Израильские ученые создали линию генно-модифицированных куриц, которые производят на свет только самок, сообщает BBC. Чтобы добиться такого эффекта, в одну из куриных половых хромосом внесли несколько новых генов. Их продукты под действием синего света запускают в клетках программу апоптоза. Таким образом, если посветить на эмбрионы синими лучами, то умирают только носители этой хромосомы — то есть самцы. Потомство получается только женского пола — и это можно использовать на производстве, где все равно больше востребованы курицы-несушки, а только что вылупившихся петушков приходится убивать.
Жизнь фермеров, заводчиков и биологов-экспериментаторов была бы проще, если бы у них была возможность выбирать пол потомства у тех животных, которых они разводят. Обычно приходится ждать, пока детеныши вырастут, чтобы определить их пол и отобрать тех, которые нужны для исследования или производства. На фермах отбирают чаще всего самок — потому что те несут яйца или дают молоко. Самцов, которых так много не нужно, чаще всего приходится убивать, чтобы не тратить на них лишние ресурсы. В частности, на птицефермах молодых петушков убивают почти сразу же после вылупления.
Израильский эмбриолог Юваль Циннамон (Yuval Cinnamon) из Института Волкани вместе с коллегам основал компанию Huminn Poultry, а сейчас рассказал BBC, что у них есть решение этой проблемы для разведения кур. Исследователи создали генетическую конструкцию, которую можно внести в половую хромосому птиц, так чтобы отбирать из потомства только самок на самых ранних стадиях развития эмбриона.
Система определения пола у птиц устроена иначе, чем у млекопитающих. У них гомогаметный (то есть несущий две одинаковые половые хромосомы) пол — мужской, ему соответствует генотип ZZ. А женский пол — гетерогаметный: он определяется двумя разными хромосомами, WZ. Поэтому ученые предложили следующую схему.
Генетическая конструкция, которую придумали ученые, чувствительна к синему свету. С помощью молекулярных ножниц CRISPR/Cas9 ее встраивают в Z-хромосому самок — получаются курицы с генотипом WZ*. Затем их скрещивают с обычными самцами ZZ. На выходе получаются эмбрионы двух типов: WZ (самки) и ZZ* (самцы). Если на них в течение нескольких часов посветить синими лучами, то эмбрионы-самцы умирают — и в потомстве остаются только курицы.
Свои исследования Циннамон и коллеги до сих пор нигде не опубликовали — поэтому невозможно ни проверить эффективность этого метода, ни точно разобраться в механизме его работы. Но в 2020 году Циннамон уже запатентовал аналогичную технологию в Европе — и можно предположить, что принцип ее устройства остался похожим.
Согласно этому патенту, генетическая кассета устроена следующим образом. В ней находятся гены двух белков: Cry-2 и CIBN. Эти белки светочувствительные: в норме они существуют по отдельности, но, поймав синие лучи, меняют свою конформацию и соединяются, образуя димер. К каждому из этих белков исследователи прикрепили по одной субъединице фермента Cre. Таким образом, пока белки существуют порознь, субъединицы не работает, но как только белки слипаются, две половины Cre встречаются и образуют полноценный фермент.
Кроме генов этих двух белков с пришитыми к ним половинами Cre, в кассете есть стоп-последовательность, которая блокирует считывание информации дальше. А за стоп-последовательностью — какой-то «летальный ген». Исследователи не указывают, какой именно, но дают несколько вариантов, и все они — это сигнальные белки, которые могут запустить программу клеточной гибели, то есть апоптоз.
Когда в клетке собирается полноценный фермент Cre, он связывается с краями стоп-последовательности и вырезает ее из кассеты. Теперь считыванию летального гена ничто не препятствует — и клетка погибает апоптозом.
В интервью BBC Циннамон отмечает, что такая генетическая конструкция должна быть максимально безопасна. Самки, которые рождаются у генно-модифицированных кур, не несут отредактированной Z-хромосомы — она нужна только для того, чтобы на ранних стадиях убить эмбрионы мужского пола. Поэтому на выходе должно получиться то же самое потомство, что и у обычных кур, без каких бы то ни было следов генетического вмешательства.
Разработчики сообщили BBC, что пока работают с производителями кур и отлаживают процессы. Когда они планируют получить лицензию и рассказать о своей технологии подробнее, пока неизвестно.
Мы уже рассказывали о том, как другие израильские исследователи научились регулировать пол потомства у мышей с помощью похожей технологии. Они тоже внесли изменения в половые хромосомы животных, но на этот раз из двух половинок должна была собираться система CRISPR/Cas9 и удалять «ген летальности» из генома. А потом японские ученые придумали еще более простой метод — они просто научились замедлять сперматозоиды, несущие в себе X-хромосому.