「代理父系生殖」:移植精原幹細胞來恢復雄性動物的精子生成能力?

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為了因應日益增長的全球人口的需求,科學家正在想辦法加速食用家畜健康且快速的繁殖,進而提升糧食產量。

近日,華盛頓州立大學獸醫學院攜手猶他州立大學、馬里蘭大學和英國愛丁堡大學等研究團隊,成功在多種大型動物中進行精原幹細胞(spermatogonial stem cell)移植,進而恢復絕育的雄性動物產生精子的能力,此技術稱為「代理父系生殖」(surrogate sires)。未來可望更好地將食用家畜理想的性狀遺傳下去,進而提高糧食生產效率。相關研究結果刊登於《PNAS》。

該研究團隊使用 CRISPR-Cas9 敲除了動物胚胎中的一個雄性生育能力基因 NANOS2,使得這些雄性動物出生時是不育的,包含小鼠、豬、山羊和牛等動物。然而,在研究人員將捐贈動物的精原幹細胞移植到牠們的睾丸後,牠開始產生精子。其中,牠們所產生的精子只含有捐贈動物的遺傳物質。

人工授精在乳牛中很常見,因為乳牛的繁殖行為相對容易控制,但這種方法很少用於需要自由走動覓食的肉牛。對於豬來說,由於豬精子不能很好地存活下來,這個過程仍然要求動物們配合。在山羊身上,人工授精相當具有挑戰性,可能需要外科手術。然而,代理父系生殖可望解決這些問題。

對此,猶他州立大學教授 Irina Polejaeva 表示,代理父系生殖可望幫助發展中國家的糧食供應,那裡的牧民,仍然必須依靠選擇性育種來改善他們的牲畜,例如山羊,該技術可以讓山羊更快地遺傳特定的特性,無論是抗病性、更高的耐熱性還是更好的肉質。美國科羅拉多州立大學生殖研究員Thomas Hansen(未參與這項研究)表示,目前瀕臨絕種的物種數量不斷減少,使得牠們彼此分離很遠,進而限制了其的遺傳多樣性,因此該技術還可以為瀕臨絕種物種的遺傳保護提供一個新的選項。

法規限制,如何突破?

即使該技術已經足夠先進以實現商業化,但根據現行法規,基因編輯的代理父系生殖也無法在世界任何地方的食物鏈中使用,即使其後代不會進行基因編輯。該研究作者暨華盛頓州立大學獸醫學院 Jon Oatley 教授表示,因為人們對於基因編輯與有爭議的基因操縱是相同的,而產生誤解。基因編輯涉及在物種內進行可能自然發生的變化,但它不會結合不同物種的 DNA。

因此,他們也正積極第與其他研究人員、產業代表、生物倫理學家和政策制訂者討論,期望透過與政策制定者和大眾合作,可以幫助提供資訊,向大眾保證該科學不會像基因編輯或其他方法承擔類似的風險。

延伸閱讀:婦女反覆流產 可能與精子 DNA 損傷有關

參考資料:
1. PNAS, 2020, doi:10.1073/pnas.2010102117.
2. https://news.wsu.edu/2020/09/14/gene-edited-livestock-surrogate-sires-successfully-made-fertile/

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