by Redaktörens anmärkning: Anmäl dig till CNN Vetenskapens nyhetsbrev “Miracle Theory”.. Utforska universum med nyheter om fascinerande upptäckter, vetenskapliga framsteg och mer.
För första gången i historien har forskare använt genredigering för att framkalla en jungfrufödsel hos fruktflugor – ett viktigt steg i att låsa upp mysterierna med det fascinerande fenomenet som kallas partenogenes.
Jungfrufödslar förekommer inte naturligt hos de fruktflugarter som är involverade i forskningen, säger studiens medförfattare Alexis Sperling, en utvecklingsbiolog vid Storbritanniens University of Cambridge.
Men enligt en studie som publicerades den 28 juli i tidskriften Current Biology kunde Sperling och hennes team använda genmutationer för att skapa generationer av kvinnliga fruktflugor som kunde föröka sig helt på egen hand – utan att interagera med manliga fruktflugor.
Även om jungfrufödslar förekommer naturligt hos många djurarter och induceras i andra – inklusive möss – genom manipulering av celler, var denna forskning den första som isolerade specifika gener för att göra partenogenes till en permanent och ärftlig egenskap hos en organism som annars inte skulle vara kapabel. av denna typ av reproduktion.
Även om bedriften kan verka som science fiction, notera: Det är inte förebudet om en jungfrufödsel hos människor. Det finns “flera skäl som förhindrar (partenogenes) hos däggdjur.” … Vi behöver den genetiska mångfalden, säger Sperling.
Men arbetet representerar ett avgörande framsteg i förståelsen av reproduktion i hela djurriket, och kunskapen kan vara ovärderlig i en lång rad forskningsinsatser.
“Jag tror att vi måste förstå de grundläggande aspekterna av världen vi lever i. Och ibland vet vi inte de framtida ansökningarna, säger Sperling. “Vi började förstå hur sexuell reproduktion fungerar utan att veta att vi skulle kunna göra IVF (provrörsbefruktning) i framtiden.”
En guide till jungfrufödseln
Parthenogenes har observerats naturligt i ett antal olika djurarter inklusive ormar, fåglar, ödlor, sköldpaddor, hajar och krokodiler.
Det är känt att vissa stammar av fruktflugor är kapabla till partenogenes, medan andra inte är det. Och det var här Sperling och hennes kollegor kom in: de sekvenserade genomen från två arter av Drosophila mercatorum – en art som förökar sig uteslutande sexuellt och en annan som är känd för att vara kapabel till partenogenes.
Forskarna kunde sedan jämföra de två och begränsa de specifika gener som kan ha gett dem partenogena förmågor.
“Vi hade den här listan, och sedan gick jag igenom listan och valde i princip vad jag trodde att det kunde vara (gener som utlöser partenogenes),” sa Sperling.
Sedan vände sig hennes team till en annan art av fruktfluga – Drosophila melanogaster – som aldrig har visats föröka sig genom partenogenes. Och efter försök och misstag kunde forskarna infoga de rätta generna för att utlösa partenogenes i cirka 11 % av kvinnliga Drosophila melanogaster-flugorna i experimentet. Och några av deras ättlingar var också lämpliga för övning.
Forskarna använde fruktflugor eftersom de anses vara “modellorganismer”, vilket innebär att flugorna tillhör en lista över organismer som forskare länge har studerat djupgående för att få en bättre grundläggande förståelse av biologi. Fruktflugornas korta livslängd, cirka 80 dagar, gör det enkelt att relativt snabbt observera förändringar över generationer. Och forskningen hittills på fruktflugor är så omfattande att det är möjligt att beställa genetiska mutationer för vissa flugor online.
“Det finns bara så många verktyg där ute,” sa Sperling, “och verktygen är lättillgängliga och billiga för alla forskare” när det kommer till fruktflugor.
Genombrott i Parthenogenesis: Vad det betyder
Forskarna noterade att bara för att de kunde inducera partenogenes hos fruktflugor behöver det inte betyda att fenomenet lätt kan reproduceras hos andra djurarter.
“Vi testade inte varje enskild gen eller varje enskild kombination av gener,” sa Sperling. “Så det finns olika saker i partenogenes som kan påverka andra gener som vi inte har tittat på.”
Men denna studie ger en färdplan för hur partenogenes en dag kan induceras hos andra djur också.
“Här måste man liksom göra det och se om det fungerar”, sa hon.
Sperling tillade att forskningen potentiellt kan hjälpa till att bekämpa vissa växtskadegörare som använder partenogenes för att reproducera sig när manliga kompisar inte är tillgängliga, vilket gör att de kan flockas och överbefolkas.
Till exempel stoppade bekämpningsmedel reproduktionsförmågan hos hanar i en malart i Storbritannien, och att föda honor gjorde att honorna kunde öka sitt antal exponentiellt.
Tydligen var bekämpningsmedlen inte fullt effektiva. Och Sperling sa att hon hoppas att hennes teams arbete kan hjälpa till att utveckla bättre sätt att kontrollera skadedjursbefolkningar.
“Finns det andra typer av blockerande mekanismer för sexuell reproduktion för skadedjursbekämpning?” sa hon. “Det måste du absolut se.”
dr Warren Booth, en forskare vid Virginia Polytechnic Institute och State University som nyligen publicerade en studie om den första jungfrufödseln hos krokodiler, sa att Sperling och hennes teams forskning omedelbart fångade hans intresse – och han trodde inte att det behövde leda till omedelbar verklig -världens applikationer för att vara spännande. Booth var inte involverad i den nya studien.
“Mycket av det vi gör borde komma från att främja vår grundläggande förståelse av biologi,” sa Booth.
“Jag tycker att det bara är ett fantastiskt arbete”, tillade han och noterade att det bekräftar vad hans arbete med partenogenes länge har föreslagit – att det är en genetisk, ärftlig egenskap.
“För tio år sedan trodde vi inte att vi kunde sekvensera ett genom för 1 000 dollar, och nu är det möjligt,” sa Booth. “Så tekniken förändras dramatiskt. Och jag antar att vi aldrig skulle kunna säga aldrig. Jag skulle inte bli chockad om det kunde bli en (liknande) revolution inom genredigering på mycket kort tid.”
För fler CNN-nyheter och nyhetsbrev, skapa ett konto på CNN.com
