O co chodzi ze „sztucznym ludzkim zarodkiem”? Jak go stworzono i co to oznacza?

W ostatnim czasie świat obiegła informacja, że izraelscy biolodzy dokonali przełomu w badaniach embriologicznych. W ciągu 8-dniowego eksperymentu udało im się stworzyć wczesny ludzki „zarodek”, który powstał nie z plemnika i komórki jajowej, lecz z przeprogramowanych komórek somatycznych. Czy media słusznie zrobiły z tego naukowy temat tygodnia? Na czym dokładnie polega przeprowadzony proces? Czy taki zarodek faktycznie jest odpowiednikiem naturalnie powstałego embrionu, istniejącego w wyniku zapłodnienia? I czy technika taka pozwoliłaby w przyszłości na laboratoryjną hodowlę ludzi?

Artykuł ten mogłem napisać dzięki wsparciu moich Patronów oraz Patronek. Tworzenie jakościowych, niezależnych treści wymaga bowiem sporo czasu i kosztów, podobnie jak utrzymanie i rozwój bloga. Jeśli też chcesz wesprzeć istnienie „To Tylko Teorii”, zapraszam na mój profil w serwisie Patronite.

Co dokładnie zrobiono? Przebieg eksperymentu

W normalnej sytuacji zarodek powstaje poprzez zlanie się przedjądrza męskiego (z plemnika) i żeńskiego (z oocytu) w zygotę. W momencie jej pierwszego podziału komórkowego mamy już do czynienia z nowym życiem, odrębnym osobnikiem, kolejnym pokoleniem, które zaczyna się różnicować w coraz to bardziej wyspecjalizowane komórki organizmu.

Jednak tutaj, w omawianym eksperymencie, całkowicie zmieniono formułę biologii rozwoju zarodka. Zamiast opisanego procesu z udziałem plemnika i komórki jajowej, wykorzystano macierzyste komórki pluripotencjalne (zdolne do rozwinięcia się w każdy rodzaj komórek, oprócz tych tworzących trofoblast, a potem łożysko). Następnie przeprogramowano je w komórki totipotencjalne – mogące przekształcić się we wszystkie możliwe typy komórek, również trofoblastyczne – i zadziałano na nie specjalnymi środkami chemicznymi, aby wyróżnicowały się w epiblast (czyli właściwy zarodek) i struktury pozazarodkowe: trofoblast i hipoblast (w późniejszych fazach współtworzący pęcherzyk żółtkowy). Potem zmieszano je w specjalnych proporcjach i hodowano we wstrząsarce laboratoryjnej. Dodać trzeba, że komórki te nie były zmodyfikowane genetycznie.

Pomimo iż większość hodowanych komórek nie reagowała w sposób typowy dla rozwoju zarodka, to około 1% z nich zaczął samoistnie tworzyć skupiska, w których powstały struktury podobne do zarodkowych. Jak zauważa sam Instytut Weizmanna, gdzie eksperyment ten przeprowadzono, nie były to zarodki, lecz twory „zarodkopodobne”, co już studzi sensacyjny styl medialnego przekazu o „sztucznych zarodkach” itp.

Kluczowe wnioski

Strukturę zarodkopodobną hodowano przez 8 dni, co odpowiadało 14 dniom rozwoju zarodka. Co to oznacza? Dla porównania, naturalnie rozwijający się zarodek ludzki w 5. dniu rozwoju ma formę blastocysty, która wylęga się z tzw. osłonki przejrzystej (można to nazwać wykluwaniem się zarodka, obrazowo zresztą wygląda to właśnie jak wyklucie), po czym zagnieżdża się w macicy. Implantacja kończy się w 10-12 dniu, a około 14 dnia zaczynają powstawać trzy listki zarodkowe (endoderma, ektoderma, mezoderma), które potem wezmą udział w jednym z najważniejszych procesów w całym życiu każdej osoby czy każdego zwierzęcia (płciowego) – w gastrulacji. W jej trakcie różnicują się i kształtują różne komórki, które utworzą i ukształtują poszczególne części ciała i organy.

Kluczowe są więc następujące fakty: (1) eksperyment izraelskich uczonych zakończył się zanim zaczęła się gastrulacja; (2) sekwencja rozwoju ich zarodkopodobnej struktury pomijała etap gametogenezy (powstawania plemników i komórek jajowych – jest to o tyle ważne, że wówczas zachodzi crossing-over i sortowanie chromosomów, zwiększające różnorodność genetyczną i zmniejszające ryzyko chorób i predyspozycji do chorób), zapłodnienia, zygoty, moruli (kilku- kilkudziesięciokomórkowego zarodka), blastocysty (i jej wylęgania), zagnieżdżania; (3) w 3. dniu eksperymentu rozwój struktur zarodkopodobnych odpowiadał 10. dniu naturalnego rozwoju zarodka, a w 8. dniu, gdy eksperyment zakończono, zarodkopodobny twór był analogiem 14. dnia rozwoju właściwego embrionu. Co z tego wynika?

Zdementowanie błędów i manipulacji medialnych

Wiele mediów podało informację, że izraelscy naukowcy stworzyli ludzki „zarodek”. Tymczasem, jak sami badacze podają, była to zarodkopodobna struktura hodowlana z komórek macierzystych (ang. the stem cell–based embryo-like structures), a nie rzeczywisty zarodek. To bardzo dużo zmienia, czego świadomość daje choćby porównanie serca do tworu tkankowej hodowli sercopodobnej.

Po drugie, nie jest to pierwszy embriopodobny twór komórkowy, a tak można by wywnioskować z niektórych nagłówków. W rzeczywistości tworzono je już wcześniej, szczególnie na gatunkach laboratoryjnych, np. na myszach.

Trzecia kwestia jest taka, że eksperyment nie trwał 14 dni, jak można przeczytać w niektórych tytułach prasowych. Badacze prowadzili go przez 8 dni i w ósmym dniu struktura zarodkopodobna przypominała naturalny zarodek w wieku 14 dni. O tym, dlaczego badanie zatrzymano właśnie wtedy, napiszę poniżej.

Przy okazji, 14-dniowy zarodek ludzki wygląda tak:

A nie tak:

Dlaczego badanie przerwano ósmego dnia?

W bardzo wielu państwach prawo ogranicza eksperymenty na zarodkach do 2 tygodnia rozwoju. Choć w dyskusjach polityczno-prawnych na ten temat brano pod uwagę także argumenty ideologiczne, filozoficzne czy religijne, to granicę tę ustalono przede wszystkim z przesłanek merytorycznych: z powodu faktu, że zarodek do 14 dnia życia jest w stanie w miarę normalnie przeżyć poza organizmem kobiety, a także dlatego, że rozpoczyna się wówczas przedwstępny etap gastrulacji, kiedy to organizm przestaje już być potocznym „zlepkiem komórek”, a staje się dość szczegółowo zróżnicowanym ciałem prenatalnym (zarazem nie ma jeszcze układu nerwowego, który pojawia się chwilę później).

Oprócz tego istotny jest w tym też efekt progu psychologicznego u eksperymentatorów: każdy doskonale wie, że przekraczanie ustalonych granic, jeśli są one „niskie” czy „drobne”, jest stosunkowo łatwe do moralnego uzasadnienia lub zracjonalizowania, mimo iż gdy zsumuje się efekty kilku takich przekroczeń, mogą się one okazać szokujące czy nielegalne. Jeśli granica jest więc postawiona we względnie płynnym, ale jednak dość konkretnym czasie, jej zniesienie będzie o wiele trudniejsze, co ma uchronić ludzkość przed pójściem w kierunku traktowania nie tylko ludzi jako istot, ale też człowieczeństwa jako zjawiska – jak towaru, sposobu uprawiania polityki itd.

Wysoka poprzeczka spełnia także inną funkcję: nawet jeśli człowiek czasem łamie swoje wysokie standardy, to aspiracja by ich przestrzegać, jak i świadomość, że one istnieją, ograniczają wszelkie ryzyko. W ten sam sposób formułuje się rozmaite konwencje etyczne, nie tylko w nauce, ale i w wojskowości, ochronie zdrowia, branży spożywczej itd. Działa to również na poziomie jednostek: inaczej funkcjonuje ktoś, kto stara się prowadzić zdrowy tryb życia, ale od czasu do czasu zrobi coś niezdrowego, niż osoba, którą nie obchodzą żadne tego typu zasady. I tak dalej…

Czy tworzenie w ten sposób „sztucznych” ludzi byłoby możliwe?

Choć hipotetyczne, to bardzo możliwe, że taki zarodkopodobny twór, jaki utworzono, nawet mimo najlepszych możliwych warunków laboratoryjnych wkrótce tak czy inaczej by obumarł, gdyż do prawidłowego rozwoju organizmu potrzebne są czynniki genetyczne, białkowe i hormonalne, a przede wszystkim środowiskowe – włącznie z obecnością macicy, kontaktowego nacisku w różnych miejscach itd.

Co więcej, komórki powstałe w toku przeprogramowywania są mniej stabilne genetycznie, epigenetycznie i metabolicznie od normalnych komórek, a przez to skłonne do np. nowotworzenia. Zaś brak odpowiednich procesów powodujących różnorodność genetyczną (crossing-over i segregacja chromosomów, o których pisałem tutaj, a także zlanie przedjądrzy męskiego i żeńskiego w jedno, nowe jądro komórkowe) jeszcze bardziej zwiększyłyby prawdopodobieństwo poważnych zaburzeń i wczesnego obumarcia takiego „zarodka”.

Nawet jeśli jakimś cudem dałoby się taką techniką tworzyć nowych ludzi, to wydajność tego procesu byłaby raczej nieopłacalna – podobnie jak w przypadku choćby klonowania. Liczba obumarłych zarodków, płodów czy chorych noworodków, przypadających na liczbę uzyskanych w ten sposób zdrowych dzieci, byłaby zbyt duża, aby prowadzenie takiego „biznesu” było jakkolwiek opłacalne. A o ile naturalne poronienia przy zwykłej ciąży także dość często się zdarzają (i, na marginesie, dotyczą zwykle zarodków i płodów wadliwych genetycznie bądź morfologicznie – jest to swego rodzaju fizjologiczna selekcja biologiczna), to ich koszty (różnego typu) nie są tak wysokie, bo jest to najnormalniejsze w świecie zjawisko, zachodzące u ssaków od milionów lat.

Prędzej można by sobie wyobrazić podawanie takich zarodków do macicy z nadzieją, że się zagnieżdżą. Pytanie tylko po co, skoro zwykłe zapłodnienie (i w warunkach naturalnych i in vitro) jest i będzie dla takiego zarodka i przyszłej nowej osoby o wiele zdrowsze i bezpieczniejsze, a dla rodziców i dla instytucji publicznych tańsze? Dlatego uważam, że głoszenie dystopijnych wizji o hodowaniu w ten sposób dzieci w laboratoriach jest co najmniej przedwczesne, a być może w ogóle nierealistyczne. Myślę, że największe zagrożenie w tym zakresie odnosi się do prawa oraz emocjonalnego przywiązania: ewentualne dzieci nie mające rodziców, a zwłaszcza noszącej je w czasie ciąży, a przez to bardzo silnie przywiązanej matki, nie będą miały ochrony emocjonalnej, społecznej i prawnej, która jest potrzebna dzieciom do prawidłowego rozwoju i zachowania bezpieczeństwa. Prędzej więc wyobrażam sobie scenariusz jak z filmu „Wyspa” lub książki „Nie opuszczaj mnie”, niż „Nowy wspaniały świat”.

Efekty badania

Skoro opisywany eksperyment nie służył do powstania technologii tworzenia dzieci bez udziału rodziców, to jaki był jego cel? Co takie badanie może wnosić? Po pierwsze, jest to forma nauki podstawowej. W opozycji do nauki aplikacyjnej, nie służy ona z założenia żadnym konkretnym, pragmatycznym rozwiązaniom (choć w perspektywie czasu niemal zawsze się do nich przyczynia), tylko badaniu świata. Innymi słowy, naukowcy szukają odpowiedzi na to „jak jest?”, a nie „co zrobić, żeby uzyskać taki a taki efekt?”.

W tym przypadku dzięki badaniu można zobaczyć, jak to jest i co sprawia, że niektóre zarodki (w naturalnej ciąży lub w rozwoju in vitro, przed podaniem ich do macicy) zaczynają wchodzić na szlak zaburzonego rozwoju. Jak zauważa placówka, gdzie badanie przeprowadzono, „jeśli w 3. dniu protokołu eksperymentu (co odpowiada 10. dniu naturalnego rozwoju embrionalnego) zarodek nie zostanie prawidłowo otoczony komórkami tworzącymi łożysko, jego struktury wewnętrzne, takie jak pęcherzyk żółtkowy, nie będą się prawidłowo rozwijać”. Instytut Weizmanna dodaje też, że na takich embriopodobnych tworach ludzkich można by w przyszłości prowadzić badania nad embriopatologiami czy testy teratologiczne.

Jeżeli podoba Ci się mój artykuł, jak i szerzej moja działalność pronaukowa, dziennikarska i analityczna, zachęcam do dołączenia do grona moich Patronów. Dzięki ich wsparciu mogę utrzymywać i rozwijać tego bloga.