Choroby mitochondrialne atakują najczęściej mięśnie i układ nerwowy. Są to liczne miopatie i neuropatie upośledzające i znacznie skracające życie pacjentów. Przykładowo, zespół przewlekłej postępującej zewnętrznej oftalmoplegii prowadzi do całkowitego porażenia mięśni. Syndrom o nazwie MELAS objawia się zaś drgawkami, niedorozwojem psychoruchowym, zwyrodnieniem siatkówki, głuchotą, cukrzycą i karłowatością. Chorób tych nie można wyleczyć – jedynie nieco łagodzić ich objawy.
Powodem tych chorób bardzo często są mutacje genów zawartych w mitochondriach – wewnątrzkomórkowych mikroskopijnych fabrykach energii. Mitochondria mają własne DNA, a w nim liczne geny kodujące informacje o białkach niezbędnych do ich funkcjonowania.
Choroby mitochondrialne
Komórki jajowe, a nie plemniki, dostarczają przyszłemu zarodkowi zdecydowaną większość tych struktur, dlatego mutacje mitochondrialne dziedziczone są po matce. Ale 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. Plemnik co prawda wnosi ze sobą kilka mitochondriów, ale ten posag nie przydaje się zygocie, gdyż wyspecjalizowany jest w produkcji energii niezbędnej mu do szybkiego poruszania się i po zapłodnieniu jaja jest po prostu niszczony. Mutacje mitochondrialne zdarzają się u jednego na 250 urodzonych dzieci. U jednego na 10 tys. dorosłych stwierdza się zaś występowanie chorób mitochondrialnych.
Od wielu lat prowadzi się badania nad usuwaniem zmutowanych mitochondriów z wczesnych zarodków uzyskanych drogą zapłodnienia in vitro po to, by chronić przyszłe dzieci przed tymi chorobami. Wielkie nadzieje pokładano w opracowanym przed dwoma laty zabiegu transplantacji przedjądrzy. Brytyjscy embriolodzy z Newcastle University wyjmowali z zygoty, tuż po zapłodnieniu, jądra komórkowe pochodzące z komórki jajowej i plemnika (zwane przedjądrzami) i przenosili je z chorych do zdrowych zygot, z których uprzednio usunięto ich własne przedjądrza, uzyskiwanych od zdrowych dawczyń. Zabieg ten otwierał drogę do czyszczenia cytoplazmy zarodka z chorych mitochondriów. Niespodziewanie okazało się jednak, że powoduje to pogorszenie rozwoju operowanych zarodków. Dlatego szukano metody pozwalającej na podobną interwencję jeszcze w komórkach rozrodczych kobiety, czyli przed zapłodnieniem in vitro.
W tygodniku naukowym „Nature” z końca stycznia ukazały się dwie publikacje amerykańskich zespołów naukowych 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.
Embriolodzy pobudzali uzyskane drogą mikromanipulacji hybrydy do rozwoju poprzez zapłodnienie pozaustrojowe (patrz: schemat obok). 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 około 100 komórek). Następnie uzyskiwano z nich zarodkowe komórki macierzyste, w których badano zarówno mitochondria, jak i DNA jądrowe. Okazało się, że przeniesienie genomu matczynego jeszcze przed zapłodnieniem z jednej komórki jajowej do drugiej nie upośledza rozwoju zarodkowego, przynajmniej do stadium blastocysty. Równocześnie skutecznie oczyszcza ono cytoplazmę zarodka z mitochondriów dawczyni i nie powoduje zaburzeń w DNA jądrowym zarodka.
Nadzieja w mikromanipulacjach
Autorzy obu publikacji podsumowują swoje badania stwierdzeniem, że metoda ta, oczywiście po zatwierdzeniu przez odpowiednie władze sanitarne, powinna być użyteczna w praktyce klinicznej. Ponieważ badania opisane w „Nature” przeprowadzono na zdrowych komórkach jajowych pobranych od dawczyń dla celów naukowych, to oczywiście trzeba jeszcze sprawdzić, czy tak samo będą zachowywały się komórki jajowe uzyskane od pacjentek obarczonych mutacjami mitochondrialnego DNA.
Zabiegi mikromanipulacji komórek rozrodczych i zarodków ludzkich prowadzi się zaledwie od kilku lat i są one ciągle wielką nowością. Do niedawna sprawdzano możliwości takich ingerencji tylko na komórkach rozrodczych i zarodkach zwierząt, głównie myszy, szczurów, chomików, owiec czy kóz. Dzięki tym zabiegom poznano najważniejsze mechanizmy kontrolujące rozwój zarodkowy ssaków. Jednak poza oczywistym celem poznawczym, marzeniem embriologów było zastosowanie ich do zwalczania chorób genetycznych u ludzi.
Jednym z pionierów tych badań na świecie jest prof. Andrzej K. Tarkowski z Zakładu Embriologii Uniwersytetu Warszawskiego. To dzięki jego badaniom na myszach dziś można poznawać mechanizmy rozwoju zarodkowego także u zarodków człowieka. Okazuje się, że pod wieloma względami rozwój człowieka różni się w szczegółach od innych ssaków i ma swoją własną specyfikę. Prof. Tarkowski jako jeden z pierwszych badaczy zastosował metody mikromanipulacji zarodków. Dziś, dzięki naukowcom amerykańskim, metody te zyskują pełną szansę zastosowania w praktyce klinicznej i już niedługo będą przyczyniać się do leczenia ludzi. Do tego trzeba było odwagi i uporu wielu biologów. Metoda mikromanipulacji opisana w obu doniesieniach z „Nature” jest spełnieniem ich marzeń.
Sukces Amerykanów skłania do refleksji – pokazuje on, że postępu nauki nie da się zatrzymać żadnymi ograniczeniami natury ideologicznej. Powodowani ideologią lub zwykłym tchórzostwem politycy mogą jedynie opóźnić dobroczynne skutki prac naukowców.
Prof. Jacek Kubiak jest absolwentem Uniwersytetu Warszawskiego i byłym pracownikiem naukowym Zakładu Embriologii Wydziału Biologii tej uczelni. Od ponad 20 lat pracuje w CNRS/Uniwersytet Rennes 1 we Francji.