Komerční prezentace
Registrace uživatele

Přihlašte se k odběru informací, novinek, získejte přístup do diskuzního fóra.

Vesmír č. 10
Vesmír č. 10
Toto číslo vychází
2. 10. 2017
Novinky
Zdarma jedno celé číslo Vesmíru v pdf.
• Říjnové číslo Vesmíru
reklama

Klonování reprodukční a terapeutické

Publikováno: Vesmír 79, 127, 2000/3
Obor: Genetika

Úspěchy v klonování (narození klonované ovce, myši a skotu po přenosu jádra somatické buňky do oocytu, jehož chromozomy byly odstraněny) vzbudily všeobecnou pozornost. Hodnocení tohoto postupu může být různé – vědci v něm vidí možnost zodpovědět základní biologické otázky, chovatele zajímá produkce zvířat s vynikajícími užitkovými vlastnostmi. Farmaceutické společnosti očekávají, že geneticky modifikovaná zvířata člověku zajistí bílkoviny užitečné v medicíně. Často se však setkáváme s obavami z klonování lidí, například z vytvoření většího počtu diktátorů, kteří by mohli ohrozit lidstvo. Pokrok překvapil i vědce, kteří se daným problémem zabývají – narození životaschopných klonovaných mláďat očekával málokdo. Proto chceme upozornit na kladné stránky klonování a zároveň vysvětlit, proč jsou obavy z klonování lidí zbytečné.

Vývoj klonovaného embrya dokáže zatím zabezpečit pouze ovulované vejce (oocyt) ve stadiu metafáze II., před přenosem jádra však z něj musíme odstranit jeho vlastní genetickou informaci (zbavit ho chromozomů) a tím připravit cytoplast (viz schéma 1). Do něj přeneseme jádro somatické buňky (podrobněji viz Vesmír 77, 567, 1998/10). Zpravidla se mluví o přenášení buněčného jádra narozeného jedince, ve skutečnosti však existují tři zdroje jader (viz schéma 2):

  • Buňka velmi časného embrya (do stáří 6 dnů po oplození). V tomto případě nevíme, jaký bude mít jedinec vlastnosti. Postup se používal zejména zpočátku, v humánní medicíně by však mohl sloužit při opravách abnormální cytoplazmy oocytů.
  • Plodová buňka, zpravidla fibroblast (nediferencovaná vazivová buňka). Získává se z plodů mezi 3060 dny vývoje v děloze. Fibroblasty lze snadno kultivovat, vnášet do nich nové informace a před přenosem ověřit, zda je nová informace obsažena v genomu buňky. Využití tohoto postupu je z etických důvodů omezené a hodí se zejména k produkci transgenních klonů zvířat.
  • Jádro již narozeného jedince. V tomto případě známe vlastnosti, jak bude jedinec vypadat, klonováním můžeme tvořit kopie dárce jádra nebo linie specifických buněk.

Nepřesná dárcova kopie
Klonování přenosem buněčného jádra narozeného jedince může vést buď k narození dárcovy kopie, nebo k produkci určitého typu buněk. V prvním případě klonování slouží k rozmnožení zvířete. Dali by se tak získávat například živočichové produkující farmaceuticky cenné bílkoviny ty by se extrahovaly z mléka nebo krve. Krom toho by bylo možné produkovat zvířata (například prasata), jejichž buňky či orgány by mohly být transplantovány lidem (xenotransplantace). V omezené míře by se daly klonováním získávat i kopie vynikajících užitkových zvířat.

Při obavách z klonování lidí je třeba mít na zřeteli, že klon nebude nikdy totožný s dárcem jádra. Mitochondriální DNA totiž pochází převážně od dárce oocytu, do něhož je jádro přenášeno. To by bylo možno u ženy vyloučit tím, že by dárkyně jádra poskytla zároveň i oocyt (cytoplast), mužovi by oocyt musela darovat matka či sestra. Další odlišnosti by vznikly během vývoje embrya. 1)

Neznáme identická lidská dvojčata, která by byla absolutně totožná. Příčinou jsou mírné odlišnosti při utváření linií jednotlivých tkání. Další faktory, které by jistě ovlivnily vzhled klonu, jsou poloha plodu v děloze, výživa matky a další vlivy, o kterých se mnoho neví. Těžko říci, jak by byly vlastnosti narozeného jedince ovlivněny prostředím a sociálními faktory (nelze zanedbat možnost jejich vlivu na inteligenční předpoklady a mentální vlastnosti). Další neznámou je posun v čase. Jaký význam by pro nás měly naše kopie, kdyby byly o padesát let mladší? Co bychom dělali, kdyby tito jedinci nesplňovali naše představy a předpoklady?

Z technického hlediska by přenos jádra do cytoplastu nebyl klíčovým problémem, když ovládáme techniku přenosu jádra u zvířat. Ale ani u zvířat není vše jasné a bez problémů. Především je klonování zvířat dosud neefektivní, ukončení březosti se dočkají jen 3 % rekonstruovaných embryí. A reprodukční proces u lidí je mnohem méně efektivní než u zvířat, pokud hodnotíme počet narozených jedinců z vajíček, která se setkala se spermií. Jak by byl vývoj lidských klonů ovlivněn, to pochopitelně nevíme. Jednou z komplikací u klonů je syndrom velkých mláďat, kdy někteří jedinci mají po narození oproti průměru až dvojnásobnou hmotnost. Další komplikací bývá nevysvětlitelné úmrtí klonu krátce po narození. Ke komplikacím však dochází i později. Není ani známo, jak dlouhý bude život klonovaného jedince ovce Dolly má telomery (zakončení chromozomů víceméně předurčující věk) oproti stejně starým jedincům o poznání kratší. A jistě bychom našli řadu dalších pohledů, které mluví proti tomu, abychom produkovali své vlastní kopie. Problémy, které jsou popřípadě akceptovatelné u zvířat, by byly asi těžce přijatelné u lidí.

I přes uvedené problémy je klonování (budeme spíše užívat termín přenos jader) velmi perspektivním postupem, jehož dosah a užitek můžeme dnes stěží odhadnout.

Klonování terapeutické: produkce embryonálních kmenových buněk
Výsledkem přenosu jádra nemusí být jen kopie určitého jedince. Vývoj klonovaného embrya můžeme na začátku vývoje zastavit a z embrya použít pouze určité buňky, které následně namnožíme „embryonální kmenové buňky“. Leckdo namítne, že izolací určité populace buněk zničíme něco, z čeho by mohl vzniknout nový jedinec. Argumentem proti uvedené námitce je, že embryo v tomto stadiu je obecně považováno za masu buněk, v níž dosud není vytvořen základ pro nervovou soustavu. (Umělé přerušení těhotenství u lidí vede k zániku plodu v mnohem pokročilejším stadiu vývoje.)

Cílem „terapeutického klonování“ je tedy produkce embryonálních kmenových buněk. Poprvé byly získány r. 1981 u myši. Jak bychom tyto buňky mohli charakterizovat? V počátečních stadiích embryonálního vývoje si každá buňka uchovává informaci, jak má zabezpečit vývoj nového jedince. Informace je v průběhu vývoje modifikována – ve stadiu blastocysty jsou patrny již dvě populace buněk. Buňky trofoblastu, z něj vznikají plodové obaly, nejsou schopny zabezpečit vývoj, kdežto buňky embryoblastu si zmíněnou informaci uchovávají. Je jich však málo (10–15) a jestliže je izolujeme a kultivujeme za nevhodných podmínek, univerzální informaci ztrácejí. Nicméně u myši již byly definovány podmínky, kdy lze tyto buňky kultivovat a namnožit, aniž by ztratily původní vlastnosti – univerzálnost (totipotenci). Snahy o ustavení linií kmenových buněk u hospodářských zvířat nebyly zcela úspěšné a tato situace nedávala zatím mnoho nadějí pro ustavení obdobných linií u lidí.

Na podzim r. 1998 však vyšly dvě publikace, 2) které situaci změnily. V první je popsán postup ustavení linií lidských kmenových buněk z nadbytečných embryí ve stáří 5–6 dní po oplození in vitro. Druhá uvádí ustavení linií kmenových buněk využitím primordiálních zárodečných buněk získaných z plodů po přerušení těhotenství v pátém až devátém týdnu po oplození. Rozhodnout, zda jde o pravé a plnohodnotné embryonální kmenové buňky, je u lidí z etických důvodů nemožné. U myší jsou tyto buňky přenášeny do blastocyst, a pokud jsou plnohodnotné, začlení se do embrya a u narozeného jedince se mohou podílet na vzniku a tvorbě všech tkání, včetně gonád s tvorbou pohlavních buněk daného genotypu. Tento postup však u lidí pochopitelně použít nejde. Další vlastností kmenových buněk je to, že u nich můžeme určitým zásahem vyvolat diferenciaci na různé tkáně (zpravidla se používá derivát vitaminu A nebo se tyto buňky přenášejí do imunodeficientních zvířat). Tak bylo zjištěno, že se tyto buňky mohou diferencovat na určité typy tkání – tkáň nervovou, srdeční, chrupavku atd. Podle výše uvedených prací se stejně chovaly i buňky lidské. Jestliže tímto způsobem můžeme získat určitou populaci buněk, nabízejí se široké možnosti využití v humánní medicíně. Například prekurzory nervových buněk by mohly být transplantovány pacientům s Parkinsonovou či Alzheimerovou chorobou, kardiomyocyty do srdeční tkáně poškozené infarktem, buňky produkující inzulin pacientům s cukrovkou.

Na uplatnění kmenových buněk si počkáme
V zásadě nic nebrání tomu, aby terapeutické klonování vedoucí k tvorbě embryonálních kmenových buněk bylo použito v medicíně. Než se tak stane, bude však třeba dořešit řadu otázek. Snad nebude ani příliš obtížné rutinní získávání linií lidských kmenových buněk, problémem však zatím zůstává indukce jejich diferenciace na požadovaný tkáňový typ a jistě bude delší dobu trvat, než se přesně zjistí, které látky indukují transformaci univerzální kmenové buňky na požadovaný diferencovaný typ. Navíc si musíme být absolutně jisti, že k diferenciaci došlo u všech buněk, které budou přenášeny pacientovi. Jednou z vlastností kmenových buněk je i to, že po přenosu do těla příjemce začnou tvořit nádory – teratomy.

Uzavřena není ani otázka přenosu nemocí ze zvířat na lidi (např. retroviry). Ta by existovala, pokud bychom používali kmenové buňky geneticky modifikovaných prasat nebo cytoplasty skotu. Nedávný článek z časopisu Science však udává, že u pacientů s transplantovanými orgány zvířat přenos v žádném případě zjištěn nebyl. Na rozdíl od xenotransplantací, kde byly přenášeny celé orgány, by však kontrola možnosti přenosu určitých chorob z kmenových buněk mohla být jednodušší.

Zaměřili jsme se převážně na užití embryonálních kmenových buněk. V letech 1998–99 se objevila řada publikací, které dokládají, že kmenové buňky jsou vlastně všude. Zdá se, že pokud jsou izolovány například z kostní dřeně, mohou se transformovat na buňky fungující i v mozku (a naopak). Nelze vyloučit ani další překvapení. 4)

Poznámky

1) Když jsme před lety produkovali identická dvojčata skotu rozdělením embrya na dvě poloviny, nebyli narození jedinci absolutně totožní. Zcela identický byl genetický základ v jádře i cytoplazma (mtDNA). Když měl např. jeden potomek tmavou skvrnu okolo pravého oka, u druhého byla skvrna o několik centimetrů posunuta.
2) Thomson, J. A. a kol.: Science 282, 1145–1147, 1998; Shamblott, M. J. a kol.: PNAS USA 95, 13726–13731, 1998
3) Science 282, 1390–1391 (1998). Pochybnosti pak částečně vyvrátila skupina N. L. Firsta z Madisonu, která se zmiňuje o vývoji (v některých případech až do stadia blastocysty) po přenosu jader somatických buněk ovce, myši, opice a dalších zvířat do oocytů skotu.
4) Pozn. red.: Problematika tohoto výzkumu je podporována grantem GA ČR 524/96/K162 Molekulární a buněčné základy oogeneze, oplození a embryonálního vývoje savců.

Existuje několik možností, (viz schéma 3).

  • Z lidských embryí zbylých na klinikách po oplození in vitro. Od pacientky by se získalo například dvacet kvalitních embryí a pouze dvě by se přenesla matce a vyvíjela se až do narození. Zbytek by (se souhlasem dárců) mohl být využit na tvorbu kmenových buněk. Diskutuje se i o bance embryonálních kmenových buněk, kde by byly uchovávány přesně definované linie (bylo by možné vybrat tu linii, která je pro příjemce imunologicky nejvhodnější).

  • Od pacienta. Pacient by daroval jádra svých buněk a ta by byla přenesena do oocytů zbavených chromozomů. Vzniklo by klonované embryo, z nějž by byly izolovány buňky pro tvorbu linií kmenových buněk. Po přenosu pacientovi by pochopitelně tyto buňky nebyly odmítnuty (byly by v podstatě jeho vlastní).

    Překážkou využití tohoto postupu by mohl být nedostatek lidských oocytů a etické aspekty vyplývající z destrukce embrya. Nedávno však byla v Science uveřejněna zpráva, že lze linie kmenových buněk získat i po přenosu lidského jádra do oocytu skotu. 3)


  • Produkcí partenogenetických linií embryonálních kmenových buněk. Partenogeneze je vývoj embrya bez genetického přispění samčí gamety. Embrya se vyvíjejí pouze po omezenou dobu, potom se jejich vývoj zastaví. Partenogenezi lze u ovulovaných oocytů vyvolat poměrně snadno (použity by mohly být oocyty, u kterých nedošlo k oplození "in vitro"). Linie partenogenetických embryonálních kmenových buněk byly ustaveny u myší, po přenosu do normální blastocysty se tyto buňky podílejí pouze na tvorbě určitých tkání.

Soubory

Článek ve formátu PDF: 2000_V127-129.pdf (294 kB)

Diskuse

Žádné příspěvky