Dziecko z komórek dwóch ojców bez udziału matki? Na razie u myszy. A co z ludźmi?

Naturalne powstanie potomstwa dwojga rodziców tej samej płci jest u ssaków niemożliwe. Przy zapłodnieniu, czyli łączeniu się komórek jajowych i plemników u ssaków (w procesie zwanym imprintingiem) wyłączane są niektóre geny. Inne geny stają się nieaktywne w komórkach jajowych, inne w plemnikach - a do rozwoju zapłodnionej komórki potrzebny jest komplet genów.

Wskutek tego komórki jajowe ssaków nie mogą się samodzielnie rozwijać w zarodki (choć dzieje się tak często u owadów, rzadziej u ryb, płazów i gadów). To mechanizm korzystny dla ewolucji. Zapłodnienie wymusza mieszanie się rodzicielskich genów co pokolenie. Nie dopuszcza też do dominacji jednej z płci (jak na przykład u pszczół), bo do rozwoju potomstwa niezbędne są geny obydwu.

Jednak w 2004 roku (o czym donieśli na łamach “Nature”) naukowcy stworzyli mysie potomstwo dwóch matek. Nie było to proste, bo wymagało usunięcia pewnych fragmentów DNA komórek jajowych. Z pięciuset zmodyfikowanych tak komórek urodziły się tylko dwie myszy. Przeżyły w zdrowiu do wieku dorosłego, dowodząc, że partenogeneza, czyli inaczej dzieworództwo jest u ssaków możliwa - choć wymaga genetycznych manipulacji.

Z samcami było trudniej. Dopiero w 2018 naukowcy z Chińskiej Akademii Nauk zmodyfikowali metodę, usuwając inne fragmenty DNA (co opisali w “Cell”). W ten sposób badaczom udało się stworzyć 12 myszy pochodzących od dwóch ojców. Niestety potomstwo mysich samców po dwóch dniach zmarło. Metoda nie była doskonała. Najwyraźniej w plemnikach więcej genów ulega wyłączeniu niż w komórkach jajowych.

Cykl „SOBOTA PRAWDĘ CI POWIE” to propozycja OKO.press na pierwszy dzień weekendu. Znajdziecie tu fact-checkingi (z OKO-wym fałszometrem) zarówno z polityki polskiej, jak i ze świata, bo nie tylko u nas politycy i polityczki kłamią, kręcą, konfabulują. Cofniemy się też w przeszłość, bo kłamstwo towarzyszyło całym dziejom. Rozbrajamy mity i popularne złudzenia krążące po sieci i ludzkich umysłach. I piszemy o błędach poznawczych, które sprawiają, że jesteśmy bezbronni wobec kłamstw. Tylko czy naprawdę jesteśmy? Nad tym też się zastanowimy.

Pierwsze zdrowe potomstwo dwóch samców

Z początkiem marca 2023 roku japońscy naukowcy ogłosili w “Nature”, że znów uzyskali potomstwo dwóch samców myszy. Tym razem przeżyło i okazało się zdrowe.

By na świat przyszło siedem zdrowych gryzoni, naukowcy musieli zapłodnić aż 630 komórek jajowych sztucznie stworzonych z komórek samców. Czyli taki eksperyment udaje się w mniej więcej jednej próbie na sto. Nie jest to więc szczególnie skuteczna metoda.

Biorąc pod uwagę, że wymaga laboratorium genetycznego (którego wyposażenie kosztuje setki tysięcy dolarów) i setek prób - jest też bardzo droga. Daleko jeszcze do jej powszechnego stosowania.

Naukowcom zresztą nie chodziło wcale o udowodnienie, że dwa samce mogą mieć potomstwo. Chcą umożliwić posiadanie dzieci bezpłodnym kobietom - tłumaczył Katsushiko Hayashi z Uniwersytetu w Kyushu na trzecim Kongresie Edycji Genów Człowieka w Londynie, 8 marca.

Komórki jajowe ze skóry powstały z myślą o kobietach

Żeńskie komórki (poza jajowymi) mają w sobie dwa chromosomy X (co zwykle oznacza się po prostu XX). Uszkodzenie lub brak jednego z nich to jedna z najczęstszych wad genetycznych. Takich dziewczynek rodzi się jedna na około 2 do 2,5 tysiąca, czyli w samej Polsce około stu rocznie.

W zespole Turnera, bo tak nazwano tę wadę, charakterystyczny jest niski wzrost. Temu można zapobiec, podając hormon wzrostu. Nie da się jednak zapobiec częstemu niedorozwojowi jajników i bezpłodności, a zdarza się to w 80-90 proc. przypadków choroby.

Metoda opracowana przez japońskich badaczy pozwala na przekształcenie komórki skóry w komórkę jajową. Kobiety z zespołem Turnera (lub pozbawione komórek jajowych z innych przyczyn) mogłyby dzięki temu mieć własne dzieci.

Dlaczego badania prowadzono na samcach?

Dlaczego badacze pracowali na samcach myszy, a nie samicach? Szkopuł w tym, że samice myszy z genotypem X0 - w przeciwieństwie do ludzi - są zwykle płodne (choć żywe rodzi się tylko ich potomstwo płci żeńskiej). U innych ssaków wada ta jest słabo zbadana.

Męski chromosom Y jest w porównaniu z innymi na tyle nieduży, że czasem w procesie podziału komórek ciała gdzieś zniknie. Zamiast komórek wyposażonych w zestaw XY pozostaje właśnie sam X (co oznacza się zwykle przez X0) - jak u kobiet z zespołem Turnera.

Nie jest to częste, a dla komórek dorosłego organizmu brak chromosomu Y ma niewielkie znaczenie. Jest chromosomem płciowym, a geny w nim zawarte nie odgrywają roli po zakończeniu zapłodnienia i rozwoju płodowego.

Badacze z komórek skóry samców myszy wybrali właśnie takie, które straciły chromosom Y i pozostawał w nich sam X. Potem potraktowano je związkiem (rewersyną), który powoduje błędy w rozkładzie chromosomów w dzielących się komórkach. Wskutek tego w części komórek potomnych zabrakło chromosomu X, w części pojawiły się dwa (czyli genetycznie były żeńskie).

Badaczom udało się nakłonić takie komórki, by rozwinęły się w komórki jajowe. Działo się to w specjalnych “organoidach”, czyli hodowlach tkanek naśladujących mysie jajniki. Potem badacze zapłodnili tak powstałe komórki jajowe plemnikami pochodzącymi od samców.

To niebywałe osiągnięcie. Ale do dzieci dwóch mężczyzn jest jeszcze daleko

Sam Katsushiko Hayashi wypowiada się o tym osiągnięciu z ostrożnym optymizmem. Twierdzi, że jego zespół zajmował się stroną techniczną i owszem, w ten sposób można stworzyć komórkę jajową z męskich komórek somatycznych, (czyli komórek ciała). Sądzi, że nastąpi to w ciągu dekady.

“Nie wiem, czy będą dostępne do celów reprodukcyjnych”, mówił Hayashi. “To kwestia nie tylko programów badawczych, ale i społeczeństwa”.

Eksperci komentują, że to duże osiągnięcie dla biologii reprodukcyjnej. Jednak nie są przekonani, że praktyczne zastosowanie znajdzie w dekadę.

Japońscy naukowcy opracowali metodę wykrywania braku chromosomu Y w mysich komórkach dzięki konkretnym biochemicznym śladom (markerom). W ludzkich komórkach będą one inne. Nie jest to sposób, który można zastosować do komórek ludzkich.

Potem trzeba by sprawdzić, czy taką metodą uda się stworzyć ludzkie zarodki i zbadać, czy poprawnie się rozwijają. A to już bardzo skomplikowana sprawa.

Badania na ludzkich zarodkach są możliwe w wyjątkowych wypadkach

Badania na ludzkich zarodkach są rzecz jasna bardzo kontrowersyjne etycznie. W większości krajów są dozwolone pod ścisłymi warunkami. Muszą mieć wyjątkową wartość naukową dla wiedzy o rozwoju zarodkowym lub powstawaniu chorób albo dla opracowania metod ich leczenia. W tym wypadku uzasadnieniem może być chęć przywrócenia płodności kobietom, które nie mają własnych komórek jajowych.

Takie badania można prowadzić do czternastego dnia rozwoju (gdy zarodek to nadal stadium kilkuset komórek, które dopiero zaczynają się różnicować). Potem trzeba je przerwać.

Nie jest wykluczone, że takie badania będą prowadzone. Tyle że nie dowiemy się w ten sposób, czy taki zarodek - powstały z zapłodnienia komórki jajowej stworzonej ze skóry mężczyzny i plemnika - będzie rozwijał się poprawnie. Ani tym bardziej, czy tak stworzone dziecko urodzi się zdrowe.

Jest jednak prawdopodobne, że w przyszłości stworzone z komórek skóry komórki jajowe kiedyś pozwolą mieć dzieci zarówno bezpłodnym kobietom, jak i dwóm mężczyznom. Na to jednak musimy poczekać. Czy dekadę, jak twierdzi Hayashi, czy dłużej - czas pokaże.

Jest więcej niż pewne, że dziś kosztowałoby to fortunę i byłoby niezwykle trudne do przeprowadzenia.

Nobel za manipulowanie komórkami

Na początku rozwoju zarodkowego z pojedynczej komórki powstają tylko takie same komórki. Dopiero po pewnym czasie (właśnie około 14 dniach w przypadku człowieka) zaczynają się różnicować, czyli z zarodkowych komórek macierzystych powstają bardziej wyspecjalizowane.

Taka zdolność (zarodkowych komórek macierzystych do tworzenia innych rodzajów komórek) szybko zanika. U dorosłych organizmów z komórek tego samego typu powstają już (z nielicznymi wyjątkami) tylko takie same.

Długo szukano sposobu, by dojrzałe komórki odmłodzić do tego najwcześniejszego stadium, w którym mogą wytworzyć dowolny inny typ komórek: skóry, mięśni, czy nerwów. Udało się to dopiero w 2006 roku japońskim badaczom pod kierunkiem Shin’yi Yamanakiego. Sześć lat później (wraz z Johnem Gurdonem, pionierem klonowania) otrzymał za to nagrodę Nobla.

Takie komórki nazwano pluripotencjalnymi (od łacińskiego “wiele mogące”), bo mogą rozwijać się w wiele różnych typów komórek dorosłego organizmu. To właśnie takie komórki japońscy badacze nakłonili do rozwoju w komórki jajowe.

Ale nawet komórki plurpotencjalne nie mogą tworzyć nowych komórek zarodkowych - nowy organizm z nich nie powstanie. Taką zdolność mają tylko komórki zygoty po pierwszym i drugim podziale. Potem tę zdolność tracą (mogą rozwijać się w różne tkanki, ale nie w całkiem nowy organizm).

Do tego trzeba “odmłodzić” komórki jeszcze bardziej. To osiągnięcie udało się chińskim naukowcom w dopiero w czerwcu 2022 roku. Uzyskali komórki “totipotencjalne” (z łaciny “wszystko mogące”), które mogą przekształcić się także w komórki zarodkowe.

Osiem komórek

Rok temu w OKO.press opisywałem, jak po raz pierwszy udało się uzyskać potomstwo ssaków bez zapłodnienia komórki jajowej przez plemnik. Chińskim biologom udało się z komórek skóry stworzyć mysie zygoty.

Były to zlepki zaledwie ośmiu komórek, ale - jak mówił wtedy jeden z autorów pracy naukowej, prof. Sheng Ding - “Nowe życie rozwija się tylko z komórek linii zarodkowej. Przypisywano temu znaczenie religijne i filozoficzne. Teraz można tworzyć nowy organizm bez komórek płciowych”.

Potem - jak to w nauce bywa - nastąpiło gwałtowne przyspieszenie. Raptem miesiąc później, z początkiem sierpnia 2022 roku, o stworzeniu mysich blastocystów donieśli badacze z Instytutu Weizmanna w Izraelu. Blastocysta to nadal tylko zlepek komórek, ale jest ich już kilkaset. Są też częściowo zróżnicowane i gotowe do zagnieżdżenia w łożysku.

Kolejne cztery tygodnie później, 25 sierpnia, naukowcy z Instytutu Weizmanna, Uniwersytetu w Cambridge oraz California Institute of Technology opisali, że udało im się z takich komórek uzyskać mysie embriony. Rozwijały się przez osiem dni, na tyle długo, że powstały w nich organy: w tym zawiązki mózgu, jelit i bijące serce.

W zarodki rozwinęła się bardzo niewielka część pobranych mysich komórek (mniej więcej jedna na dwieście). I nie do końca ich rozwój przebiegał tak, jak powinien.

Dlaczego takie badania w ogóle są prowadzone?

“Ten okres życia jest tak pełen tajemnic, że możliwość obserwowania go w laboratorium - dostęp do poszczególnych komórek, zrozumienia, dlaczego tak wiele ciąż kończy się poronieniem i jak można temu zapobiegać - jest wyjątkowa” - komentowała w BBC News prof. Magdalena Zernicka-Goetz, biolożka z Cambridge i Caltech, oraz współautorka badań.

Niektóre badania mogą przełożyć się na konkretne techniki przywracania płodności.

Zespół Hayashiego już dwa lata temu, w 2021 roku, udowodnił, że można macierzyste komórki pluripotencjalne (jeśli zostaną wszczepione w okolice jajników) nakłonić do rozwoju w komórki jajowe. Powstałe w wyniku zapłodnienia ich myszy urodziły się zdrowe.

Poprawianie ludzkich genów nie jest jeszcze bezpieczne

Na tej samej konferencji, na której Katsushiko Hayashi ogłosił 8 marca, że wyhodowano mysie potomstwo dwóch ojców, debatowano również nad bezpieczeństwem edycji genów u ludzi.

Wnioski nie są szczególnie optymistyczne. Molekularne nożyczki, CRISPR-Cas, którymi geny się wycina, są niezbyt dokładnym narzędziem. W wielu miejscach pozostawiają ślady, czyli po prostu uszkodzenia DNA. “Te wyniki są naprawdę ostrzeżeniem”, komentuje w “Nature” genetyk Dagan Wells.

Techniki edycji genów są nadal zbyt niebezpieczne, by stosować je w przypadku ludzkich zarodków, które mają przyjść na świat - doszli do wniosku uczestnicy Kongresu Edycji Genów Człowieka. I wydali oświadczenie, w którym określają genetyczne manipulacje na ludzkich zarodkach jako “obecnie niedopuszczalne”.

Nie spodziewajmy się więc “CRISPR babies”, czyli dzieci z poprawionymi genami, ani dzieci dwojga ojców - zbyt prędko. To dopiero początek drogi, która może być jeszcze dość długa.