Чтобы спасти северного белого носорога от вымирания, команда BioRescue стремится создать выращенные в лаборатории яйцеклетки и сперматозоиды этого подвида, находящегося под угрозой исчезновения. Теперь команда сообщила о важной вехе в развитии науки: они создали первичные зародышевые клетки из стволовых клеток — впервые в мире.

Тридцатитрехлетняя Наджин и ее дочь Фату - последние выжившие северные белые носороги на планете. Они живут вместе в заповеднике дикой природы в Кении. Поскольку осталось всего две самки, этот подвид белого носорога больше не способен к размножению — по крайней мере, сам по себе.

Но не все надежды потеряны: согласно статье, опубликованной в журнале Science Advances, международная группа исследователей успешно культивировала первичные зародышевые клетки (PGCs) — предшественники яйцеклеток и сперматозоидов носорога — из эмбриональных стволовых клеток (ESCs) и индуцированных плюрипотентных стволовых клеток (IPSC).

Это представляет собой важную веху в амбициозном плане. Проект BioRescue, который координируется Институтом исследований зоопарков и дикой природы имени Лейбница, хочет спасти северного белого носорога от вымирания. С этой целью ученые придерживаются двух стратегий — одна из них пытается генерировать жизнеспособные сперматозоиды и яйцеклетки из клеток кожи умерших носорогов.

Идея состоит в том, чтобы имплантировать полученные эмбрионы близкородственным самкам южного белого носорога, которые затем вынашивают суррогатное потомство до срока. Таким образом, подвид северного белого носорога, который люди уже фактически уничтожили в результате браконьерства, все еще может быть спасен благодаря современным технологиям получения стволовых клеток и репродукции.

Превращение куска кожи в живого носорога может быть настоящим подвигом клеточной инженерии, но сам процесс не является беспрецедентным: соавтор исследования профессор Кацухико Хаяси возглавляет исследовательские лаборатории в японских университетах Осака и Кюсю в Фукуоке, где его команды уже совершили этот подвиг. используя мышей.

Но для каждого нового вида отдельные шаги - это неизведанная территория. В случае с северным белым носорогом Хаяси работает в тесном сотрудничестве с технологической платформой плюрипотентных стволовых клеток доктора Себастьяна Дикке в Центре Макса Дельбрюка и с экспертом по репродукции профессором Томасом Хильдебрандтом из Лейбниц-ИЗВ. Два берлинских ученых также являются соавторами текущего исследования.

"Это первый случай, когда первичные зародышевые клетки крупного, находящегося под угрозой исчезновения вида млекопитающих были успешно получены из стволовых клеток", - объясняет первый автор исследования Масафуми Хаяси из Университета Осаки. Ранее это было достигнуто только у грызунов и приматов. В отличие от грызунов, исследователи определили ген SOX17 как ключевой фактор в индукции PGC у носорогов. SOX17 также играет важную роль в развитии половых клеток человека — и, следовательно, возможно, в клетках многих видов млекопитающих.

Эмбриональные стволовые клетки южного белого носорога, используемые в Японии, поступают из лаборатории Avantea в Кремоне, Италия, где они были выращены командой профессора Чезаре Галли. Между тем, недавно полученные PGCS северного белого носорога были получены из клеток кожи тети Фату, Набире, которая умерла в 2015 году в сафари-парке Двур Кралове в Чешской Республике. Команда Дикке из Центра Макса Дельбрюка отвечала за превращение их в индуцированные плюрипотентные стволовые клетки.

Масафуми Хаяси говорит, что они надеются использовать передовую технологию стволовых клеток из лаборатории Кацухико Хаяси для спасения других видов носорогов, находящихся под угрозой исчезновения: "Существует пять видов носорогов, и почти все они классифицированы как находящиеся под угрозой исчезновения в Красном списке МСОП".

Международная команда также использовала стволовые клетки для выращивания ПГК южного белого носорога, популяция которого в мире составляет около 20 000 особей. Кроме того, исследователи смогли идентифицировать два специфических маркера, CD9 и ITGA6, которые экспрессировались на поверхности клеток-предшественников обоих подвидов белого носорога. "В дальнейшем эти маркеры помогут нам обнаружить и изолировать PGCS, которые уже появились в группе плюрипотентных стволовых клеток", - объясняет Хаяси.

Теперь ученые BioRescue должны перейти к следующей сложной задаче: созреванию PGCS в лаборатории, чтобы превратить их в функциональные яйцеклетки и сперматозоиды. "Первичные клетки относительно малы по сравнению со зрелыми зародышевыми клетками и, что наиболее важно, все еще имеют двойной набор хромосом", - объясняет доктор Вера Живица из исследовательской группы Дикке, которая также участвовала в исследовании. "Поэтому мы должны найти подходящие условия, при которых клетки будут расти и делить свой набор хромосом пополам".

Исследователь Лейбница-ИЗУ Хильдебрандт также придерживается дополнительной стратегии. Он хочет получить яйцеклетки от 22-летнего Фату и оплодотворить их в лаборатории Галли в Италии, используя замороженную сперму, собранную у четырех ныне умерших быков северного белого носорога. Этот сперматозоид размораживается и вводится в яйцеклетку в процессе, известном как интрацитоплазматическая инъекция сперматозоидов (ИКСИ).

Однако Хильдебрандт объясняет, что Фату не в состоянии выносить собственного потомства, так как у нее проблемы с ахилловыми сухожилиями и она не может нести дополнительный вес. Тем временем ее мать Наджин вышла из детородного возраста и также страдает от опухолей яичников. "И в любом случае, поскольку у нас остался только один донор натуральных яйцеклеток, генетические вариации любого полученного потомства были бы слишком малы, чтобы создать жизнеспособную популяцию", - добавляет он.

Таким образом, главный приоритет команды - превратить страницы, которые теперь есть в их распоряжении, в яйцеклетки. "У мышей мы обнаружили, что наличие ткани яичников было важно на этом решающем этапе", - объясняет Живица. "Поскольку мы не можем просто извлечь эту ткань из двух самок носорога, нам, вероятно, придется выращивать ее и из стволовых клеток".

Однако ученый надеется, что ткань яичников лошадей может оказаться полезной, поскольку лошади являются одними из ближайших родственников носорогов с эволюционной точки зрения. Если бы только люди заботились о диком носороге так же хорошо, как о домашней лошади, огромной проблемы, стоящей сейчас перед учеными-биоискателями, возможно, можно было бы вообще избежать.