

وما هي نسبة النساء الحوامل اللواتي يفقدن جنينهن؟


تظهر دراسة جينات البقرة سبب فشل معظم الحيوانات المستنسخة

لقد مرت 20 عامًا منذ أن تم استنساخ النعجة دوللي بنجاح في اسكتلندا ، ولكن لا يزال استنساخ الثدييات يمثل تحديًا. تُظهر دراسة جديدة أجراها باحثون من الولايات المتحدة وفرنسا حول التعبير الجيني في تطوير الحيوانات المستنسخة سبب فشل معظم الأجنة المستنسخة على الأرجح.

تم استنساخ دوللي باستخدام تقنية "نقل نواة الخلية الجسدية" ، عندما يتم نقل نواة من خلية بالغة إلى بويضة غير مخصبة تمت إزالة نواتها ، ثم صدمتها بالكهرباء لبدء نمو الخلية. ثم يتم نقل الأجنة إلى الأمهات المتلقين اللائي يحملن المستنسخات حتى الولادة.

يعد استنساخ الأبقار تقنية مهمة من الناحية الزراعية ويمكن استخدامها لدراسة تطور الثدييات ، ولكن معدل النجاح لا يزال منخفضًا ، حيث يعيش أقل من 10 في المائة من الحيوانات المستنسخة حتى الولادة. غالبية الخسائر ناتجة عن موت الجنين ، أو الفشل أثناء عملية الزرع ، أو تطور المشيمة المعيبة.

تسلسل الحمض النووي الريبي يسلط الضوء على مشاكل التعبير الجيني في الحيوانات المستنسخة

في دراسة نشرت في 8 ديسمبر في المجلة وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم، استخدم هاريس لوين ، الأستاذ في قسم التطور والبيئة بجامعة كاليفورنيا في ديفيس ، وزملاؤه في فرنسا والولايات المتحدة تسلسل الحمض النووي الريبي للنظر في التعبير الجيني في الأبقار المستنسخة أثناء الزرع من أجل الحصول على فهم أفضل للآليات الجزيئية التي تؤدي إلى ارتفاع معدل فشل الحمل في الحيوانات المستنسخة. الدراسة تتويجًا لـ 12 عامًا من التعاون وتجمع بين خبرة الفريق الفرنسي في الاستنساخ وبيولوجيا الإنجاب وبين خبرة الفريق الأمريكي في علم الجينوم الوظيفي.

قال لوين: "تناول عملنا مسائل أساسية تتعلق بعملية الاستنساخ".

"أدت الدراسة إلى إعادة تعريف فهمنا لكيفية تأثير إعادة البرمجة النووية على التعبير الجيني في الأنسجة خارج المضغة لأجنة الماشية المستنسخة ، والتواصل الرائع بين الحيوانات المستنسخة وأمهاتها المتلقيات."

قال أوليفييه ساندرا ، رئيس فريق الدراسة في المعهد الوطني للبحوث الزراعية في فرنسا: "الكمية الكبيرة من البيانات التي ولّدها تعاوننا تلقي الضوء على الآليات التي تفسر الخسائر الجنينية عند الانغراس". "كما أنها توفر رؤى جديدة حول كيفية قيام الأحداث التي تحدث عند الانغراس في دفع تطور الحمل وتشكيل النمط الظاهري للنسل بعد الولادة ، في الماشية وكذلك في أنواع الثدييات الأخرى."

درس الباحثون الأنسجة المأخوذة من أجنة الأبقار المستنسخة - كلها مشتقة من نفس خط الخلية - في 18 و 34 يومًا من التطور ، وكذلك بطانة بطانة الرحم المقابلة للأبقار الحامل. ودرسوا أيضًا الأبقار غير المستنسخة التي حملت باستخدام التلقيح الاصطناعي.

باستخدام تسلسل الحمض النووي الريبي ، وجد الباحثون جينات متعددة يمكن أن يؤدي تعبيرها غير الطبيعي إلى ارتفاع معدل وفاة الأجنة المستنسخة ، بما في ذلك فشل الزرع في الرحم والفشل في تطوير مشيمة طبيعية. بالنظر إلى الأنسجة خارج المضغ للأبقار المستنسخة في اليوم 18 ، وجد الباحثون حالات شاذة في التعبير عن أكثر من 5000 جين.

دروس من جينوم الفأر

عندما قارنوا النتائج بقاعدة بيانات Mouse Genomic Informatics Knockout ، وجدوا 123 جينًا تتوافق مع التعليق التوضيحي الوظيفي للتشكل غير الطبيعي للأنسجة الجنينية ، و 121 مرتبطًا بالفتك الجنيني ، و 14 جينًا مع زرع جنين غير طبيعي.

ومع ذلك ، بحلول اليوم الرابع والثلاثين من التطور ، كان نمط التعبير الجيني أكثر تشابهًا مع الأبقار المتحكمة المشتقة من التلقيح الاصطناعي ، مما يشير إلى أن هذه الحيوانات المستنسخة الباقية كانت قادرة على الانغراس في الرحم والبدء في تكوين المشيمة. تشير هذه النتائج إلى أن الخسائر الكبيرة في الأبقار المستنسخة قبل الزرع ربما تكون ناتجة عن مشاكل في الجينات التنموية الهامة في الأنسجة خارج الجنين.

كشفت الدراسة أيضًا عن نقاط أخرى لفشل محتمل للنسخ المستنسخة ، بما في ذلك مشاكل الإشارات الهرمونية بين الجنين المستنسخ النامي والبقرة الحامل. على سبيل المثال ، وجدت الدراسة انخفاض التنظيم في الجينات المشاركة في الإنترفيرون تاو ، وهي الإشارة الرئيسية للتعرف على الحمل. ظهر أيضًا أن للنسخ المستنسخة تأثير على التعبير الجيني للأبقار الحامل نفسها في اليوم 34 ، أظهرت بعض أنسجة الرحم تعبيرًا جينيًا مختلفًا تمامًا ، مما قد يؤثر على المشيمة.

قالت ساندرا: "تؤكد بياناتنا أن التفاعلات بين الرحم والأنسجة الجنينية الإضافية أمر بالغ الأهمية أثناء الزرع ، مما يجعل هذه الخطوة عقبة رئيسية أمام تقدم الحمل".

قال لوين: "نحن نفهم الآن سبب فشل الاستنساخ ، مما قد يؤدي إلى تحسينات في عملية استنساخ الحيوانات". لكنه حذر من أن "اكتشافاتنا تعزز أيضًا الحاجة إلى فرض حظر صارم على استنساخ البشر لأي غرض".

قال لوين: "إنه لأمر مدهش أن العملية تعمل على الإطلاق ، مما يدل على المرونة الكبيرة التي يجب أن تتكيف بها الحيوانات النامية مع الظروف القاسية".

المتعاونون والتمويل

تم دعم البحث من قبل منحة خدمة البحوث الزراعية-الزراعية التابعة لوزارة الزراعة الأمريكية ، ومنحة البرنامج الأوروبي SABER ، ومنح الوكالة الوطنية للبحوث الفرنسية. بدأت حالات الحمل في المزرعة التجريبية للمعهد الوطني للبحوث الزراعية في فرنسا وفي جامعة إلينوي في أوربانا شامبين. أجريت التجربة وفقًا لقواعد ولوائح الاتفاقية الأوروبية بشأن التجارب على الحيوانات.

من بين المؤلفين الإضافيين: فرناندو إتش. Biase من معهد علم الأحياء الجينومي ، جامعة إلينوي في Urbana-Champaign Chanaka Rabel ، كاليستا أندروبوليس ، كولين إيه أولمستيد ، روزان أوليفيرا ، وريتشارد والاس من قسم علوم الحيوان ، جامعة إلينوي في Urbana-Champaign Michel Guillomot و Isabelle Hue و Daniel Le Bourhis و Evelyne Campion و Aur & # 233lie Chaulot-Talmon و Corinne Giraud-Delville و G & # 233raldine Taghouti و H & # 233l & # 232ne Jammes و Jean-Paul Renard من UMR Biologie du D & # 233veloppement et Reproduction، Institut National de la Recherche Agronomique، & # 201cole Nationale V & # 233t & # 233rinaire d'Alford، Universit & # 233 Paris Saclay، Jouy en Josas، France and Christophe Richard، Unit & # 233 Commune d'Exp & # 233rimentation Animale دي بريسونفيلييه ، لودفيل ، فرنسا.

تنصل: AAAS و EurekAlert! ليست مسؤولة عن دقة النشرات الإخبارية المرسلة إلى EurekAlert! من خلال المؤسسات المساهمة أو لاستخدام أي معلومات من خلال نظام EurekAlert.


أثبتت تجربة الصين الفاشلة المعدلة وراثيًا على الأطفال أننا لسنا مستعدين لتعديل الأجنة البشرية

استخدم الفريق تقنية كريسبر على الأجنة البشرية في محاولة لجعلها مقاومة لعدوى فيروس نقص المناعة البشرية. لكن بدلاً من ذلك ، أحدثوا طفرات مختلفة ، لا نعرف شيئًا عنها. الائتمان: شترستوك

منذ أكثر من عام ، صُدم العالم من محاولة عالم الفيزياء الحيوية الصيني هي جيانكوي استخدام تقنية كريسبر لتعديل الأجنة البشرية وجعلها مقاومة لفيروس نقص المناعة البشرية ، مما أدى إلى ولادة توأمان لولو ونانا.

الآن ، تم الكشف عن تفاصيل مهمة في إصدار حديث لمقتطفات من الدراسة ، والتي أثارت سلسلة من المخاوف حول كيفية تعديل جينوم لولو ونانا.

كريسبر هي تقنية تسمح للعلماء بإجراء تعديلات دقيقة على أي حمض نووي عن طريق تغيير تسلسله.

عند استخدام كريسبر ، قد تحاول "تدمير" جين بجعله غير نشط ، أو محاولة إجراء تعديلات معينة ، مثل إدخال أو إزالة قطعة مرغوبة من الحمض النووي.

يعتمد التحرير الجيني بنظام كريسبر على ارتباط اثنين من البروتينات. أحد البروتينات ، المسمى Cas9 ، مسؤول عن "قطع" الحمض النووي. البروتين الآخر هو جزيء قصير من الحمض النووي الريبي (الحمض النووي الريبي) والذي يعمل "كدليل" يجلب Cas9 إلى الموضع الذي من المفترض أن يقطع فيه.

يحتاج النظام أيضًا إلى مساعدة من الخلايا التي يتم تحريرها. يتكرر تلف الحمض النووي ، لذلك يتعين على الخلايا إصلاح آفات الحمض النووي بانتظام. آليات الإصلاح المرتبطة هي التي تقدم عمليات الحذف أو الإدخالات أو التعديلات عند إجراء تحرير الجينات.

كيف تم تعديل جينومات لولو ونانا

كان Jiankui وزملاؤه يستهدفون جينًا يسمى CCR5 ، وهو ضروري لفيروس HIV لدخول خلايا الدم البيضاء (الخلايا الليمفاوية) وإصابة أجسامنا.

أحد أنواع CCR5 ، المسمى CCR5 Δ32 ، يفتقد سلسلة معينة من 32 "حرفًا" من كود الحمض النووي. يحدث هذا المتغير بشكل طبيعي في البشر ، وينتج عنه مستوى عالٍ من المقاومة لأنواع فيروس نقص المناعة البشرية الأكثر شيوعًا.

أراد فريق Jankui إعادة إنشاء هذه الطفرة باستخدام CRISPR على الأجنة البشرية ، في محاولة لجعلها مقاومة لعدوى فيروس نقص المناعة البشرية. لكن هذا لم يسير كما هو مخطط له ، وهناك عدة طرق ربما يكونون قد فشلوا فيها.

أولاً ، على الرغم من الادعاء في ملخص مقالهم غير المنشور بأنهم أعادوا إنتاج طفرة CCR5 البشرية ، في الواقع حاول الفريق تعديل CCR5 أغلق إلى طفرة Δ32.

ونتيجة لذلك ، أحدثوا طفرات مختلفة ، آثارها غير معروفة. قد يمنح أو لا يمنح مقاومة فيروس نقص المناعة البشرية ، وقد يكون أو لا يكون له عواقب أخرى.

ومما يثير القلق أنهم لم يختبروا أيًا من هذا ، ومضوا قدمًا في زراعة الأجنة. هذا غير مبرر.

قد يكون المصدر الثاني للأخطاء هو أن التحرير لم يكن فعالًا تمامًا. هذا يعني أنه لم يتم تحرير جميع الخلايا في الأجنة بالضرورة.

عندما يحتوي الكائن الحي على مزيج من الخلايا المحررة وغير المحررة ، يطلق عليه اسم "الفسيفساء". في حين أن البيانات المتاحة لا تزال محدودة ، يبدو أن كلا من لولو ونانا فسيفساء.

هذا يجعل من غير المرجح أن يكون الأطفال الذين تم تعديلهم جينيًا مقاومًا لعدوى فيروس نقص المناعة البشرية. يجب أن يكون خطر الفسيفساء سببًا آخر لعدم زرع الأجنة.

علاوة على ذلك ، يمكن أن يكون للتحرير تأثيرات غير مقصودة في مكان آخر من الجينوم.

عند تصميم تجربة CRISPR ، فإنك تختار RNA "الإرشادي" بحيث يكون تسلسلها فريدًا بالنسبة للجين الذي تستهدفه. ومع ذلك ، فإن الجروح "غير المستهدفة" يمكن أن تحدث في أماكن أخرى من الجينوم ، في أماكن لها تسلسل مشابه.

اختبر Jiankui وفريقه خلايا من الأجنة المعدلة ، وأبلغوا عن تعديل واحد فقط خارج الهدف. ومع ذلك ، تطلب هذا الاختبار أخذ عينات من الخلايا ، التي لم تعد بالتالي جزءًا من الأجنة - التي استمرت في التطور.

وبالتالي ، لم يتم اختبار الخلايا المتبقية في الأجنة ، وربما يكون لها تعديلات مختلفة خارج الهدف.

هذا ليس خطأ الفريق ، حيث ستكون هناك دائمًا قيود في اكتشاف الفسيفساء البعيدة عن الهدف ، ويمكننا فقط الحصول على صورة جزئية.

ومع ذلك ، كان ينبغي لهذه الصورة الجزئية أن تجعلهم يتوقفون.

أعلاه ، وصفنا العديد من المخاطر المرتبطة بالتعديلات التي أجريت على الأجنة ، والتي يمكن أن تنتقل إلى الأجيال القادمة.

تحرير الأجنة له ما يبرره أخلاقياً فقط في الحالات التي تفوق فيها الفوائد بوضوح المخاطر.

وبغض النظر عن المشكلات الفنية ، لم يقم فريق Jiankui حتى بمعالجة الاحتياجات الطبية غير الملباة.

بينما كان والد التوأم مصابًا بفيروس نقص المناعة البشرية ، توجد بالفعل طريقة راسخة لمنع الأب المصاب بفيروس نقص المناعة البشرية من نقل العدوى إلى الأجنة. تم استخدام طريقة "غسل الحيوانات المنوية" هذه بالفعل من قبل الفريق.

إن الفائدة الوحيدة من محاولة تعديل الجينات ، إذا ثبتت ، كانت ستتمثل في تقليل خطر الإصابة بفيروس نقص المناعة البشرية للتوائم في وقت لاحق من الحياة.

ولكن هناك طرقًا أكثر أمانًا للسيطرة على مخاطر العدوى ، مثل الواقي الذكري والاختبار الإلزامي للتبرع بالدم.

الآثار المترتبة على التحرير الجيني كمجال

تحرير الجينات له تطبيقات لا حصر لها. يمكن استخدامه لجعل نباتات مثل موز كافنديش أكثر مقاومة للأمراض المدمرة. يمكن أن تلعب دورًا مهمًا في التكيف مع تغير المناخ.

في مجال الصحة ، نشهد بالفعل نتائج واعدة في تعديل الخلايا الجسدية (أي تعديلات غير وراثية لخلايا المريض) في ثلاسيميا بيتا ومرض الخلايا المنجلية.

ومع ذلك ، نحن لسنا مستعدين لتعديل الأجنة البشرية. تقنياتنا ليست ناضجة بما فيه الكفاية ، ولم يتم تقديم أي حالة لحاجة واسعة النطاق لا تستطيع التقنيات الأخرى معالجتها ، مثل الاختبار الجيني السابق للانغراس.

كما لا يزال هناك الكثير من العمل المطلوب بشأن الحوكمة. كانت هناك دعوات فردية لوقف تحرير الأجنة ، ولجان خبراء من منظمة الصحة العالمية إلى اليونسكو.

ومع ذلك ، لم يظهر توافق في الآراء.

من المهم أن تنتقل هذه المناقشات في انسجام تام إلى مرحلة ثانية ، حيث يتم استشارة أصحاب المصلحة الآخرين ، مثل مجموعات المرضى ، على نطاق أوسع (وإبلاغهم). التواصل مع الجمهور أمر بالغ الأهمية أيضًا.

تم إعادة نشر هذه المقالة من The Conversation بموجب ترخيص المشاع الإبداعي. اقرأ المقال الأصلي.


تظهر دراسة جينات البقرة سبب فشل معظم الحيوانات المستنسخة

Dot and Ditto ، عجولان مستنسخان سليمان ولدا في جامعة كاليفورنيا في ديفيس في عام 2003. بينما كان Dot و Ditto يتمتعان بصحة جيدة واستمرا في إنجاب عجول خاصة بهما ، إلا أن العديد من الأجنة المستنسخة تفشل. أظهرت دراسة جديدة أن العديد من الجينات يتم تنظيمها بشكل غير طبيعي في الأجنة المستنسخة ، خاصة في الأنسجة الجنينية الإضافية والمشيمة. الائتمان: أليسون فان إينينام ، قسم علوم الحيوان بجامعة كاليفورنيا في ديفيس

لقد مرت 20 عامًا منذ أن تم استنساخ النعجة دوللي بنجاح في اسكتلندا ، ولكن لا يزال استنساخ الثدييات يمثل تحديًا. تظهر دراسة جديدة أجراها باحثون من الولايات المتحدة وفرنسا حول التعبير الجيني في تطوير الحيوانات المستنسخة الآن سبب فشل معظم الأجنة المستنسخة على الأرجح.

تم استنساخ دوللي باستخدام تقنية "نقل نواة الخلية الجسدية" ، عندما يتم نقل نواة من خلية بالغة إلى بويضة غير مخصبة تمت إزالة نواتها ، ثم صدمتها بالكهرباء لبدء نمو الخلية. ثم يتم نقل الأجنة إلى الأمهات المتلقين اللائي يحملن المستنسخات حتى الولادة.

يعد استنساخ الأبقار تقنية مهمة من الناحية الزراعية ويمكن استخدامها لدراسة تطور الثدييات ، ولكن معدل النجاح لا يزال منخفضًا ، حيث يعيش أقل من 10 في المائة من الحيوانات المستنسخة حتى الولادة. غالبية الخسائر ناتجة عن موت الجنين ، أو الفشل أثناء عملية الزرع ، أو تطور المشيمة المعيبة.

تسلسل الحمض النووي الريبي يسلط الضوء على مشاكل التعبير الجيني في الحيوانات المستنسخة

في دراسة نشرت في 8 ديسمبر في المجلة وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم، استخدم هاريس لوين ، الأستاذ في قسم التطور والبيئة بجامعة كاليفورنيا في ديفيس ، وزملاؤه في فرنسا والولايات المتحدة تسلسل الحمض النووي الريبي للنظر في التعبير الجيني في الأبقار المستنسخة أثناء الزرع من أجل الحصول على فهم أفضل للآليات الجزيئية التي تؤدي إلى ارتفاع معدل فشل الحمل في الحيوانات المستنسخة. الدراسة تتويجًا لـ 12 عامًا من التعاون وتجمع بين خبرة الفريق الفرنسي في الاستنساخ وبيولوجيا الإنجاب وبين خبرة الفريق الأمريكي في علم الجينوم الوظيفي.

قال لوين: "تناول عملنا مسائل أساسية تتعلق بعملية الاستنساخ".

"أدت الدراسة إلى إعادة تعريف فهمنا لكيفية تأثير إعادة البرمجة النووية على التعبير الجيني في الأنسجة خارج المضغة لأجنة الماشية المستنسخة ، والتواصل الرائع بين الحيوانات المستنسخة وأمهاتها المتلقيات."

قال أوليفييه ساندرا ، رئيس فريق الدراسة في المعهد الوطني للبحوث الزراعية في فرنسا: "الكمية الكبيرة من البيانات التي ولّدها تعاوننا تلقي الضوء على الآليات التي تفسر الخسائر الجنينية عند الزرع". "كما أنها توفر رؤى جديدة حول كيفية قيام الأحداث التي تحدث عند الانغراس في دفع تطور الحمل وتشكيل النمط الظاهري للنسل بعد الولادة ، في الماشية وكذلك في أنواع الثدييات الأخرى."

درس الباحثون الأنسجة المأخوذة من أجنة الأبقار المستنسخة - كلها مشتقة من نفس خط الخلية - في 18 و 34 يومًا من التطور ، بالإضافة إلى بطانة الرحم المقابلة للأبقار الحامل. ودرسوا أيضًا الأبقار غير المستنسخة التي حملت باستخدام التلقيح الاصطناعي.

باستخدام تسلسل الحمض النووي الريبي ، وجد الباحثون جينات متعددة يمكن أن يؤدي تعبيرها غير الطبيعي إلى ارتفاع معدل وفاة الأجنة المستنسخة ، بما في ذلك فشل الزرع في الرحم والفشل في تطوير مشيمة طبيعية. بالنظر إلى الأنسجة خارج المضغ للأبقار المستنسخة في اليوم 18 ، وجد الباحثون حالات شاذة في التعبير عن أكثر من 5000 جين.

دروس من جينوم الفأر

عندما قارنوا النتائج بقاعدة بيانات Mouse Genomic Informatics Knockout ، وجدوا 123 جينًا تتوافق مع التعليق التوضيحي الوظيفي للتشكل غير الطبيعي للأنسجة الجنينية ، و 121 مرتبطًا بالفتك الجنيني ، و 14 جينًا مع زرع جنين غير طبيعي.

ومع ذلك ، بحلول اليوم الرابع والثلاثين من التطور ، كان نمط التعبير الجيني أكثر تشابهًا مع الأبقار المتحكم فيها المستمدة من التلقيح الاصطناعي ، مما يشير إلى أن هذه الحيوانات المستنسخة الباقية كانت قادرة على الانغراس في الرحم والبدء في تكوين المشيمة. تشير هذه النتائج إلى أن الخسائر الكبيرة في الأبقار المستنسخة قبل الانغراس ربما تكون ناتجة عن مشاكل الجينات التنموية الحرجة في الأنسجة خارج الجنينية.

كشفت الدراسة أيضًا عن نقاط أخرى لفشل محتمل للنسخ المستنسخة ، بما في ذلك مشاكل الإشارات الهرمونية بين الجنين المستنسخ النامي والبقرة الحامل. على سبيل المثال ، وجدت الدراسة ضعف التنظيم للجينات المشاركة في الإنترفيرون تاو ، وهي إشارة رئيسية للتعرف على الحمل. ظهر أيضًا أن للنسخ المستنسخة تأثير على التعبير الجيني للأبقار الحامل نفسها في اليوم 34 ، أظهرت بعض أنسجة الرحم تعبيرًا جينيًا مختلفًا تمامًا ، مما قد يؤثر على المشيمة.

قالت ساندرا: "تؤكد بياناتنا أن التفاعلات بين الرحم والأنسجة الجنينية الإضافية أمر بالغ الأهمية أثناء الزرع ، مما يجعل هذه الخطوة عقبة رئيسية أمام تقدم الحمل".

قال لوين: "نحن نفهم الآن سبب فشل الاستنساخ ، مما قد يؤدي إلى تحسينات في عملية استنساخ الحيوانات". لكنه حذر من أن "اكتشافاتنا تعزز أيضًا الحاجة إلى فرض حظر صارم على استنساخ البشر لأي غرض".

قال لوين: "إنه لأمر مدهش أن العملية تعمل على الإطلاق ، مما يدل على المرونة الكبيرة التي يجب أن تتكيف بها الحيوانات النامية مع الظروف القاسية".


أثيرت شكوك حول النقاط الرئيسية في ورقة Nature حول التحرير الجيني CRISPR للأجنة البشرية

هل من الممكن أن التعديل الجيني لـ CRISPR لم يحدث بالفعل في العديد من الأجنة البشرية بهذا الحجم الكبير طبيعة سجية الورقة التي جعلت مثل هذه الأخبار قبل أسبوعين؟

ظهرت بعض الشكوك التي تجعل الاستنتاجات الرئيسية للورقة موضع تساؤل وتجادل بأن هناك حاجة إلى مزيد من الدراسات المحددة للتأكد.

إجلي وآخرون. طبع الشكل 1e-f

استجاب فريق دولي من كبار العلماء بقيادة المؤلف الأول ديتر إيجلي عبر مسودة على Biorxiv إلى فريق ميتاليبوف رفيع المستوى طبيعة سجية ورقة حول تحرير الجينات كريسبر من الأجنة البشرية. إجلي وآخرون. يثير احتمال أن يكون تحرير الجينات CRISPR كما ورد في طبيعة سجية قد لا تكون الدراسة قد حدثت بالفعل ، على الأقل ليس في كل حالة وربما ليس بالطريقة التي قام بها Ma، et al. جادل البحث في ذلك (عبر إجراء CRISPR-Cas9 المستند إلى الإصلاح الموجه (HDR) والذي يعتمد بشكل خاص على التفاعل بين الكروموسومات الأمومية والكروموسومات الأبوية الطافرة).

على أحد المستويات ، ليس من غير المعتاد رؤية نقد علمي وأسئلة فنية تثار حول ورقة منشورة تصنع أخبارًا مبذرة. ومع ذلك ، أرى هذه الحالة بالذات على أنها تحول مذهل في الأحداث لأنه على الرغم من أن Egli الجديد وآخرون. المقالة جماعية ودبلوماسية للغاية ، لقد وضعوا بشكل مقنع عددًا من الأسباب المقنعة إلى حد ما لماذا الاستنتاجات الرئيسية لورقة ما قد تكون غير صحيحة وأسباب عدم وجود تعديل جيني لـ CRISPR في العديد من الأجنة. لكي نكون واضحين ، لا يبدو أن Egli وزملاؤه يقولون Ma، et al. من المؤكد أن الورقة البحثية خاطئة ، لكنها تصف بعض الطرق المعقولة تمامًا التي يمكن أن تصل بها ورقة "ما" افتراضيًا عن غير قصد إلى استنتاجات مركزية غير صحيحة. بالنسبة لي ، فإن هذه التفسيرات البديلة المحتملة ببساطة لها معنى كبير وهي أشياء كان يجب استبعادها من التفسيرات البديلة.

تضم مجموعة مؤلفي ما قبل الطباعة علماء مرموقين (ديتر إيجلي ، ومايكل زوكارو ، وميشال كوسيكي ، وجورج تشيرش ، وآلان برادلي ، وماريا جاسين) ويجب أن تؤخذ الأسئلة التي يطرحونها على محمل الجد. في قراءتي الأولى لمقالهم المكتوب جيدًا ، كنت مقتنعًا بالفعل أن مخاوفهم قد تكون صحيحة. في وقت مبكر من القطعة كتبوا هذا:

& # 8220 بالنظر إلى البيانات المقدمة في Ma et al. ، فإن بدائل إعادة التركيب بين المتماثلات ممكنة ويبدو أنها أكثر احتمالية ، حيث يبدو أن بيولوجيا الخلية للبيض المخصب تمنع التفاعل المباشر بين جينومات الأم والأب المطلوبة للتماثل المتماثل HDR. لذلك ، فإن الدليل الواضح على وجود ارتباط جديد بين الأليلات الأم والأب هو أمر حتمي لأي جنين يمكن اعتباره للزرع في المستقبل. & # 8221

ما هي القضايا الرئيسية التي تم التعبير عنها في ورقة Egli والتي تثير على الأقل بعض الشكوك حول الاستنتاجات الرئيسية لـ Ma، et al. ورق؟

أولاً ، تقدم ورقة Ma حجة غير معتادة بأن تحرير الجينات الذي يحركه HDR حدث بعد انكسار الحمض النووي الناجم عن CRISPR-Cas9 في الأليل الأبوي الطافر بشكل أساسي باستخدام كروموسوم الأم الطبيعي كقالب داخل نفس الجنين أحادي الخلية بدلاً من عبر قدم قالب اصطناعي. في الواقع ، في بعض دراسات Ma الورقية & # 8217s ، لم يتم تضمين أي قالب ، لذلك كان على تحرير الجينات CRISPR-Cas9 الاعتماد على الحمض النووي الداخلي في الجنين من أجل HDR. ومع ذلك ، Egli وآخرون. أشر إلى أن هذا غير مرجح للغاية لأن نواة الذكور والإناث مفصولة جسديًا تمامًا في جنين خلية واحدة (الشكل 1e-f أعلاه). كيف يمكن لكروموسومات الأم والأب أن تتحد جسديًا للتوسط في HDR هذا أثناء الانقسام الاختزالي؟ ممكن افتراضيًا؟ أفترض ، لكن من الصعب تخيل آلية محتملة.

ماذا عن HDR لاحقًا أثناء الانقسام؟ هذا ممكن من الناحية النظرية حيث يشير ما قبل الطباعة إلى أن جينوم الأم والأب يجتمعان معًا في ذلك الوقت اللاحق: & # 8220 لا يحدث اندماج كروموسومات الأم والأب حتى يقوم عمل الأنابيب الدقيقة بتجميع الجينومات على لوحة طورية مشتركة عند الانقسام الأول والتفاعلات المباشرة بين لا يبدو أن جينومات الأم والأب المطلوبة للإصلاح بين المتجانسات تحدث حتى تدخل الأجنة مرحلة الخلية 2 عندما يتم تجميع الجينومين داخل نفس النواة. & # 8221 إذا حدث تحرير الجينات عبر HDR في وقت لاحق أثناء الانقسام (لكن لاحظ أن إعادة التركيب هذه يُعتقد أنها تحدث بشكل أقل تكرارًا أثناء الانقسام من الانقسام الاختزالي) ، كان ينبغي لفريق ميتاليبوف أن يرى المزيد من الفسيفساء بشكل كبير. الأهم من ذلك ، بالإضافة إلى ذلك ، إذا تم تحرير الجينات في وقت متأخر فقط ، فلماذا لاحظوا مثل هذا الاختلاف الكبير على ما يبدو في النتائج بين حقن MII وحقن اللاقحة؟

ثانيًا ، Egli وآخرون. يشير إلى المخاطر المحتملة للاعتماد كما فعل فريق Ma في بعض الاختبارات فقط على الغياب الواضح لأليل متحور يمكن اكتشافه. ومما يثير القلق ، أن هناك عددًا من الأسباب بخلاف تعديل الجينات CRISPR لعودة أليل متحور إلى النوع البري والتي يمكن أن تفسر ببساطة سبب عدم اكتشاف أليلات متحولة. تجادل قطعة Egli بأن أحد هذه الاحتمالات التي لم يتم استبعادها هو وجود عمليات حذف متوسطة إلى كبيرة ناتجة عن نشاط CRISPR والقضاء على مواقع الربط التمهيدي ، مما يؤدي إلى عدم تضخيم الأليلات الطافرة. قد يؤدي هذا من الناحية النظرية إلى اكتشاف أليلات WT فقط مما يؤدي إلى الاستنتاج غير الصحيح المحتمل لعودة تحرير الجينات للأليلات الطافرة ، في حين أنه في الواقع في هذا السيناريو ، توجد الأليلات الطافرة المتغيرة (غير القابلة للإصلاح) ولكن لا يمكن اكتشافها.

يذكر ما قبل الطباعة بيانات غير منشورة تفيد بأن عمليات الحذف الكبيرة هذه تحدث مع استهداف جين CRISPR في حوالي 20٪ من الخلايا المعدلة جينيًا. قد يكون التسلسل لاستبعاد Indels بشكل قاطع سببًا للفشل في اكتشاف الأليلات الطافرة في الأجنة أو الخلايا المختلفة أمرًا صعبًا للغاية لمجموعة متنوعة من الأسباب الفنية ، ولكن يمكن القيام بذلك. لا أعرف ما إذا كان مدى تسلسل الجينوم في Ma، et al. كانت الورقة كافية للتأكد.

ثالثًا ، هناك احتمال بديل آخر تمت مناقشته وهو أنه في بعض الأحيان لم تكن هناك مساهمة للجينوم الأبوي في البيضة الملقحة وبالتالي لا يوجد جينوم الأب في بعض الأجنة اللاحقة أو مشتقات الخلايا الجذعية الجنينية. إجلي وآخرون. تصف القطعة إحدى الطرق المحتملة التي يمكن أن تحدث: & # 8220 الزيجوت مع نواة واحدة ليس من غير المألوف بعد حقن الحيوانات المنوية داخل الهيولى ، التي تحدث في

10 ٪ من محاولات الإخصاب ، ومعظمها من أصل التوالد ، وتحتوي فقط على جينوم الأم. & # 8221 هذا منطقي بالنسبة لي كتفسير بديل محتمل. بالإضافة إلى ذلك ، من الممكن أيضًا أن & # 8220a جزء من الأجنة المستمدة من الإخصاب الناجح بالحيوانات المنوية الطافرة معرضة بشكل أكبر لخطر فقدان كروموسوم الأب بسبب حدوث DSB المستحث بـ Cas9. & # 8221 في كلتا الحالتين ، عدم وجود إن وجود الجينوم الأبوي من شأنه أن يعطي المظهر غير الصحيح بأن الأليلات الأبوية الطافرة قد تم تعديلها مرة أخرى إلى حالة WT. هناك بعض البيانات في Ma، et al. ورقة توضح مساهمة الأب في بعض الأجنة / الخلايا الجذعية الجنينية ، ولكن ليس من عينات كافية للتأكد بشكل عام.

سألت Gaetan Burgio ، قائد المجموعة في علم الوراثة لتفاعلات مسببات الأمراض المضيفة وتحرير الجينوم ، ورئيس مرفق التحوير الجيني في الجامعة الوطنية الأسترالية ، عن رد فعله على Egli ، وآخرون. ما قبل الطباعة:

& # 8220 هذه المخطوطة الأولية تثير مخاوف جدية حول Ma et al. ورقة منشورة في طبيعة سجية على اكتشاف أن الطفرة الضارة قد تم تصحيحها عن طريق & # 8220 الإصلاح الذاتي & # 8221 من نسخة الجينوم غير المرضية. كما أنهم يجادلون بأن العديد من التغييرات الأساسية والمهمة (عمليات الحذف الكبيرة) لم يتم اكتشافها بعد تحرير هذه الأجنة البشرية. & # 8221

في حين أن الادعاء الملحوظ المحتمل للإصلاح بين المتماثل في Ma ، وآخرون. لا يزال من الممكن أن يتضح أن الورقة صحيحة ، وإحساسي هو أنه من المرجح أن تحدث بعض الأحداث الأخرى مثل تلك الاحتمالات الموضحة في Egli ، وآخرون. قطعة. ويخلص إلى:

& # 8220 باختصار ، يتطلب استنتاج التصحيح الجيني في الأجنة البشرية مزيدًا من التحقيق ، بما في ذلك التحقق المباشر. إن إعادة التركيب الفعال بين المتجانسات في الأجنة التي تخضع فيها جينومات الأم والأب لبرامج بيولوجية متميزة وفي نوى متميزة سيكون اكتشافًا بيولوجيًا مذهلاً. & # 8221


توصلت الدراسة إلى أن تحرير الجينات Crispr يمكن أن يسبب تغييرات غير مرغوب فيها في الأجنة البشرية

بدلًا من معالجة الطفرات الجينية ، دفعت آلية كريسبر الخلايا إلى فقد كروموسومات كاملة.

يمكن لأداة قوية لتحرير الجينات تسمى Crispr-Cas9 ، والتي حصلت هذا الشهر على جائزة نوبل في الكيمياء لعالمتين ، أن تسبب آثارًا جانبية خطيرة في خلايا الأجنة البشرية ، مما يدفعهم إلى التخلص من أجزاء كبيرة من مادتهم الجينية ، وهو أمر جديد. وجدت الدراسة.

أظهرت دراسة نُشرت في مجلة Cell يوم الخميس ، أن تقنية Crispr-Cas9 ، التي أُعطيت للخلايا لإصلاح طفرة يمكن أن تسبب العمى الوراثي ، تسبب فسادًا جينيًا في حوالي نصف العينات التي فحصها الباحثون.

قال ديتر إيجلي ، عالم الوراثة بجامعة كولومبيا ومؤلف الدراسة ، إن عواقب هذه الأخطاء يمكن أن تكون خطيرة للغاية في بعض الحالات. قال الدكتور إيجلي إن بعض الخلايا كانت مرتبكة للغاية بسبب التعديلات لدرجة أنها تخلت ببساطة عن محاولة إصلاحها ، وتخلصت من الكروموسومات بأكملها ، والوحدات التي يتم فيها حزم الحمض النووي البشري.

قالت نيكول كابلان ، عالمة الوراثة في جامعة نيويورك التي لم تشارك في الدراسة: "غالبًا ما اعتدنا على الاستماع إلى الأوراق البحثية التي تحقق فيها كريسبر نجاحًا كبيرًا". قال الدكتور كابلان: "لكن مع مقدار القوة التي نمتلكها" بهذه الأداة ، من الأهمية بمكان "فهم العواقب التي لم نكن ننويها".

Crispr-Cas9 ، أداة كيميائية تشبه المقص يمكنها قطع أجزاء من المواد الجينية وتخصيصها بدقة ، مثل الحمض النووي البشري ، أثارت جدلاً دوليًا في عام 2018 عندما استخدم العالم الصيني هي جيانكوي هذه التقنية لإنتاج أول أطفال معدلين جينيًا في العالم. تم إدانة التجربة على نطاق واسع باعتبارها غير مسؤولة وخطيرة - ويرجع ذلك إلى حد كبير إلى أن العديد من الطرق التي يمكن أن تؤثر بها تقنية Crispr-Cas9 على الخلايا لا تزال غير مفهومة جيدًا. أدين الدكتور بارتكاب ممارسات طبية غير قانونية في الصين وحُكم عليه بالسجن ثلاث سنوات.

تؤكد النتائج التي توصلت إليها الورقة البحثية الجديدة أيضًا أنه "من السابق لأوانه حقًا تطبيق كريسبر على علم الوراثة الإنجابية" ، كما قالت نيتا فارهاني ، أخصائية أخلاقيات علم الأحياء في جامعة ديوك والتي لم تشارك في الدراسة.

لقد تم بالفعل تقديم علاجات Crispr-Cas9 مباشرة إلى الأشخاص لعلاج حالات مثل العمى - وهو علاج محتمل يؤثر على ذلك المريض وهذا المريض فقط. لكن التعديلات التي يتم إجراؤها على الحيوانات المنوية والبويضات والأجنة يمكن أن تنتقل إلى الأجيال القادمة ، مما يزيد من مخاطر حدوث أي أخطاء على طول الطريق.

على الرغم من أن العلماء كانوا يتلاعبون بالجينوم منذ عقود ، يمكن لـ Crispr-Cas9 إنجاز نوع دقيق من الجراحة الجينية لا تستطيع الأدوات الأخرى القيام به.

يمكن للعلماء استخدام Crispr-Cas9 في منطقة معينة من الجينوم وقصها إلى قسمين. عند استشعار المتاعب ، تندفع الخلية لتلتئم جرحها الجيني ، وتستخدم أحيانًا امتدادًا مشابهًا للحمض النووي القريب والسليم كقالب بينما تقوم بربط القطع معًا مرة أخرى. يمنح هذا الباحثين فرصة للربط في قالب مخصص خاص بهم ، على أمل أن تدمج الخلية التغيير المقصود.

في عام 2017 ، أفاد فريق من الباحثين بقيادة شوخرت ميتاليبوف ، عالم الوراثة في جامعة أوريغون للصحة والعلوم في بورتلاند ، أن الأجنة البشرية التي تحمل طفرة يمكن إقناعها في هذه العملية بدون قالب اصطناعي. أنتج الباحثون أجنة من اتحاد بين خليتين: حيوان منوي يحمل طفرة يمكن أن تجعل من الصعب على القلب ضخ الدم ، وبيضة ذات نسخة صحية من الجين. استخدم الدكتور ميتاليبوف وفريقه تقنية Crispr-Cas9 لقطع النسخة المكسورة من الجين لمعرفة ما إذا كانت النسخة السليمة ستوجه إصلاحها. أبلغوا عن نجاح التجربة ونشروها في مجلة Nature.

قال الدكتور إيجلي: "من حيث المبدأ ، يمكن أن تكون هذه طريقة لتصحيح طفرة في جنين بشري" يحتوي على نسخة مكسورة واحدة فقط من الجين.

وأضاف الدكتور إيجلي أن النتائج الجديدة قد تلقي بعض الشكوك حول عمل عام 2017.

ركز الباحثون في دراسة الخلية على طفرة مختلفة - طفرة تسبب العمى الوراثي وتؤثر على جزء مختلف من الجينوم - لكنهم اعتمدوا إعدادًا مشابهًا. باستخدام الحيوانات المنوية المتبرع بها والتي تحتوي على طفرة في جين يسمى EYS ، قاموا بتخصيب البويضات التي تحتوي على نسخ طبيعية من EYS ، ثم أرسلوا Crispr-Cas9 لقص الطفرة.

قال الدكتور إيجلي إن العديد من الخلايا تمكنت من خياطة قطع كريسبر المقطوعة من الحمض النووي مرة أخرى مع بعض التغييرات الطفيفة.

لكن يبدو أن حوالي نصف الأجنة غير قادرة على التعامل مع صدمة الكسر. فشل الضرر الجيني في الشفاء ، مما أجبر الخلايا في النهاية على التمزق وإلقاء قطع كبيرة من الكروموسوم الذي كان يؤوي EYS المتحور. في بعض الخلايا ، فقد الكروموسوم بأكمله.

قال الدكتور إيجلي: "هذا ليس تصحيحًا". "هذه نتيجة مختلفة تمامًا."

Instead of gently goading the cell into editing the genetic “text” at which it was targeted, the Crispr machinery gouged irreparable gaps in cells’ DNA, said Maria Jasin, a geneticist at Memorial Sloan Kettering Cancer Center and another author of the study. The negative consequences of this, she added, were disproportionately disastrous. “They were talking about trying to repair one gene, and you have a substantial fraction of the genome being changed,” Dr. Jasin said.

Dr. Egli and Dr. Jasin said that this probably happened in Dr. Mitalipov’s 2017 paper as well, but it went unnoticed. After Dr. Mitalipov’s team carried out their Crispr-Cas9 treatment, they could no longer detect the mutation in embryos. But Dr. Egli and Dr. Jasin noted that, technically, dumping or destroying a huge segment of a chromosome would have wiped out evidence of the mutation as well. Dr. Mitalipov and his team, they said, might have mistaken a deletion for an edit.

Dr. Mitalipov disagreed with this interpretation, and he said the new paper’s conclusions were not fully backed up by the necessary data. “They don’t have evidence to show these are deletions,” he said. Far more complex experiments, he said, would be needed to conclusively distinguish a “corrected” chromosome from an absent one.

Dr. Kaplan, of New York University, said she found the new paper’s findings convincing. And she, like all of the other experts who spoke with The New York Times, echoed a crucial sentiment: that Crispr-editing embryos in the clinic must remain a far-off reality, if it is ever approved at all.

“At this point, it’s too dangerous,” Dr. Jasin said. “We’re just not sure which way things are going to go.”

The U.S. government does not permit the use of federal funds to conduct research on human embryos. Dr. Egli’s team sought private funding from the New York Stem Cell Foundation and the Russell Berrie Foundation Program in cellular therapies to run its experiments.

Other Crispr-based technologies exist that could circumvent several of the issues the team identified. For example, some researchers have developed techniques that allow them to make less drastic cuts to the genome and tinker with just one genetic letter at a time.

Given his team’s findings, Dr. Egli also floated the idea that the blunter version of Crispr-Cas9 could someday be deployed as a sort of molecular bomb: shredding and eliminating unwanted, extra chromosomes when they appear in embryos.

Dr. Farahany, of Duke University, urged caution. The new study, she said, only builds upon the notion that scientists will need to walk, not run, in developing Crispr tools for reproductive medicine.

“We have a long way to go,” Dr. Farahany said. “Until we can figure out what the off-target effects are, and how we can control for them,” embryo editing of any kind “would be deeply unethical.”


Fate mapping the embryo

By the late 1800s, the cell had been conclusively demonstrated to be the basis for anatomy and physiology. Embryologists, too, began to base their field on the cell. One of the most important programs of descriptive embryology became the tracing of cell lineages: following individual cells to see what they become. In many organisms, this fine a resolution is not possible, but one can label groups of cells to see what that منطقة of the embryo will become. By bringing such studies together, one can construct a fate map. These diagrams “map” the larval or adult structure onto the region of the embryo from which it arose. Fate maps are the bases for experimental embryology, since they provide researchers with information on which portions of the embryo normally become which larval or adult structures. Fate maps of some embryos at the early gastrula stage are shown in Figure 1.6. Fate maps have been generated in several ways.

Figure 1.6

Fate maps of different vertebrate classes at the early gastrula stage. All views are dorsal surface views (looking 𠇍own” on the embryo at what will be its back). Despite the different appearances of these adult animals, their fate maps (more. )

Observing living embryos

In certain invertebrates, the embryos are transparent, have relatively few cells, and the daughter cells remain close to one another. In such cases, it is actually possible to look through the microscope and trace the descendants of a particular cell into the organs they generate. This type of study was performed about a century ago by Edwin G. Conklin. In one of these studies, he took eggs of the tunicate Styela partita, a sea squirt that resides in the waters off the coast of Massachusetts, and he patiently followed the fates of each cell in the embryo until they differentiated into particular structures (Figure 1.7 Conklin 1905). He was helped in this endeavor by the peculiarity of the Styela egg, wherein the different cells contain different pigments. For example, the muscle-forming cells always had a yellow color. Conklin's fate map was confirmed by cell removal experiments. Removal of the B4.1 cell (which should produce all the tail musculature), for example, resulted in the absence of tail muscles (Reverberi and Minganti 1946).

الشكل 1.7

Fate map of the tunicate embryo. (A) The 1-cell embryo (left), shown shortly before the first cell division, with the fate of the cytoplasmic regions indicated. The 8-cell embryo on the right shows these regions after three cell divisions. (B) A linear (more. )

WEBSITE

1.2 Conklin's art and science. The plates from Conklin's remarkable 1905 paper are online. Looking at them, one can see the precision of his observations and how he constructed his fate map of the tunicate embryo. http://www.devbio.com/chap01/link0102.shtml

VADE MECUM

The compound microscope. The compound microscope has been the critical tool of developmental anatomists. Mastery of microscopic techniques allows one to enter an entire world of form and pattern. [Click on Microscope]

Vital dye marking

Most embryos are not so accommodating as to have cells of different colors. Nor do all embryos have as few cells as tunicates. In the early years of the twentieth century, Vogt (1929) traced the fates of different areas of amphibian eggs by applying vital dyes to the region of interest. Vital dyes will stain cells but not kill them. He mixed the dye with agar and spread the agar on a microscope slide to dry. The ends of the dyed agar would be very thin. He cut chips from these ends and placed them onto a frog embryo. After the dye stained the cells, the agar chip was removed, and cell movements within the embryo could be followed (Figure 1.8).

Figure 1.8

Vital dye staining of amphibian embryos. (A) Vogt's method for marking specific cells of the embryonic surface with vital dyes. (B𠄽) Dorsal surface views of stain on successively later embryos. (E) Newt embryo dissected in a medial sagittal section (more. )

Radioactive labeling and fluorescent dyes

A variant of the dye marking technique is to make one area of the embryo radioactive. To do this, a donor embryo is usually grown in a solution containing radioactive thymidine. This base will be incorporated into the DNA of the dividing embryo. A second embryo (the host embryo) is grown under normal conditions. The region of interest is cut out from the host embryo and replaced by a radioactive graft from the donor embryo. After some time, the host embryo is sectioned for microscopy. The cells that are radioactive will be the descendants of the cells of the graft, and can be distinguished by التصوير الشعاعي الذاتي. Fixed microscope slides containing the sectioned tissues are dipped into photographic emulsion. The high-energy electrons from the radioactive thymidine will reduce the silver ions in the emulsion (just as light would). The result is a cluster of dark silver grains directly above the radioactive region. In this manner, the fates of different regions of the chick embryo have been determined (Rosenquist 1966).

One of the problems with vital dyes and radioactive labels is that they become diluted at each cell division. One way around this problem was the creation of fluorescent dyes that were extremely powerful and could be injected into individual cells. Fluorescein-conjugated dextran, for example, could be injected into a single cell of an early embryo. The descendants of that cell could then be seen by examining the embryo under ultraviolet light (Figure 1.9). More recently, diI, a powerfully fluorescent molecule that becomes incorporated into lipid membranes, has also been used to follow the fates of cells and their progeny.

Figure 1.9

Fate mapping using a fluorescent dye. (A) Specific cells of a zebrafish embryo were injected with a fluorescent dye that will not diffuse from the cells. The dye was then activated by laser in a small region (about five cells) of the late cleavage stage (more. )

Genetic marking

The problems with radioactive and vital dye marking include their dilution over many cell divisions and the laborious preparation of the slides. One permanent way of marking cells is to create mosaic embryos having different genetic constitutions. One of the best examples of this technique is the construction of chimeric embryos, consisting, for example, of a graft of quail cells inside a chick embryo. Chick and quail develop in a very similar manner (especially during early embryonic development), and a graft of quail cells will become integrated into a chick embryo and participate in the construction of the various organs. The substitution of quail cells for chick cells can be performed on an embryo while it is still inside the egg, and the chick that hatches will have quail cells in particular sites, depending upon where the graft was placed. The quail cells differ from the chick's in two important ways. First, the quail heterochromatin in the nucleus is concentrated around the nucleoli, making the quail nucleus easily distinguishable from chick nuclei. Second, there are cell-specific antigens that are quail-specific and can be used to find individual quail cells, even if they are in a large population of chick cells. In this way, fine-structure maps of the chick brain and skeletal system can be made (Figure 1.10 Le Douarin 1969 Le Douarin and Teillet 1973).

Figure 1.10

Genetic markers as cell lineage tracers. (A) Grafting experiment wherein the cells from a particular region of a 1-day quail embryo have been placed into a similar region of a 1-day chick embryo. (B) After several days, the quail cells can be seen by (more. )

VADE MECUM

Histotechniques. Most cells must be stained in order to see them different dyes stain different types of molecules. Instructions on staining cells to observe particular structures (such as the nucleus) are given here. [Click on Histotechniques]


Chinese scientists genetically modify human embryos

Rumours of germline modification prove true — and look set to reignite an ethical debate.

In a world first, Chinese scientists have reported editing the genomes of human embryos. The results are published 1 in the online journal Protein & Cell and confirm widespread rumours that such experiments had been conducted — rumours that sparked a high-profile debate last month 2,3 about the ethical implications of such work.

In the paper, researchers led by Junjiu Huang, a gene-function researcher at Sun Yat-sen University in Guangzhou, tried to head off such concerns by using 'non-viable' embryos, which cannot result in a live birth, that were obtained from local fertility clinics. The team attempted to modify the gene responsible for β-thalassaemia, a potentially fatal blood disorder, using a gene-editing technique known as CRISPR/Cas9. The researchers say that their results reveal serious obstacles to using the method in medical applications.

"I believe this is the first report of CRISPR/Cas9 applied to human pre-implantation embryos and as such the study is a landmark, as well as a cautionary tale," says George Daley, a stem-cell biologist at Harvard Medical School in Boston, Massachusetts. "Their study should be a stern warning to any practitioner who thinks the technology is ready for testing to eradicate disease genes."

Some say that gene editing in embryos could have a bright future because it could eradicate devastating genetic diseases before a baby is born. Others say that such work crosses an ethical line: researchers warned in Nature 2 in March that because the genetic changes to embryos, known as germline modification, are heritable, they could have an unpredictable effect on future generations. Researchers have also expressed concerns that any gene-editing research on human embryos could be a slippery slope towards unsafe or unethical uses of the technique.

The paper by Huang's team looks set to reignite the debate on human-embryo editing — and there are reports that other groups in China are also experimenting on human embryos.

The technique used by Huang’s team involves injecting embryos with the enzyme complex CRISPR/Cas9, which binds and splices DNA at specific locations. The complex can be programmed to target a problematic gene, which is then replaced or repaired by another molecule introduced at the same time. The system is well studied in human adult cells and in animal embryos. But there had been no published reports of its use in human embryos.

Huang and his colleagues set out to see if the procedure could replace a gene in a single-cell fertilized human embryo in principle, all cells produced as the embryo developed would then have the repaired gene. The embryos they obtained from the fertility clinics had been created for use in في المختبر fertilization but had an extra set of chromosomes, following fertilization by two sperm. This prevents the embryos from resulting in a live birth, though they do undergo the first stages of development.

Huang’s group studied the ability of the CRISPR/Cas9 system to edit the gene called HBB, which encodes the human β-globin protein. Mutations in the gene are responsible for β-thalassaemia.

The team injected 86 embryos and then waited 48 hours, enough time for the CRISPR/Cas9 system and the molecules that replace the missing DNA to act — and for the embryos to grow to about eight cells each. Of the 71 embryos that survived, 54 were genetically tested. This revealed that just 28 were successfully spliced, and that only a fraction of those contained the replacement genetic material. “If you want to do it in normal embryos, you need to be close to 100%,” Huang says. “That’s why we stopped. We still think it’s too immature.”

His team also found a surprising number of ‘off-target’ mutations assumed to be introduced by the CRISPR/Cas9 complex acting on other parts of the genome. This effect is one of the main safety concerns surrounding germline gene editing because these unintended mutations could be harmful. The rates of such mutations were much higher than those observed in gene-editing studies of mouse embryos or human adult cells. And Huang notes that his team likely only detected a subset of the unintended mutations because their study looked only at a portion of the genome, known as the exome. “If we did the whole genome sequence, we would get many more,” he says.

Huang says that the paper was rejected by طبيعة سجية و علم, in part because of ethical objections both journals declined to comment on the claim. (طبيعة سجية’s news team is editorially independent of its research editorial team.)

He adds that critics of the paper have noted that the low efficiencies and high number of off-target mutations could be specific to the abnormal embryos used in the study. Huang acknowledges the critique, but because there are no examples of gene editing in normal embryos he says that there is no way to know if the technique operates differently in them.

Still, he maintains that the embryos allow for a more meaningful model — and one closer to a normal human embryo — than an animal model or one using adult human cells. “We wanted to show our data to the world so people know what really happened with this model, rather than just talking about what would happen without data,” he says.

But Edward Lanphier, one of the scientists who sounded the warning in طبيعة سجية last month, says: "It underlines what we said before: we need to pause this research and make sure we have a broad based discussion about which direction we’re going here." Lanphier is president of Sangamo BioSciences in Richmond, California, which applies gene-editing techniques to adult human cells.

Huang now plans to work out how to decrease the number of off-target mutations using adult human cells or animal models. He is considering different strategies — tweaking the enzymes to guide them more precisely to the desired spot, introducing the enzymes in a different format that could help to regulate their lifespans and thus allow them to be shut down before mutations accumulate, or varying the concentrations of the introduced enzymes and repair molecules. He says that using other gene-editing techniques might also help. CRISPR/Cas9 is relatively efficient and easy to use, but another system called TALEN is known to cause fewer unintended mutations.

The debate over human embryo editing is sure to continue for some time, however. CRISPR/Cas9 is known for its ease of use and Lanphier fears that more scientists will now start to work towards improving on Huang's paper. “The ubiquitous access to and simplicity of creating CRISPRs," he says, "creates opportunities for scientists in any part of the world to do any kind of experiments they want.”

A Chinese source familiar with developments in the field said that at least four groups in China are pursuing gene editing in human embryos.


4. Risk Factors Related to the Neonatal and the Period Thereafter

Whether factors related to the surrogate pregnancy find their way towards affecting the neonatal and the period following is a subject under investigation. Many studies propose that ART offsprings𠅊nd that extends to surrogacy cases𠅊re prone to cardiovascular diseases, presenting with higher systolic and diastolic blood pressure, obesity resulting from insulin resistance and the impaired glucose metabolism, and thyroid dysfunction with high levels of thyroid-stimulating hormone (TSH) [22]. On the other hand, there are reports indicating that IVF techniques may not extend to burdened perinatal and neonatal complications. The study by Chian et al. 2008 examined 200 infants deriving from three different centers in Canada, born from vitrified oocytes, and concluded that vitrification had no effect on fetus and baby [44].

As mentioned above, the practice of multiple embryos included in the ET may result in multiple gestations often encountered in surrogacy cycles. These may result in preterm labour and delivery, in comparison to singleton [2, 5, 39]. Consequently, babies present with low birth weight or they fail to sustain perhaps even due to prematurity alone or accompanied by a deformity or abnormality [1]. Furthermore, newborns of multiple gestations may present with speech delays and developmental handicaps [5], as well as cerebral palsy [1]. What is more, prematurity, directly related to multiple gestations, contributes to congenital malformations and increased rates of caesarean sections, in comparison to singleton [39]. In contrast to the above, a follow-up on babies born through multiple or singleton IVF surrogacy showed that motor delays cease at the second year of their life [5]. On the other hand, singleton IVF-children present with no further physical anomalies, taking into consideration that defect embryos often fail to implant. This is in contrast to multiple gestations, which appear to be associated with low-birthweight infants and/or with minor heart and lung defects [45]. Multiple gestations associated with complications in surrogate pregnancies may be avoided by opting for eSET as discussed above and managed employing the practice of selective feticide. This, especially in complex cases, may entail a therapeutic nature by creating safer conditions for the surrogate's health as well for the infant to be. However, it is best to avoid reaching the point when it becomes a necessity and selective feticide becomes an option. The complications associated with its practice are numerous. Neurodevelopmental impairment, including cognitive, motor, and behavioral aspects, has been detected in 6.8% of the reported cases following selective feticide, while this finding appears to be more frequent in comparison to the general population [46].

The solution to challenges originating from multiple gestations is for the IVF set-up to promote further the practice of elective single embryo transfer to avoid multiple gestations and the considerable risks associated with them [7, 36]. The Ethics Committee of the American Society for Reproduction (ASRM) underlies the need for the gestational surrogate to be protected, by inclusively informing her regarding all the possible risks multiple pregnancies entail. On that concept, it becomes apparent that the final decision regarding the number of embryos to be transferred should be the surrogate's [14].

Nutrition of the surrogate is an important factor that could pose a risk. Insufficient nutrition during pregnancy plays an important role to the child's or even to the adult's health, as it may be responsible for the development of cardiovascular diseases, allergies, hypertension, diabetes, or either schizophrenia [42]. This is also confirmed by the Barker hypothesis, according to which the appearance of metabolic syndromes in adulthood may be attributed to the mother's malnutrition during pregnancy [18]. To extend this to the IVF environment, it has been shown that there is clear association between protein deficiency in embryo culture media and the child' birth weight [18, 19]. Information involving nutrition of the surrogate is scarce and difficult to control or record especially in reflection to perinatal data. Therefore, especially in light of the lack of knowledge, it is imperative to evaluate the mode and strength of the association between nutrition of the surrogate and respective implications on the children.

Stress levels of the surrogate during gestation could play a detrimental role. This exhaustive search did not identify studies reporting on whether maternal stress levels are higher during a surrogate pregnancy in comparison to nonsurrogate pregnancy. This fact may highlight a deficit in the literature. General population studies show a clear association between maternal stress and low birth weight or prematurity [42]. Neonatal studies on infants from highly anxious mothers recorded persistent crying during the first seven months of life and neonates characterized by irritability, irregular biological functions, and gripes. Later at the age of nine, these children were classified as overactive and poor sleepers [42, 43]. Prenatal maternal stress plays an important role to the infants' behavior, as studies observed that infants were categorized as antisocial and with low frustration threshold [43]. Ward's study evidenced a correlation between the development of childhood psychopathology and various prenatal conditions, such as maternal chronic or prenatal stress and anxiety, maternal acceptance of pregnancy, and some excessive physical reactions to pregnancy like vomiting [47]. Psychiatric observations showed that maternal stress during pregnancy plays a pivotal role to the appearance of Attention Deficit Hyperactivity Disorder (ADHD), schizophrenia, and depression. Characteristically, depressive adults have high levels of blood cortisol and CRH hormones [42].

Children born through gestational surrogacy are legally protected, through the anonymity of the donor and surrogate's data. However, the child has the right to be informed in a specific manner on the way that he/she was born and be informed of his/her origins in general [48]. Many studies record a positive child's reaction when information is released regarding the surrogacy, either traditional or gestational [49].

The science of prenatal and perinatal psychology reveals that every stimulus recorded to the child's consciousness significantly determines its behavior as an adult, both physical health and mental balance. Moreover, it defines the relationships that the child forms throughout life. In addition to that, many clinical studies assume that the embryo's conscience is formed during the intrauterine period and that the perception and the feelings of the surrogate during gestation may affect infant development majorly. Medical evidence supports the fact that various neurohormones are transferred from mother to fetus during pregnancy. These are pivotal for fetal brain development, normal neural system's function, and the future child's self-confidence and intelligence [43]. Good communication and feelings of acceptance act catalytically on the communication between mother and fetus and consequently contribute to important developmental aspects extending even to the child's speech ability [3].

It may be that trigger points regarding the psychological status of an expectant mother are the same between surrogates and nonsurrogates. If that can be safely hypothesized, then negative factors such as prenatal maternal stress, perceptions, and feelings will be expected to equally affect both groups at the same extent. However, is it equally safe to assume that such issues and detrimental effects will burden the infants of a surrogate pregnancy further? Additional studies are required to enrich our knowledge on such important issues on surrogacy. Could it be that a surrogate pregnancy, even though it is a product of consent and informed decision of the surrogate, may differ with respect to the feelings involved regarding a natural occurring desired pregnancy?

With respect to the psychological effect on the children born through surrogacy there are conflicting reports. Children born from a surrogate mother do not differ in their behavior [2, 3]. These offspring, at the age of two, seem to have no difficulties in their social integration and their cognitive and emotional development. Later, at the ages of three, seven, and ten, their psychological prosperity was found to be at the same levels as the other peer-to-peer children [3].

Another study examined the impact of surrogacy—genetically linked or not—on the children's psychological wellbeing during the first three years of their life, as well as during the preschool period at the age of seven. The results assessed family processes, such as warmth, communication among members, and conflict. The study concluded that, at ages of one, two, and three, children were overall unaware of the way they were born and family relationship appeared to be warmer and more enjoyable, in comparison to family processes regarding naturally conceived children. Later, at the age of seven, children presented a more positive relationship with their mothers, in contrast to natural conception families. The study reported that family structure, for instance, male same-sex or lesbian families, seems not to influence the children's psyche, as a positive quality of family relationship was evident [49]. In addition to this, a systematic review comparing children born through gestational surrogacy and those born employing fresh IVF showed that there was not any psychological differentiation up to the age of ten years [1]. On the other hand, progress data from undesirable pregnancies shows that seven-month-old babies presented with persistent crying and irregular biological functions. Following up on these children at the age of nine showed that they presented with aggressive behavior, while their attention was easily disrupted [43]. To conclude, it may be worth exploring the possibility that the person who takes care of the child throughout life may exert epigenetic influences on it [1].


Mitochondrial DNA levels as a marker of embryo viability in IVF

Helsinki, 4 July 2016: Despite the claims and counter-claims for new embryo assessment techniques introduced over the past two decades, the search for the holy grail of assisted reproduction - the key to the embryo destined to implant - continues. Genetic screening techniques so far have relied largely on the assessment of one component of the embryo's genetic constitution, the number of chromosomes in its cells. Studies dating back 20 years have shown beyond doubt that chromosomal abnormality is common in preimplantation embryos, and becomes even more common with increasing age. Chromosomal anomalies - or aneuploidy - are universally accepted as the main reason for miscarriage and the main cause of implantation failure

Methods that allow the screening of IVF embryos for aneuploidy are increasingly used during fertility treatments, helping doctors ensure that the embryos transferred have the correct number of chromosomes. However, even when a chromosomally normal embryo is transferred about one-third fail to produce a pregnancy.

Now, a new approach to embryo assessment described at this year's Annual Meeting of ESHRE may be able to shed light on why so many apparently healthy embryos are not viable. The approach is based on the quantification of mitochondrial DNA found in the outermost layer of cells in a five-day old embryo. The combination of chromosome analysis and mitochondrial assessment may now represent the most accurate and predictive measure of embryo viability with great potential for improving IVF outcome.

Following the presentation of these important results here in Helsinki, first author Dr Epida Fragouli from Reprogenetics UK and the University of Oxford's Nuffield Department of Obstetrics and Gynaecology in Oxford, UK, said the study "demonstrates that mitochondrial DNA levels are highly predictive of an embryo's implantation potential". Even embryos which are chromosomally normal and have a good morphological appearance under the microscope, she added, have virtually no ability to produce a baby if they have unusually high levels of mitochondrial DNA.

The evidence for mitochondrial DNA as an accurate marker of embryo viability came in a prospective study of 280 blastocysts (embryos cultured for five or six days) and tested to be chromosomally normal. The study was the first ever evaluation of the predictive power of mitochondrial DNA quantification with a prospective, blinded, non-selection design. This meant that the mitochondrial DNA levels of the blastocysts were not known at the time of transfer, so study results relied solely on a comparison of IVF outcome and mitochondrial DNA level, and were not subject to any bias.

For further information on the details of this press release, contact:
Christine Bauquis at ESHRE
Mobile: +32 (0)499 25 80 46
Email: [email protected]

تنصل: AAAS و EurekAlert! ليست مسؤولة عن دقة النشرات الإخبارية المرسلة إلى EurekAlert! من خلال المؤسسات المساهمة أو لاستخدام أي معلومات من خلال نظام EurekAlert.


شاهد الفيديو: الأسباب الشائعة لقلة الحيوانات المنوية وما هو العدد اللازم لحصول حمل طبيعي أ د محمد عباس # طبيبك (كانون الثاني 2022).