Klonowanie reprodukcyjne

W maju 2013 r. grupa amerykańskich embriologów kierowana przez Szukrata Mitalipova opublikowała w czasopiśmie „Cell” wyniki badań pokazujące, że klonowanie ludzkich zarodków nie jest bardzo trudne. Była to kluczowa informacja, gdyż poprzednie doniesienia sugerowały, że ludzkie zarodki są szczególnie trudnymi obiektami pod tym względem. Powód tych przypuszczeń? Wiele doniesień na temat uzyskiwania ludzkich klonów w stadium zarodków lub komórek macierzystych w przeszłości okazywało się naukowymi fałszerstwami. Skoro uciekano się do oszustw, to wniosek, że może nie da się tego wcale zrobić, nasuwał się sam. Od żab do człowieka W historii klonowania zwierząt tego typu konkluzje pojawiały się nader często. I niestety równie często opóźniały postęp badań. Naukowa przygoda z klonowaniem zaczęła się w połowie XX w. Wówczas to Robert Briggs i Thomas King sklonowali pierwsze zwierzę – żabę o nazwie Rana pipiens. Dokonali tego poprzez tzw. transfer jąder komórkowych, czyli wprowadzając jądro obcej komórki żaby do komórki jajowej, z której usunięto jej własny materiał genetyczny. W ten sposób wykazali, że można odwrócić molekularne procesy rozwoju zarodkowego. Ich badania dość szybko jak na owe czasy zostały potwierdzone i rozszerzone przez noblistę z 2012 r. Brytyjczyka Johna Gurdona. Do swych doświadczeń użył on innej żaby o nazwie Xenopus laevis. I był to strzał w dziesiątkę. Xenopus bowiem, w przeciwieństwie do Rana pipiens, dostarczał materiału badawczego w postaci komórek jajowych przez cały rok, a nie tylko w wiosennym sezonie rozrodczym. Dzięki temu Gurdon mógł znacznie przyspieszyć tempo systematycznych badań nad klonowaniem. Z jego eksperymentów wynikało niezbicie, że zdolność przeprogramowania jąder komórkowych po transferze spada wraz z zaawansowaniem ich różnicowania. Podczas gdy komórki zarodkowe dawały wiele klonów, uzyskanie ich z komórek ciała nawet młodej kijanki było rzadkością. W latach 80. XX w. rozszerzono te obserwacje na ssaki, a szczególnie na mysz. Okazało się bowiem, że nawet jądra komórkowe pobierane do klonowania z najwcześniejszych stadiów zarodkowych myszy mają niezwykle ograniczone zdolności rozwojowe. Dopiero po około dekadzie stało się jasne, że tak marne wyniki były efektem stosowania do doświadczeń komórek w innych stadiach niż w przypadku transferu dokonywanego u żab. Jako dawców mysiej cytoplazmy używano bowiem zygot, a nie niezapłodnionych komórek jajowych. Kiedy podjęto próby klonowania zgodnie ze schematem Briggsa, Kinga i Gurdona, wyniki znacznie się poprawiły. Jako pierwszy skutecznego klonowania ssaka, a była to owca, dokonał duński embriolog pracujący w Wielkiej Brytanii Steen Willadsen. Jego badania odeszły w zapomnienie po sklonowaniu owcy Dolly przez szkocki zespół Keitha Campbella i Iana Wilmuta, gdyż Willadsen używał do klonowania komórek pochodzących z późnych zarodków i płodów owiec. Do czasu sklonowania Dolly sądzono więc, że klonowane przez niego owce rozwijały się dlatego, że dawcami ich DNA były jądra niedostatecznie zróżnicowanych komórek. Dziś można sądzić z dużą dozą prawdopodobieństwa, że przynajmniej część z tych klonów pochodziła z komórek zróżnicowanych tak jak Dolly. Jednak dopiero Campbell i Wilmut pokazali czarno na białym, że zróżnicowana komórka z gruczołu mlekowego dorosłej owcy może dostarczyć jądra komórkowego zdolnego do ponownego przeprowadzenia rozwoju zarodkowego po transferze do wyjądrzonej komórki jajowej. Pozwoliło to na uzyskanie dorosłego sklonowanego osobnika – właśnie owcy Dolly. Po sukcesie szkockich embriologów podjęto liczne udane próby klonowania innych ssaków: myszy, królików, szczurów, krów, koni, psów, kotów… Szczególnie oporne na tę procedurę okazały się małpy, co przyczyniło się do opinii, że podobnie będzie z klonowaniem ludzi. Skoro jednak można było klonować praktycznie wszystkie inne ssaki, to pozostawała nadzieja, że jednak da się również sklonować zarodek człowieka. I w ubiegłym roku właśnie to zaprezentował światu Szukrat Mitalipov. Jak to działa? Z badań Gurdona nad żabą Xenopus laevis wiemy, że klonowanie polega na genetycznym przeprogramowaniu jąder komórkowych. Co to takiego? Otóż rozwój osobnika jest możliwy dzięki przełączaniu szeregu genów znajdujących się w jądrach komórkowych najpierw zarodka, a potem płodu. Pewne geny muszą być wyłączone, inne zaś włączone. Proces ten musi odbywać się w ściśle skoordynowany sposób. Kontrolę nad nim ma zaś cytoplazma komórki zarodka. To ona dyktuje, jakie fragmenty DNA będą się – jak mówią fachowo naukowcy – otwierały, umożliwiając aktywację genów znajdujących się w tej części łańcucha DNA, i jakie będą się zamykały, inaktywując inne geny. To oczywiście tylko zasada generalna, a rzeczywista regulacja przełączania, czyli tzw. ekspresji genów, jest o wiele bardziej skomplikowana. Mało skuteczne próby klonowania ssaków przypisywano początkowo niemożności zawrócenia tego procesu. Innymi słowy, sądzono, że komórka, przekształcając się np. w neuron mózgu podczas różnicowania, blokuje na stałe geny, które były aktywne przed tym procesem. Ich trwałe zablokowanie miało zabezpieczać komórkę przed powrotem do stanu zarodkowego i między innymi przed podjęciem podziałów komórkowych. O tym, że jest to jednak proces odwracalny, świadczyło zachowanie się komórek rakowych. Podczas procesu nowotworzenia bardzo często właśnie zróżnicowane komórki organizmu uzyskują zdolności podziałowe i wówczas do pewnego stopnia upodobniają się do komórek zarodkowych. Nowotworzenie oparte jest jednak na patologicznej regulacji genów i w żaden sposób nie można było takich chorych komórek zmusić do harmonijnego rozwoju. Udany rozwój sklonowanych żab przez długi czas przypisywano więc szczególnym zdolnościom płazów. Mają one o wiele większe zdolności regeneracyjne niż ssaki, w tym i ludzie. Regeneracja organów lub części ciała oparta jest właśnie na procesie odróżnicowania komórek pozostających w organizmie, czyli zmianie ekspresji ich genów. O tym, że pogląd o zasadniczych różnicach między płazami i ssakami był mylny, zadecydowały narodziny owcy Dolly i kilku owiec sklonowanych wcześniej przez ekipę Willadsena. Ponieważ transfer jąder w przypadku tych owiec pozwalał na skuteczne odblokowanie informacji genetycznej i odróżnicowanie jąder komórkowych, podjęto próby takiego właśnie odróżnicowywania komórek przy użyciu innych metod. Okazało się, że można dokonać tego bez przenoszenia jądra komórkowego do cytoplazmy komórki jajowej. Wystarczy bowiem aktywować kilka wybranych genów zróżnicowanej komórki – takich, które kontrolują ekspresję innych genów związanych z „odmładzaniem” – by uzyskać efekt podobny jak po transferze jąder stosowanym w klonowaniu. Właśnie za te badania Nagrodę Nobla uzyskał dwa lata temu wraz z Gurdonem japoński genetyk Shinya Yamanaka. Ta dziedzina badań rozwija się w tempie wręcz zawrotnym. Ostatnio inni japońscy badacze wykazali, że komórki macierzyste (tzw. STAP od ang. Stimulus-Triggered Acquisition of Pluripotency) można uzyskiwać ze zróżnicowanych komórek nawet bez manipulacji genetycznych, po prostu działając na nie wybranymi bodźcami fizykochemicznymi. Do czego się przyda? Dzięki badaniom Yamanaki (jak i wielu innych ekip badawczych na całym świecie) udowodniono, że ze zróżnicowanych komórek można uzyskiwać komórki bardzo podobne do zarodkowych – tzw. komórki macierzyste. Również ze sklonowanych zarodków można uzyskiwać takie komórki. Te zaś są niezwykle przydatne w medycynie regeneracyjnej, gdyż mogą przekształcać się w dowolny typ komórek organizmu i można używać ich do zastępowania zniszczonych lub chorych tkanek, np. do przywracania sprawnych komórek serca po zawale. Właśnie ten medyczny cel łączy badania Gurdona i Yamanaki. I to on zadecydował o wspólnym przyznaniu im najwyższej spośród naukowych nagród, niezależnie od tego, że pierwszy pracował na żabach, a drugi na komórkach ludzkich w hodowli laboratoryjnej. Dla medycyny regeneracyjnej klonowanie zarodków stało się jedną z kilku dostępnych metod uzyskiwania komórek zastępczych. Aby komórki macierzyste uzyskane bądź drogą klonowania, bądź przez odróżnicowanie metodą Yamanaki były użyteczne, muszą wykazywać zgodność z genotypem pacjenta. Najlepiej więc, gdy pobrane będą bezpośrednio od osoby zainteresowanej terapią regeneracyjną. Alternatywą jest utworzenie banku gromadzącego komórki kompatybilne z bardzo dużą liczbą różnych genotypów ludzkich. Na wzór banków krwi można by z nich wybierać te najbardziej podobne do genotypu pacjenta bez konieczności pobierania od niego wyjściowych komórek. Te zastosowania wzbudzają największe zainteresowanie, gdyż obiecują niespotykane dotąd możliwości lecznicze. Medycyna regeneracyjna wykorzystująca komórki macierzyste umożliwi zapewne już niedługo leczenie nie tylko zawałów serca, ale i uszkodzeń rdzenia kręgowego powodujących paraliż, a najpewniej również chorób neurodegeneracyjnych, takich jak parkinson czy alzheimer. Jeszcze jednym zastosowaniem klonowania zarodków, które poza nadzieją budzi równocześnie obawy, jest tzw. klonowanie reprodukcyjne. Uzyskane drogą klonowania zarodki mogą bowiem być wprowadzane do dróg rodnych kobiety, gdzie mogą rozwijać się w płody, a następnie w noworodki i w końcu w osoby dorosłe. Klonowanie reprodukcyjne byłoby skuteczną metodą na obdarzenie potomstwem par, które są całkowicie sterylne, w tym par homoseksualnych. Oczywiście taki rodzaj klonowania ludzi jest bardzo kontrowersyjny głównie z tego powodu, że sklonowane osoby, podobnie jak inne sklonowane ssaki, mogą być obarczone pewnymi wadami wynikającymi najprawdopodobniej z nie do końca idealnie postępującego procesu odróżnicowania i ponownego różnicowania. Wiele sklonowanych zwierząt rodzi się z dość dużą nadwagą. Mogą pojawiać się jednak inne, bardziej niebezpieczne dla życia wady wrodzone. Przed przystąpieniem do klonowania reprodukcyjnego ludzi trzeba będzie więc poznać ich przyczyny i je koniecznie wyeliminować. Poza zastrzeżeniami natury medycznej pojawiają się oczywiście zastrzeżenia etyczne wysuwane głównie przez Kościół katolicki. Te jednak wydają się mało istotne. Kościół krytykuje wszystkie bez wyjątku nowości medyczne, a z czasem pod presją społeczną z tej krytyki musi zrezygnować. Sztandarowym przykładem są przeszczepy – jakże długo zwalczane przez religijnych fundamentalistów. Gruszek w popiele nie zasypiają również przedstawiciele innych rel