生命科學

日本鼠姬有兩個媽媽

牠的誕生不需要精子,只要顆個卵子。

撰文/馬丁代爾(Diane Martindale)
翻譯/涂可欣

生命科學

日本鼠姬有兩個媽媽

牠的誕生不需要精子,只要顆個卵子。

撰文/馬丁代爾(Diane Martindale)
翻譯/涂可欣

今年4月,日本東京農業大學河野友宏領導的團隊利用兩個卵子造出小鼠,此舉讓「沒有父親」有了新涵義。這項成果並不代表有了製造嬰兒的新方法,而是幫忙解釋精子與卵子如何合作,以及雄性在正常繁殖過程中為何如此重要。


這套製造小鼠的方法類似出現在跳蚤、蜥蜴和火雞等較低等動物的「孤雌生殖」(parthenogenesis):未受精的卵子自行發育,進而產生可存活的子代。一般認為哺乳動物無法進行孤雌生殖,是因為有基因銘印的屏障,使得某些胚胎發育的必要基因只在雄性基因組開啟,而在雌性基因組則為關閉狀態;或剛好相反。因此胚胎要能正常發育,一定要有一組染色體帶雌性銘印,而另一組染色體則帶雄性銘印。過去已有研究人員誘導未受精的小鼠卵子進行分裂複製,但它們只能短暫存活。




輝夜姬這隻小鼠是由兩個卵子結合而誕生,牠長至成年並生了一窩正常的小鼠。


河野小組的實驗,則將小鼠經過基因改造,使母鼠製造的卵子染色體帶有類似雄性的銘印。具體地說,這些卵子缺乏一段H19基因,它在精子中通常帶有銘印,為關閉狀態。這項突變讓卵子製造出一般只有雄性基因組才能製造、對胚胎發育非常重要的類胰島素生長因子2(IGF-Ⅱ)。


此外,河野從基因改造小鼠體內採集的是未成熟的卵子。這個步驟的重要性在於,形成卵子的過程中,建立雌性銘印之前,會先消除所有過去的基因銘印。生物學家相信,剛形成的卵子尚未獲得雌性銘印,狀態較接近雄性基因組。


接著,這些未成熟的類雄性配子與來自正常鼠的成熟卵子融合,並經化學方法活化後植入代理孕母體內,結果誕生了兩隻小鼠。其中一隻以日本神話人物「輝夜姬」為名,牠長至成年,與公鼠交配,並生下一窩外表看來正常的小鼠。另外一隻小鼠則在出生時為了基因分析而犧牲了。


這項實驗了揭露銘印的特性,並提供有用的工具來研究銘印在胚胎發生過程中的角色:銘印出問題會造成神經病變、異常生長和某些癌症。這項研究也暗示了動物複製和幹細胞研究的高失敗率,可能就是因為銘印缺陷的緣故。


目前研究者並不認為這項技術可用在人類生殖上。英國劍橋大學威爾康信託癌症研究所的銘印研究先驅蘇倫尼擔保:「至少就目前而言,河野小組使用的遺傳操作方法,在技術和倫理層面都太過極端,不可能應用在人類身上。」除了要從卵巢直接取出未成熟的卵子外,更麻煩的是要基因改造一名雌性,使其能產生帶有H19突變而能製造IGF-Ⅱ的卵子。另一種方法是直接將IGF-Ⅱ送進卵內,但濃度必須剛好,否則這種生長因子也會導致畸形。


河野的實驗製造了許多死胎或畸形胎,在將近500個實驗卵中,僅產生兩隻小鼠。這種低出生率表示畸形發生率極高,蘇倫尼說:「這種方法比生殖複製還更沒效率,也更危險。」最讓專家意外的是,只是稍微調整兩個基因,就能排除屏障,製造出兩隻活蹦亂跳的小鼠。而且遺傳分析顯示小鼠其他許多基因活性都已回復正常,就像牠們是經由傳統受精而產生。但美國哈佛大學發育生物學家艾甘質疑,只改變H19基因從而影響IGF-Ⅱ的製造,並不足以解釋為何兩隻小鼠能長到足月出生,他認為一定有某些隨機事件「發生在這兩隻小鼠身上,只是沒人知道到底是哪些變化。」河野的實驗顯示不需要雄性也能繁殖,但他的研究也重申了雄性的重要性。


【欲閱讀更豐富內容,請參閱科學人2004年第30期8月號】