Nasze magazyny
Kiedy rodzice dowiadują się, że ich dziecko urodzi się z ciężką wadą genetyczną, przeżywają chyba najtrudniejsze chwile w życiu. O ile nie zdecydują się wtedy na tzw. terminację ciąży, to przez wiele lat będą się borykali z problemami obcymi wielu parom, także finansowymi. Na szczęście testy genetyczne wykonywane przed planowaną ciążą pomagają wykluczyć (lub ujawnić) niektóre obciążenia. Bywa jednak, że smutna prawda wychodzi na jaw dopiero podczas rutynowych badań w trakcie ciąży.
Do niedawna świat, w którym nie ma chorób, a wszyscy ludzie są piękni i zdrowi, znaliśmy tylko z literatury science-fiction. Teraz naukowcy twierdzą, że są bliscy rozwiązania nie jednego, ale dwóch wielkich problemów współczesnej medycyny: niepłodności i chorób genetycznych.
Wydaje się, że kluczem do osiągnięcia tego celu są obecne w żeńskiej komórce zarodkowej mitochondria. Te organella spełniają wiele funkcji - przede wszystkim stanowią "elektrownię" wytwarzającą energię niezbędną do prawidłowej aktywności komórki. Najważniejsze jest jednak to, że zawierają własny materiał DNA, niezależny od DNA organizmu.
Geny mitochondrialne są przekazywane jedynie poprzez komórki jajowe, tak więc dziedziczymy je w linii żeńskiej (DNA mitochondrialne z plemnika nie przedostaje się zwykle do jajeczka, a jeśli nawet, to ulega zniszczeniu na etapie rozwoju zygoty).
Im organizm jest starszy, tym gorzej mitochondria pełnią swoje funkcje, gorszej jakości jest również ich genom. Te wadliwe organella mogą być odpowiedzialne za choroby genetyczne1 atakujące układ nerwowy, mięśnie, mózg, serce, wątrobę, mięśnie szkieletowe, nerki, układ hormonalny i oddechowy - co często jest przyczyną śmierci dzieci w bardzo wczesnym wieku.
Jak spowodować, aby potomstwo nie zostało obarczone genetyczną skazą wskutek niedoskonałych mitochondriów matki? Może temu zaradzić zastosowanie zapłodnienia pozaustrojowego z udziałem trojga rodziców, które nazywane jest transferem mitochondrialnym.
Metoda ta - mówiąc w skrócie - wymaga wyjęcia jądra komórkowego z jajeczka biologicznej matki i umieszczenia go w komórce jajowej dawczyni z prawidłowym DNA mitochondrialnym, wcześniej pozbawionej własnego jądra. Ponieważ większość cech, łącznie z wyglądem, dziedziczy się poprzez DNA jądra komórki, z genetycznego punktu widzenia rodzicami pozostają dawca nasienia i dawczyni jądra komórki jajowej. Badacze zdecydowali się na przeprowadzenie takiej próby, by pomóc kobietom, które obawiają się przekazania potomstwu wadliwego materiału genetycznego mitochondriów, ewentualnie mają trudności z zajściem w ciążę w związku z późnym wiekiem2.
Nowy człowiek z laboratorium
W 2012 roku badacze z Massachussets General Hospital wyhodowali dojrzałe jajeczka z komórek macierzystych pobranych z kobiecych jajników. Materiał uzyskali od kobiet, które poddały się operacji zmiany płci w związku z zaburzeniami tożsamości płciowej11.
W tym samym roku japońskim naukowcom udało się wyhodować dojrzałe jajeczka myszy z komórek macierzystych uzyskanych ze skóry na ogonie. Co więcej, z tych komórek jajowych wyhodowali nowe komórki macierzyste12.
Aby przekonać się, czy jajeczka rzeczywiście są dojrzałe i sprawne, naukowcy część z nich zapłodnili. Urodziło się osiem myszy13.
To nie wszystko. Trwają próby wyhodowania takich komórek z ludzkiej skóry. Są już pierwsze sukcesy14. Jacob Hanna z Weizmann Institute of Science w Rehovot (Izrael), który współuczestniczył w eksperymencie, uważa, że hodowanie jajeczek ze skóry stanie się normą w ciągu kilku najbliższych lat.
Czym skóra mężczyzny różni się od kobiecej? Może uda się stworzyć komórki jajowe z męskiej skóry? Wtedy należałoby na nowo zdefiniować pojęcie rodziców jako samca (mężczyzny) i samicy (kobiety), gdyż możliwe byłoby uzyskanie potomstwa przez dwóch mężczyzn. A może nawet jednego? Byłby zarówno dawcą nasienia, jak i materiału na wyhodowanie komórki jajowej (doszłoby do swoistego kazirodztwa).
Nie nastąpi to jednak szybko. Japońscy naukowcy podjęli już próby wyhodowania komórek rozrodczych ze skóry samców myszy, ale nie były one w pełni udane: we wszystkich przypadkach jajeczka szybko obumierały. Naukowcy uważają, że winnym może być chromosom Y, odpowiedzialny za męską płeć (kobiety mają dwa chromosomy X, podczas gdy mężczyźni posiadają parę chromosomów X i Y). Usunięcie go powinno rozwiązać problem.
Co więc powstrzymuje badaczy przed wdrożeniem tej metody leczenia niepłodności na szerszą skalę? Dalsze losy mysich noworodków. Z półtora tysiąca zapłodnionych jajeczek urodziło się zaledwie osiem myszy, z czego dwie zostały zjedzone przez swoje matki. Czyżby myszy wyczuwały, że ich potomstwo nie jest takie, jak w innych miotach?
Bioinżynieria eksperymentuje nie tylko z żeńskimi komórkami rozrodczymi, lecz również z męskimi. Od kilku lat naukowcy z różnych krajów próbują w laboratorium wyhodować dojrzałe plemniki. Udało się to już w przypadku szczurów. W tym roku zespół z Francji ogłosił pierwszy sukces w próbach z ludzkim nasieniem15.
Materiał pobrano od chłopca, który nie wszedł jeszcze w okres dojrzewania. Następnie w warunkach laboratoryjnych wyhodowano pełnowartościowe plemniki16.
Badacze uważają, że technologia ta zyska uznanie mężczyzn, którzy w wyniku terapii nowotworowej w dzieciństwie stali się bezpłodni. Przechowywany materiał genetyczny pozwalałby im w przyszłości na spłodzenie dzieci.
Krótka historia mitochondriów w in vitro
2001 Naukowcy z Institute for Reproductive Medicine and Science w New Jersey (USA) wyodrębniają mitochondria z jajeczka dawczyni i wszczepiają je do jajeczek 30 niepłodnych kobiet, nie usuwając ich własnych mitochondriów (transfer ooplazmy). Dzięki tej metodzie na świat przychodzi ponad 50 dzieci3.
2004 Badacze z Tajwanu wszczepiają w jajeczka kobiet ich własne mitochondria pobrane z komórek wzgórka jajonośnego, znajdującego się w pęcherzyku Graafa. Komórki te są niezbędne do prawidłowego przebiegu owulacji i zapłodnienia. W wyniku inseminacji rodzi się 20 dzieci4.
2009 Naukowcom z Oregonu (USA) pod przewodnictwem Shoukhrata Mitalipova udaje się przeszczepić jądro z komórki jajowej samicy rezusa do jajeczka innej samicy. Dzięki tej metodzie doprowadzają do narodzin czterech małp5.
2012 Zespół Mitalipova dokonuje transferu jądra komórki jajowej człowieka6 do żeńskiej komórki rozrodczej dawczyni. W otrzymanym w ten sposób jajeczku wszystkie mitochondria pochodzą od dawczyni, co likwiduje ryzyko dziedziczenia chorób przekazywanych przez geny mitochondrialne.
2014 Grupa amerykańskich naukowców uzyskuje patent na technologię Augment, polegającą na wyizolowaniu mitochondriów z komórek macierzystych i wszczepieniu ich do jajeczek przyszłej matki7.
2015 Parlament Wielkiej Brytanii przegłosowuje dopuszczenie metody wykorzystującej mitochondria do standardowych metod wspomagania leczenia niepłodności. Zgodnie z nowym prawem lekarze mogą zapłodnić nasieniem ojca jajeczko matki i jajeczko dawczyni mitochondriów oraz zamienić ich jądra komórkowe we wczesnej fazie podziału8.
W tym samym roku dochodzi do pierwszych inseminacji w technologii Augment. Osiem kobiet zachodzi w ciążę3.
2016 Na świat przychodzi dziecko jordańskiego małżeństwa urodzone dzięki zamianie jąder w komórkach jajowych matki i dawczyni jeszcze przed inseminacją. Matka - nosicielka genu odpowiedzialnego za zespół Leigha (cofanie się w rozwoju, niedowład kończyn, zaburzenia mowy i mimiki) - roniła lub rodziła dzieci, które wcześnie umierały.
Dopiero nowatorska metoda pozwala jej urodzić zdrowego syna. Staje się to możliwe dzięki zespołowi z kliniki leczenia niepłodności w Nowym Jorku9, do której zgłosiła się po pomoc. Zabieg zostaje wykonany w Meksyku, ponieważ w Stanach Zjednoczonych i Jordanii mitochondrialna metoda leczenia niepłodności jest zakazana.
Pokonać zespół Leigha
To rzadka choroba, która niszczy centralny układ nerwowy. Powoduje ją wadliwy gen znajdujący się w mitochondriach, tak więc dzieci dziedziczą ją po matce. Jordańska para - nieświadoma sytuacji - bezskutecznie starała się powiększyć rodzinę przez prawie 20 lat. Na pierwszą ciążę, zakończoną oczywiście poronieniem, kobieta czekała całą dekadę.
W 2005 r. małżonkom urodziła się wreszcie córka. Wtedy też dowiedzieli się, że problemy z płodnością wynikają z mutacji DNA mitochondrialnego. Córka chorowała na zespół Leigha i zmarła w wieku 6 lat. Następne dziecko przeżyło jedynie 8 miesięcy. Urodzony 6 kwietnia 2016 r. synek nie wykazuje żadnych objawów choroby. Nowatorska metoda, czyli "zamiana mitochondriów", odniosła zwycięstwo nad genetycznym fatum.
Sukces ma wielu rodziców
Czy lekarze słusznie oburzają się, gdy nazywamy takie potomstwo dziećmi trojga rodziców10? Aby odpowiedzieć na to pytanie, przyjrzyjmy się nieco dokładniej, jak wygląda procedura zapłodnienia in vitro z udziałem trzech osób.
Od dwóch kobiet, czyli biologicznej matki i dawczyni, pobiera się komórki jajowe. Z komórki jajowej dawczyni usuwa się jądro i pozostawia jedynie mitochondria z ich DNA.
Następnie wszczepia się do tej komórki jądro pobrane z komórki jajowej kobiety pragnącej potomstwa. W ten sposób tworzy się komórkę jajową zawierającą materiał genetyczny dwóch kobiet.
Ostatni etap procedury przebiega dokładnie tak samo jak przy standardowym zapłodnieniu in vitro - do układu wprowadza się plemniki lub przeprowadza transfer pojedynczego plemnika (istnieje również możliwość zapłodnienia obu jajeczek przed zamianą jąder komórkowych).
Tak więc faktycznymi rodzicami dziecka spłodzonego w ten sposób są dawca plemnika i dawczyni jądra komórki jajowej, czyli potencjalni rodzice, co jednak nie zmienia faktu, że dawczyni komórki jajowej przekazuje dziecku swoje DNA mitochondrialne.
W ten sposób wadliwe geny z mitochondriów kobiety pragnącej dziecka zostają wykluczone z gry.
Jeśli w wyniku zapłodnienia urodzi się dziewczynka, to jako dorosła kobieta będzie mogła bez obaw starać się o dziecko - przekaże mu DNA mitochondrialne wolne już od genetycznych wad.
Julia Cember
Bibliografia
- Taylor R. W., Turnbull D. M. Mitochondrial DNA mutations in human diseases. Nat. Rev. Genet. 2005
- Obstetrics and Gynecology International, Volume 2013 (2013), Article ID 183024, 10 pages, http://dx.doi.org/10.1155/2013/183024
- Andy Coghlan, New Scientist, 8 May 2015
- Helen Pearson, Nature, doi:10.1038/news041018-10
- Tachibana, M. et al. Nature 461, 367–372 (2009)
- Tachibana, M. et al. Nature http://dx.doi.org/10.1038/ nature11647 (2012)
- http://www.ovascience.com/treatments/augment
- Kenan Malik, International New York Times, February 23, 2015
- Jessica Hamzelou, New Scientist, 1 October 2016, ss. 8-9
- Gina Kolata, New York Times, September 29, 2016
- http://uscfertility.org/making-human-eggs-stem-cells/
- Nature 539, 299–303 (10 November 2016), doi:10.1038/nature20104 Jessica Hamzelou, New Scientist 22 October 2016, ss. 8
- SOX17, Cell, Volume 160, Issues 1-2, p253–268, 15 January 2015, doi: http://dx.doi.org/10.1016/j.cell.2014.12.013
- Andy Coghlan, New Scientist, 17 September 2016, s. 10
- http://www.biolreprod.org/content
