Banki spermy, komórek jajowych, nasion, genów. Czym są i po co są?

Czym są banki nasienia, banki komórek jajowych (oocytów), banki zarodków? W jakim celu gromadzi się nasiona albo ich pyłek? Po co zbierane są dane o sekwencji nukleotydów w DNA wszelkich genów czy aminokwasów w białkach dla rozmaitych organizmów w bioinformatycznych bazach danych? Rzeczywiste i potencjalne zastosowania takich repozytoriów materiału biologicznego lub informacji o nim są bardzo szerokie – od podstawowych, fundamentalnych badań, przez przemysłowe wykorzystanie aplikacyjne, po powszechne użycie do celów medycznych. To o nich będzie niniejszy artykuł.

bank nasion
Hodowla roślin w Departamencie Rolnictwa USA



Repozytorium materiału biologicznego i bank genów – po co to?

Repozytoria materiału biologicznego, nie będące „martwymi” zbiorami muzealnymi, tylko magazynami aktywnych biologicznie komórek, ich fragmentów lub wyizolowanego DNA czy informacji o nim, są tworzone z różnych powodów. W zasadzie zawsze można znaleźć jakieś nowe, jeśli tylko będą potrzebne, zależnie od okoliczności. Fundamentalnie chodzi o posiadanie czegoś, co pozwoli na odtworzenie – na dzisiejsze możliwości technologiczno-naukowe lub na przewidywane, przyszłe perspektywy – osobnika jakiegoś gatunku, uzyskanie hodowli jego komórek bądź tkanek albo też fragmentów jego genomu, które można potem wykorzystać.


Po co konkretnie magazynować materiał biologiczny w biobankach? Do jakich celów miałoby to służyć? Na początek zawsze można powiedzieć o patetycznie brzmiącej idei zachowania bioróżnorodności dla przyszłych pokoleń, która pomimo przejedzonej podniosłości wcale nie jest argumentem fałszywym. Wręcz przeciwnie, a jego prostota sprawia, że wielu bierze go w dyskusjach czy opracowaniach za pierwszy przykład. Jeśli zastanowimy się nad sprawą bardziej w kontekście aplikacyjnym, od razu dostrzeżemy inny ważny – i po części tożsamy z pierwszym – powód gromadzenia materiału genetycznego. Chodzi o możliwość uzyskania albo odtworzenia poszczególnych gatunków i odmian roślin uprawnych i zwierząt hodowlanych do produkcji żywności czy surowców na ubrania i inne dobra materialne. Dla ludzi, bezpośrednio, banki biologiczne mogą być też nadzieją na posiadanie potomstwa.

Rodzaje „przechowalni” biologicznych i banków genów: banki oocytów, nasienia i zarodków

Przykład, jaki nasuwa się na początek, nie do końca w ścisłym znaczeniu uchodzący za bank genów, to ogród zoologiczny. Zoo początkowo służyły bardziej jako kolekcje żywych, egzotycznych zwierząt dla wysoko postawionych i bogatych ludzi. Z czasem jednak coraz częściej pełniły funkcje rozrywkowe, a później edukacyjne i dotyczące ochrony zarówno osobników poszczególnych gatunków, jak i gatunków samych w sobie. Dzisiaj, w niewoli, w tym w ogrodach zoologicznych i jednostkach im podobnych czy hodowlach, żyje wiele zwierząt, które nie występują już na wolności (lub ich populacje w stanie dzikim są poważnie zagrożone) i w tym rozumieniu zoo da się uznać za pewnego rodzaju magazyn biologiczny. Podobnie powiedzieć można o ogrodach botanicznych czy dendrologicznych.


Przechodząc do bardziej dosłownie rozumianych magazynów biologicznych i banków genów, tworzonych głównie dla „tu i teraz” (np. zastosowania medyczne i weterynaryjne) lub prewencyjnego chronienia bioróżnorodności ogólnej, rolniczej czy hodowlanej, wymienia się wśród nich banki nasion, banki spermy i oocytów, banki zarodków, banki komórek (także komórek macierzystych; w tym miejscu warto zaznaczyć, że przytłaczająca większość terapii komórkami macierzystymi to scam i oszustwo, w niewielu przypadkach wykazano, że są one skuteczne) i tkanek oraz bioinformatyczne bazy genomiczne, transkryptomiczne czy proteomiczne. O nich będę pisał w dalszej części tekstu.

Banki oocytów (komórek jajowych) są prowadzone przede wszystkim po to, aby przeczekać lub ominąć zaburzenia zdrowotne związane z niepłodnością. Na przykład w sytuacji, gdy kobieta wydaje zdrowe oocyty, ale nie może z powodów zdrowotnych zajść w ciążę, może je zachować w banku komórek jajowych na później. Ze względu na to, że oocyty kobiet po 35. roku życia znacznie częściej wykazują aberracje genetyczne prowadzące do zespołów wad wrodzonych (np. brak czy nadmiar jakiegoś chromosomu), to kobiety przed osiągnięciem tego wieku, chcące mieć dzieci, ale „jeszcze nie teraz”, decydują się na przechowanie „młodszych”, zdrowych oocytów, aby później wykorzystać je do uzyskania zarodka i ciąży. Na marginesie, ciekawostką jest, że nowoczesne zabiegi z zakresu biologii reprodukcyjnej i manipulacje oocytami pozwalają mieć potomstwo, które biologicznie posiada aż trzy matki: dawczynię jądra (DNA jądrowe), dawczynię jaja i ooplazmy z mitochondriami (mitochondrialne DNA zgromadzone w ooplazmie) oraz kobietę, która donosi ciążę i urodzi dziecko.


Częstsze i szersze zastosowanie mają banki nasienia. Przechowywane w nich plemniki mogą być zastosowane do uzyskania ciąży u par, w których mężczyzna jest bezpłodny (plemnik pochodzi oczywiście od innego mężczyzny, dawcy). Czasami na taki krok decydują się też bogate, samotne kobiety, chcące wychowywać dzieci bez ojca. W wielu krajach jest to również sposób na zakładanie rodzin przez pary lesbijek. Banki nasienia są jeszcze bardzo popularne w zootechnice – sperma dobrego rodowodu byka czy ogiera potrafi sporo kosztować, a naturalne zapłodnienie podczas stosunku w nowoczesnych hodowlach bywa rzadkością.

bank genów
Bank genów Departamentu Rolnictwa USA

W przypadku ludzi tego rodzaju metody budzą etyczne obawy – dziecko jest z góry skazywane na brak kontaktu z biologicznym ojcem, co może być rozpatrywane jako wyrządzona mu krzywda. Bardziej kontrowersyjne jest użycie do uzyskania ciąży nasienia zmarłego mężczyzny, bo i to oferują niektóre firmy w USA. Co gorsza, są miejsca gdzie komercyjnie dostępne jest sortowanie plemników w celu wybrania sobie płci dziecka, a to uznawane jest za dyskryminację potencjalnego płodu i przyszłego potomka ze względu na płeć. To ostatnie niejednokrotnie jest w wysokorozwiniętych krajach nielegalne, chyba że istnieje wyraźne ryzyko wystąpienia choroby sprzężonej z płcią. Wówczas dla jej uniknięcia selekcja płci jest legalna – tak jest np. w Wielkiej Brytanii.

Przeczytaj także: Wiek kobiety a płodność

Oprócz gromadzenia zarodków, różnego rodzaju komórek, w tym oocytów i plemników, za bank genów czy informacji biologicznej uznać można również bioinformatyczną bazę danych. Tego rodzaju przedsięwzięcia, dostępne często za darmo w Internecie (np. na stronie ncbi), zbierają miliony zapisów dotyczących genomów (sekwencje DNA), epigenomów (miejsca modyfikacji epigenetycznych), transkryptomów (informacji o ekspresji genów), proteomów (informacji o aktywności białek), metabolomów (jak w transkryptomice i proteomice, ale o produktach przemiany materii). Wchodząc w odpowiednią bazę danych możemy sprawdzić np. z jakich nukleotydów zbudowany jest gen syntazy kwasów tłuszczowych u człowieka czy u szczura, jak jest metylowany, w jakich tkankach i o jakich porach dnia czy roku bądź po jakich zdarzeniach poddawany jest większej ekspresji, z jakich aminokwasów składa się tworzone na bazie tego genu białko itd.

Banki nasion w Polsce i na świecie

Dla roślin, oprócz hodowania ich, gromadzenia pyłku i danych bioinformatycznych, prowadzi się także banki nasion. Pozwala to zachować różnorodność genetyczną flory w swego rodzaju magazynach, z czego korzystają na przykład rolnicy, sadownicy, ogrodnicy. Nie chodzi tu wyłącznie o całe gatunki i ich odmiany, ale także – co zasugerowałem wcześniej w tekście – poszczególne ich cechy, np. produkcji jakiejś prowitaminy, antocyjanów czy pożądanych białek insektobójczych, mniejszej podatności na niekorzystne warunki pogodowe (np. susze) bądź po prostu przyziemnego, lepszego smaku, które wskutek odpowiedniego krzyżowania albo zastosowania inżynierii genetycznej mogą być wykorzystane.


Banki nasion, podobnie jak banki spermy, oocytów czy zarodków, muszą spełniać określone warunki, w których przechowywany materiał biologiczny pozostanie aktywny, żywy. W tym przypadku rośliny muszą być odpowiednio odwilgocone i trzymane w niskiej temperaturze. Według ONZ ds. Wyżywienia i Rolnictwa dla zachowania jak najdłuższego potencjału nasion, powinny być one trzymane w -20 stopniach Celsjusza przy 20% wilgotności względnej (stosunkowej). Warunki te nie są uniwersalne dla wszystkich gatunków – niektóre trzeba przechowywać w ciekłym azocie, a inne wystarczy wysuszyć. Czas, jaki wytrzymać mogą nasiona, też jest różny, dlatego pracownicy banków nasion muszą regularnie sprawdzać jaki procent z nich wykiełkuje i uzupełniać zbiory.

bank genów
Fasola w banku genów w Kolumbii. Autor: Neil Palmer

Spełnienie wymaganych dla poszczególnych gatunków roślin warunków to tylko część wyzwań, jakie stoją przed bankami nasion. Ich zarządcy muszą planować, jakie dokładnie nasiona przechowywać, tzn. o jakich genotypach, tak aby magazyny te jak najlepiej spełniały swą aplikacyjną rolę. Nie może być też tak, że botanik pracujący w takiej placówce stwierdza sobie, że weźmie garść tych nasion, trzy tamtych i jeszcze tuzin innych. Muszą być one dobrane, różnorodne genetycznie, żeby bank nasion spełniał swą funkcję co do rzeczywistej i prewencyjnej ochrony bioróżnorodności.


Nie da się ukryć, że gromadzenie nasion podszyte jest także obawami o skutki ewentualnej katastrofy ekologicznej, takiej jak uderzenie planetoidy w Ziemię czy globalne ocieplenie, bądź też efekty rozległych działań wojennych z wykorzystaniem broni masowego rażenia, które w obliczu posunięć m.in. Rosji i Chin w ostatnich latach w świadomości wielu osób wydają się być coraz bardziej prawdopodobne. Większa świadomość, co do bioróżnorodności ogólnej czy w rolnictwie, jest więc jedynie jednym z powodów większej popularności banków nasion. Banki nasion są zresztą często dotowane przez instytucje publiczne, wobec czego muszą zainteresować decydujących o funduszach polityków i urzędników.

Globalny Bank Nasion, który znajduje się na Svalbardzie, na wyspie Spitsbergen, w wiecznej zmarzlinie, dzięki otaczających go ujemnych temperaturach może być prowadzony bez wykorzystania zamrażarek. Odpowiednia, podziemna lokalizacja, czyni magazyn schronem przeciwatomowym – na wypadek wojny nuklearnej zgromadzone w nim materiały powinny być bezpieczne. Największy zaś bank nasion – Bank Nasion Millenium – leży niedaleko Londynu. Mniejsze banki nasion są położone w wielu różnych krajach na całym świecie. W Polsce głównym bankiem nasion jest Krajowe Centrum Roślinnych Zasobów Genowych.


A jak jest w Polsce? Jednym z magazynów jest u nas organizowany przez poznański Ogród Botaniczny Uniwersytetu im. Adama Mickiewicza w Poznaniu (UAM) bank nasion, gdzie rozwijany jest również projekt digitalizacji zasobów przyrodniczych tak, aby można z nich było korzystać przez Internet. Co więcej, Ogród Botaniczny UAM w Poznaniu – wraz z m.in. Śląskim Ogrodem Botanicznym, Ogrodem Botanicznym PAN w Powsinie czy Leśnym Bankiem Genów w Miłkowie – uczestniczy w projekcie FlorNatur ROBiA (Rady Ogrodów Botanicznych i Arboretów), współtworząc sieć regionalnych banków nasion w Polsce. W przyszłości powinno zaowocować to większym zabezpieczeniem bioróżnorodności naszego kraju.

Artykuł napisałem we współpracy z Uniwersytetem im. Adama Mickiewicza w Poznaniu.

Łukasz Sakowski. Czytaj więcej
    Skomentuj na blogu
    Skomentuj na facebooku

1 komentarze :

  1. Witam. Pragnę nadmienić iż Państwa artykuł pominął największy i najważniejszy Bank Nasion w Polsce. Jest nim Krajowe Centrum Roślinnych Zasobów Genowych znajdujące się w Instytucie Hodowli i Aklimatyzacji Roślin - Państwowy Instytut Badawczy w Radzikowie. Link ze wszystkimi informacjami znajdą Państwo tutaj: https://bankgenow.edu.pl/

    OdpowiedzUsuń