冷凍乾燥的過程確實超出了它(非常輕)的重量。 它可以製作出美味的巧克力草莓,為太空人提供更多的食物選擇,現在,該技術可用於儲存 DNA 和細胞資訊以用於克隆目的。
細胞冷凍乾燥的成功率低至 0.2%,在成為標準克隆和儲存策略之前還有很長的路要走,但這確實是令人興奮的一步。
日本山梨大學若山早香領導的研究人員表示:“維持生物多樣性是一項重要任務,但使用液態氮將生殖細胞儲存為遺傳資源非常困難、昂貴,而且在災難期間很容易受到破壞。”寫在他們的新論文中。
“在這裡,我們證明凍乾體細胞可以產生健康、可育的克隆,這表明這項技術對於建立替代、更便宜、更安全的無液態氮生物庫解決方案可能很重要。”
冷凍乾燥是一個溫和但激烈的過程。 想像一下,將某物分幾個階段冷凍,直到其達到約攝氏 -80 度(-112 華氏度),然後將其放入高壓真空室中。
這個過程將水變成冰,而沒有大的冰晶刺穿細胞壁,而壓力將水從固體直接變成氣體,然後從產品中吸出。 這種情況會發生多次,直到產品變輕且鬆脆,但其大部分結構仍然完好無損。
冷凍乾燥主要用於食品工業,可保持營養成分和風味完整。 它也用於醫藥產品,甚至有時動物標本剝製術。
一旦凍乾物品到達目的地,就可以再水化,從而保持許多特性不變。 這是一個非常簡單的過程,並且已經成功進行了幾十年。 但對細胞進行這種處理然後用於繁殖則完全是另一回事。
到目前為止,這個研究小組已經嘗試過存儲辦公桌抽屜裡的冷凍乾燥精子(沒有溫度控制)一年多,且在國際太空站工作超過 5 年。 兩者都產生了可存活的後代,儘管成功率只有十幾歲。
研究人員表示:“冷凍乾燥可能是以安全、低成本和不受地點限制的方式長期保存遺傳資源的最佳方法。”寫在他們的論文中。
“然而,迄今為止,冷凍乾燥後唯一能產生後代的細胞是成熟的精子。從不育的男性中收集精子,從可育的女性中收集卵母細胞/胚胎是很困難的。”
複製動物時,您需要具有動物所有 DNA 的非生殖細胞(稱為體細胞)。 然後可以將這個充滿 DNA 的細胞核包插入卵細胞中,稍加處理,就可以開始嬰兒的生長過程。
克隆並不是為未來儲存遺傳物質的最簡單方法,但它確實可以讓您擁有動物的全部遺傳物質,而不是生殖細胞中的一半。
目前,用於生物庫或其他目的的體細胞和生殖細胞可以儲存在液態氮中,液態氮可以快速升高溫度以使細胞恢復生命。
但研究人員想了解冷凍乾燥是如何進行的,因此他們使用了小鼠體細胞(在本例中纖維母細胞和卵丘細胞),冷凍乾燥並在攝氏 -30 度(-22 華氏度)下保存長達九個月。
這些細胞確實死亡,並且存在一些明顯的 DNA 損傷,但研究小組設法提取了其餘的遺傳訊息並將其放入新細胞中,這些細胞成為早期胚胎細胞系。
這些細胞系隨後具有他們的提取的核信息並插入新胚胎中,從而能夠創造出克隆小鼠。 所以,是的,這不是一個完美的過程。 從補液到細胞系建立,再到克隆小鼠的實際培養,每一步都進展順利,只有 0.2% 的機率發生。 這使得方法的成功率比克隆綿羊多莉還要低,多莉的存在幾率只有 0.4%。
有些小鼠也不是真正的克隆體,由於 DNA 損傷而攜帶表觀遺傳異常。 在一個有趣的案例中,細胞系失去了 Y 染色體並從雄性變成了雌性,因此還需要進行更多研究來微調這個過程。
話雖如此,如果成功率最終得到提高,能夠利用這種降解的細胞和 DNA 克隆動物也將為其他領域帶來福音。 隨著時間的推移即使保存最好的 DNA 也會降解; 如果我們運氣好的話克隆滅絕的動物,我們需要更好地利用不完整或降解的 DNA 進行克隆。
這與我們現在的處境相去甚遠,但未來看起來很有趣。
該研究發表於自然通訊。