Většinou se přichází na svět tak, že se mají dva rádi a tatínek oplodní mamince vajíčko. Potomek si z toho odnáší do života geny obou rodičů. Geneticky jde o spojení dvou pohlavních buněk. Zázrak vzniku nového života je možný jen díky tomu, že každá z pohlavních buněk předtím prošla zvláštním typem dělení, při němž část genetického materiálu odvrhla a ponechala si jen jeho polovinu. V době zrodu se tak dávají dohromady dvě buňky s polovičním počtem chromozomálních sad. To dává vznik buňkám plnohodnotným, které jsou základem nového pokolení.

Geneticky vzato jde o mechanické spojení dvou polovin, a tak není divu, že mnohé badatele již dávno napadlo, pokusit se o jakési neposkvrněné početí spojováním dvou vajíček. Úvaha byla správná. Jsou-li vajíčka jen polovinou nového jedince, jejich spojení mělo dát vznik novému životu.  Když se jim to s vajíčky nedařilo, průkopníci bioinženýringu zkoušeli spojování dvou buněk, z nichž ve varleti vznikají spermie. I ty jsou polovinou budoucího celku. Ale ani to k ničemu nevedlo. Z pohledu genetiky bylo vše v pořádku, ale problém byl v tom, že tehdy ještě nic nevěděli, že existuje genový imprinting. I když má s geny co do činění, není to genetika. Imprinting spadá pod epigenetiku. Když si to zjednodušíme, tak jde o to, že si geny pamatují, zda jsou od tatínka nebo od maminky a podle toho se chovají.

Třírodičovský "výpěstek" z dílny Johna Zhanga z New Hope Fertility Center se kvůli legislativě musel narodit v Mexiku. Chlapeček má ve svém genomu jaderné geny od matky a druhou polovinu jaderných genů od otce. Mitochondriální geny zdědil od dárkyně vajíčka. Je bimaternální.   (Screenshot N.H.F. Center video)

Uspávání

Než se savčím rodičům narodí potomek, musí do vajíčka vniknout spermie. V nově vzniklém útvaru (zygotě) ale nezačnou pracovat všechny geny, které rodiče svému potomkovi předají, najednou. Některé jsou uspány a jiné zase povzbuzeny, aby ze sebe vydaly všechno, co dovedou. Aby v tom nebyl zmatek, existuje mechanismus, kterému se říká imprinting (geny mají vtištěno – imprintováno) od koho se v novém hostiteli ocitli. Po chemické stránce jde o metylaci příslušných úseků DNA v místech, kde se geny, které je třeba ovlivnit, nacházejí. Pokud splynou dva imprintingem (metylací) neupravené poloviny genomů (ať už to jsou dva oocyty, nebo dvě spermie), ne, že by se zárodek nezačal vyvíjet, ale dojde k chaosu a z přemíry aktivit mnoha genů se vyvíjí nesprávně a odumře.

Imprinting je chytré zařízení. Kromě jiného umravňuje ješitnost tatínků. Každý chceme mít syna k obrazu svému, nebo ještě lepšímu, aby byl velký a silný. Jenže se často zakoukáme do maminky, která je štíhlá jako laňka. Pokud by se potomek vyvíjel podle našich představ (rozuměj tatínkových genů), v čase porodu by jeho potomek byl jako valibuk a neprošel by porodními cestami. Spolu s maminkou by oba umřeli. Maminčiny geny pro růst v první fázi vývoje plodu si naštěstí pamatují, že jsou od maminky a že se mají u potomka exprimovat, zatímco geny po tatínkovi jakoby spaly. Je až s podivem jak záhy, co řekne maminka, to platí. A že maminka dokáže tatínka uspat, kdy se jí zamane.

Genů, které si nesou epigenetické poznámky na povrchu vlákna DNA (zapsané pomocí metylových skupin), vědci odhalují stále víc. Ukazuje se, že poznámky jsou pro život stejně důležité, jako geny samotné. I když už máme genom dávno přečtený,  čeká nás čtení epigenomu, a to je mnohem větší oříšek. Zatím z něj známe jen nepatrné útržky, ale i tím již vědci umí provádět věci, které z přírody neznáme a nad nimiž začíná rozum stát.

Hodně daleko to ve znalostech epigenetiky u vyvíjejících se pohlavních buněk dotáhli Jian Min Deng, Kei Satoh, Hongran Wang, Hao Chang a Zhaoping Zhang z Texasu. Ne nejde o omyl, čínští autoři uvedení na předních místech nejnovějšího článku uveřejněného v časopisu Bology of Reproduction, jsou z Andersonova centra pro rakovinu v Hustonu, což je součást University of Texas. Než se ale k jejich dnešní novince na pluripotentních buňkách propracujeme, bude dobré si připomenout postupné kroky první autorky - Jian Min Deng, jimiž tato dnes 28letá Asiatka boří bariery bránící vzniku života ze dvou buněk pocházejících od stejného pohlaví, což jí proklestilo cestu až do síně slávy reprodukčních biologů. 

Co jsou to pluripotentní buňky?

Pluripotentní buňky jsou buňky, které se v mnohém podobají buňkám kmenovým, které se vyskytují v embryích a které dávají vznik specializovaným tkáním - svalu, mozku, střevu,… Tyto nediferencované a "všeho schopné" buňky se v laboratoři daří připravit (indukovat) z buněk, které se již transformovaly například do buněk kůže (fibroblastů).  Dělá se to vnášením speciálních genů pomocí retrovirových vektorů a proteinů vázajících se na membránové receptory buněk a s funkcí podobnou enzymům. Jde o jakési vracení buněk v čase zpět do doby jejich mládí (stadia, kdy ještě nebyly specializované). Po takové proměně se jim říká buňky indukované pluripotentní. Samotný termín pluripotentní (bez toho přívlastku indukované) se ponechává buňkám, které nám vznikají v tělech přirozeným způsobem.

Správně pochopit, co Asiaté v Americe prováděli, vyžaduje krátkou odbočku, protože o potomcích dvou matek se hovoří často. V tomto případě také jde o potomky dvou matek a dvou otců, ale s těmi, o kterých se i na Oslovi hodně psalo, to nemá společného zhola nic. Zatím jsme pod pojmem potomek vícero rodičů většinou mínili případy, kdy se z oplozeného vajíčka vezme jádro a to se přenese do vyvíjejícího se vajíčka od jiné samičky. Poprvé to úspěšně u primátů provedli v Oregon National Primate Research.

Je dobré si uvědomit, že tu nejde jen o chromozómy a DNA, která je v buněčném jádře. Náš genom je tvořen dvěma zcela odlišnými typy DNA. Kromě zmíněných chromozomů v jádře máme ještě v cytoplazmě mitochondrie. Ty mají svojí vlastní DNA. Označuje se zkratkou mtDNA. Můžeme říci, že spermie mitochondrie neobsahují, protože potomek mitochondriální geny získává od matky, která mu je předá spolu s cytoplazmou vajíčka. Zatímco jaderná DNA je v útvarech zvané chromozómy, mitochondriální je kruhová a je téměř dvěstětisíckrát kratší. Soudí se, že mitochondrie byly původně samostatné organismy, které se nám kdysi dávno připletly do buněk jako parazité. S postupem času jsme si na sebe vzájemně zvykli a začali jsme spolupracovat. Mělo k tomu dojít přibližně před 2 miliardami let s alfaproteobakteriemi, které se podobaly dnešnímu parazitickému bakteriálnímu rodu Rickettsia. Časem jsme spolu natolik „srostli“, že to dnes považujeme za normální a mitochondriím říkáme organely. Mají na starosti energetickou bilanci buňky, a protože při jejich provozu vzniká hodně škodlivých radikálů, říká se jim také  „buněčné elektrárny se špinavým provozem“. Mitochondrie jsou malé a tak také nesou jen málo genů. Ve srovnání s jaderným genomem jich mají šestsetkrát méně. O co je genů méně, o to ve větším množství se v buňkách vyskytují (běžně se jedná o desetitisíce exemplářů). Zhruba polovina mitochondriálních genů kóduje polypeptidy, podílející se na enzymatické výbavě a tak není divu, že záměny v jediném písmeni genetického kódu v dědičné informaci mitochondrií mají na život buněk, a tedy i náš život, překvapivě velký dopad. Snadno z nás mohou udělat mrzáky, nebo naopak zase poskytnout  vyšší šanci na přežití těžkých infekcí. Některé mitochondriální geny dokonce působí jako turbodmychadlo na buněčné motory pohánějící spermie, jiné zase rozhodují o vydatnosti mateřského mléka…

Jádra z oplozených vajíček se už opičkám nepřenáší, není to potřeba, už se tak léčí lidi. První zdravý chlapeček se touto technikou asistované reprodukce narodil mamince, která ve svých šestačtyřiceti letech měla za sebou už čtyři potraty a dvě děti jí zemřely. Jedno ve věku osmi měsíců, druhé šesti let. Na vině úmrtí jejích potomků byla mutace v mitochondriálním genomu. John Zhang New Hope Fertility Center vyšel z poznatků získaných na zvířatech a navrhl manželům řešení. Nyní se mu paradoxně říká transplantace mitochondrií (ve skutečnosti se ale transplantuje jádro a ne mitochondrie). Manželé souhlasili a chlapeček se jim narodil zdravý, stejně jako „opičí“ předchůdci makakové „Mito“ a „Tracker“.

Ještě jednou si připomeneme, že šlo o oplozené vajíčko, z něhož se vzalo jádro a přeneslo do vaječné buňky dárkyně, jejíž mitochondrie byly zdravé. A protože se jádro dárkyně z vaječné buňky odstraní odsáním, narozený potomek má všechny geny po původních rodičích. Až na ty mitochondriální, ale ty jsou zaměřené jen na energetický chod buňky a tak z hlediska vizáže, inteligence,… nemají mitochondriální geny dárkyně na takto „sestaveného“ potomka žádný vliv.  Celý zákrok provázel problém. Léčba genovou terapií nebyla v USA povolena a ze stejného důvodu nepřicházelo v úvahu provést ho v Evropě. Zákrok proto byl proveden v Mexiku a tam se také před dvěma roky chlapec narodil. Snad se mu podaří odemknout srdce aktivistům, kterým genetické manipulace tradičně leží v krku a bez znalosti věcí straší frázemi s takzvanou předběžnou opatrností a svými kampaněmi se postarali o nepříznivě nastavenou legislativu, která takovou léčbu činí v našich končinách dostupnou jen těm, kteří jsou finančně za vodou. Měli bychom zvážit, zda je rozumné, aby páry s nemocnými mitochondriemi zatěžovali společnost plozením dětí, které budou dál zmutované geny šířit v populaci, nebo zda je lepší párům umožnit mít děti zdravé.            
Odbočka, kterou jsme si vysvětlili, co se všeobecně míní pojmem potomek dvou matek, byla nutná, abychom pochopili, že v nynějším případě potomků dvou matek a dvou otců nejde o přenášení jader, ale o laborování s embryonálními kmenovými buňkami.

Co jsou ty embryonální kmenové buňky zač?

Jsou to buňky, které ještě nejsou diferencované a jsou schopny dát vznik buňkám jakékoliv tkáně v těle. To znamená, že z hlediska funkce jsou pluripotentní (všeho schopné). Vědci se již při svých hrátkách s kmenovými buňkami umí obejít bez toho, aby je museli získávat z embryí. Připravují si je z již diferencovaných buněk a zvládají to dokonce několika způsoby. Získávají tak buňky, které se těm embryonálním hodně podobají. Říkají jim indukované pluripotentní buňky (iPS). A i ony jsou schopné dát vznik celé řadě tkání. V tomto případě je důležité, že z nich vznikají i buňky pohlavní.

Potomstvo dvou otců se má čile k světu. Bílou šipkou je označena chiméra, v jejíž vaječnících se tvoří vajíčka vzniklá z indukovaných pluripotentních buněk samečka. Vajíčka nesla jen samčí genom, byla to „samčí vajíčka“. Černou šipkou je označen sameček, který je hrdým otcem potomků, aniž tuší, že je má se svým „kolegou“ - samcem. Kredit: Jian Min Deng, Anderson Cancer Center, Houston, Texas

A ještě jednu odbočku je třeba absolvovat

Není tajemstvím, že buňky mutují. A to jak ty, které jsou součástí těla, tak ty, kterým podstrojujeme vše, co potřebují a chováme je v kultuře na Petriho misce. Mutují jak buňky samičí, tak samčí. U těch samčích se občas stává, že přijdou o svůj chromozom Y. Není to tak výjimečné. Děje se tak s pravidelností u jednoho až tří procent buněk. Zatímco samičí buňky jsou geneticky XX, samčí XY. Buňky, které svůj Y chromozom někde prošustrují, genetici označují zkratkou X0 (X,nula). Je to k nevíře, ale ztráta toho, na co jsme my muži tak hrdí - náš Y chromozom - buňky nijak nermoutí. Nejspíš proto, že jde o nejmenší z chromozomů v buňce. Dokonce ani myši vzniklé z takto ochuzených pohlavních buněk po něm nijak zvlášť nesmutní.  Žijí si jako jiné myši, jsou životaschopné a jsou z nich plodné samičky, které nejspíš ani neví, že jsou geneticky X0.

Konečně se dostáváme k hlavní části pokusů, které prováděla Jian Min Deng v Houstonu. Začala tím, že odebrala ze samečka kožní buňky (fibroblasty). Namnožila je a s pomocí virových vektorů buňky vrátila do jejich časnějšího stádia. Získala tím kulturu pluripotentních kmenových buněk, které byly XY.  Ty si kultivovala na Petriho misce a vybrala z nich ty, které změnily pohlaví (ztratily Y chromozom). Tyto samčí buňky, jimž chyběly geny z pohlavního chromozomu, injekcí vpravila do blastocyst vyvíjejících se zárodků jiných myší. Přenesené buňky se v nich zabydlely a daly vznik organismům, kterým se říká chiméry. V těch se vnesené samčí buňky převtělily do vaječníků a daly vznik funkčním vaječným buňkám, oocytům.

V podstatě jde říci, že vědci získali samičky, které měly všechno, co samičky mívají. Tvořily se jim ve vaječnících vajíčka, a jejich jedinou zvláštností bylo, že jejich vajíčka pro další myší pokolení nesla jen samčí geny. Pochopitelně, že bez těch, které vypadly s tím ztraceným Y chromozomem.    
Zajímavá je životaschopnost touto cestou vzniklých samiček. Měly sice v průměru nepatrně menší hmotnost, ale nebyla to žádná nedochůdčata. V porovnání se svými klasicky vzniklými vrstevnicemi se dožívaly statisticky významně vyššího věku.     

Nejdůležitějším poznatkem je to, že se ukázalo schůdné nejen kombinovat haploidní genomy dvou samic a tvořit „bimaternální“ potomky, ale i otců (tzv. „bipaternály). Ani moc nevadí, že jim zatím myšata dvou otců dva dny po narození mřela. I to ale chtějí čínští vědci brzo vylepšit. To, co se jim podařilo je vskutku husarský kousek. Pevedeno do lidštiny: dva samci spolu mohou mít potomstvo pohlavní cestou. Pochopitelně, že u toho musí asistovat chimerický jedinec, ale ten se geneticky na dalším potomstvu nijak nepodílí. Jeho úlohou je, aby jen ve vaječnících umožnil vznik „samčím vajíčkům“. Jazykově se tu dostáváme tak trochu do problémů. Jak správně  nazývat samečka, který se prostřednictvím svých buněk převtělí v samičky? Napadá mne, co třeba „taťkomamka“.  A co samičky se samčím genomem, budou z nich „mamkotaťky“?

Pokud chimerická samička zplodí potomstvo se samečkem, který ji dal život, pro takto vzniklé potomstvo se nehodí používat termín klon, protože ten vzniká nepohlavní cestou. V tomto případě tu jde o cosi, co připomíná plod incestu. Ale i ten jen vzdáleně, protože pod incestem se rozumí pohlavní akt se svými nejbližšími. Tady je krvesmilstvo dovedeno ještě dál. Sameček prakticky obcuje sám se sebou, i když má dojem, že má co do činění s partnerkou. Takže takový „super incest“.

Ani zootechnikům se nebude u této techniky dostávat výrazů. Jejich slovník končí u takzvané úzké a „nejužší plemenitby“, čímž se mají na mysli techtlemechtle mezi bratrem a sestrou, otcem s dcerou a synem s matkou.

Výsledky zmíněného výzkumu, vzhledem k etickým bariérám, pro člověka žádné využití v praxi nepřináší. Nepočítáme li to, že v kulturách na Petriho miskách nám to pomůže odhalovat taje epigenetiky a že jejich poznání zcela jistě časem dostane šanci posunout léčbu neplodnosti (asistovanou reprodukci) zase o kus vpřed.

Ti, kdo by z nové technologie mohli být nadšení již nyní, jsou ochranáři, pokud ovšem nebudou zatíženi zeleným anti-GMO aktivismem. Samoplození prostřednictvím kmenových buněk by jim mělo vytrhnout trn z paty v případech, jakým byl George – poslední žijící exemplář želvy sloní, pro něhož desítky let marně hledali partnerku. Nebo letošní smutný případ z března, kdy v Keni uhynul poslední na světě žijící samec vzácného nosorožce severního bílého.

Pro zemědělce by se nová technika měla stát nástrojem, který jim umožní spojovat dobré vlastnosti dvou otcovských linií zcela novým způsobem. Bez nutnosti složitého dlouhého křížení a selekce,  což je vždy běh na dlouhé trati s krajně nejistým výsledkem. V praxi by poznatek mohl znamenat rychlou tvorbu stád, v nichž budou jak samci, tak i samice, ale jejichž základem budou jen samci. Stačí, aby genom jednoho se prostřednictvím chiméry přetransformoval do samiček a na tom druhém zbude jen povinnost se ukájet na samičkách, jak to samečci s oblibou běžně dělají. Protože se ke zrození samiček používají kožní buňky, tak vlastně při takovém šlechtění nebude nic bránit ani tomu, aby jeden a tentýž sameček plodil potomstvo se samčím genomem v obém pohlaví.

Závěr
Nám normálním smrtelníkům z nových poznatků žádné nebezpečí nehrozí. Horší to budou mít ti, kteří stojí nad zákony. Pokud u nich převládnou narcistní sklony nad etikou, mohli by dát vznik módě zakládat dynastie sám se sebou…

Literatura

Jian Min Deng, et al.: „Generation of Viable Male and Female Mice from Two Fathers“,Biology of Reproduction, Volume 84, Issue 3, 1 March 2011, Pages 613–618, https://doi.org/10.1095/biolreprod.110.088831