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

Omne animal ex ovo?

Mediální zkratky kolem opožděného oplození

Publikováno: Vesmír 95, 622, 2016/11
Obor: Biologie

Nakolik je reálná vize světa, v němž nebudou pro rozmnožování živočichů zapotřebí vajíčka matek?

V roce 1651 napsal anglický lékař William Harvey ve své knize Exercitationes de generatione animalium, že „všechna zvířata, včetně těch rodících živá mláďata, člověka nevyjímaje, se vyvíjejí z vajíčka”. Harveyho životopisci Robertu Willisovi připadala věta příliš košatá a v roce 1847 ji předestiloval v latinský bonmot „omne animal ex ovo“, čili „každý živočich je z vajíčka“. Harvey byl o existenci savčího vajíčka skálopevně přesvědčen, i když sám je nikdy neviděl. To se povedlo až estonskému Němci Ernstu Karlu von Baerovi v roce 1826, když na univerzitě v dnešním Kaliningradu zkoumal vaječníky feny.

Za sto devadesát let výzkumu savčího vajíčka nepřišli biologové na nic, co by ubralo harveyovskému bonmotu na platnosti. V živočišné říši neodhalili způsob pohlavního rozmnožování, který by se obešel bez samičí pohlavní buňky.1) Zásada „omne animal ex ovo“ platí i pro pestrou škálu biotechnologických postupů včetně klonování. Ovce Dolly se narodila ze zárodku vzniklého podstrčením jádra tělní buňky dospělé ovce do vajíčka zbaveného jeho vlastní jaderné dědičné informace.

Když biolog Anthony Perry z University of Bath na tiskové konferenci o úspěších svého týmu prohlásil: „Může to znamenat, že jednou vytvoříme embrya z jiných buněk (než vajíček, pozn. autora) – možná z tělních buněk, například z buněk kůže,“ mohlo se zdát, že „vaječnému bonmotu“ zvoní hrana. Titulky novin a webů byly ještě kategoričtější. Například britský The Telegraph informoval o Perryho objevu pod titulkem: „Děti bez matek jsou možné poté, co vědci vytvořili živé potomky, aniž by k tomu potřebovali samičí vajíčka.“

Opravdu jsou vajíčka ve světle publikace2 Perryho a spol. v Nature Communications zbytečná?

Jedinečné pohlavn í buňky

Savčí vajíčko je pozoruhodná buňka. Udivuje už svou velikostí. V průměru měří kolem desetiny milimetru. Extrémní je i doba, jakou může zabrat jeho vývoj. Ten je spuštěn, ještě když se samička vyvíjí jako plod v těle své matky. Dokončen může být až v pokročilém věku dospělé samice. U velryb třeba až po dvou staletích. Vajíčko si během svého vývoje vybírá hned dva „oddychové časy“. První bývá dlouhý a vajíčko v něm přežívá v nedokončeném stavu, když uvízne na půli cesty od buňky s normální dědičnou informací (tzv. diploidní) k dědičné informaci zredukované na polovinu (tzv. haploidní). Podruhé se vajíčko zastaví jen nakrátko. V té chvíli už na cestě k haploidnímu stavu dospělo do „cílové rovinky“ a čeká na spermii, která ji oplozením postrčí přes „cílovou čáru“.

Ani spermie není tuctová buňka. Dědičnou informaci má na dalekou cestu za vajíčkem pečlivě sbalenou pomocí bílkovin protaminů. Ostatní buňky si balí DNA v jádře podstatně volněji na bílkoviny označované jako histony. Je to právě prostředí vajíčka čekajícího v druhém „odpočinkovém čase“, co dokáže dědičnou informaci spermie po oplození „přebalit“ – zbavit ji protaminů a nahradit je histony. Vajíčko provádí s dědičnou informací spermie ještě řadu dalších „resuscitačních“ zásahů, aby ji probralo k plné aktivitě. Představa, že by při tomto „buzení spermie“ mohla za vajíčko zaskočit nějaká jiná buňka, připadala biologům krajně nepravděpodobná. A přesně o to se Anthony Perry a jeho spolupracovníci pokusili.

Spermie má zpoždění

Perry a spol. získali od myší vajíčka čekající na oplození spermií v druhém z „odpočinkových časů“. Vědci podráždili vajíčka ionty stroncia a ta se začala chovat, jako kdyby je právě oplodnila spermie. Zahájila vývoj v embryo. Absence spermie měla za následek, že se embryo vyvíjelo s polovinou obvyklé dědičné informace. Ta pocházela kompletně od matky. Vědci počkali, až se toto haploidní embryo připraví k rozdělení na dvě buňky, a pak do něj vpíchli spermii. Toto násilné oplození přišlo se zpožděním pouhých třinácti hodin, ale to stačilo, aby spermie vstupovala do „úplně jiné řeky“, než jakou představuje čerstvě dozrálé vajíčko. I když se embryo ještě nerozdělilo na dvě buňky, mělo už přehozenu výhybku z procesů tzv. meiózy, jež vedou ke vzniku haploidní buňky, na standardní dělení buněk tzv. mitózou. Po mitóze se obsah dědičné informace v buňkách nemění.

Buňka dělící se mitózou by neměla zvládat „přebalení“ dědičné informace spermie. Jenže v pokusech Perryho týmu se to dělo překvapivě často. Embrya oplozená „opožděnou“ spermií se úspěšně vyvíjela a rodila se z nich zdravá mláďata. Mnohé nasvědčuje tomu, že v tomto případě se dědičná informace spermie probouzela k aktivitě nestandardním způsobem s řadou abnormalit. Zásadní problém to však pro takto počaté myši zjevně nepředstavovalo. A tak bylo poprvé dosaženo oplození nikoli u vajíčka čekajícího v druhém „odpočinkovém čase“ meiózy na spermii, ale u buňky, která po chemické stimulaci meiózu dokončila a přešla do dělení mitózou. Znamená to, že můžeme spermii „strčit“ do jakékoli mitoticky se dělící buňky a dopadne to stejně dobře? Mohli bychom spermií opravdu oplodnit třeba buňky odebrané z pokožky?

Zaskočí za vajíčko buňky kůže?

Anthony Perry si je dobře vědom, jak moc se liší vajíčko „vystrčené“ chemickou stimulací z meiózy do mitózy od buněk, které nic jiného než mitózu nedělají a neumějí. Zdaleka nejde jen o to, že titěrná kožní buňka má ve srovnání s obřím vajíčkem nepříjemně málo cytoplazmy. První komplikace při záskoku tělní buňky za vajíčko by spočívala v tom, že ta by za sebou neměla meiózu. Neměla by proto dědičnou informaci zredukovanou na polovinu. Příchodem haploidní spermie do tělní buňky by vznikl tzv. triploidní zárodek s nadbytečně zmnoženou dědičnou informací, a ten by nebyl životaschopný.

Ale předpokládejme, že by se podařilo dědičnou informaci kožní buňky zredukovat na polovinu, a teprve pak do ní podstrčit spermii. Ani potom by nebylo vyhráno. U savců nepředávají otec a matka dědičnou informaci potomkovi ve stejném stavu. Každý z rodičů upravuje aktivitu vybraných genů, a to protichůdným způsobem. Když matka geny ve vajíčku „nabudí“ k činnosti, otec je ve spermiích „uspává“. A naopak, když matka geny „uspí“, otec je předává do spermií „nabuzené“. Tomuto fenoménu se říká imprinting genů. Pokud se v zárodku sejdou geny imprintované jen samci nebo naopak jen samicemi, dochází k vážným vývojovým poruchám.

Vajíčko použité Anthonym Perrym sice vstoupilo do mitózy, ale dědičnou informaci má plně mateřsky imprintovanou. Spermie, byť přichází pozdě, přináší kompletně otcovsky imprintovanou dědičnou informaci. Imprinting genů v takto vzniklém zárodku je proto „vyvážený“. Kožní buňka si nese jako každá normální tělní buňka „vybalancovanou“ mateřsky i otcovsky imprintovanou dědičnou informaci. Pokud bychom se pokusili rozdělit její dědičnou informaci na poloviny a dosáhnout u ní haploidní konstelace, museli bychom z ní vyházet všechny části s otcovským imprintingem. Kdybychom se jen jednou přehmátli a vyhodili část s mateřským imprintingem, sešly by se v kožní buňce oplozené spermií dvě části dědičné informace s otcovským imprintingem a chyběla by odpovídající část s mateřským imprintingem. Takto vzniklý zárodek by měl zaděláno na vážné vývojové defekty.

Správně mateřsky imprintované geny dokáže nabídnout spermii zatím jen vajíčko, i proto zůstane harveyovské „omne animal ex ovo“ ještě nějakou dobu v platnosti.

Poznámky

1) Relativně blízko k tomu mají měkkýši korbikuly, u kterých po oplození vajíčka spermií vzniklý zárodek odvrhne mateřskou dědičnou informaci a dál se vyvíjí jen s dědičnou informací otce. Vajíčka však korbikuly pro rozmnožování potřebují, i když nezáleží na tom, který z několika blízce příbuzných druhů korbikul je pro oplození spermií poskytne.

2) Suzuki T. et al., Nature Communications, DOI: 10.1038/ncomms12676

Soubory

článek ve formátu pdf: V201611_622-623.pdf (581 kB)

Diskuse

Žádné příspěvky