Potomci dvou samců

Japonští biologové vypěstovali vajíčka z buněk dospělého myšáka. Po oplození vajíček spermií se narodila zdravá, plodná mláďata, jejichž genetickými rodiči jsou dva samci.

Pro savce platí železné pravidlo, že potomek musí kombinovat dědičnou informaci matky a otce. Ostatní obratlovci – od ryb až po ptáky – mohou na svět přivádět potomky nesoucí dědičnou informaci jen jednoho rodiče. Nejčastěji se tak děje tzv. partenogenezí, kdy se nový jedinec vyvine z neoplozeného vajíčka nesoucího výhradně samičí dědičnou informaci. U savců tomuto způsobu plození potomstva brání odlišná aktivita genů ve vajíčkách a spermiích, tzv. imprinting genů. Řádově stovky genů předávají rodiče potomkům buď „přibrzděné“, nebo naopak „odbrzděné“. V potomkově dědičné informaci se tak musí sejít vždy jedna „přibrzděná“ a jedna „odbrzděná“ forma dané vlohy. Pokud by potomek dostal do vínku dědičnou informaci jen jednoho rodiče, chyběl by aktivním a inaktivním genům jejich „doplňkový“ protějšek, a to má pro vývoj zárodku fatální následky. K narození mláděte nevede u savců ani spojení dědičné informace dvou jedinců téhož pohlaví, protože ti by dali potomkovi do vínku vlohy se shodným imprintingem.

Biologové hledají cestu, jak úskalí imprintingu obejít. Podařilo se jim například ve vajíčku vyblokovat gen, který řídí typický samičí imprinting. Geny pak nabraly aktivitu, která se v mnoha ohledech blíží imprintingu typickému pro spermie. Když pak přenesli jádro vajíčka s upravenou dědičnou informací do obyčejného vajíčka, blížila se výsledná konstelace vajíčku oplozenému spermií. Z takto „oplozených“ vajíček se narodili potomci, kteří nesli dědičnou informaci pocházející od dvou samic.¹⁾

Upravit dědičnou informaci spermie tak, aby se její imprinting blížil vajíčku, je podstatně složitější. Proto se tímto způsobem nepodařilo získat potomky, kteří by kombinovali dědičnou informaci dvou samců. Pokud se narodila mláďata, hynula krátce poté, co přišla na svět.

Tým japonských biologů vedených Kacušikem Hajašim z univerzity v Osace nyní myši nesoucí dědičnou informaci dvou samců získal. Využil k tomu nejmodernější postupy kultivace buněk a také jednu nectnost buněk kultivovaných v laboratorních podmínkách.²⁾

Samčí vajíčko

„Převýchovu“ buněk myšáků na vajíčka zahájili Hajaši a spol. trikem, za jehož objev získal v roce 2012 Nobelovu cenu japonský biolog Šin’ja Jamanaka (Vesmír 92, 72, 2013/2). Aktivací čtveřice vybraných genů proměnili v laboratoři pěstované tělní buňky myšího samce na buňky, které se v mnoha ohledech podobají ranému embryu. Pokud se těmto tzv. indukovaným pluripotentním kmenovým buňkám vytvoří vhodné podmínky, pak z nich lze vypěstovat jakýkoli typ buněk dospělého těla včetně spermií nebo vajíček. Hajaši už dříve dokázal vypěstovat z buněk odebraných samicím vajíčka a buňky pocházející od samců proměnit na spermie. Proměně buněk samčího původu na vajíčka ale brání dědičná informace určující samčí pohlaví.

Samci si nesou v každé buňce těla dvě odlišné „porce“ dědičné informace, tzv. pohlavní chromozomy X a Y. Samičí pohlaví je určeno dvojicí chromozomů X. Hajaši proto pěstoval indukované pluripotentní kmenové buňky samčího původu a sledoval jejich chromozomy. Při množení se buňky občas nepodělí o dědičnou informaci rovným dílem. Z mateřské buňky vznikne jedna dceřiná buňka, která o jeden chromozom přišla, a druhé dceřiné buňce pak tentýž chromozom přebývá. Hajašiho tým nejprve našel buňky, které ztratily pohlavní chromozom Y, a ty pak v dalších kultivacích donutil, aby si zdvojily osamocený chromozom X.³⁾ Vědci tak získali indukované pluripotentní kmenové buňky samčího původu se samičí konstelací pohlavních chromozomů XX. Z těchto buněk pak v laboratoři vypěstovali vajíčka, která následně oplodnili spermií. Vzniklá embrya přenesli do dělohy náhradním myším matkám. Z více než šesti set embryí se narodilo sedm myšat. Úspěšnost celé procedury se tak pohybovala kolem jednoho procenta. Hajaši sám přiznává, že neví, nakolik se zdařilo takto vypěstovaným vajíčkům navodit správný samičí imprinting genů. Nízká úspěšnost procedury napovídá, že všechna vajíčka v pořádku nebyla. Poruchy v aktivitě genů vajíčka se navíc nemusí projevit ihned a mohou vyvolat komplikace (např. těžkou obezitu) až ve vyšším věku.

Šance pro léčbu neplodnosti

Média se v komentářích o mláďatech zplozených dvěma samci nevyhnula spekulacím, jestli se tak neotevírá cesta ke zplození dětí páry homosexuálních mužů. Hajaši však rozhodně odmítá, že by technika byla zralá pro uplatnění v humánní medicíně. Naopak zdůrazňuje, že mezi myšími a lidskými buňkami existují zásadní rozdíly, které komplikují přenos výsledků laboratorních výzkumů do klinické praxe.

S nadějemi vzhlížejí k nové biotechnologii chovatelé hospodářských zvířat. Při šlechtění jsou neskonale tvrdší selekci vystaveni samci a genetický pokrok je u nich podstatně rychlejší než u samic. Sperma jediného plemenného býka může být díky umělé inseminaci použito ke zplození až statisíců telat. Ke spočítání potomků jedné krávy obvykle stačí prsty na rukou. Potomci tak v sobě kombinují vynikající vlohy špičkových býků s ne tak kvalitními vlohami matek. Vytvořením telat kombinujících vlohy dvou špičkových plemenných býků by šlechtění nabralo dramaticky vyšší obrátky. To by mělo nejen ekonomické, ale i ekologické přínosy. Skot je významným producentem skleníkových plynů, především metanu vznikajícího při trávení potravy v bachoru. Pokud bychom chovali krávy s vyšší produkcí mléka, stačilo by jich k uspokojení spotřeby méně a každý litr mléka by byl zatížen nižší produkcí skleníkových plynů.

V humánní medicíně nabízí do budoucna tento postup léčbu neplodnosti u lidí, kteří trpí poruchami v počtu chromozomů. To je třeba případ žen s Turnerovým syndromem, jimž chybí jeden pohlavní chromozom X, a jsou proto neplodné. Lékaři by jim odebrali tělní buňky a ty by proměnili na indukované pluripotentní kmenové buňky. Nechali by v nich „namnožit“ chybějící chromozom X a z takových buněk by pak v laboratoři vypěstovali pro pacientky plnohodnotná vajíčka. Oplozením „ve zkumavce“ by pak bylo počato dítě, které by donosila a porodila jeho biologická matka.