Klonowanie, zapłodnienie in vitro i inne embriologiczne „zabawy”

Jakiś czas temu napisałem artykuł o podstawach embriologii (tutaj – klik), z którego możecie dowiedzieć się o fundamentalnych sprawach dotyczących tej dziedziny. W dzisiejszym tekście napiszę za to trochę szerzej o embriologii stosowanej, aplikacyjnej, wykorzystywanej w medycynie i biologii rozrodu. Będzie więc o zapłodnieniu pozaustrojowym, komórkach macierzystych, o klonowaniu, partenogenezie, modyfikacjach genetycznych i medycynie regeneracyjnej.

dziecko zapłodnienie in vitro klonowanie

Współczesna embriologia

Nie byłoby współczesnej embriologii, zwłaszcza tej eksperymentalnej i aplikacyjnej, gdyby nie polski profesor Andrzej Tarkowski. Globalnej sławy biolog z Uniwersytetu Warszawskiego, który należał do światowej czołówki naukowców zajmujących się embriologią, a wyniki swoich badań publikował w najlepszych międzynarodowych czasopismach naukowych, w tym w słynnym „Nature”. Dzielił zarodki, przeszczepiał je, indukował rozwój komórki jajowej w zarodek, bez zapłodnienia (rozwój partenogenetyczny, o którym więcej pisałem tutaj – klik). Robił to głównie na myszach. Podstawy wiedzy potrzebnej do klonowania czy zapłodnienia in vitro wyjawił nam poprzez swoje eksperymenty właśnie prof. Andrzej Tarkowski. Choć zmarł w roku 2016, to nie da się o nim nie wspomnieć, jeśli patrzymy na odkrycia i dokonania nowoczesnej embriologii.  

Współczesna embriologia stosowana, oczywiście w połączeniu z genetyką, biochemią i innymi dziedzinami biologii i medycyny, oferuje cały wachlarz niesamowitych możliwości. Od zapłodnienia in vitro, przez klonowanie, po tworzenie genetycznie zmodyfikowanych zwierząt i indukowanie komórek macierzystych ze zróżnicowanych komórek somatycznych i po przyszłościową ciążę pozaustrojową. Przyjrzyjmy się wszystkiemu po kolei.

Zapłodnienie pozaustrojowe in vitro

Zapłodnienie in vitro, czyli zapłodnienie pozaustrojowe, to technika pozwalająca na zapłodnienie poza organizmem kobiety. Oocyt zostaje w tym celu pobrany od kobiety, a plemniki od mężczyzny. Cała procedura jest czasochłonna, pracochłonna i kosztochłonna, więc gamety wybiera się pod kątem ich jakości, tak aby szansa stworzenia prawidłowego zarodka zdolnego do implantacji i rozwinięcia się w płód, była jak największa. Do naczynia z oocytem, który jest już odpowiednio dojrzały, dodaje się plemniki. Zapłodnienie zachodzi w sposób naturalny. Na zdjęciach i grafikach przy artykułach o zapłodnieniu in vitro często pokazuje się oocyt z wbitą weń strzykawką. Jest to sztuczne zapłodnienie, czyli wprowadzenie wybranego, jednego plemnika do oocytu. Robi się tak np. gdy plemniki mężczyzny mają problem z przedostaniem się przez osłonkę przejrzystą, która otacza oocyt, a z której zarodek wylęga się będąc blastocystą. W tym właśnie stadium zarodek może być przeniesiony do macicy. Całość wcześniejszego rozwoju kontrolowana jest zarówno przez embriologa (wywiad z embriologiem klinicznym o tym, jak wygląda jego praca, znajdziecie tutaj  –klik), jak i urządzenie zwane embrioskopem. Technologia zapłodnienia in vitro służy wielu celom. Poza tym oczywistym, czyli pomaganiu w zostaniu biologicznymi rodzicami parom z problemem niepłodności czy parom jednopłciowym, pozaustrojowe zapłodnienie wykorzystuje się w hodowlach zwierząt gospodarskich. Może być też korzystne w niektórych programach ratowania ginących gatunków.

Klonowanie

Klonowanie, a właściwie jego „ważniejszy” typ, silnie związane jest z procedurą zapłodnienia pozaustrojowego. Chodzi o klonowanie przez transfer jądra. Żeby je przeprowadzić potrzebny jest oocyt utrzymywany w warunkach in vitro. W tym przypadku trzeba go jednak pozbawić jądra komórkowego, a w jego miejsce wstawić jądro genomu klonowanego, czyli genomu osoby/osobnika, która ma być sklonowana. Haploidalny, a zatem pojedynczy zestaw chromosomów komórki płciowej jest w ten sposób zastępowany genomem diploidalnym dawcy. Po odpowiedniej stymulacji fizykochemicznej tak przygotowana komórka jajowa przekształca się w zarodek, który przy odrobinie szczęścia rozwinie się prawidłowo, zaimplantuje, przekształci w płód i zostanie urodzony. Takie klony są jednak w przybliżeniu genetycznego wieku swoich dawców, więc gdy dawcą jest osobnik dorosły, to pomimo młodego wieku osobnik sklonowany jest genetycznie starszy, niż być powinien. Inaczej jest w przypadku drugiego typu klonowania, będącego znacznie prostszym. Chodzi o klonowanie zarodków. W tym przypadku wystarczy podzielić zarodek na odpowiednio czesnym etapie rozwoju, kiedy jego komórki są zdolne do przekształcenia się we wszystkie inne typy komórek. Wówczas z każdej części zarodka po podziale możemy otrzymać odrębne zarodki, a ostatecznie odrębne osoby/osobniki. Tą drogą, tyle że naturalnie – bez laboratoryjnych procedur – powstają bliźniaki jednojajowe. Ich doświadczenie daje odpowiedź na lubiane w świecie fantastyki pytanie o świadomość czy odrębność kolega – osoby takie są całkowicie niezależne, a kwestia świadomości bardziej niż o biotechnologię, zahacza o neurobiologię połączoną z informatyką i programowaniem oraz sztuczną inteligencją.

Edward Dolnick Nowe Życie
Edward Dolnick. „Nowe życie”. Zdjęcie umieszczone w artykule w ramach współpracy z wydawnictwem Znak.

Indukowanie komórek macierzystych

Jeszcze jedną możliwą, osiągalną obecnie ingerencją człowieka w naturę w zakresie embriologii, jest indukowanie komórek macierzystych. Istnieją różne rodzaje komórek macierzystych: totipotentne (mogące przekształcić się we wszystkie rodzaje komórek), pluripotentne (zdolne do przemiany we wszystkie rodzaje komórek poza tymi, które stworzą łożysko) oraz multi- i unipotentne, różnicujące się odpowiednio w komórki w obrębie danej tkanki oraz w konkretną, inną komórkę. Totipotentne są wczesne zarodki, przed wykształceniem trofoblastu, natomiast po tym zdarzeniu komórki węzła zarodkowego są pluripotentne. Można więc ukierunkować je na rozwój tkanki mięśni szkieletowych, sercowych, tkanki nerwowej czy kostnej. Dlatego właśnie komórki macierzyste są nadzieją medycyny regeneracyjnej. Pobieranie komórek macierzystych z zarodków do takich celów jest uważane za nieetyczne, ale istnieje inna droga by je pozyskać – indukowanie komórek macierzystych. Jest to wielotorowa technika tworzenia komórek macierzystych z komórek somatycznych, na przykład komórek skóry. Zadziałanie odpowiednimi czynnikami zmienia ich poziom zróżnicowania i faktycznie „wracają” do etapu komórek macierzystych. Jednak nie do końca – indukowane komórki pluripotentne nie są stabilne i mogą przekształcać się w potworniaki, czyli nowotwory komórek macierzystych. Naukowcy próbując odkryć jak obejść ten problem, muszą zagłębiać się w niesamowicie szczegółowe poziomy ekspresji poszczególnych genów i różnych interakcji w komórce, tak aby dowiedzieć się które szlaki sygnałowe powinny być aktywowane lub dezaktywowane i w którym momencie, żeby nad całym tym procesem zapanować, pozbywając się ryzyka stworzenia potworniaka.

Genetyczne modyfikacje

Ważnym na dzień dzisiejszy aspektem w kontekście embriologii eksperymentalnej jest tworzenie odmian zwierząt genetycznie zmodyfikowanych (GMO). Również tutaj potrzebny jest embriolog. Komórki macierzyste modyfikuje się genetycznie poprzez wprowadzenie określonego genu, w warunkach in vitro, a następie wszczepia się je do zarodka. Gdy po narodzinach osobnik wykazuje  udaną transformację, to takiego osobnika rozmnaża się z kolejnym udanie zmodyfikowanym, by otrzymać genetycznie zmodyfikowane potomstwo. Odmiany zwierząt GMO służą np. do prowadzenia badań naukowych, a niedawno w Ameryce zezwolono na spożywczą produkcję genetycznie zmodyfikowanych łososi AquaAdvantage, po 20 latach badań. Głosem przyszłości są natomiast ciąże pozaustrojowe. Dokonywano już prób na zwierzętach, ale jest to wciąż jeszcze nieosiągalna powszechnie technologia.

Niesamowite jest to, jak wiele możliwości dają nam nauka i medycyna – a to co tu opisałem to zaledwie wycinek ich możliwości, które z każdym rokiem stają się coraz większe. Postęp w tych dziedzinach jest nieunikniony i co więcej – potrzebny. Zawsze jednak należy podkreślać, że niezwykle ważne jest zachowywanie standardów etycznych i bioetycznych, zwłaszcza gdy w grę wchodzą całkowicie nowe technologie, takie jak pozaustrojowa ciąża czy genetyczne modyfikowanie zarodków ludzkich w celach innych, niż ewidentnie lecznicze.

Prowadzenie bloga naukowego wymaga ponoszenia kosztów. Merytoryczne przygotowanie do napisania artykułu to często godziny czytania podręczników i publikacji. Zdecydowałem się więc stworzyć profil na Patronite, gdzie w prosty sposób można ustawić comiesięczne wpłaty na rozwój bloga. Dzięki temu może on funkcjonować i będzie lepiej się rozwijać. Pięć lub dziesięć złotych miesięcznie nie jest dla jednej osoby dużą kwotą, ale przy wsparciu wielu staje się realnym, finansowym patronatem bloga, dzięki któremu mogę poświęcać więcej czasu na pisanie artykułów.

Udostępnij na Google Plus

O autorze

Łukasz Sakowski. Biolog z Poznania. Czytaj więcej
    Skomentuj na blogu
    Skomentuj na facebooku

1 komentarze :

  1. Bardzo spodobał mi się twój blog,może napiszesz o Arkadiuszu Brzeskim.
    Dobry temat na artykuł.
    https://www.youtube.com/watch?v=EYeM3Tz-ki8,https://www.youtube.com/watch?v=1e_iHezYfgY,https://www.youtube.com/watch?v=o4_C3kg6Lh0

    OdpowiedzUsuń