科學家們首次刻意將雄性小鼠胚胎轉化為雌性。一個日本團隊利用基於 CRISPR 的方法，從雄性細胞中移除 Y 染色體，創造出雄性小鼠的雌性複製體。

「以前從沒有人做過這件事，」夏威夷大學生殖生物學家 Monika Ward 表示，她並未參與這項研究。

共同領導這項研究的山梨大學生殖生物學家 Takashi Ishiuchi 表示，這項壯舉可能會改變科學家對繁殖的看法。本月稍早，這項研究結果已在 bioRxiv 的預印本論文中分享，但尚未經過同行評審。Ishiuchi 說：「在我們的科學領域，有一個根深蒂固的觀念，認為繁殖需要雌性和雄性。我認為我們可以改變這個觀念。」

他和理化學研究所（Riken BioResource Research Center）的同事 Shogo Matoba 也希望他們開發的技術能幫助拯救瀕危物種，特別是在僅存少數個體的情況下。

「看到這個進展令人興奮，」野生動物保育組織 Revive & Restore 的首席科學家 Ben Novak 表示，他並未參與這項研究。「我很有信心，這將有許多應用，特別是為了保育目的。」

Ishiuchi 說，他和同事們的靈感來自於沖繩圓礁鰕虎魚，這種魚在特定情況下可以改變性別。如果沒有雄魚存在，雌魚可以改變性別以與其他雌魚繁殖。雄魚也可以改變性別為雌性。

這種改變性別的能力，在拯救瀕危物種（包括哺乳動物）時可能很有用。實驗室中已有先例——儘管並非刻意為之。2009 年，研究人員報告在 27 個由雄性小鼠細胞創建的複製體中，意外誕生了一隻雌性幼崽。

有時，一個物種的倖存族群數量會 so low，以至於科學家會嘗試複製這些動物。複製並非完美——它可能很棘手且效率不高，而且會產生基因完全相同的個體，其後代可能更容易受到疾病的影響。但它確實幫助科學家們努力將一些物種從滅絕的邊緣帶回來，包括黑足鼬和普氏野馬。

複製一個個體只能複製其基因，因此複製一隻雄性動物，例如只會產生所有雄性後代。這對於假設情況下，只剩下該物種雄性個體的情況，幫助不大。

Ishiuchi 一直在研究一種方法來克服這個挑戰，方法是改變細胞中的染色體。哺乳動物的 DNA 以染色體對的形式組織起來，包括一對性染色體。這些性染色體在雌性中通常是 XX，在雄性中是 XY。

是 Y 染色體讓哺乳動物成為雄性。Ishiuchi 和他的同事們開發了一種基於 CRISPR 的工具來移除它。他們的方法針對 Y 染色體的一個區域，該區域在確保每次細胞分裂時，「子」細胞都能繼承 Y 染色體方面起著重要作用。

當研究人員在早期小鼠胚胎中測試他們稱之為 Y-CUT 的技術時，他們發現能夠消除 Y 染色體。經過處理的 XY 胚胎被轉移到代孕母鼠體內，代孕母鼠產下了雌性幼崽。研究人員表示，這種效果可以被描述為「性別逆轉」。

這些雌性幼崽具有 XO 染色體，這意味著它們只有一條 X 染色體，而不是通常的兩條。但 Ishiuchi 和 Matoba 表示，這似乎並未影響這些動物，牠們健康且具有生育能力地長大。

在第二項實驗中，研究人員發現他們也可以使用 Y-CUT 從雄性小鼠創建雌性複製體。

標準的複製方法涉及從成年動物的細胞中取出含有 DNA 的細胞核，並將其植入一個已移除自身 DNA 的卵細胞中。在適當的條件下，產生的細胞可以發育成與原始供體基因完全相同的動物。

Matoba 和他的同事們使用了類似的方法。一旦他們擁有了大量這些複製細胞，他們就對其中一些進行了 Y-CUT 處理，然後將它們轉移到代孕母鼠體內進行懷孕。

這使得他們能夠創建雄性小鼠的雌性複製體。Matoba 表示，這些雌性在基因上與原始雄性完全相同，除了缺少 Y 染色體。「這就像科幻小說一樣，」Ishiuchi 說。

在其他實驗中，科學家們能夠從經過冷凍保存的雄性細胞創建雌性複製體——複製的雄性和雌性可以交配並產生健康的幼崽。這表明 Y-CUT 方法可能允許科學家從「冷凍動物園」中儲存的冷凍細胞和組織的雄性樣本中創建雌性複製體。

它也可能用於保育工作以外的用途。「這可能用於生產基因工程動物，」Ward 說。創建具有多個基因編輯的動物可能耗時且昂貴；創建該動物的雄性和雌性複製體可以幫助科學家節省時間和金錢。Ward 也希望這項技術能成為研究性染色體生物學的有用工具。

Y-CUT 方法並非完美。目前，它仍然需要去核的卵細胞，這些卵細胞必須來自同一物種或至少是近緣物種的雌性。而且，對於僅存雌性的瀕危物種，它將無效。

這項技術在小鼠身上效果很好，部分原因是 XO 雌性小鼠具有生育能力。但是，雖然這種方法可能對 355 種瀕危和脆弱的囓齒動物物種有所幫助，但其他具有 XO 染色體的哺乳動物往往會出現不孕的情況。

但是，其他新技術可以補充 Y-CUT。2023 年，大阪大學的 Katsuhiko Hayashi 和他的同事們展示了他們如何將從雄性小鼠細胞轉化為卵細胞。這使得他們能夠創建擁有兩個父親的小鼠——但同樣的方法也可以提供 Y-CUT 技術所需的去核卵細胞。「這是一個互補的故事，」Matoba 說。

Ishiuchi 也在研究一種涉及將第二條 X 染色體插入細胞的技術，這可能會恢復由此產生的雌性動物的生育能力。

此外，對於科學家擁有雌性但需要雄性的情況，可能存在一種解決方案。幾個月前，日本山梨大學的 Sayaka Wakayama 和她的同事們展示了他們如何將大鼠染色體插入小鼠。Novak 表示，這可能被用於創建 XY 雄性胚胎。

他補充說，這對於黑足鼬的情況將非常有用。一個保育團隊最近複製了一隻雌性黑足鼬，其細胞來自 1980 年代的另一隻動物。Novak 說，這隻雌性被認為極其寶貴。但是雌性一生只能產生幾窩後代。一隻雄性複製體，一生可能可以貢獻數十窩後代，將是「理想的」。

Novak 說：「看到更多樣化的工具被開發出來，真的令人興奮。」「在許多不同的情況下，它們都可以用於稀有和瀕危物種。」