Запліднення можливе навіть після того, як в яйцеклітині включилася ембріональна програма і вона приготувалася ділитися.
І сперматозоїд, і яйцеклітина (ооцит) - гранично спеціалізовані клітини з конкретною функцією: вони повинні злитися разом, об'єднати свої геноми і запустити формування нового організму. При цьому сперматозоїд, наприклад, повністю «забуває», ким він був - він вже не пливуча клітина, яка прагне до цілком певної мети, він вже просто батьківська половина геному. Такі разючі зміни, як вважалося досі, в чоловічій статевій клітці відбуваються під впливом яйцеклітини.
Але ось дослідникам з Університету Бата і Регенсбурзького університету спало на думку перевірити, чи може вже запліднена яйцеклітина також керувати сперматозоїдом? Адже після запліднення яйцеклітина вже не яйцеклітина, це вже перша клітина зародка з подвійним набором хромосом, тобто - одноклітинний ембріон, який ось-ось почне ділитися. Чи може ембріон сприйняти генетичну інформацію від сперматозоїду? Щоб перевірити це, Ентоні Перрі (Anthony C. F. Perry) і його колеги запустили в мишачих ооцитах програму партеногенетичного розвитку, коли неоплодотворений ооцит обробляють певним чином, перетворюючи його на ембріон. Тобто, строго кажучи, запліднення тут немає, але ембріональна програма розвитку працює так само, як і при заплідненні. Такий партеногенетичний зародок залишається гаплоїдним, тобто в ньому всі хромосоми в ньому всього лише в одній копії.
Розвиток зародка починається з того, що його найперша клітина подвоює генетичний матеріал і ділиться надвоє. В експерименті після того, як партеногенетична яйцеклітина зробила копію ДНК і вже готова була почати власне поділ на дві клітини, в неї вводили сперматозоїд. Тепер у зародку було три набори хромосом: два - від яйцеклітини, яка подвоїла ДНК, але ще не розділилася, і один - від сперматозоїду. При поділі хромосоми, як відомо, розходяться по дочірніх клітинах, і в даній ситуації хромосоми могли розбігтися по-різному. Однак клітини, яким дістався б тільки один хромосомний набір (будь то чоловічий або жіночий), далі розвиватися б просто не змогли. Те ж саме стосується тих, яким дісталися б обидві жіночі копії, тобто які залишилися б партеногенетичними ембріонами - такий сценарій у випадку з ссавцями після декількох клітинних поділів закінчується загибеллю ембріона. Тож шанс був тільки у тих клітин, які після поділу отримали один хромосомний набір від яйцеклітини, а другий, пізніше, від сперматозоїду.
Тобто послідовність була така: спочатку яйцеклітину спровокували на партеногенез, так що вона перестала бути яйцеклітиною і почала готуватися до поділу, але до того, як вона поділилася, в неї все-таки внесли сперматозоїд. Запліднення тут піддали вже почав розвиватися ембріон, хоча заплідненням називати це не можна, швидше, перетворенням партеногенетичного ембріона на звичайний. І ось, коли такі ембріони помістили в мишей, з них вийшли цілком нормальні мишата (правда, тільки в 10,4%, інші зародки гинули під час внутрішньоутробного розвитку). Надалі миші, що з'явилися на світ таким дивним способом, самі благополучно розмножувалися.
Коли сперматозоїд зливається з яйцеклітиною, в її цитоплазму переходить вміст сперматозоїду, тобто ядро з ДНК і деякі клітинні органели. ДНК сперматозоїда налаштована абсолютно певним чином, і це налаштування зберігається і в перший час після злиття. Як відомо, активність генів можна регулювати тим, що деякі з них зберігаються в «архіві» в комплексі з білками-пакувальниками, якими звичайних клітинах є гістони, а в сперматозоїдах - білки-протаміни. Такі щільноупаковані гени недоступні для інших клітинних білкових машин, які читають генетичну інформацію і втілюють її, так би мовити, в життя. У сперматозоїдів ДНК вся упакована в протамінових комплексах, а необхідні молекулярні інструкції зберігаються в заздалегідь синтезованих РНК-копіях. Однак при заплідненні до хромосомів сперматозоїда приходять спеціальні білки з ядра яйцеклітини - і переписують схему регуляції сперматозоїдних генів; тепер його ДНК виглядає і працює вже по-іншому, тепер з нею можна поводитися як зі складовою частиною зародкового геному. Саме так слід розуміти, що яйцеклітина перепрограмує, змінює сперматозоїд (точніше, його ДНК), змушуючи його «забути» про своє минуле. Нагадаємо, що все це відбувається при звичайному заплідненні, але, як говориться в статті в Nature Communications буквально ті ж самі процеси відбуваються і в тому випадку, коли сперматозоїд запліднює без запліднення, тобто коли він потрапляє в зародок, готовий до партеногенетичного розвитку: білки колишньої яйцеклітини виходять з ядра і переписують програму регуляції ДНК сперматозоїду. Правда, автори роботи відзначають, що молекулярна «редактура» в цьому випадку відрізняється від тієї, що відбувається при нормальному заплідненні, але тоді все стає ще цікавіше: виходить, що регуляторні варіації на такому найважливішому етапі індивідуального розвитку не заважають з'явитися на світ здорової і цілком плодовитої особини.
Загальний висновок з роботи полягає в тому, що молекулярно-клітинні процедури, які необхідні для «запуску» нового життя, виявляється, не є щось таке, що відбувається в строго певний момент життя яйцеклітини. Отримані результати, з одного боку, розширюють наші уявлення про те, з чого починається і як відбувається ембріональний розвиток, а з іншого, відкривають нові перспективи в біотехнології. Адже тут вдалося отримати ембріон, «змішавши» сперматозоїд з як би звичайною кліткою, що ділиться - яйцеклітина, яка пішла шляхом партеногенетичного розвитку, ділиться за тією ж схемою, за якою діляться інші клітини нашого організму: фібробласти шкіри, стовбурові клітини крові тощо. За словами самого Ентоні Перрі, тепер ми цілком можемо уявити зародок, що сформувався зі стовбурової клітини шкіри і сперматозоїду. Але все-таки не слід забувати, що в описаних експериментах використовували яйцеклітину, яка тільки що перестала бути яйцеклітиною і стала ембріоном і в якій якісь молекулярні процеси ще могли йти як і раніше, «яйцеклітинним» сценарієм, і подібний ембріон - це все-таки не шкіра і не кров. Втім, такі зародки могли б стати не тільки об'єктом фундаментальних досліджень, а й джерелом людських натуральних зародкових клітин, які часто забороняють використовувати через морально-етичні міркування; можливо, що за допомогою, так би мовити, часткового партеногенезу деякі з морально-етичних проблем вдасться обійти.