Życie powstaje tylko w wyniku zapłodnienia? To już nieprawda

Na początku rozwoju każde zwierzę jest zlepkiem takich samych komórek. W miarę rozwoju z takich zarodkowych komórek macierzystych tworzą się różne rodzaje tkanek tak różnych jak odbierająca światło siatkówka oka i wysepki trzustki wydzielające insulinę.

Taka zdolność do tworzenia innych rodzajów komórek szybko zanika. W późniejszych etapach rozwoju zarodkowego z podziałów danych komórek powstają już komórki podobnego rodzaju. Zaś u dorosłych z komórek skóry mogą powstać już tylko komórki skóry, w wątrobie - tylko komórki wątroby.

Naukowcy długo poszukiwali sposobów na to, by cofnąć komórkowy zegar i z dojrzałych komórek stworzyć pluripotencjalne (od łacińskiego “plus” - więcej) komórki macierzyste. Czyli takie, z których powstawać mogą wszelkie inne ich rodzaje. Na przykład komórki wątroby, siatkówki oka i neurony.

Udało się to dopiero w 2006 roku japońskim badaczom pod kierunkiem Shin’yi Yamanakiego, za co sześć lat później (wraz z Johnem Gurdonem, pionierem klonowania) otrzymał nagrodę Nobla. Okazało się, że komórki wystarczy poddać działaniu koktajlu kilku chemicznych składników (nazwanych potem czynnikami Yamanakiego).

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. Będziemy rozbrajać mity i popularne złudzenia krążące po sieci i ludzkich umysłach. I pisać o błędach poznawczych, które sprawiają, że jesteśmy bezbronni wobec kłamstw. Tylko czy naprawdę jesteśmy? Nad tym też się zastanowimy.

Wielkomocne, ale jednak nie wszechmocne

Takie komórki pluripotencjalne mogą rozwijać się w wiele różnych typów komórek dorosłego organizmu. Nie mogą jednak tworzyć nowych komórek zarodkowych. Samodzielny organizm z nich nie powstanie.

Taką zdolność mają tylko komórki zygoty po pierwszym i drugim podziale (dlatego właśnie z jednej zapłodnionej przez plemnik komórki jajowej powstają czasem bliźnięta jednojajowe). Szybko jednak tę zdolność tracą i mogą rozwijać się w różne tkanki, ale nie w całkiem nowy organizm.

Rozmyślano jednak także i o tym. Komórki totipotencjalne (od łacińskiego “totus” - cały) byłyby odmłodzone bardziej. Mogłyby dzielić się także w komórki zarodkowe i stworzyć nowy, samodzielny organizm. Takie komórki były bytem czysto teoretycznym, bo do niedawna nigdy ich jeszcze nie uzyskano.

Do tego trzeba było “odmłodzić” komórki jeszcze bardziej. To osiągnięcie udało się chińskim naukowcom w dopiero w czerwcu tego roku. Z komórek skóry udało się im stworzyć mysie zygoty składające się zaledwie z ośmiu komórek. To stadium w którym organizm jest jeszcze sferycznym zlepkiem identycznych komórek.

Jeden z autorów pracy opublikowanej w czerwcu, prof. Sheng Ding, mówił: “Nowe życie rozwija się tylko z komórek linii zarodkowej. Przypisywano temu znaczenie religijne i filozoficzne. Teraz można tworzyć nowy organizm bez komórek płciowych”.

Inaczej mówiąc, nowe życie jest możliwe bez zapłodnienia.

Bez komórki jajowej i plemnika, czyli życie bez zapłodnienia

Miesiąc później, z początkiem sierpnia, o stworzeniu mysich blastocystów na łamach "Cell" donieśli badacze z Instytutu Weizmanna w Izraelu. Blastocysta to nadal sferyczny zlepek komórek, ale już kilkuset, częściowo zróżnicowanych, gotowych do zagnieżdżenia w łożysku.

Cztery tygodnie później, czyli 25 sierpnia, badacze (z Instytutu Weizmanna, Uniwersytetu w Cambridge, California Institute of Technology) opublikowali w “Nature” pracę, w której 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.

Osiem dni to prawie połowa mysiej ciąży, która trwa zwykle około 20 dni. Zarodki przez ten czas rozwijały się poza macicą, całkowicie in vitro. Naukowcy przerwali eksperyment, bowiem mysie embriony miały wady rozwojowe.

Po co takie eksperymenty?

Badania nad rozwojem zarodkowym i powstawaniem organów (organogenezą) są trudne - nie jest to może terra incognita, ale na pewno terra nova biologii. Zarodki rozwijają się wszakże w macicy, gdzie trudno je badać. Teraz naukowcy będą mogli obserwować to na żywo w laboratorium. To niezwykle cenne.

“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” - powiedziała BBC News prof. Magdalena Zernicka-Goetz, biolożka z Cambridge i Caltech, oraz współautorka badań.

Czy można już mieć dziecko z komórek skóry? Nie

Czy odkrycia te oznaczają, że będzie można stworzyć potomstwo na przykład z “odmłodzonych” komórek własnej skóry? Byłoby klonem, genetycznym bliźniakiem dawcy. Nie, na to zdecydowanie jeszcze za wcześnie.

Badacze z Cambridge i Caltech stworzyli sztuczne mysie embriony z trzech różnych rodzajów komórek macierzystych, a nie z jednego ich rodzaju. Chińscy badacze zaś, choć dowiedli możliwości tworzenia komórek zdolnych do przekształcenia się w zygotę, nie przeszli do etapu zarodka.

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. "To bardzo wczesny etap badań i nie można zlekceważyć tego, że tak wytworzone mysie zarodki miały wady rozwojowe" - zauważa prof. Alfonso Martinez Arias z Universitat Pompeu Fabra w Barcelonie, w komentarzu dla BBC.

Za część tych problemów odpowiadają zapewne mechanizmy epigenetyczne. Geny w dorosłym organizmie ulegają modyfikacji (zwykle przez dołączenie niewielkiej grupy metylowej do jednej z pary zasad w DNA). To nie zmienia genu trwale, ale go wyłącza. W komórce pobranej od dorosłego osobnika jest więc cała "epigenetyczna historia" jego życia.

Przy powstawaniu komórek jajowych i plemników u ssaków taka informacja epigenetyczna (choć nie cała) jest usuwana w procesie zwanym imprintingiem. Potomstwo jest więc pozbawione (znacznej większości) “epigenetycznego ciężaru” rodziców. Zarodek powstały bez procesu zapłodnienia ma wszystkie cechy rodzica: identyczne geny i ich wzorzec metylacji.

Nie wolno też zapominać, że rozwój płodowy ssaków jest możliwy dzięki łożysku. Przez nie z organizmu matki przenikają tlen i substancje odżywcze, to ono odbiera produkty przemiany materii i dwutlenek węgla.

W przypadku sztucznych mysich embrionów zapewnił to sztuczny system, opracowany przez badaczy z Instytutu Weizmanna. To tam jeszcze w ubiegłym roku powstała cała “infrastruktura” do podtrzymywania zarodków przy życiu.

Czy system opracowany przez badaczy z Izraela jest już sztuczną macicą? Nikt go tak nie nazywa, ale wystarczył, by sztuczne mysie zarodki dotrwały niemal do połowy okresu rozwoju płodowego. Nawiasem mówiąc, o “uteratorach”, czyli sztucznych macicach, pisał już Stanisław Lem.

Po co w zasadzie te komórki jajowe i plemniki?

Przy powstawaniu komórek jajowych i plemników u ssaków (we wspomnianym już procesie imprintingu) wyłączana jest także część genów rodziców. Inne geny stają się nieaktywne w komórkach jajowych, inne w plemnikach. Ten mechanizm powstał w wyniku ewolucyjnej konkurencji między męskimi a żeńskimi genami.

Z punktu ewolucji jest korzystny, bo wymusza wymianę genów co pokolenie. Nie dopuszcza też do dominacji jednej z płci, bo do rozwoju potomstwa niezbędne są geny obydwu z nich. To ten mechanizm zapobiega dzieworództwu, czyli partenogenezie. Z tego właśnie powodu ssaki nie mogą się rozmnażać jak w “Seksmisji”, “jajo o jajo”, choć robią to często owady (rzadziej ryby, płazy i gady).

W 2004 roku japońskim naukowcom udało się uzyskać mysie potomstwo dwóch matek, gdy usunęli pewne fragmenty DNA komórek jajowych. Z pięciuset zmodyfikowanych tak komórek urodziły się tylko dwie myszy. Przeżyły jednak w zdrowiu do wieku dorosłego, dowodząc, że partenogeneza u ssaków jest wykonalna.

W 2018 naukowcy z Chińskiej Akademii Nauk ulepszyli tę metodę, usuwając inne fragmenty DNA. Wtedy też badaczom udało się stworzyć 12 myszy pochodzących od dwóch ojców. Niestety myszy po dwóch dniach zmarły (najwyraźniej w plemnikach więcej genów ulega wyłączeniu niż w komórkach jajowych).

Teoretycznie można by stworzyć ludzkie potomstwo rodziców tej samej płci. Dziś, zamiast geny wycinać, zapewne by je wyciszano. Narzędzia, które pozwalają usuwać lub dodawać markery epigenetyczne bez zmian w genach, opracowuje kilka grup badaczy na świecie.

Niestety u ssaków jest jednak przynajmniej 150 różnych genów, które ulegają imprintingowi w procesie tworzenia komórek płciowych.

Bioetyczne zamieszanie, czyli zarodki - niezarodki

Wróćmy jednak do ludzi. Czy to oznacza, że będą powstawać ludzkie “sztuczne embriony”? Do celów badań - niewykluczone.

Badania ludzkich zarodków są w większości krajów zakazane. Wyjątkami w Europie są bardzo liberalna pod tym względem Hiszpania oraz Wielka Brytania. W tej ostatniej badania są dozwolone tylko do czternastego dnia rozwoju, ale pod trzema warunkami. Są to: wyjątkowa wartość naukowa badań dla wiedzy o rozwoju zarodkowym, powstawaniu chorób lub dla opracowania metod ich leczenia.

Tu trzeba zaznaczyć, że w czternastym dniu od zapłodnienia ludzkie zarodki (w przeciwieństwie do mysich) są w stadium, w którym zlepek kilkuset komórek zaczyna się dopiero różnicować. Czeka je jeszcze 38 z 40 tygodni rozwoju.

Mimo to eksperymenty ze “sztucznymi” ludzkim embrionami z pewnością wzbudziłyby wiele zastrzeżeń etycznych. Już teraz można stawiać wiele ważkich filozoficznych pytań.

Jeśli taka sztuczna zygota powstanie z żywej komórki czyjejś skóry, bez zapłodnienia, kiedy zacznie się jej osobne życie? Jeśli to czyjeś komórki i geny, to czy może sam decydować o ich losie? Jeśli nie, to dlaczego?

Doprawdy wiele tu pracy dla komisji etycznych i ustawodawczych. Choćby dlatego, że zwykle zygotę, zarodek i płód definiuje się wychodząc od aktu zapłodnienia...