Científicos han transformado intencionadamente embriones de ratón macho en hembras por primera vez. Un equipo con sede en Japón utilizó un enfoque basado en CRISPR para eliminar el cromosoma Y de células masculinas y crear clones femeninos de ratones macho.
«Esto no lo ha hecho nadie antes», dice Monika Ward, bióloga de la reproducción en la Universidad de Hawái, que no participó en la investigación.
La hazaña podría cambiar la forma en que los científicos conciben la reproducción, afirma Takashi Ishiuchi, biólogo reproductivo de la Universidad de Yamanashi, quien colideró el trabajo. Los hallazgos se publicaron en un artículo preimpreso compartido en bioRxiv a principios de este mes, que aún no ha pasado por el proceso de revisión por pares. «Existe un concepto fijo en nuestro campo científico de que necesitamos tanto hembras como machos para la reproducción», señala Ishiuchi. «Creo que podríamos cambiar este concepto».
Él y su colega Shogo Matoba, del Centro de Investigación de Biorrecursos Riken en Ibaraki, también esperan que su técnica pueda ayudar a rescatar especies en peligro de extinción, particularmente en casos donde solo quedan unos pocos individuos.
“Es emocionante verlo”, dice Ben Novak, científico principal de la organización de conservación de la vida silvestre Revive & Restore, quien no participó en el trabajo. “Confío en que habrá muchas aplicaciones, particularmente para fines de conservación”.
Cambio de sexo
Ishiuchi afirma que él y sus colegas se inspiraron en el Okinawa rubble goby, un pez que puede cambiar de sexo en ciertas situaciones. Si no hay machos presentes, una hembra puede hacer esto para reproducirse con las otras hembras. Los machos también pueden cambiar de sexo a hembra.
Esta capacidad de cambiar de sexo podría resultar útil a la hora de rescatar especies en peligro de extinción, incluidos los mamíferos. Existe algún precedente en el laboratorio —aunque no intencionado. En 2009, investigadores informaron del nacimiento accidental de una única cría hembra en una tanda de 27 clones creados a partir de células de ratón macho.
A veces, la población superviviente de una especie disminuye tanto que los científicos intentan clonar a esos animales. La clonación no es perfecta; puede ser compleja e ineficiente, y crea individuos genéticamente idénticos cuya descendencia podría ser más vulnerable a las enfermedades. Pero ha ayudado a los científicos en sus esfuerzos por recuperar algunas especies del borde de la extinción, incluyendo a los hurones de patas negras y al caballo de Przewalski.
Clonar un individuo solo puede replicar sus genes, por lo que clonar un animal macho creará descendencia completamente masculina, por ejemplo. Eso no ayudará mucho en la situación hipotética en la que solo queden individuos machos de una especie.
Ishiuchi ha estado trabajando en una forma de superar este desafío alterando los cromosomas en las células. El ADN de los mamíferos se organiza en pares de cromosomas, incluido un par de cromosomas sexuales. Estos cromosomas sexuales son típicamente XX en hembras y XY en machos.
Es el cromosoma Y el que hace que los mamíferos sean machos. Ishiuchi y sus colegas han desarrollado una herramienta basada en CRISPR para eliminarlo. Su enfoque se dirige a una sección del cromosoma Y que juega un papel importante en asegurar que, cada vez que una célula se divide, las células "hijas" hereden el cromosoma Y.
Corte del Y
Cuando los investigadores probaron su técnica —a la que llaman Y-CUT— en embriones de ratón en fase inicial, descubrieron que eran capaces de eliminar el cromosoma Y. Los embriones XY tratados fueron transferidos a ratonas subrogadas, que dieron a luz crías hembra. El efecto puede describirse como una "inversión de sexo", según los investigadores.
Las crías hembra tenían cromosomas XO, lo que significa que tenían un cromosoma X en lugar de los dos habituales. Pero esto no pareció afectar a los animales, que crecieron sanos y fértiles, afirman Ishiuchi y Matoba.
En un segundo experimento, los investigadores descubrieron que también podían utilizar Y-CUT para crear clones hembra a partir de ratones macho.
Un enfoque estándar para la clonación consiste en extraer el núcleo que contiene ADN de una célula de un animal adulto e insertarlo en un óvulo al que se le ha extraído su propio ADN. En las condiciones adecuadas, la célula resultante puede desarrollarse y dar lugar a un animal genéticamente idéntico al donante original.
Matoba y sus colegas utilizaron un método similar. Una vez que tuvieron un excedente de estas células clonadas, trataron algunas con Y-CUT antes de transferirlas a ratonas subrogadas para gestar los embarazos.
Esto les permitió crear clones hembra de ratones macho. Las hembras son genéticamente idénticas al macho original, aparte del cromosoma Y ausente, dice Matoba. «Es como ciencia ficción», dice Ishiuchi.
En otros experimentos, los científicos lograron crear clones hembra a partir de células masculinas que habían sido criopreservadas —y los machos y hembras clonados pudieron aparearse para producir crías sanas. Esto sugiere que el enfoque Y-CUT podría permitir a los científicos crear clones hembra a partir de muestras masculinas en «zoológicos congelados» que almacenan células y tejidos criopreservados de una variedad de especies animales.
También podría tener usos que van más allá de los esfuerzos de conservación. «Esto podría utilizarse potencialmente para producir animales genéticamente modificados», afirma Ward. Crear un animal con múltiples ediciones genéticas puede ser laborioso y costoso; la creación de clones machos y hembras de ese animal podría ahorrar tiempo y dinero a los científicos. Ward también espera que la técnica pueda ser una herramienta útil para estudiar la biología de los cromosomas sexuales.
Técnicas complementarias
El enfoque Y-CUT no es perfecto. Por ahora, todavía requiere ovocitos sin núcleo, que deben proceder de hembras de la misma especie o, al menos, de una estrechamente relacionada. Y no será útil para especies en peligro de extinción en las que solo sobrevivan hembras.
La técnica funciona bien en ratones, en parte porque los ratones hembra XO son fértiles. Pero si bien el enfoque podría ayudar a algunas de las 355 especies de roedores en peligro y vulnerables, otros mamíferos con cromosomas XO suelen experimentar infertilidad.
Pero otras nuevas tecnologías podrían complementar Y-CUT. En 2023, Katsuhiko Hayashi de la Universidad de Osaka y sus colegas demostraron que podían transformar células obtenidas de ratones macho en óvulos. Esto les permitió crear ratones con dos padres—pero el mismo enfoque también podría proporcionar los óvulos vaciados necesarios para la técnica Y-CUT. “Es una historia complementaria”, dice Matoba.
Ishiuchi también está trabajando en una técnica que implica insertar un segundo cromosoma X en las células, lo que podría restaurar la fertilidad de los animales hembra resultantes.
Además, podría haber una solución alte ativa para situaciones en las que los científicos tienen hembras pero necesitan machos. Hace un par de meses, Sayaka Wakayama, de la Universidad de Yamanashi en Japón, y sus colegas demostraron que podían insertar cromosomas de rata en ratones. Esto podría usarse potencialmente para crear embriones macho XY, dice Novak.
Sería útil en casos como el del hurón de pies negros, añade. Un equipo de conservación clonó recientemente una hembra de hurón utilizando células tomadas de otro animal en la década de 1980. Esa hembra se considera increíblemente valiosa, dice Novak. Pero las hembras solo pueden producir unas pocas camadas en su vida. Un clon macho, que podría contribuir a docenas de camadas a lo largo de su vida, sería “deseable”.
“Es realmente emocionante ver cómo se desarrollan herramientas más diversas”, afirma Novak. “Existen muchísimos escenarios diferentes en los que podrían utilizarse para especies raras y en peligro de extinción”.