前几天,OpenAI创始人
山姆·奥特曼
(Sam Altman)在X上宣布:自己和同性伴侣迎来了第一个孩子。
山姆·奥特曼(左)和伴侣奥利弗·穆赫林(Oliver Mulherin)去年举行了婚礼|X:@heyBarsee
关于这个孩子,奥特曼公布的信息不多,只说是个早产儿,还在新生儿重症监护室里,目前恢复得不错。
但外界却有传闻称,这是一个使用“双雄繁殖”技术产生的孩子
——也就是将男性干细胞分化出卵子,并与另一位男性的精子结合为受精卵;这个孩子还被称为首个“AGI(通用人工智能)宝宝”。
这种猜测,与奥特曼之前投资的初创公司Conception有关。Conception是一家生育科技公司,之前一直在
尝试将女性的血细胞转化为卵子
。Conception的设想虽然还没有成功,但人们还是将奥特曼和同性伴侣的孩子,与这一技术联系了起来。
奥特曼在社交平台晒出孩子的照片,并配文称“从未感受到这样的爱”|X:@Sam Altman
所以,“男男生子”真的变成现实了吗?
从目前公开的资料来看,人类的男男生子可能性不大。科学家虽然已经创造出了双母本小鼠和双父本小鼠,但成功率并不高。
技术在动物上尚且不成熟
,应用于人体不仅难度更大,也更具伦理争议。而且,哪怕是双父小鼠,也不是真正的“男男生子”——
需要
雌性小鼠作为代孕母亲
,怀孕和生产的过程仍然是由雌性承担的。
从上世纪80年代,人类就开始探索如何创造双母本/双父本的哺乳动物胚胎。正常情况下,哺乳动物的繁殖需要卵子和精子的结合,2个卵子或者2个精子没法直接形成一个可以正常发育的胚胎。人们后来发现,阻碍这类胚胎发育的关键在于“
印记基因
”(imprinted genes)。
印记基因带有一些表观遗传学修饰(如DNA甲基化),就像盖章认证一样,这些修饰标明了它们是来自父亲还是来自母亲。一般来说,二倍体生物拥有来自两个亲本的基因组,这两份基因组中的等位基因都能表达;但印记基因则不同,它们只能表达来自特定一方的基因,
父源基因和母源基因需要互相配合,才能保证胚胎的正常发育
。
比如,IGF2等父源基因就像油门,可以促进胚胎细胞增殖和营养吸收;而H19等母源基因就起到了刹车的作用,负责抑制胚胎过度生长。因此,当科学家试图创造双父胚胎时,使用两份均来自父亲的遗传物质,就相当于同时踩下两脚油门却没了刹车系统——胚胎要么因器官过度生长形成肿瘤样结构,要么因关键发育程序崩溃而夭折。同理,如果创造双母胚胎,则会出现发育迟缓的情况。
左边是双父小鼠,右边是正常小鼠 | 参考资料[1]
想要获得双母/双父胚胎,科学家需要对印记基因进行调整。
2004年,东京农业大学的河野友宏(Tomohiro Kono)团队
首次培育出了“双母小鼠”
。这种小鼠被命名为Kaguya,源自日本神话中的月亮女神辉夜姬(Kaguya-hime)。
双母小鼠刚出生时候的样子 | Kono et al., 2004
他们从两只雌鼠的卵母细胞中提取出遗传物质,删除了一个关键的母源印记基因H19。H19会抑制胚胎的过度生长,删除了它,就相当于拆掉了刹车片,模拟了父源基因的油门功能,让胚胎得以成功发育。
不过,通过这种方式创造的双母小鼠,存活率并不高。在371个胚胎中,只有10个胚胎存活至妊娠19.5天;最终2只成功出生,其中一只健康成长到了成年,并顺利繁殖生下了幼崽。之后,他们用同样的方法培育了更多双母小鼠,但
它们比正常小鼠发育更迟缓,体型也小得多
。
双母小鼠辉夜姬成功长大,并生了孩子 | Kono et al., 2004
2018年,中国科学院动物研究所的李伟团队创造了
“进阶版”的双母小鼠
。他们不再粗暴地删除基因,而是使用CRISPR基因编辑技术,精准地调控了3个印记基因位点。双母小鼠的存活率升高了,器官发育和代谢水平也与普通小鼠相当。
有了双母小鼠的成功,科学家开始着手创造双父小鼠。但这是一个更大的挑战——不仅需要重新调整印记基因的编辑方案,而且,来自母亲的卵子提供了细胞质环境,但精子不仅没法提供细胞质,还多了一条Y染色体,因此要
解决卵子的来源问题
。
卵子保留了细胞质,为后代提供线粒体DNA|Wikimedia Commons
日本的林克彦(Katsuhiko Hayashi)等科学家摸索出了一个“细胞重生计划”——
把雄性的皮肤细胞变成卵子
。他们从雄性小鼠的尾巴上获得皮肤细胞,诱导为多能干细胞(iPSC),并利用药物诱导让它丢失Y染色体,形成XO型细胞;再通过X染色体的复制,获得XX型类卵母细胞前体。这样一来,他们就用可以雄性小鼠的体细胞制造出“类卵细胞”。
这个方案是不是有点眼熟?奥特曼投资的那家生育公司Conception,正是由此受到启发,计划用类似的方式,将女性的血细胞转化为卵细胞。
在将雄性小鼠的皮肤细胞转化为类卵细胞之后,林克彦团队用CRISPR编辑了7个父源印记基因,并增强母源基因的表达,最后将类卵细胞和精子结合,植入母鼠子宫发育。2023年,他们首次创造出可以存活并具有生育能力的双父小鼠。不过,在600多个移植到雌性小鼠子宫的胚胎中,只有7个变成了健康的幼鼠,
存活率只有1.1%左右
。
创造出双父小鼠的日本科学家林克彦 | Rakuten Blog
前面提到的在2018年创造出双母小鼠的李伟团队,他们当时也创造了双父小鼠,但方法不同。他们首先将精子转化为单倍体胚胎干细胞,用CRISPR技术编辑印记基因后,将其与正常精子一起注入
除去了细胞核的卵细胞
,构建出双父胚胎(虽然细胞质来源于雌性);胚胎被植入了代孕母鼠的子宫,成功诞生了能自主存活的双父小鼠。
上个月,他们在Cell子刊《Cell Stem Cell》上发表了关于双父小鼠的最新进展:经过不断尝试,他们最终对印记基因做了20处修改,提高了小鼠胚胎的存活率。存活的小鼠可以无需人工哺乳就能存活,有部分还成功活到了成年。但是,这些双父小鼠比正常小鼠的寿命短了40%,而且雄性虽然有正常的性特征和成熟的精子,但没法成功生育。
说到双母本/双父本小鼠,很多人觉得,这要么是科学家挑战人伦的猎奇实验,要么只是为了让同性伴侣能够拥有携带自己遗传物质的孩子。
但这些研究的科学意义不止于此。它们看似颠覆了自然法则,其实揭露了生命更深层的秘密:进化给哺乳动物套上的“生殖枷锁”,原来是一串可破解的密码。
当科学家们拿着基因剪刀解谜时,其实也是在为疾病和生殖寻找更多的可能性。
2018年李伟团队创造的双母小鼠及其幼崽。科学家通过对动物单性生殖的尝试,寻找关于疾病与繁育的更多可能|参考资料[7]
科学界认为,印记基因可能是哺乳动物进化出的一种保险机制,强制要求父母双方的基因参与。父源基因普遍促进营养摄取(如IGF2),而母源基因限制资源消耗(如H19)——只有两者平衡,胚胎才能在母体中正常发育,既能获取足够的营养,又不会因此榨干母亲的身体。
但是,这种机制并不是只有好处,
一旦印记基因发生突变,就有可能引起发育疾病和癌症
。比如,贝–维综合征(Beckwith-Wiedemann Syndrome)就是因为父源基因IGF2过度表达,导致器官过度生长,患者出现巨舌、内脏肥大等问题;天使综合征(Angelman Syndrome)则是因为母源基因UBE3A缺失,导致患者出现严重的智力障碍、共济失调,还会常常莫名其妙地发笑。不少癌症也与印记基因的异常密切相关,如结直肠癌患者中有30%有IGF2基因印记缺失,但这一比例在健康人群中只有10%。
现在,科学家通过调控印记基因,创造出双母/双父小鼠,就意味着他们可以直接观察父源或母源基因缺失或表达过多的后果,从而
探索新的基因治疗方法
。
从生殖的角度来说,这类研究也不单单是给同性生子带来可能,
不孕不育患者
也有可能通过细胞重编程和基因编辑,用体细胞来创造出功能性生殖细胞。
濒危动物
也能受益——有了双母/双父生子的技术,就有可能通过单一性别进行繁育,对于只剩下两个雌性个体的北白犀等物种来说,这可能是将它们从灭绝边缘拯救回来的希望。
只剩2个雌性个体的北白犀已经功能性灭绝 | Bernard DUPONT / Wikimedia Commons
在双父小鼠的培育过程中,科学家还发现,用双父小鼠的体细胞进行克隆时,成功率比普通细胞更高,而且克隆后代很健康。这说明,印记基因的编辑可以
提升克隆技术的效率
,这对器官再生和濒危物种繁育也是好消息。