O próbach przenoszenia matczynego genomu

Choroby mitochondrialne atakują najczęściej mięśnie i układ nerwowy. Są to zwykle miopatie i neuropatie upośledzające i drastycznie skracające życie pacjentów. Przykładowo, należący do nich zespół przewlekłej postępującej zewnętrznej oftalmoplegii. Choroba ta prowadzi do całkowitego porażenia mięśni. Inny syndrom – o nazwie MELAS – objawia się zaś drgawkami, niedorozwojem psychoruchowym, zwyrodnieniem siatkówki, głuchotą, cukrzycą i karłowatością. Chorób tych nie daje się wyleczyć. Można jedynie próbować łagodzić ich objawy. Powodem tych schorzeń są mutacje genów zawartych w mitochondriach – wewnątrzkomórkowych mikroskopijnych organellach produkujących energię niezbędną do życia. Mitochondria mają własny DNA, niezależny od DNA zgromadzonego w jądrze komórkowym. W nim zaś znajdują się geny kodujące informacje o białkach niezbędnych do funkcjonowania owych mikroskopijnych fabryk energii. W trakcie zapłodnienia zarodek ludzki, podobnie jak zarodki innych organizmów, otrzymują mitochondria od komórki jajowej, a nie od plemnika. Dlatego mutacje mitochondrialne dziedziczone są wyłącznie po matce, choć na choroby mitochondrialne zapadają zarówno dziewczynki, jak i chłopcy. Otrzymują bowiem swoje mitochondria poprzez matczyną komórkę jajową, niezależnie od własnej płci, o której decyduje plemnik pochodzący od ojca. Plemnik co prawda wnosi ze sobą jedno lub kilka mitochondriów, ale ten posag nie przydaje się zygocie, gdyż po zapłodnieniu jaja po prostu zanika. Mutacje mitochondrialne zdarzają się u jednego na 250 urodzonych dzieci. Zaś u jednego na 10 tys. dorosłych stwierdza się występowanie chorób mitochondrialnych. Nie każda taka mutacja musi bowiem wywołać chorobę. Naturalnie poczętym dzieciom obarczonym chorobą mitochondrialną pomóc można w bardzo niewielkim stopniu. Wielką, jeśli nie jedyną, nadzieję daje jednak metoda zapłodnienia in vitro. Od wielu lat prowadzi się badania nad usuwaniem zmutowanych mitochondriów z wczesnych zarodków uzyskanych właśnie drogą zapłodnienia pozaustrojowego po to, by chronić przyszłe dzieci przed tymi chorobami. Przed trzema laty brytyjscy embriolodzy z Newcastle University opracowali zabieg transplantacji jąder komórkowych między zygotami obarczonymi mutacjami genów mitochondrialnych i zarodkami zdrowymi. Tuż po zapłodnieniu in vitro usuwali z chorej zygoty jądra komórkowe, pochodzące z komórki jajowej i plemnika (zwane przedjądrzami), i przenosili je do zdrowych zygot (pochodzących od innych rodziców nieobarczonych mutacjami), z których uprzednio usunięto ich własne przedjądrza. Teoretycznie zabieg ten otwierał drogę do czyszczenia cytoplazmy zarodka z chorych mitochondriów zachowując geny rodziców zgromadzone w przedjądrzach. Niespodziewanie okazało się jednak, że takie postępowanie powoduje znaczne pogorszenie rozwoju operowanych zarodków. Z tego powodu zaniechano tej metody i podjęto próby znalezienia innej, pozwalającej na podobną interwencję w komórkach rozrodczych kobiety jeszcze przed zapłodnieniem in vitro. Na początku 2013 r. w naukowym tygodniku „Nature” ukazały się dwie publikacje amerykańskich zespołów pracujących oddzielnie w Oregonie i w Nowym Jorku nad opracowaniem takiej właśnie metody. Amerykanie badali możliwość przenoszenia matczynego genomu z jednej niezapłodnionej komórki jajowej do innej, zdrowej, tak by pozbyć się chorych mitochondriów, zachowując równocześnie genom wyjściowej komórki jajowej. Po wielu próbach uzyskali drogą mikromanipulacji pożądane hybrydy. Następnie pobudzali je do rozwoju zarodkowego poprzez zapłodnienie pozaustrojowe (patrz: schemat). Aby przekonać się o skuteczności tej metody, tzn. czy pozbyto się w ten sposób chorych mitochondriów, hodowano zarodki w laboratorium do stadium blastocysty (czyli do stadium posiadającego ok. 100 komórek). Następnie uzyskiwano z nich zarodkowe komórki macierzyste, w których analizowano zarówno mitochondria, jak i DNA jądrowy. Okazało się, że przeniesienie genomu matczynego jeszcze przed zapłodnieniem z jednej komórki jajowej do drugiej skutecznie oczyszcza cytoplazmę zarodka z mitocho