Twoja wyszukiwarka

MAGDALENA FIKUS JOANNA NURKOWSKA
SUKCES W OWCZEJ SKÓRZE
Wiedza i Życie nr 5/1997
Artykuł pochodzi z "Wiedzy i Życia" nr 5/1997

KTO DZIŚ NIE SŁYSZAŁ O SKLONOWANIU OWCY? WYDARZENIE TO PORÓWNYWANO DO ZŁAMANIA KODU GENETYCZNEGO, PIERWSZEGO LOTU W KOSMOS, CZY WYNALEZIENIA KOMPUTERA OSOBISTEGO. CO NAPRAWDĘ STAŁO SIĘ W SZKOCJI? JAKIE JEST RZECZYWISTE ZNACZENIE TEGO FAKTU?

Zawsze wiedziałem, że górale coś kombinują z owcami, ale żeby takie rzeczy... - skomentował wyczyn naukowców ze szkockiego Instytutu Roslin (Midlothian pod Edynburgiem) jeden z zaprzyjaźnionych z nami profesorów fizyki. Trudno się dziwić jego zdumieniu, skoro nawet biolodzy wydawali się zaskoczeni narodzinami Dolly.

Dolly przyszła na świat w lipcu 1996 roku. Jeśli chodzi o jej rodziców, to jest z tym pewien kłopot. Dolly ma bowiem właściwie trzy "matki": dwie, z których komórek - jajowej oraz somatycznej - skomponowano "zygotę" i trzecią, która ją urodziła. Ojcem "duchowym" naszej bohaterki jest zaś doktor Ian Wilmut, który pokierował jej kreacją. Dolly tylko pozornie wygląda na zupełnie zwyczajną owczą panienkę. W rzeczywistości stanowi wierną kopię tylko jednego zwierzęcia - dawczyni jądra komórkowego. Jest ona bowiem pierwszym na świecie klonem ssaka, uzyskanym z komórki nierozrodczej (tzw. somatycznej) pochodzącej z dorosłego zwierzęcia.

Świat nie od razu dowiedział się o istnieniu Dolly, gdyż doświadczenie, a przede wszystkim jego wynik, trzymano w najgłębszej tajemnicy. Przeciek prasowy nastąpił dopiero na kilka dni przed ukazaniem się 27 lutego w "Nature" publikacji opisującej całe przedsięwzięcie. Przez 7 miesięcy naukowcy z Instytutu Roslin upewniali się zaś w swym sukcesie, który, co tu ukrywać, ma dla nich nie tylko ogromne znaczenie prestiżowe, ale i merkantylne. Nie przypadkiem współfundatorem badań była firma biotechnologiczna PPL Therapeutics.

Instytut Roslin nie jest zagubioną na halach bacówką, lecz wiodącym w Wielkiej Brytanii ośrodkiem pracującym na rzecz rolnictwa i hodowli zwierząt gospodarskich, wykorzystującym najnowocześniejsze techniki molekularne.

To dzięki jednej z nich - inżynierii genetycznej - skonstruowano tu zwierzęta transgeniczne, wytwarzające w mleku duże ilości potrzebnych medycynie białek ludzkich, takich jak erytropoetyna, laktoferrytyna, AAT (anty-alfa-trypsyna). Jednym z celów eksperymentu Wilmuta było zaś opracowanie metody klonowania - aseksualnego (bezpłciowego) rozmnażania tych szczególnych zwierząt hodowlanych.

Fot. Action Press

Próby klonowania zwierząt, w tym ssaków, podejmowano już od dawna, o czym dość szczegółowo pisaliśmy 3 lata temu (patrz: "WiŻ" nr 2/1994 - Na obraz i podobieństwo swoje...). W wielu światowych laboratoriach żyją dziś skopiowane różnymi metodami myszy, świnie, konie, bydło, owce i króliki, ostatnio narodziły się małpki. Jeden ze sposobów klonowania znalazł nawet zastosowanie komercyjne w rozmnażaniu zwierząt gospodarskich i przynosi 10% obniżkę kosztów hodowli.

Wszystkie te zwierzęta łączy wspólna cecha: są identycznymi genetycznie kopiami bardzo młodych, jeszcze nie narodzonych osobników, najczęściej zarodków. Niezależnie od starań naukowców i zastosowanej metody, nigdy się nie udało wykorzystać komórek somatycznych dorosłego ssaka do stworzenia klonu.

WILMUT W ROLI STWÓRCY

Eksperyment Wilmuta był kolejną próbą przełamania tej szczególnej bariery wieku klonowanego osobnika. Zastosowano znaną procedurę: do oocytu pozbawionego własnego jądra komórkowego wprowadzono metodą elektrofuzji jądro pobrane z komórki pochodzącej z dorosłej tkanki, gruczołu mlekowego sześcioletniej owcy będącej w trzecim trymestrze ciąży. Komórki: dawca i biorca należały do owiec różnych ras, rozróżnialnych "na oko". W ten sposób skonstruowano aż 277 "zygot", z których po sześciu dniach hodowli in vitro (standardowa procedura przy zapłodnieniu pozaustrojowym) przeżyło jedynie 29, osiągając stadia moruli lub blastocysty. Wprowadzono je chirurgicznie do macic trzynastu owiec, zastępczych matek, z których tylko jedna donosiła ciąęż i wydała na świat jagniątko - Dolly (wybierając imię, Wilmut myślał o Dolly Parton, popularnej piosenkarce country).

Finn Dorset - dawca komórki somatycznej

Komórki pobrane z wymienia hodowano przez
5 dni w środowisku ubogim w składniki odżywcze

Rozwojem sklonowanej owcy pokierowało jądro somatycznej komórki pochodzącej z "dorosłej" tkanki. Potwierdzono to odpowiednimi analizami genetycznymi. W publikacji nie podano, z jakiego typu komórek gruczołowych pochodziło owe jądro. W pobranej próbce tkanki przeważały komórki nabłonkowe (90%), ale były również inne zróżnicowane komórki, w tym mięśniowo-nabłonkowe i fibroblasty. Co ważne, mogły tam także znajdować się pewne niezróżnicowane komórki, które podtrzymują rozrost gruczołu mlekowego podczas ciąży.

W jaki sposób Wilmutowi udało się dokonać tego, co do tej pory uważano za niemożliwe? Co zaszło w skomponowanej przez naukowca "zygocie", że rozwinęła się w dorosły organizm? W jaki sposób udało się przełamać barierę zróżnicowania komórki dawcy jądra? Co umożliwiło mu podjęcie współpracy z cytoplazmą komórki jajowej?

Aby to zrozumieć musimy przyjrzeć się temu, co dzieje się z jądrami komórkowymi zygot i ich potomnymi w miarę rozwoju ssaka.

RÓŻNICOWANIE - AUTOSTRADA JEDNOKIERUNKOWA?

Potencjalnie każda komórka dorosłego organizmu ssaka zawiera ten sam pełen komplet dziesiątków tysięcy genów, niezbędnych do życia danego osobnika. Niektóre z genów są aktywne we wszystkich komórkach: są to geny warunkujące przebieg podstawowych funkcji życiowych komórek. Inne są bardziej wyspecjalizowane i działają jedynie w pewnych tkankach. Można powiedzieć, że jedyną, ale jakże podstawową różnicą między neuronem, komórką wątroby czy każdego innego typu, jest zestaw aktywnych w nich genów.

Scotish Blackface - dawca oocytu

Z pobranych oocytów natychmiast usunięto jądra komórkowe

W najwcześniejszych stadiach rozwoju zarodka te wyspecjalizowane geny pozostają w jakiś sposób wyłączone i "spakowane", a wszystkie jego komórki są totipotencjalne, tzn. każda mogłaby się rozwinąć po kolejnych podziałach w dowolną tkankę. Dlatego można z nich sklonować cały organizm. Jednak w miarę rozwoju zarodka komórki wkraczają na drogę prowadzącą do ich specjalizacji w określone rodzaje tkanek - różnicują się.

Fiasko wszelkich, nieraz wyszukanych prób sklonowania ssaka z komórek somatycznych dorosłego osobnika, a także innych prób odróżnicowania wyspecjalizowanych komórek, doprowadziło do sformułowania hipotezy, że co najwyżej kilkunastokomórkowy zarodek może dostarczyć jąder komórkowych, które przeniesione do oocytu pokierują pełnym rozwojem osobnika, a różnicowanie, tak jak jednokierunkowa autostrada, jest procesem bez powrotu. Za moment krytyczny uznano początek uaktywniania w genomie zarodkowym jego wyspecjalizowanych genów. W miarę kolejnych podziałów zdolność do odtworzenia całego organizmu z pojedynczej komórki słabnie, gdyż aktywna pozostaje jedynie informacja genetyczna niezbędna do spełniania jej swoistych funkcji. Kiedy komórka wkroczy na ścieżkę rozwojową zmierzającą ku komórce wątrobowej, nie może z niej zawrócić, odróżnicować się i podjąć dalszą "karierę" jako komórka nerki. Ta idea dochodzenia do ostatecznego zróżnicowania stała się obowiązującym dogmatem. Nie było jedynie pewności, co dzieje się z nieujawnianymi przez wyspecjalizowaną komórkę genami: zostają jakoś zablokowane, a może nawet modyfikacje genomu takiej zróżnicowanej komórki są już nieodwracalne? Jak zatem Wilmutowi udało się namówić dorosłe, wyspecjalizowane komórki z gruczołu mlekowego, aby zapomniały, czym są i przypomniały sobie o swych młodzieńczych możliwościach?

CUDOWNE ODMŁODZENIE

We wcześniej prowadzonych doświadczeniach Ian Wilmut zaobserwował, że głodzenie w hodowli aktywnych, częściowo zróżnicowanych komórek powoduje, iż większość ich genów przestaje działać, a same komórki wchodzą w stan spoczynku. W chromatynie następują jakieś zmiany strukturalne, w wyniku których zwiększa się jej podatność na odróżnicowanie - wrażliwość na obecne w cytoplazmie oocytu pewne białka zwane czynnikami transkrypcyjnymi i inne, które wiążą się z chromatyną.

Pod wpływem impulsu elektrycznego nastąpiła fuzja maleńkiej spoczynkowej komórki somatycznej z pozbawionym jądra komórkowego ogromnym oocytem i pobudzenie tak skonstruowanej "zygoty" do rozwoju

Po 6 dniach hodowli najlepiej wyglądające zarodki wprowadzono do macic matek zastępczych

Samo głodzenie nie wystarczyłoby jednak, by osiągnąć sukces. Zazwyczaj bowiem, jeśli obudzimy taką spoczynkową komórkę, dostarczając świeżej i bogatej w składniki pokarmowe pożywki, jej uśpiony program genetyczny włącza się ponownie od stadium różnicowania uprzednio osiągniętego, a komórka przypomina sobie swą tożsamość.

W tym jednak przypadku Wilmut wprowadzał jądro uśpionej komórki do nowego środowiska, jakim była cytoplazma oocytu. I to ona zdaniem Wilmuta odegrała największą rolę w wymazywaniu "pamięci" genów.

Do tego, aby cała operacja zakończyła się sukcesem, potrzebne było również zgranie cykli komórkowych obu partnerów: dawcy i biorcy somatycznego jądra. I tu znów głodzenie okazało się sprzyjać planom eksperymentatora. Komórki spoczynkowe są bowiem uniwersalnymi dawcami jądra dla niezapłodnionego, dojrzałego oocytu. Pod wpływem elektrofuzji i świeżej pożywki sztucznie skomponowana "zygota" rozpoczęła rozwój.

Jednocześnie jakieś nieznane jeszcze białka, znajdujące się w cytoplazmie, dokończyły dzieła przemodelowania genomu rozpoczęte głodzeniem. Inaczej mówiąc, wytarły do końca pamięć uprzednio zróżnicowanego, "donorowego" DNA.

Na istnienie takich białek dostarczanych przez żeńską komórkę płciową, oocyt, wskazywały wcześniejsze wyniki doświadczeń w prostszych układach: drożdży i zarodków żaby. Stwierdzono, że białka te wiążą się z odpowiednimi fragmentami DNA, wpływają na strukturę przestrzenną genów, uaktywniając je lub blokując tę aktywność. Prawdopodobnie pod wpływem analogicznych białek te geny, które już działały w hormonalnie pobudzonej tkance gruczołu mlecznego ciężarnej owcy zostały wyhamowane po implantacji do oocytu (tak jakby powróciły do stanu, w którym niegdyś znajdowały się w komórce jajowej). Pozostaje jeszcze niewielka, ale - jak na ironię prawdopodobna możliwość - że Dolly (jedyna udana próba z 277) pochodzi od jednej z tych wspomnianych wcześniej bardzo nielicznych, niezróżnicowanych komórek gruczołu mlekowego. Nie zmienia to jednak faktu, że komórka owa była komórką somatyczną dorosłego osobnika.

Finn Dorset

Scotish Blackface

Tylko jeden z nich rozwinął się w pełni i na świat przyszła Dolly

Niewątpliwie okolicznością sprzyjającą sukcesowi eksperymentu był fakt, iż w przypadku owiec genom zarodkowy wchodzi na drogę różnicowania dopiero w stadium 8-16 komórek. Dawało to przynajmniej teoretycznie 2-3 rundy podziałowe nowo skonstruowanej zygocie, w czasie których mogło dojść do przemodelowania dojrzałego jądra w jądro komórki zarodkowej, czyli utraty tożsamości jądra komórki gruczołu mlecznego (jakakolwiek by to była komórka). Nowo utworzona komórka rozpoczęła podziały, jakby znów stała się zarodkową. I tak na świecie pojawiła się Dolly.

Jej narodziny rozstrzygają problem losów genów w różnicujących się komórkach zarodka, dowodząc, że u owcy, a zatem prawdopodobnie i u innych ssaków, podczas rozwoju nie dochodzi do żadnego nieodwracalnego ubytku genów, informacja genetyczna pozostaje pełna, choć częściowo unieczynniona. Najważniejsze jest zaś to, że znaleziono sposób na zawrócenie komórki do punktu startu z tej jednokierunkowej "autostrady" prowadzącej ku śmierci.

O CO NAPRAWDĘ CHODZI?

Przedstawiając Dolly naukowcy byli pewni, że ich sukces nie przejdzie bez echa. I rzeczywiście. W mediach zawrzało. Rzadko które osiągnięcie naukowe było w przeszłości równie powszechnie dyskutowane i przeżywane. Sklonowanie owcy uczyniono wydarzeniem epokowym.

Jednak gdy emocje nieco opadły, można spróbować ocenić, jakie jest rzeczywiste znaczenie dla nauki eksperymentu Iana Wilmuta.

Wbrew początkowej opinii mediów sądzimy, że nie ma ono tej rangi, co odkrycia struktury i funkcji DNA, nie jest wydarzeniem stulecia, o tym zaś, czy i na ile jego waga wzrośnie, zadecydują dopiero przyszłe zastosowania. Nawet w "Nature", choć ze względu na przewidywane przez redakcję zainteresowanie publiczne zdjęcie Dolly zdobi okładkę, jednak opis doświadczeń zamieszczono dopiero jako siódmy "List do Nature".

Sklonowana przez zespół Iana Wilmuta Dolly i jej przybrana mama

Fot. Internet

Jest to niewątpliwie ogromnie ważne wydarzenie dla doświadczalnej embriologii, oznacza przełamanie niepokonanej dotąd bariery, ogromny krok ku zrozumieniu skomplikowanych procesów i mechanizmów działających podczas osobniczego rozwoju ssaków.

Embriologia należy do tych nauk biologicznych, które rozwijają się w ostatnich kilkudziesięciu latach niezwykle szybko i mają ważne aspekty praktyczne. Jeszcze nie tak dawno narodziny pierwszego dziecka z probówki były sensacją światową, dziś stały się rutynowym zabiegiem. Można już przeprowadzić zapłodnienie komórki jajowej in vitro wprowadzając miniaturową pipetką plemnik bezpośrednio do jej wnętrza. Taki zabieg daje szansę na ojcostwo mężczyznom bezpłodnym z powodu niedostatków plemników w nasieniu lub ich małej ruchliwości. Jeszcze 60 lat temu utrzymanie w inkubatorze wcześniaka przy życiu było niezwykłym wyczynem, dziś nie wzbudza nawet niepokoju matki.

Nie jest bynajmniej naszym celem umniejszanie realnego znaczenia badań z Instytutu Roslin. Odkrycie sposobu na odróżnicowanie jądra wyspecjalizowanej komórki ma ogromne znaczenie zarówno poznawcze, jak i praktyczne. To ostatnie zależeć będzie również od tego, czy w przyszłości uda się odróżnicować jądra komórek pochodzących z różnych dojrzałych tkanek.

Na razie metoda zastosowana w pierwszym udanym eksperymencie przypomina trochę błądzenie po omacku, nie wiemy, co naprawdę działo się w użytych do klonowania komórkach. Być może są różne sposoby na "odmłodzenie" ich DNA, nie znane są także białka oocytarne wspomagające tego rodzaju procesy. Trzeba będzie udoskonalić to pierwsze doświadczenie i teraz już cierpliwie, rzemieślniczo, krok po kroku zbadać sposoby regulacji aktywności genów. Na pewno ujawni się przy tym wiele nieznanych metod "zarządzania" genami, co pomoże w formułowaniu i realizacji kolejnych zadań badawczych. W przyszłości zdobywana w ten sposób wiedza o aktywizacji genów w trakcie rozwoju osobniczego pozwoli rozpoznać procesy prawidłowe i patologiczne.

Zanim wskażemy zastosowania medyczne wynikające z eksperymentu Wilmuta, pragniemy zwrócić uwagę na jeszcze jedną stronę poznawczą owczych przygód z embriologią. Badania te stworzyły pierwszy układ eksperymentalny do poznawania roli, którą odegrały warunki środowiska na tle zapisu genetycznego w formowaniu obserwowalnych cech każdego żywego osobnika. Do tej pory takie obserwacje, bez możliwości prowadzenia doświadczeń, kosztowne i ilościowo ograniczone, prowadzono jedynie na bliźniętach monozygotycznych.

Naukowcy z Roslin na pierwszy plan wysuwają korzyści z klonowania dla hodowli zwierząt. Nikt nie zamierza powoływać do życia bardzo licznych stad identycznych genetycznie owiec czy krów, zbyt dużą cenę płaci się za zmniejszanie biologicznej różnorodności gatunku. Możliwe stanie się za to powielenie niewielkiej liczby korzystnych z biotechnologicznego punktu widzenia pojedynczych osobników transgenicznych, jak również zwierząt urodzonych w wyniku tradycyjnych zabiegów hodowlanych.

Natomiast dopiero w dalszej perspektywie należy widzieć konsekwencje medyczne. Początkowo będą one związane z tymi procesami, naturalnymi lub patologicznymi, w których różnicowanie komórek odgrywa rolę wiodącą. Mamy szansę zmierzenia się na nowym polu z mechanizmami starzenia się komórek, tkanek, narządów, z chorobami nowotworowymi, chorobami typu degeneracyjnego, takimi jak reumatyzm, miażdżyca, autoimmunoagresja, choroba
Alzheimera, osteoporoza. Pojawią się wówczas koncepcje nowych leków i procedur terapeutycznych.

Wyniki prac nad klonami zwierzęcymi pomogą zapewne w opracowywaniu układów odtwarzania uszkodzonych narządów i tkanek: skóry, nerwów, wątroby, szpiku.

A KIEDY LUDZIE?

Głównym powodem, dla którego prasa, radio i telewizja zajęły się tak intensywnie klonem owcy, jest jednak inna konsekwencja szkockiego eksperymentu: objawiono światu, iż zapewne możliwe jest także sklonowanie człowieka. Trudno o większą sensację. Wizje mnożonych Stalinów i Hitlerów, produkcja ludzi na części zamienne, "ożywianie" zmarłych dzieci, wyzierały ze szpalt wszystkich chyba gazet. Eksperyment rozbudził nadzieje jednych i wywołał przerażenie innych, "przeciętnych zjadaczy chleba". Nie wymigamy się zatem także i my od pytania, czy w przyszłości klonować się będzie ludzi?

Na ten temat zarysowały się dwie rozbieżne opinie. Jedni, nazwijmy ich idealistami, przynależność do których deklaruje ogromna większość naukowców, w tym także Ian Wilmut, uznają takie postępowanie nie tylko za nieetyczne, ale i bezwartościowe z punktu widzenia poznawczego, gdyż nie wniosłoby do nauki niczego więcej ponad to, co o rozwoju ssaków dowiedzielibyśmy się, badając zwierzęta. Socjolodzy twierdzą, że nie ma w dzisiejszym świecie narodów czy grup światopoglądowych, w których kulturze mieściłoby się przyzwolenie na produkcję ludzi z matrycy.

Sprzeciw wobec klonowania ludzi wyrazili politycy i hierarchowie kościelni, z papieżem Janem Pawłem II na czele.

A jednak... Przy tak jednoznacznym i wyraźnym odżegnywaniu się od klonowania człowieka przez wszystkich władnych tego dokonać, odezwała się druga grupa - realistów - w tym wielu zwykłych ludzi wyrażających już dziś swą chęć uczestnictwa w takich próbach. Czy jednak, czytając gazety, wiedzą, do jakiego "eksperymentu" zgłaszają akces? A może jest to raczej próba zwrócenia na siebie uwagi mediów? One bowiem odegrały w tej całej sprawie niebagatelną rolę. Pozytywną - sumienia świata. Ale jest to tylko jedno oblicze tego bożka naszych czasów. Jedynie naiwni mogą uwierzyć w nie kontrolowany przeciek informacji na trzy dni przed ukazaniem się artykułu naukowego, skoro istnienie Dolly udało się skutecznie zataić przez 7 miesięcy.

Jakie więc powody kierują chętnymi do klonowania? W ludziach - których zdrowie i życie bywa poważnie zagrożone w wyniku nieuleczalnych schorzeń - gazety, radio i telewizja obudziły nadzieję na ratunek z sytuacji bez wyjścia. Nie wytłumaczyły jednak dobitnie, że wynikiem klonowania byłoby zwyczajne niemowlę, a nie paczka z częściami zamiennymi.

Innym problemem, który może przyczynić się do społecznej akceptacji klonowania ludzi jest sprawa prokreacji. Świat już od pewnego czasu przejawia swoistą obsesję na tym punkcie. W przypadku naszego gatunku posiadanie potomstwa to nie tylko problem biologiczny, ale również emocjonalny i kulturowy. Stąd zapewne wynika akceptacja zapłodnienia poza organizmem. Rosnąca potrzeba biologicznego dziedziczenia wyrasta z coraz bardziej powszechnego przypisywania cech naszej osobowości genom.

W globalnej wiosce, świecie wymieszanej i ujednoliconej kultury, wielu ludzi zadaje sobie pytanie: cóż więcej poza genami mogę ofiarować mojemu dziecku?

Problem klonowania ludzi wymaga jednak bardzo rzetelne-go rozpatrzenia pod wszystkimi względami i dokładnego wyjaśnienia społeczeństwu jego rzeczywistego znaczenia. Jeśli jednak uznamy, że ludzi się nie klonuje, trzeba tę kwestię pilnie i jednoznacznie uregulować w ponadnarodowych aktach prawnych. Ten pogląd podzielił m.in. Parlament Europejski w Strasburgu. Jeśli nie pomyślimy o tym teraz, możliwość dokonania wolnego wyboru zostanie już za chwilę wysoce utrudniona. Skończył się bowiem dla biologii wiek niewinności, wkroczyła ona w bezwzględny świat pieniędzy. Nauka powiązana jest dziś ściśle z prywatnymi firmami, które co prawda wspierają jej rozwój, ale także oczekują wymiernych zysków. Tylko dobre prawo może powstrzymać niektóre przedsięwzięcia i pozwolić kontrolować to, co dzieje się za zamkniętymi drzwiami laboratoriów.

Uczeni co jakiś czas wykradają niebu "ogień". Jednak nie tylko od nich, ale i od nas wszystkich zależy czy będzie on nam służył, czy też spłoniemy w jego żarze.

O podobnych zagadnieniach przeczytasz w artykułach:
(12/97) SKLONOWAĆ MAMUTA
(09/97) KLON CZY NIE KLON?
(09/97) SKLONUJEMY DINOZAURA?
(06/97) CO NOWEGO W BIOTECHNOLOGII?
(01/96) NIE MA JAK SEKS
(04/96) DZIEWORÓDZTWO
(09/97) SYN CZY CÓRKA?