Pokud mluvíme o dědičnosti, většinou máme na mysli jen chromozómy - tedy DNA, kterou máme v buněčném jádře. Náš genom je ale tvořen dvěma zcela odlišnými typy DNA. Kromě chromozómů v jádře máme ještě v cytoplasmě mitochondrie, které mají svojí vlastní DNA. Ta se označuje zkratkou mtDNA. Protože spermie mitochondrie neobsahují. Potomek mitochondriální geny získává od matky, která mu je předá ve vajíčku (platí to až na malé výjimky o nichž jsme na Oslu psali v článku „Zamáváme mitochondriální Evě?“). Zatímco jaderná DNA je v útvarech zvané chromozómy, mitochondriální je kruhová a mtDNA je téměř dvěstětisíckrát kratší, než jaderná.
Evoluce
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 spolupracovat. Mělo k tomu dojít přibližně před 2 miliardami let s alfaproteobakteriemi, které se podobaly dnešnímu parazitickému bakteriálnímu rodu Rickettsia. Časem jsme 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“.
Málo genů, velký význam
Mitochondriím se prakticky o všechno staráme a tak si vystačí jen s velmi malým genomem. Ty naše, lidské, mají jen šestnáct a půl tisíce párů bází s 37 geny. Ve srovnání s jaderným genomem představují šestsetkrát méně genů. O co je genů méně, o to ve větším množství se v buňkách vyskytují (běžně se jedná o desetitisíce exemplářů, neboť každá mitochondrie si nese své geny). 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 velké dopady. Mohou z nás udělat mrzáky, nebo nám 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…
Pokus na opicích
V pokusu s makaky američtí vědci přenesli jadernou DNA z jednoho vajíčka do druhého, ve kterém jeho vlastní DNA předtím odstranili. Takové Přenosy jader nejsou nic nového a na Oslu jsme o nich psali mnohokrát. Tentokrát si ale vědci při přenosu dávali mnohem větší pozor, aby spolu s jadernou DNA nedocházelo také k přenosu mitochondriální DNA. Nešlo jim totiž ani tak o přenos jádra, jako spíše o to, aby s jádrem nepřenesli do nového prostředí také část cytoplazmy s mitochondriemi. Veškerá jejich snaha byla vedena úmyslem vypiplat techniku tak, aby s její pomocí šlo napravovat genetické vady přenášené mitochondriemi. Kdyby při přenosu jádra přenesli i vadnou mitochondriální DNA, nebyla by technika spolehlivá. I z malého množství vadných mitochondrií by jich přirozeným způsobem mohlo v některých orgánech vzniknout hodně a léčebný efekt by se rozplynul.
O jaké nemoci jde?
I když jsou mitochondrie na počet genů skoupé, mohou nám život pěkně znepříjemnit. Vadné mitochondrie z nás mohou udělat diabetiky (diabetes typ2), nezletilcům mohou přivodit postupnou ztrátu motoriky, řeči i smrt (Leigh syndrom). Říká se, že mitochondriální mutací trpí každé dvousté narozené dítě. Vadné mitochondrie znamenají pro postižené buňky deficit energie a ten se může projevovat celou škálou postižení svalů, nervů a mozku.
Čeho se již dosáhlo
Shoukhrat Mitalipov z Oregonského Národního centra pro výzkum primátů ve městě Beaverton se svým týmem spolupracovníků tvrdí, že problém s diagnostikou a komplikovanou léčbou nemocí s vadnými mitochondriemi lze obejít relativně jednoduchou náhradou kompletní mitochondriální sady. Aby genetici dokázali, že to jde, provedli pokusy, o nichž media nyní hovoří jako o transplantaci mitochondriální DNA (mtDNA). Skutečnost je ale poněkud jiná. Mitochondrií je mnoho a takový přenos by byl komplikovaný. Když tedy nemohla přijít hora k Mohamedovi, sáhli vědci k jednodušší variantě - přenesli jadernou DNA k mitochondriím. Transplantovali jádro do jiné buňky – do buňky se zdravou mitochondriální DNA. To ale není nic převratného. Takové přenosy se dělají u myší běžně už celou řádku let. Mitalipovův tým (možná až na nějaké případy v Číně), se stal prvním, který se k takovému činu odhodlal u primátů.
Nyní má americký tým na svém kontě přenos patnácti embryí do devíti náhradních matek. Tři z nich zabřezly a porodily, přičemž jedné opičce se narodila dvojčata. Vypadá to, že metoda tvorby potomků s cizí mitochondriální DNA je (vzhledem k narození potomků) zhruba stejně úspěšná, jako je u lidí běžně používaná technika oplodnění ve zkumavce (IVF).
Prognóza
Mitalipov není v biotechnologiích žádný zelenáč. Zvládl klonování opic a z embrya makaka již téměř před třemi lety vytvořil embryonální kmenové buňky. Pokud budeme věřit jeho prognózám, mohli bychom se s technikou přenosu jader za účelem výměny vadné mitochondriální DNA začít setkávat v klinické praxi během dvou let. A to i tehdy, pokud by se ukázalo, že přenášení lidských chromozómů je komplikovanější než u opic. Zároveň ale dodává, že technika zřejmě narazí na legislativní barieru protože v případě transplantace mitochondriální DNA se jedná o genové manipulace prováděné na zárodku a tyto zákroky jsou na lidech zakázány. Důvodem jsou obavy jejich přenosu na potomstvo a jejich postupné nekontrolované šíření v populaci. Bioetické komise, jak známo, hned tak něco ke změně stanoviska nepřesvědčí, dokonce ani to ne, když jde o zákrok za účelem léčby smrtelné choroby. Zájemci o léčbu náhradou mtDNA asi budou muset nějakou dobu podnikat výlety do Číny, kde si z podobných zákazů těžkou hlavu nedělají. Nezbývá než doufat, že to nebude trvat dlouho a naše společnost přestane být na genomové inženýrství přehnaně alergická, vezme v potaz, že je spíše neetické nedopřát matkám s mitochondriální mutací zdravé děti a věci jako je transplantace mitochondrií od zdravých dárkyň přestane zakazovat.
Komentář Jaroslava Petra:
„Pozapomenutý český úspěch“
Američtí vědci dokázali vyměnit jadernou dědičnou informaci zralých vajíček makaků a otevřeli tak cestu k léčbě chorob vyvolaných poškozením DNA v mitochondriích. V této souvislosti jistě stojí za zmínku, že už v roce 2000 zvládl výměnu jaderné dědičné informace mezi nezralými lidskými vajíčky tým francouzských, italských a španělských lékařů pod vedením českého vědce Jana Tesaříka (Osel Vás o úspěchu informoval). Jaderná dědičná informace nezralého vajíčka je uzavřena do membrány jádra a manipulace s ní je proto jednodušší. Po transplantaci jádra se ale musí vajíčko před oplozením nechat dozrát v laboratorních podmínkách. Tento postup není ještě na klinikách pro léčbu neplodnosti rutinně zvládnut. Přesto byla technika poprvé úspěšně využita k „opravě“ lidského vajíčka a získání embryí v roce 2003 v Číně. Výměna jaderné dědičné informace mezi zralými vajíčky je náročnější, protože mají rozpuštěnu membránu obalující jádro. Zviditelnění jaderné dědičné informace zralého vajíčka je možné jen díky speciální optice mikroskopu. Výhoda postupu tkví v tom, že „opravené“ vajíčko je připraveno k okamžitému oplození.
Diskuze:
