Ratones con dos padres biológicos: avances científicos y dilemas bioéticos

Un reciente experimento publicado en la revista Cell Stem Cell revela la obtención de ratones generados con el aporte genético de los espermatozoides de dos padres, aunque, debe aclararse que para su obtención se haya recurrido también a ovocitos de hembras de ratón.

Se obtuvieron células troncales (madre) embrionarias haploides mediante la fecundación de un ovocito previamente enucleado por un espermatozoide, a las que, tras ser modificadas genéticamente, se les inyectó un nuevo espermatozoide de un segundo macho, obteniendo células pluripotentes con material genético de dos espermatozoides. Estas células fueron posteriormente introducidas en un embrión que resultó tetraploide, es decir, con doble dotación genética que se transfirió a una hembra para su gestación.

Ofrecemos un análisis de este caso, profundizando en la complejidad de estas investigaciones, así como en sus perspectivas futuras.

En los mamíferos superiores, los genomas de los gametos procedentes de cada parental presentan diferencias de impronta genómica. Se trata de unas marcas epigenéticas en dominios específicos del genoma consistentes en diferencias en la metilación de ADN u otros mecanismos.   

La impronta se adquiere en función del sexo del que procede cada gameto. Se trata de diferencias en unas regiones del genoma de los óvulos y espermatozoides, que se producen antes o durante su constitución en la gametogénesis materna o paterna, respectivamente. Experimentos con embriones de mamífero han demostrado la necesidad de que los núcleos gaméticos procedan de dos parentales de diferente sexo, macho y hembra para participar en la fecundación, lo que tiene su explicación biológica por la importancia de la diversidad necesaria para la prosperidad de las especies. Experimentos previos con embriones de ratón, habían demostrado la no viabilidad de embriones constituidos artificialmente con dos núcleos femeninos o dos núcleos masculinos, debido a diferencias de impronta en sus genomas _[1]. Los alelos de los genes improntados se mantienen en las células somáticas del adulto, con sus dos estados epigenéticos materno o paterno, de modo que se favorece la expresión de un determinado alelo sobre el otro en función de su origen parental.  

La impronta parental materna y paterna que aportan los gametos, se mantiene en las células del embrión temprano y en los tejidos somáticos de por vida, y solo se resetea tras la anidación y a partir de la gastrulación en el grupo de células del embrión que da lugar al tejido germinal, es decir, en las células primordiales germinales (CPG), grupo de células procedentes del endodermo que pasan a las crestas genitales. Una ronda de desmetilación borra las marcas improntadas procedentes de los gametos. El resto de las células del embrión, que darán lugar a los tejidos somáticos del organismo en desarrollo, mantienen el estado de impronta materna o paterna procedente de los genomas de los núcleos gaméticos.

En el ciclo biológico de los vertebrados superiores, la diferenciación de los órganos genitales no se inicia hasta pasadas varias semanas, superada la gastrulación e iniciada la organogénesis, lo que en el hombre ocurre a partir de la séptima semana. A partir de una gónada indiferenciada, ésta se decanta hacia ovarios o testículos dependiendo de la presencia o ausencia del gen SRY en las hembras o machos, respectivamente. Este gen determinante testicular tiene su sede en el cromosoma Y. Todo está encaminado a la necesaria existente de dos sexos en los organismos con reproducción sexual, base de la diversidad necesaria para la permanencia de las especies.

Tras la aparición del tejido germinal, la “ovogénesis” o gametogénesis femenina que generará los óvulos comienza pronto, durante los primeros meses del desarrollo fetal femenino, pero no se completa. En las hembras de mamífero las células madre de los futuros óvulos detienen el proceso de la “meiosis” en  la profase de la primera división meiótica, en un estado llamado “dictiotena”, y así seguirán hasta llegar a la madurez sexual en la pubertad. La “impronta materna” se produce al reanudarse la meiosis y completar la ovogénesis para dar lugar a un óvulo en cada ciclo menstrual _[2].  

En cambio, por el lado masculino, las células primordiales de la línea germinal masculina adquieren la impronta paterna ya en el estado embrionario-fetal, con la metilación de unas regiones específicas diferentes a las de la impronta materna. Por lo tanto, mucho antes de alcanzar la madurez sexual masculina. Por tanto, las improntas materna y paterna se adquieren de forma desfasada durante el desarrollo en ambos sexos. Tras la fecundación, y al constituirse los órganos en fase adulta, los genes quedan marcados y de los dos alelos, solo se expresará uno, el paterno o el materno, pues el otro queda inactivado por la metilación o la alteración epigenética que lo inhabilita para expresarse.  

La gametogénesis inducida a partir de células troncales

Hasta aquí, lo que sucede en condiciones naturales. Sin embargo, por diversas razones de carácter aplicado, algunos investigadores se han propuesto obtener células equivalentes a gametos humanos, óvulos y espermatozoides en el laboratorio, a partir de células de otros tejidos del propio individuo. Tratan de obtener “gametos artificiales”, o “células equivalentes a gametos”, a partir de células madre embrionarias (de embriones en estado de blastocisto), células madre adultas de los tejidos germinales u otros, células pluripotentes inducidas, derivadas de células somáticas por el método de la reprogramación genética de Yamanaka _[3], u otras fuentes. Serían células no procedentes de una gametogénesis femenina o masculina natural, aunque con un número haploide de cromosomas. Es evidente, que el generar células equivalentes a los gametos a partir de células con regiones genómicas improntadas puede generar problemas de viabilidad de los individuos que se organizasen a partir de ellas. 

El interés de este tipo de investigación es múltiple. Por un lado, está la idea de su utilización para obtener embriones por fecundación in vitro, tanto para investigaciones básicas, como conocer mejor los mecanismos de la impronta materna y paterna y su influencia en el desarrollo de los órganos, o para crear modelos animales para estudiar la terapia génica, o modelos embrionarios, embrioides humanos, o para aplicaciones clínicas, terapias celulares, medicina regenerativa, trasplantes xenogénicos o satisfacer deseos reproductivos incluso cuando no hay problemas de infertilidad..  

Los gametos artificiales servirían además para allanar el camino hacia la comprensión del complejo proceso de la gametogénesis humana y facilitarían el estudio de la infertilidad y las causas de algunos trastornos hereditarios. Además, los gametos artificiales, caso de obtenerse, se ofrecerían para otras aplicaciones para parejas del mismo sexo, individuos solos o parejas fértiles con riesgo de transmitir enfermedades graves a su progenie.  

En este sentido, hasta ahora habían sido técnicamente mejores las expectativas con los gametos artificiales femeninos que con los masculinos. Como antecedente de esta idea está el logro de unos investigadores japoneses que utilizaron tanto células madre embrionarias como células pluripotentes inducidas (iPS), procedentes de ratones hembra, para inducir células iguales a epiblastos (epiLCs). Luego las agregaron con células somáticas embrionarias gonadales para inducir el desarrollo de células germinales, capaces de reconstituir ovarios in vitro. Tras ello, trasplantaron estos “ovarios artificiales” a hembras de ratón para estimular la ovogénesis. Los ovarios fueron capaces de producir óvulos. Tras su recolección y utilización en fecundación in vitro, se obtuvieron embriones viables _[4]. 

De este modo, se logró un avance importante en la reproducción “bimaternal” (a partir de dos óvulos) en ratones, al apuntar a regiones clave determinadas implicadas en la impronta materna, por codificaciones epigenéticas.  

El intento de crear ratones bipaternales a partir de dos espermatozoides ya fue objeto de análisis en un artículo publicado en el observatorio de Bioética. Sin embargo, los principales problemas de este tipo de células gaméticas inducidas son, por un lado, el borrado de las modificaciones epigenéticas, y por otro la dificultad de la implantación en ellas de unas marcas semejantes a las que determinan la impronta materna o paterna de los gametos naturales. A ello se añade el riesgo siempre presente de las posibles alteraciones epigenéticas debidas a las condiciones de la manipulación de las células in vitro. 

Un paso más en la manipulación de la reproducción sexual

Ahora, en febrero de 2025, acaba de publicarse un nuevo estudio de un grupo de investigadores dirigido por Wei Li y sus colegas de la Academia China de Ciencias de Pekín, sobre la obtención de ratones bipaternales. Los espermatozoides eran introducidos en un óvulo previamente enucleado (método de trasplante nuclear). Los ratones llegaron a desarrollarse hasta la edad adulta, aunque las crías exhibieron múltiples anormalidades en su desarrollo, como edemas, y agrandamiento de órganos, y letalidad neonatal parcial debida a dificultades de respiración y alimentación. Los ratones bipaternales que llegaron a adultos, no pudieron reproducirse naturalmente y requirieron clonarse para su propagación.  

La pregunta que se plantearon los investigadores es si son los genes implicados en la impronta la causa de las anormalidades y si suponen una barrera para la reproducción bipaternal en mamíferos. En su estudio, exploraron varias estrategias de corrección de la impronta en los genomas de los espermatozoides utilizados, incluidas las mutaciones por cambio de marco de lectura, deleciones o eliminación de parte de la secuencia del ADN de los genes implicados en la impronta, y la edición de regiones reguladoras. Tras modificar hasta 20 regiones del genoma implicadas en la impronta concluyeron que la impronta materna o paterna es la principal barrera para la reproducción unisexual en mamíferos y el factor que limita el potencial pluripotente de las células madre embrionarias y las células pluripotentes inducidas _[5]. 

Estas observaciones subrayan el papel de los genes implicados en la impronta durante todo el desarrollo. y promueve la necesidad de seguir investigando para desvelar las causas de las anomalías en el desarrollo de los individuos bipaternales, y para descubrir nuevas estrategias terapéuticas relacionadas con la impronta.  

Valoración bioética

Parece obvio que este estudio desarrollado en modelos animales permite conocer mejor los mecanismos que determinan o limitan la reproducción sexual, y tienen interés básico para entender mejor los factores genéticos determinantes de la diferenciación sexual, aunque los resultados obtenidos hasta el momento son insuficientes. Sin embargo, no es ético promover la síntesis artificial de gametos a utilizar en reproducción humana en combinación con la fecundación in vitro, el trasplante nuclear en ovocitos enucleados, u otras tecnologías, para la concepción de seres humanos por razones de inseguridad y respeto al patrimonio genético humano.  

Hay problemas de seguridad por el riesgo de alteraciones epigenéticas incontroladas, como las producidas en los experimentos con ratones, o incluso por la propia artificialidad de una metodología inmadura. Pero, además, su utilización con fines reproductivos determina problemas relacionados con la utilización de los individuos bipaternales o bimaternales con el fin de satisfacer el deseo de tener un hijo con perfiles genéticos deseados, algo que va contra la moralidad por lo que supone la imposición de un perfil genético en un ser humano, a semejanza de las prácticas eugenésicas y neoeugenésicas. En palabras del filósofo y sociólogo alemán Jurgen Habermas (n. 1929), en relación con la manipulación eugenésica, este tipo de prácticas perturban nuestra comprensión ética de la especie humana, ya que, al someter a los individuos manipulados al controvertido proceso de “cosificación”, se rompe la plena autoría de su propia biografía, y se practica una disminución de la autonomía personal que nos reconocemos mutuamente, base de la dignidad e igualdad de los seres humanos.  

Nicolás Jouve

Catedrático Emérito de Genética de la Universidad de Alcalá

Ex miembro del Comité de Bioética de España

Miembro del Observatorio de Bioética

Universidad Católica de Valencia

 

[1] Z–K.  Li y otros, «Generation of bimaternal and bipaternal mice from hypomethylated haploid ESCs with imprinting region deletions». Cell Stem Cell, 23 (5) (2018) 665–676. 

[2]  O Y. bata, T. Kono, «Maternal primary imprinting is established at a specific time for each gene throughout oocyte growth». J. Biol. Chem. 277 (2002) 5285–5289. 

[3] K. Takahashi – S. Yamanaka, «Induction of Pluripotent Stem Cells from Mouse Embryonic and Adult Fibroblast Cultures by Defined Factors» Cell 126 (4) (2006) 663-676. 

[4] K. Hayashi, K. y otros, «Offspring from Oocytes Derived from in vitro Primordial Germ Cell-like Cells in Mice». Science. 338 (6109) (2012) 971-975. 

[5] Zhi-kun Li, Wei Li y otros. «Adult bi-paternal offspring generated through direct modification of imprinted genes in mammals». Cell Stem Cell. 32 (2025) 1–14.  

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