З молекулярно-генетичної точки зору мама цілком може стати татом, а тато - мамою. Правда, для цього знадобляться недюжинні зусилля з боку фахівців в ембріології та молекулярній біології.
Як ми всі прекрасно знаємо, для продовження роду звірам потрібно з'єднати сперматозоїд з яйцеклітиною. Після запліднення в яйці з'явиться подвійний набір хромосом, від батька і від матері, з усією необхідною для розвитку організму інформацією. Однак, як ми знову ж таки знаємо, в природі є приклади, коли ембріон чудово розвивається без запліднення, тільки на одному лише материнському спадковому матеріалі. Це називається партеногенез, і зустрічається він у комах, риб, рептилій, навіть у птахів. Більш того, існує ще так званий чоловічий партеногенез, коли власне ядро жіночої статевої клітини з усіма материнськими хромосомами зникає, і розвитком управляє тільки батьківський генетичний матеріал, який прибув у яйце з чоловічою статевою кліткою. Але у ссавців ні чоловічого, ні звичайного партеногенезу немає.
Чому звірам потрібне запліднення? Адже в материнських хромосомах (тих, що спочатку є в яйцеклітині) знаходяться ті ж гени, що і в батьківських. Материнські та батьківські гени можуть відрізнятися варіантами (алелями) генів, але їх набір все-таки один і той же. Отже, якщо судити з генів, то нічого нового сперматозоїд в яйцеклітину не приносить, і в самій яйцеклітині є все, що потрібно для розвитку. Те ж саме вірно і для сперматозоїду. Але яйцеклітина сама по собі не може пройти ембріогенез - очевидно, тому, що деякі гени з якоїсь причини не працюють. І якщо замінити в ній власне ядро на ядро сперматозоїда, то буде те ж саме - яйцеклітина може почати ділитися, але ембріональний розвиток до кінця не дійде.
Проблема в тому, що багато генів дійсно мовчать, причому у тих, які мовчать на материнських хромосомах, є працюючі копії на батьківських, і навпаки. Мовчать вони тому, що на ДНК, де записані ці гени, сидять особливі хімічні мітки, які не дають працювати з ДНК білкам, що займаються зчитуванням генетичної інформації. Така ситуація, коли активність гена залежить від того, від якого батька він прийшов, називається генним імпринтингом.
Дослідники із Зоологічного інституту та Інституту стовбурових клітин і регенерації Китайської академії наук вирішили подолати генний імпрінтинг і спробувати вивести мишей, у яких обидва батьки були б самцями або самцями. У 2012 і 2013 році вони отримали два види ембріональних стовбурових клітин, у яких був одинарний (гаплоїдний) хромосомний набір. «Жіночі» стовбурові клітини отримували, спонукаючи ділитися неоплідну яйцеклітину, «чоловічі» - замінюючи в яйцеклітині її власне ядро на ядро сперматозоїда і знову-таки спонукаючи таку яйцеклітину до ділення. І у «жіночих», і «чоловічих» стовбурових клітин був одинарний набір хромосом.
У наступних експериментах «жіночі» стовбурові клітини з'єднували з яйцеклітиною. Це був певний аналог запліднення: дві клітини з одинарним набором хромосом об'єднували свій генетичний матеріал, щоб дати початок зародкові, тільки замість сперматозоїда використовували ембріональну стовбурову клітку з жіночим набором хромосом. Зародок від двох матерів виходив цілком життєздатним: мишата, які з'являлися потім на світ, згодом самі успішно розмножувалися. Правда, такі миші, народжені від двох матерів, були менше звичайних.
У наступних експериментах дослідники вирішили вдосконалити таких мишей, а заодно зробити інших, які розвивалися б тільки на чоловічому генетичному матеріалі. Ми говорили, що генам не дають працювати певні хімічні мітки на ДНК. За допомогою методів генетичного редагування з ДНК гаплоїдних стовбурових клітин, призначених на роль сперматозоїдів, видалили ті області, на яких з'являються заборонні мітки і які важливі для ембріонального розвитку. Потім для яйцеклітин і стовбурових клітин знову організували запліднення: в одному випадку гаплоїдна стовбурова клітина несла в собі жіночий генетичний матеріал і зливалася зі звичайною яйцеклітиною, в іншому - «чоловіча» стовбурова клітина зливалася з яйцеклітиною, в якій її власне ядро перед тим замінювали на ядро сперматозоїду (тобто в другому випадку об'єднувалися два чоловічих гаплоїдних генома). Зародки пересаджували сурогатним матерям.
Результати всіх цих витончених маніпуляцій описано в статті в Cell Stem Cell. У разі ембріонів з подвійним жіночим набором хромосом з 210 на світ з'явилися 14%, які були цілком здорові і плодовиті. У разі ембріонів з подвійним чоловічим набором хромосом до народження дотягнули лише 1,2% з 1023, і майже всі вони були в два рази менше звичайних мишат. Такі дитинчата, народжені від двох батьків, помирали невдовзі після народження. Тим не менш, тут примітний сам факт, що хоч скільки-то ембріонів з настільки незвичайним генетично спадком з'явилося на світ; як бачимо, при певних зусиллях з боку ембріологів і молекулярних біологів мама може стати татом, а тато - мамою.
Навряд чи все це стане в нагоді для репродуктивної медицини, проте подібні маніпуляції з ембріональним розвитком допомагають краще зрозуміти, як розвиваються зародки ссавців (наші в тому числі), як батьківські та материнські варіанти генів керують розвитком організму і як можна запобігти патології індивідуального розвитку, які можуть трапитися через безлад в ембріональних генах.