新方法促进遗传物质的长期储存

随着物种继续面临大规模灭绝，通过明智的生物库保存遗传物质以实现克隆是促进物种生存和维持生物多样性的关键。

胚胎和生殖细胞通常在超低温下储存在液氮中。但将生殖细胞储存在液氮中是很棘手的。不仅需要相当大的技能和维护成本，还需要定期监控，而且储存在液氮中的生物材料在停电和其他灾难期间很容易被破坏。因此，开发能够以最少的资源长期保存遗传物质的方法至关重要，从而能够在长期保存后克隆出有活力和可育的后代。

日本甲府山梨大学的科学家开发了一种新方法，使用冻干体细胞(生殖细胞以外的细胞)来克隆小鼠。该研究结果于2022年7月5日发表在《自然通讯》杂志上，题为“来自冻干体细胞的健康克隆后代”。山梨大学环境科学系教授TeruhikoWakayama博士博士是该研究的资深作者。作者声称，这种新方法可用于以安全且廉价的方式储存任何动物的遗传物质。

在早期的一项研究中，和歌山的团队开发了一种针对小鼠精子细胞的冷冻干燥技术。尽管研究人员无法在冷冻干燥过程后检索到健康且有功能的精子细胞，但他们可以检索精子DNA，并将其注射到卵母细胞中以克隆小鼠后代。他们后来证明该技术适用于其他物种，包括老鼠、仓鼠、兔子和马。这增加了存储的稳定性和安全性。

研究人员观察到，冻干的小鼠精子对环境波动具有很强的抵抗力。Wakayama的团队成功地从办公桌抽屉中储存了一年多以及在国际空间站中储存了5年多的自由干燥精子中获得了健康的小鼠后代。这让Wakayama和他的团队相信，冷冻干燥是在任何地点以低成本长期储存遗传物质的最佳、最安全的方法。

然而，到目前为止，整个动物只能从冷冻干燥的成熟精子中克隆出来。收集功能性精子，特别是来自不育男性的精子，以及从卵巢或受精胚胎收集女性卵子，对生物样本库提出了重大挑战。

自从和歌山报道用冷冻干燥的精子DNA克隆整个动物以来，青蛙和羊也已成功地从体细胞克隆，这表明配子的储存作为遗传资源并不是必需的。此外，体细胞可以很容易地从身体的任何地方收集，包括身体废物和死亡后的细胞。

在当前的研究中，Wakayama的团队通过改良的核移植程序从冷冻干燥的体细胞核中产生了健康的克隆小鼠后代。他们使用来自小鼠尾尖的成纤维细胞。“我们的数据表明，虽然在此过程中观察到一些DNA异常，但冷冻干燥的体细胞核可用于通过核移植产生囊胚，而源自这些囊胚的胚胎干细胞系可产生能够产生健康、可育的供体细胞核。克隆小鼠，”作者指出。

研究人员使用海藻糖作为冷冻保护剂或表没食子儿茶素作为抗氧化剂，将体细胞在-30°C下冷冻干燥长达九个月。当他们尝试通过补液使细胞复活并用碘化丙啶染色时，他们观察到细胞膜受损，细胞死亡。

尽管如此，作者还是使用这些细胞的DNA作为克隆的供体材料，以产生健康的雌性和雄性后代，成功率为0.2-5.4%。他们采用了体细胞核移植程序来产生胚胎(囊胚)和稳定的胚胎干细胞系。

“核移植后，我们从冻干体细胞中产生了克隆囊胚，并建立了核移植胚胎干细胞系，”作者指出。

此外，研究人员还选择了九只雌性和三只雄性克隆小鼠并让它们交配。所有雌性都产仔，表明克隆动物保留了生育能力。

对冻干细胞的彗星分析表明，这些细胞中的DNA受到的损伤比储存在液氮中观察到的损伤更大。然而，作者认为，所达到的克隆成功率表明，尽管存在DNA损伤，新方法仍可能提供一种可行的替代方案，因为它提供了一种具有成本效益的长期解决方案。

作者总结道：“我们证明，冻干体细胞可以产生健康、可育的克隆，这表明这项技术对于建立替代的、更便宜、更安全的无液氮生物库解决方案可能很重要。”

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