Pela primeira vez, cientistas transformaram deliberadamente embriões de camundongos machos em fêmeas. Uma equipe sediada no Japão usou uma abordagem baseada na técnica de Conjunto de Repetições Palindrômicas Curtas Regularmente Espaçadas ou Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats (CRISPR) para remover o cromossomo Y de células masculinas e criar clones fêmeas de camundongos machos.
“Ninguém havia feito isso antes”, diz Monika Ward, bióloga reprodutiva da Universidade do Havaí, que não participou da pesquisa.
O feito pode mudar a forma como os cientistas pensam sobre a reprodução, afirma Takashi Ishiuchi, biólogo reprodutivo da Universidade de Yamanashi que coliderou o trabalho. As descobertas foram publicadas em um artigo ainda não publicado e que ainda não passou pelo processo de revisão por pares, mas compartilhado no bioRxiv no início deste mês. “Existe um conceito fixo em nossa área científica de que precisamos tanto de fêmeas quanto de machos para a reprodução”, afirma Ishiuchi. “Acho que poderíamos mudá-lo.”
Ele e seu colega Shogo Matoba, do Centro de Pesquisa de Biorrecursos Riken, em Ibaraki, também esperam que sua técnica possa ajudar a salvar espécies ameaçadas de extinção, especialmente nos casos em que restam apenas alguns indivíduos.
“É empolgante ver isso”, afirma Ben Novak, cientista-chefe da organização de conservação da vida selvagem Revive & Restore, que não participou do trabalho. “Estou confiante de que haverá muitas aplicações, especialmente para fins de conservação.”
Mudança de sexo
Ishiuchi afirma que ele e seus colegas se inspiraram no góbio-dos-cascalhos-de-Okinawa, um peixe que pode mudar de sexo em determinadas situações. Se não houver machos presentes, uma fêmea pode fazer isso para se reproduzir com as outras fêmeas. Os machos também podem mudar de sexo e se tornar fêmeas.
Também há algum precedente em laboratório, embora não tenha sido intencional. Em 2009, pesquisadores relataram o nascimento acidental de uma única filhote fêmea em um grupo de 27 clones criados a partir de células de camundongos machos.
Essa capacidade de mudar de sexo pode ser útil. Às vezes, a população remanescente de uma espécie cai a níveis tão baixos que os cientistas tentam clonar esses animais. A clonagem não é perfeita, pode ser complicada e ineficiente, além de criar indivíduos geneticamente idênticos cujos descendentes podem ser mais vulneráveis a doenças. Ainda assim, ela tem ajudado cientistas em esforços para recuperar algumas espécies à beira da extinção, incluindo furões-de-patas-pretas e cavalos-de-Przewalski.
Clonar um indivíduo só permite replicar seus genes, portanto, fazer com um animal macho produzirá, por exemplo, apenas descendentes machos. Isso não ajudaria muito na situação hipotética em que restassem apenas indivíduos machos de uma espécie.
Ishiuchi vem trabalhando em uma maneira de superar esse desafio por meio da alteração dos cromossomos nas células. O DNA dos mamíferos é organizado em pares de cromossomos, incluindo um par de cromossomos sexuais. Esses cromossomos sexuais são, em geral, XX nas fêmeas e XY nos machos.
É o cromossomo Y que faz com que os mamíferos sejam machos. Ishiuchi e seus colegas desenvolveram uma ferramenta baseada em CRISPR para eliminá-lo. A abordagem tem como alvo uma região do cromossomo Y que desempenha um papel importante para garantir que, a cada divisão celular, as células “filhas” herdem o cromossomo Y.
Cortando o Y
Quando os pesquisadores testaram sua técnica, que chamam de Y-CUT, em embriões de camundongos em estágio inicial, descobriram que conseguiam eliminar o cromossomo Y. Embriões XY tratados foram transferidos para camundongas de barriga de aluguel, que deram à luz filhotes fêmeas. O efeito pode ser descrito como uma “reversão sexual”, afirmam os pesquisadores.
As fêmeas tinham cromossomos XO, o que significa que possuíam um cromossomo X em vez dos dois habituais. Mas isso não pareceu afetar os animais, que cresceram saudáveis e férteis, segundo Ishiuchi e Matoba.
Em um segundo experimento, os pesquisadores descobriram que também poderiam usar o Y-CUT para criar clones fêmeas a partir de camundongos machos.
Uma abordagem padrão de clonagem envolve retirar o núcleo, que contém o DNA, de uma célula de um animal adulto e inseri-lo em um óvulo que teve o seu próprio removido. Nas condições adequadas, a célula resultante pode se desenvolver e dar origem a um animal geneticamente idêntico ao doador original.
Matoba e seus colegas usaram um método semelhante. Depois que obtiveram uma grande quantidade dessas células clonadas, trataram algumas delas com Y-CUT antes de transferi-las para camundongas de barriga de aluguel para que levassem as gestações adiante.
Isso permitiu que criassem clones fêmeas de camundongos machos. As fêmeas são geneticamente idênticas ao macho original, exceto pela ausência do cromossomo Y, afirma Matoba. “É como ficção científica”, diz Ishiuchi.
Em outros experimentos, os cientistas conseguiram criar clones fêmeas a partir de células masculinas que haviam sido criopreservadas, e os machos e as fêmeas clonados puderam acasalar e gerar filhotes saudáveis. Isso sugere que a abordagem Y-CUT pode permitir que cientistas criem clones fêmeas a partir de amostras masculinas mantidas em “zoológicos congelados”, que armazenam células e tecidos criopreservados de diversas espécies animais.
A técnica também pode ter aplicações para além dos esforços de conservação. “Isso poderia ser usado, potencialmente, para produzir animais geneticamente modificados”, afirma Ward. Criar um animal com várias edições genéticas pode ser demorado e caro, criar clones machos e fêmeas desse animal poderia ajudar os cientistas a economizar tempo e dinheiro. Ward também espera que a técnica possa ser uma ferramenta útil para estudar a biologia dos cromossomos sexuais.
Técnicas complementares
A abordagem Y-CUT não é perfeita. Por enquanto, ela ainda exige óvulos dos quais o material genético tenha sido removido, que precisam vir de fêmeas da mesma espécie ou, pelo menos, de uma espécie estreitamente relacionada. E ela não será útil para espécies ameaçadas de extinção nas quais apenas fêmeas sobrevivam.
A técnica funciona bem em camundongos, em parte porque as fêmeas XO são férteis. Mas, embora a abordagem possa ajudar algumas das 355 espécies de roedores ameaçadas de extinção e vulneráveis, outros mamíferos com cromossomos XO tendem a apresentar infertilidade.
Mas outras novas tecnologias podem complementar o Y-CUT. Em 2023, Katsuhiko Hayashi, da Universidade de Osaka, e seus colegas mostraram que era possível transformar células retiradas de camundongos machos em óvulos. Isso permitiu que criassem camundongos com dois pais, mas a mesma abordagem também poderia fornecer os óvulos sem material genético necessários para a técnica Y-CUT. “É uma história complementar”, afirma Matoba.
Ishiuchi também está trabalhando em uma técnica que envolve inserir um segundo cromossomo X nas células, o que poderia restaurar a fertilidade das fêmeas resultantes.
Além disso, pode haver uma alternativa para situações em que os cientistas têm fêmeas, mas precisam de machos. Há alguns meses, Sayaka Wakayama, da Universidade de Yamanashi, no Japão, e seus colegas mostraram que conseguiam inserir cromossomos de ratos em camundongos. Isso poderia ser usado, potencialmente, para criar embriões machos XY, afirma Novak.
Isso seria útil em casos como o do furão-de-patas-pretas, acrescenta. Uma equipe de conservação clonou recentemente uma fêmea de furão usando células retiradas de outro animal na década de 1980. Essa fêmea é considerada extremamente valiosa, afirma Novak. Mas as fêmeas só conseguem ter algumas ninhadas ao longo da vida. Um clone macho, que poderia contribuir para dezenas de ninhadas ao longo da vida, seria “desejável”.
“É realmente empolgante ver o desenvolvimento de ferramentas mais diversas”, afirma Novak. “Há muitos cenários diferentes em que elas poderiam ser usadas para espécies raras e ameaçadas de extinção.”
Jessica Hamzelou