(filo/Getty Images) Der Prozess der Gefriertrocknung übertrifft sein (sehr geringes) Gewicht wirklich. Es ergibt eine köstliche Erdbeere mit Schokoladenüberzug, bietet Astronauten erweiterte Nahrungsoptionen , und jetzt könnte die Technik verwendet werden, um DNA- und Zellinformationen für Klonzwecke zu speichern.
Mit einer Erfolgsquote von lediglich 0,2 Prozent ist die Gefriertrocknung von Zellen noch ein langer Weg, bis sie zu einer Standardstrategie für das Klonen und Lagern wird, aber es ist ein wirklich spannender Schritt.
„Die Erhaltung der biologischen Vielfalt ist eine wesentliche Aufgabe, aber die Speicherung von Keimzellen als genetische Ressourcen mithilfe von flüssigem Stickstoff ist schwierig, teuer und kann bei Katastrophen leicht gestört werden“, so Forscher unter der Leitung von Sayaka Wakayama von der Universität Yamanashi in Japan. schreiben in ihrer neuen Arbeit.
„Hier zeigen wir, dass gefriergetrocknete Körperzellen gesunde, fruchtbare Klone produzieren können, was darauf hindeutet, dass diese Technik für die Etablierung alternativer, billigerer und sichererer Biobanking-Lösungen ohne flüssigen Stickstoff wichtig sein könnte.“
Die Gefriertrocknung ist ein schonender, wenn auch intensiver Prozess. Stellen Sie sich vor, Sie würden etwas in mehreren Schritten einfrieren, bis es etwa -80 Grad Celsius (-112 Grad Fahrenheit) erreicht, bevor Sie es in eine Vakuumkammer unter hohem Druck legen.
Der Prozess verwandelt Wasser in Eis, ohne dass große Eiskristalle die Zellwände durchstoßen, während der Druck das Wasser von einem Feststoff in einen Gaszustand umwandelt, der dann aus dem Produkt abgesaugt wird. Dies geschieht mehrmals, bis das Produkt leicht und knusprig ist, aber der Großteil seiner Struktur noch intakt ist.
Gefriertrocknung wird hauptsächlich in der Lebensmittelindustrie eingesetzt, wo Nährstoffe und Aromen erhalten bleiben. Es wird auch für pharmazeutische Produkte verwendet, und manchmal sogar Präparatoren .
Sobald das gefriergetrocknete Produkt am Bestimmungsort angekommen ist, kann es rehydriert werden, wobei viele Eigenschaften erhalten bleiben. Dies ist ein ziemlich einfacher Prozess, der seit Jahrzehnten erfolgreich durchgeführt wird. Aber dies den Zellen anzutun, um sie dann zur Fortpflanzung zu nutzen, ist eine ganz andere Sache.
Bisher hat dasselbe Forscherteam mit der Speicherung experimentiert gefriergetrocknetes Sperma in einer Schreibtischschublade (ohne Temperaturkontrolle) über ein Jahr lang und seit über 5 Jahren auf der Internationalen Raumstation . Beide brachten lebensfähige Nachkommen hervor, obwohl die Erfolgsquote im Teenageralter lag.
„Gefriertrocknung könnte der beste Weg sein, genetische Ressourcen sicher, kostengünstig und ortsunabhängig über einen langen Zeitraum zu bewahren“, so die Forscher schreiben Sie in ihre Arbeit.
„Bisher sind jedoch die einzigen Zellen, die nach der Gefriertrocknung Nachkommen hervorgebracht haben, reife Spermien.“ „Die Gewinnung von Spermatozoen unfruchtbarer Männer und von Eizellen/Embryonen fruchtbarer Frauen ist schwierig.“
Beim Klonen von Tieren benötigen Sie eine nicht fortpflanzungsfähige Zelle (sogenannte somatische Zelle) mit der gesamten DNA des Tieres. Dieses mit DNA gefüllte Kernpaket kann dann in eine Eizelle eingesetzt werden, und mit ein wenig Herumspielen können Sie mit dem Wachstumsprozess eines Babys beginnen.
Klonen ist nicht die einfachste Möglichkeit, genetisches Material für die Zukunft aufzubewahren, aber es ermöglicht Ihnen, das gesamte genetische Material eines Tieres zu erhalten und nicht nur die Hälfte, die sich in Fortpflanzungszellen befindet.
Derzeit können somatische und reproduktive Zellen – für Biobanken oder andere Zwecke – in flüssigem Stickstoff gelagert werden, dessen Temperatur schnell erhöht werden kann, um die Zellen wieder zum Leben zu erwecken.
Aber die Forscher wollten sehen, wie die Gefriertrocknung funktioniert, also verwendeten sie somatische Mäusezellen (in diesem Fall). Fibroblasten Und Kumuluszellen ), gefriergetrocknet und bis zu neun Monate lang bei -30 Grad Celsius (-22 Grad F) aufbewahrt.
Die Zellen starben zwar ab und es kam zu erheblichen DNA-Schäden, aber dem Team gelang es, den Rest der genetischen Information zu extrahieren und in neue Zellen einzubauen, die zu frühen Embryo-Zelllinien wurden.
Diese Zelllinien hatten es dann ihre Kerninformationen wurden extrahiert und in einen neuen Embryo eingefügt, wodurch geklonte Mäuse entstehen konnten. Also ja, das ist kein perfekter Prozess. Jeder Schritt, der richtig verlief – von der Rehydrierung über die Etablierung einer Zelllinie bis hin zur tatsächlichen Züchtung der geklonten Mäuse – verlief nur in 0,2 Prozent der Fälle. Damit sind die Erfolgsaussichten dieser Methode sogar noch geringer als beim Klonen des Schafes Dolly, dessen Existenzwahrscheinlichkeit nur bei 0,4 Prozent lag.
Einige Mäuse waren auch keine richtigen Klone und trugen aufgrund der DNA-Schädigung epigenetische Anomalien. In einem interessanten Fall verlor die Zelllinie ihr Y-Chromosom und ging vom Mann zum Weibchen über. Es gibt also noch viel weiteren Forschungsbedarf, um diesen Prozess zu verfeinern.
Dennoch wäre die Möglichkeit, Tiere mit solchen degradierten Zellen und DNA zu klonen, auch in anderen Bereichen ein Segen, wenn sich die Erfolgsquote letztendlich verbessert. Im Laufe der Zeit Selbst die am besten gelagerte DNA wird abgebaut ; wenn wir Glück haben wollen Klonen ausgestorbener Tiere , müssen wir beim Klonen aus unvollständiger oder degradierter DNA besser werden.
Das ist noch Welten von unserem jetzigen Stand entfernt, aber die Zukunft sieht interessant aus.
Die Forschung wurde veröffentlicht in Naturkommunikation .