První partenogenetický savec

Partenogeneze¹⁾ čili vývoj jedince z neoplozeného vajíčka je celkem oblíbený trik mnoha živočichů. Běžně jím doplňují tradiční rozmnožování například některé druhy hmyzu. K partenogenezi se však uchylují i obratlovci od ryb až po ptáky. Jen savcům je tento způsob příchodu na svět zapovězen. Člověk našel oblibu v porušování všech možných zásad. A tak čínští a američtí vědci „zákaz partenogeze savců“ přestoupili a na svět přišla první partenogenetická myš.²⁾

Na rozdíl od jiných obratlovců potřebují savci pro zdárný vývoj jak dědičnou informaci matky, tak dědičnou informaci otce. Tato potřeba vyplývá z faktu, že při tvorbě savčích vajíček a spermií dochází u dvou až tří stovek genů k potlačení jejich aktivity. Některé geny matka „uspí“ a v „bdělém stavu“ je předává potomkovi jen otec. U jiných genů je tomu naopak. Tento proces je označován jako genový imprinting. Geny podléhající imprintingu musí nově vzniklý jedinec dostat od rodičů ve správné konstelaci. Když mu jeden rodič předá „spící“ výtisk genu, musí mu druhý rodič předat tento gen jako „bdící“. Pokud se sejdou dva „bdící“ geny, je obvykle zaděláno na vážné vývojové poruchy. Špatně se vede i jedincům, kteří nedopatřením dostanou „uspanou“ dvojici genů.

Partenogenetický zárodek vzniká vývojem neoplozeného vajíčka a dědí informaci jen od matky. Proto získává výhradně „mateřsky“ imprintované geny. V počátečních fázích vývoje se to výrazněji neprojeví. První velké problémy nastávají, když se má vytvořit placenta. Při tom sehrává významnou roli akce genů, které matka předává potomkovi „uspané“. Savčí partenogenetické zárodky se proto nějakou dobu vyvíjejí, ale vývoj v životaschopného jedince nedokončí.

Tým, v jehož čele stojí Lin Liu na University of South Florida College of Medicine v Tampě, využil skutečnost, že z buněk časných zárodků lze v laboratoři vytvořit embryonální kmenové buňky. Buňky raného embrya mají schopnost se v budoucnu proměnit na kterýkoli ze zhruba 230 typů buněk dospělého těla. Dalším vývojem tuto schopnost postupně ztrácejí. Buňky odebrané ze zárodku a kultivované ve vhodných podmínkách už sice nedokážou vytvořit kompletního životaschopného jedince, ale získají schopnost neomezeně se množit a udržují si dovednost proměnit se na jakýkoli typ buněk dospělého těla.

Embryonální kmenové buňky lze získat i z partenogenetického zárodku vzniklého z neoplozeného vajíčka. Vědci se dlouho přeli o to, zda takové buňky mají skutečně otevřenou cestu ke kompletnímu rejstříku buněčných „profesí“. Zdálo se, že se neumějí proměnit například na buňky slinivky břišní. Lin Liu a jeho kolegové však prokázali, že se partenogenetické embryonální kmenové buňky myší prakticky vyrovnají embryonálním kmenovým buňkám vytvořeným z myšího embrya, které vzniklo z oplozeného vajíčka. Vděčí za to spontánní „korekci“ genového imprintingu během kultivace buněk v laboratorních podmínkách. Buňky začínají s geny „uspanými“ a „probuzenými“ tak, jak to odpovídá konstelaci ve vajíčku. Postupně ale některé geny „usínají“, jiné se naopak „budí“. Nakonec se výsledná aktivita dědičné informace moc neliší od činnosti genů v buňkách získaných z normálního embrya.

O „plnohodnotnosti“ myších partenogenetických embryonálních kmenových buněk se vědci přesvědčili, když je vnesli do těla myši s defektním imunitním systémem. Hostitel nerozezná podvržené buňky jako cizí a vytvoří jim příhodné podmínky pro růst. „Kukaččí“ buňky se v těle hostitelského organismu víceméně náhodně mění na různé typy tkání. Spektrum typů buněk v těchto novotvarech – teratomech – naznačuje, čeho všeho jsou výchozí embryonální kmenové buňky schopny a které „buněčné osudy“ jsou jim odepřeny. Liu s kolegy nepozorovali v teratomech vzniklých z partenogenetických embryonálních kmenových buněk žádný nápadný „výpadek“ některých buněčných typů.

Vypadalo to, že myší partenogenetické embryonální kmenové buňky jsou „všehoschopné“, proto badatelé přistoupili ke „zkoušce ohněm“. Vytvořili v laboratoři zárodky, v nichž spojili partenogenetické embryonální kmenové buňky s buňkami embryí, jimž byla umělým zásahem zdvojena dědičná informace³⁾ (taková embrya se označují jako tetraploidní). Ani partenogenetické embryonální kmenové buňky, ani buňky embrya se zdvojenou dědičnou informací nejsou s to zajistit zdárný vývoj normálního jedince. Pokud však své úsilí spojí, slaví „společenstvo neschopných“ úspěch. Po přenosu „poskládaných“ embryí do dělohy myších samic se s četností menší než 1 % podařilo získat živá myší novorozeňata. Jejich tělo je kompletně odvozeno z partenogenetických embryonálních kmenových buněk. Buňky tetraploidního embrya se postarají o tvorbu placenty, která partenogenetickým zárodkům příliš nejde.

Tak se narodila první myš, která má tělo tvořené výhradně z buněk vybavených dědičnou informací jedné samice. Liu s kolegy přiznávají, že je narození živého mláděte překvapilo. Horší bylo, že porod asi zaskočil i myší matku, a tak novorozence zakousla. Vědci potom získali ještě tři partenogenetická myšata, ale ani ta dlouho nepřežila. Partenogenetické myši zřejmě nejsou úplně fit. Nicméně partenogenetický savec už není chimérou a stal se realitou.

Za prvního savčího partenota byla vydávána myš, kterou získal v roce 2004 tým japonských biologů vedených Tomohirem Konem⁴⁾ a která dostala jméno Kaguya.⁵⁾ Vznikla z vajíčka „oplozeného“ buněčným jádrem jiného vajíčka. Druhé „vaječné“ jádro vystupovalo v roli jádra spermie a bylo pro tento účel speciálně upraveno. Myš, která „spermiovité“ vajíčko poskytla, měla cíleným zásahem do dědičné informace pozměněn v imprinting genů, tak aby se ve vajíčku „budily“ a „uspávaly“ geny podobně jako ve spermiích. Kaguya tedy nebyla tou pravou partenogenetickou myší, i když ji titulek v časopise Nature ohlašoval jako „partenogenetickou myš, která dosáhla dospělosti“. Druhá půlka titulku už nepřehání. Kaguya netrpěla (na rozdíl od myšat z Liuovy laboratoře) výraznějšími problémy a po páření s myšákem přivedla na svět normální mláďata.

Narození partenogenetických myší dokazuje, že partenogenetické embryonální kmenové buňky nepostrádají nic z jedinečných vlastností embryonálních kmenových buněk získaných z normálního embrya. To otevírá cestu k případnému využití lidských partenogenetických embryonálních kmenových buněk k léčbě závažných onemocnění nebo následků těžkých úrazů.