Potomci dvou matek

Makak dvou matek. Jaderný genom (chromozómy) pochází od jedné matky, mitochondriální (cytoplazma vajíčka) od druhé. Opička má dvě biologické matky a jednoho otce. (Oregon National Primate Research)

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 chromozomů v jádře máme ještě v cytoplasmě mitochondrie, které mají svojí vlastní DNA. Ta se označuje zkratkou mtDNA. Můžeme říci, že spermie mitochondrie neobsahují, protože 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 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 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…

Zvětšit obrázek

Tyto opičky mají v rodokmenu dvě matky. Makakům dali vědci jména Mito a Tracker. Jde o recesi, protože se jmenují podle chemikálie běžně používané v laboratoři. „Mito Tracker“ je barvička, jež emituje fluorescenční světlo a používá se ke specifickému zviditelnění mitochondrií v buňce. (Oregon National Primate Research).

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. V tomto případě 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.
Tyto počiny, o nichž se hovoří jako o transplantaci mitochondriální DNA, jsou ve skutečnosti něčím jiným. Mitochondrií je mnoho a jejich 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. I když se takové přenosy dělají u myší běžně už celou řádku let, Američané dokázali, že to jde i u primátů.

I když jsou mitochondrie na počet genů skoupé, mohou nám život znepříjemnit – dělají z nás 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 i mozku.

Shoukhrat Mitalipov dokázal, že „transplantace mitochondrií“ lze provést nejen u myší ale i u primátů. (Kredit: OHSU).

Technika „transplantace mitochondrií“ je způsob, jakým by šlo mnoha párům pomoci k tomu aby svou geneticky danou poruchu nepřenášeli na potomky a přesto že jde ověřenou techniku jak na myších tak na opicích, naráží zatím na legislativní bariéru. Je posuzována jako genová manipulace prováděná na zárodku a tyto zákroky jsou na lidech zakázány.  Důvodem nejsou ani tak obavy z výsledků tohoto výzkumu, ale z toho, že by se jednou daným  povolením zvedla stavidla přenosu jiných genů na potomstvo a že nastalo nekontrolované šíření všech možných i nemožných genů 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 tedy budou ještě nějakou dobu muset v případě zájmu podnikat výlety do Číny nebo Brazilie, 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.  

VIDEO: Mito a Tracker

Potomci jedné matky a žádného otce
Přiroda je při plození potomků obdivuhodně vynalézavá. Před měsícem jsme vás informovali o dalším z důkazů, že samice obratlovců mohou mít životaschopné potomky i bez páření. Šlo o případ samice hroznýše královského, která se rozrodila, aniž by se setkávala se samci.  Na tomto přirozeném aktu plození rozbor DNA potomků potvrdil, že se na nových životech samčí spermie nepodílely. U této hrozné hroznýší matky šlo tedy o skutečné samoplození, samopočetí, samobřeznost nebo chcete-li partenogenezi. Z pohledu evoluce je takové řešení výhodné, ale jen jako východisko z nouze.  Jakékoliv dlouhodobější odpírání si radostí ze sexu připravuje potomky o variabilitu a tím z nich dělá organismy neschopné se přizpůsobovat a přežít v měnících se podmínkách. Protože je takové neposkvrněné početí v přírodě běžnou záležitostí, nebudeme se jím podrobně zabývat. Na oslovi se o něm můžete dočíst zde  nebo zde  a  zde.  

Potomci dvou otců
Kromě potomků bez účasti otců si příroda občas zalaškuje i s takzvanými chimérami. Ty mohou být mnoha typů. Jsou i mezi námi lidmi a ani to netušíme. Někdy se na to přijde náhodou. Stalo se to i mamince, která se v plodném období pomilovala jak s bělochem, tak s černochem. Oba vztahy daly vznik zygotám a ty, jak se posléze ukázalo, spolu splynuly a vytvořili jeden zárodek. Z něj se pak vyvinul zdravý chlapec. Po genetické stránce ale měl v sobě buňky jak bílé rasy, tak i ty poněkud tmavší. Jak se ve vyvíjejícím se dítěti buňky promíchaly, na kůži vytvořily málo a hodně pigmentované pruhy. Těchto chimér je relativně málo. Jejich většímu rozmachu brání jednak věrnost našich partnerek, ale spíše to, že splývání zygot nebývá u člověka na denním pořádku.
V mnoha případech již ale vědci dospěli dál, než sama příroda.

Potomek dvou otců v podání přírody. Lidská chiméra vznikla spontánním splynutím dvou zárodků v těle matky. Tatínci obou zárodků byli odlišné barvy pleti.

Za zmínku rozhodně stojí výsledky studie, kterou právě dokončil kolektiv vědců z University of Texas a Rice University, Houston. Abychom pochopili co Američané se zárodky prováděli, připomeňme si, jak to při vzniku nového života chodí. 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 nevznikl zmatek, existuje mechanismus, kterému se říká imprinting. Jde o to, že si geny pamatují, zda do nového organismu přišly od maminky nebo od tatínka (mají to vtištěno – imprintováno) a podle toho se v novém hostiteli chovají. Po chemické stránce jde o metylaci příslušných úseků DNA v těch místech, kde se příslušné geny, které je třeba ovlivnit, nacházejí. Pokud splynou dva imprintingem (metylací) neupravené poloviny genomů (ať už to jsou dva oocyty, nebo dvě spermie), zárodek se nevyvine, nebo se z přemíry aktivit mnoha genů a dalších zádrhelů začne vyvíjet nesprávně a odumře. Tato bariera nyní padla. Lépe řečeno, vědci jí umí obejít pomocí pluripotentních buněk. Jsou to buňky, které se v mnohém podobají buňkám kmenovým, které jsou v embryích jež dávají vznik specializovaným tkáním - svalu, mozku, střevu,… Tyto nediferencované "všehoschopné" buňky vědci dnes umí připravit i z buněk již vyvinutých, například z kůže. Dělá se to pomocí enzymů a protože jde o jakési vrácení buněk v jejich čase zpět do doby jejich mládí (stadia kdy ještě nebyly specializované), říká se jim po takové léčbě indukované pluripotentní buňky. Samotný termín pluripotentní (bez toho indukované) se ponechává buňkám, které nám vznikají v tělech přirozeným způsobem). 

Zvětšit obrázek

Injekce pluripotentních samčích buněk do zárodku způsobí, že se některým samičkám dostanou tyto buňky do vaječníků. Takové myšky pak místo svých vlastních vajíček ovulují vajíčka samčího původu. (Kredit: Jian Min Deng, University of Texas)

Pokus vedený Richardem Behringerem je celý postaven na využití vlastností indukovaných pluripotentních buněk z kůže. Takové buňky připravené ze samic mají pohlavní chromozomy XX a ze samců XY. Stává se ale, že když tyto buňky množíme v laboratoři, tak vinou přirozených chyb některé z buněk tu a tam o nějaký ten chromozom přijdou. V případě samčího Y chromozomu se to stává v jednom až třech případech ze sta. A právě o tyto samčí buňky s potraceným Y chromozomem v této studii jde. Jejich pohlavní genotyp se dá zapsat jako X0 (nula proto, že jim Y chromozom při kultivaci vypadl).
Místo toho, aby vědci buněčné zmetky vyhodili (pokus dělali na myších), injekčně je vpravili do zdravého zárodku. Y chromozom je malý chromozom a není na něm mnoho podstatných genů. I když o něj buňky přišly, byly schopny se dál množit. A protože pluripotentní buňky jsou schopné se vyvinout se v kteroukoliv tkáň těla, ve svém novém prostředí se podle toho také chovaly. Spolu s buňkami hostitelského embrya se navzdory svému Y chromozomovému hendikepu, zdárně zapojily do spolupráce a později je bylo možno najít ve všech tkáních nově narozených myšek. Takovým myškám rovněž říkáme chiméry protože jsou sestaveny z buněk od geneticky různých jedinců. Protože se v tomto případě jednalo o samičí embryo, do kterého byly vpraveny samčí (X0) buňky, v tkáních dospělých myšek se vyskytovaly jak buňky XX, tak buňky X0. Dílem náhody se jich část samozřejmě dostala i do vaječníků. Když pak začaly produkovat vajíčka, vznikaly vaječné buňky, které pocházely od samce (byly X0). Vědci se ani u této Sodomy Gomory, kde samičky produkovaly vajíčka samčího původu, nezastavili. Myšku produkující vajíčka (X0) nechali spářit s normálním samcem. Vše proběhlo tak jak bývá zvykem a jakmile vajíčko oplodnila spermie, počal se nový život. Zvláštností na něm je, že takto narozené myšky jsou vlastně potomky dvou samců, protože jak vaječná buňka (X0), tak spermie, která jej oplodnila, pocházely od samců. Jde tedy o legitimního potomka dvou samců a vzniklý potomek nenese žádné geny matky, která ho porodila.

Zvětšit obrázek

Když připustíme samičky ovulující samčí vajíčka normálním samcem vzniknou „zrůdy“, které ve skutečnosti žádnými zrůdami nejsou, jsou jen mláďaty, která mají ve svém původu dva otce. Geneticky se na jejich původu matka nepodílí ani jedním genem. (Kredit: Jian Min Deng, University of Texas)

Teoreticky není problém aby dárce pluripotentních buněk byl stejný jako dárce spermií. To znamená, že jsme se dostali do situace, kdy samec může mít dokonce potomky sám se sebou. Tato taškařice,  umožňující vznik nových životů jen za účasti samců, je možná jen díky tomu, že buňky samce byly vloženy do samice a v ní se některé geny evolučně zaběhaným mechanismem (metylací) uspaly. I když pocházely od samce, chovaly se po oplození jako geny samičí. Byly tak dodrženy biologické zákonitosti imprintingu a nedošlo k překotnému nekontrolovanému spuštění genových aktivit, které by způsobily zmatek a vznikající organismus zahubily. I když se v těchto případech geneticky matka na potomkovi nijak nepodílí (ani jadernou ani mitochondriální DNA) a potomek je ryze mužskou záležitostí, přesto se to bez matčiných pokynů na uspávání genů neobešlo (zatím). Tím ale možnosti této techniky nekončí. Teoreticky lze takto připravit z indukovaných pluripotentních buněk spermie ze samičích buněk. Jako inkubátor by pak sloužili chiméričtí samci a ti by produkovali spermie s X chromozomem. Samci by pak produkovali spermie s geny se kterými by sami neměli nic společného.

Co můžeme v brzké době očekávat? Další rození zvířat, která v rodokmenu budou mít místo jedné matky a jednoho otce zapsáno rodičů povícero. Například dva otce. Budou případy, kdy tentýž otec bude zapsán dvakrát - jednou v kolonce matka, podruhé v řádku pro otce. Výjimkou nebudou ani dvě matky (jedna jako dárkyně DNA, druhá jako dárkyně mitochondriální DNA). Budou zřejmě vznikat i situace kdy tatáž matka bude jak v kolonce matka tak i v kolonce otec (to když pro vznik spermií bude využita technika samičích indukovaných pluripotentních buněk. Samozřejmě, že v tomto případě půjde jen o produkci potomků samičího pohlaví). Snad ani nedomýšlet, jak bude vypadat rodokmen druhé generace takových potomků....
K čemu to všechno může být dobré? Otevírá se nám například zcela nová cesta k záchraně vymírajících populací. V případě nutnosti se bude možno obejít bez samic a nebo i bez samců. Především ale dostáváme do rukou nástroj, který dovolí šlechtit hospodářská zvířata způsobem o kterém se chovatelům ani nesnilo. Získané poznatky by také měly přispět k novým způsobům léčby geneticky vedených poruch. Samozřejmě, že touto technikou by mělo jít zařídit, aby se dětí dočkaly i homosexuální páry. Je ale jen těžko představitelné, že by některá maminka dala svolení k tomu, aby se její dítě stalo chimérou a sloužilo jen jako inkubátor, v němž by dozrávala samčí vajíčka a který by mužům porodil toužebně očekávaného potomka. Navíc když by s narozeným dítětem maminka neměla nic společného. Přesto, že právě tím genetičtí aktivisté z neznalosti věci veřejnost straší, takové hrozby se obávat nemusíme.  

Nová doba přinese dost problémů i bez toho jestli začnou potomky plodi homosexuální páry. Klasický model, kdy má dítě „jen“ dva rodiče - matku a otce – jsou již dávno ty tam. In vitro fertilizace (oplození ve zkumavce), dárcovství spermií a vajíček s možností najmout si náhradní matku k donošení embrya, nám rodinné propletence poněkud zkomplikovalo. Dárce spermatu pro oplození ve zkumavce je biologickým otcem. Dárkyně vajíčka je biologickou matkou. Právně ale jsou otcem a matkou rodiče, kteří léčbu cizími buňkami podstoupili. Jsou země, kde z hlediska práva se operuje s další institucí - pěstounská matka (foster mother). A tak se nám okolo narozeného jedince již nyní motá pět osob. A bude hůř, když si uvědomíme co s tím udělá uplatnění poznatků, které nabidl poslední výzkum - vícero biologických otců i vícero biologických matek. Jen si představte ty tahanice až přijde na dědictví. Jak se k výsledkům těchto pokusů a jejich uplatňování v praxi postavit? Podle mne tak, že pokud to potomky zbaví dědičného hříchu v podobě nápravy poškozené DNA od nemocných rodičů, proč ne. Prospěch potomka by měl být hlavní kriteriem a ctít by to měly etické i moralizující komise a také veřejnost a bez ohledu na vyplněné nebo prázdné kolonky ve formulářích.