Jak se rodí chiméry?

Vědci vedení španělsko-americkým biologem Juanem Belmontem řekli novinářům El Pais o experimentu s cílem vytvořit chiméru člověka a opice. Chiméra v tomto případě není slovní spojení, ale zcela přesný biologický termín označující organismy sestávající z geneticky heterogenních buněk. Zdá se, že vytváření chimér mezi lidmi a zvířaty, které se v posledních letech potýká s technickými a právními potížemi, se blíží. To znamená, že lidstvo může doufat, že obdrží neomezený zdroj dárcovských orgánů – jedinou otázkou je, kdo to dokáže jako první.

Španělští vědci hovoří o úspěšném vytvoření opičích embryí s lidskými buňkami

Oznámení o vytvoření mezidruhové chiméry se objevilo na stránce deníku El Pais – a nikoli v recenzovaném vědeckém časopise, jak je v akademické obci zvykem. Kromě toho, že „výsledky výzkumu vypadají velmi povzbudivě“, neposkytli vědci novinářům téměř žádné podrobnosti s vysvětlením, že plnohodnotná publikace o experimentu se teprve připravuje k vydání.

Ze zprávy El Pais lze pochopit, že „hybridi“ byli přesto zničeni před narozením, ale není jasné, v jaké fázi embryonálního vývoje k tomu došlo. Navíc není nic známo o možná nejdůležitějším výsledku experimentu: o tom, jak úspěšně se lidské buňky podařilo zakořenit v prostředí buněk opic.

Experimenty, které stejná španělská skupina vědců dříve provedla na prasatech, ukázaly velmi nízkou účinnost stupně chimerizace: na 100 tisíc prasečích buněk ve výsledných chimérách připadala pouze jedna lidská buňka. Předpokládá se, že tak špatná míra přežití je způsobena příliš velkou evoluční vzdáleností mezi lidmi a prasaty. Dělí nás asi 80 milionů let nezávislé evoluce a to nemohlo vést k hromadění rozdílů v mechanismech, kterými mezi sebou buňky komunikují (především ve struktuře receptorů pro signální molekuly).

Tato akumulace rozdílů je v mnoha ohledech analogická postupné změně lidských jazyků v rozdělených populacích. To vede k tomu, že po dlouhé době izolace si nově kolidující mluvčí kdysi společného jazyka přestávají rozumět. Zjevně se to děje na molekulární úrovni v případě chimér, a to vysvětluje selhání při vytváření lidských-prasečích embryí. Výběr opic místo prasat v novém experimentu by mohl být zásadním krokem pro úspěch celého oboru. I když se ukáže, že opice nejsou z lékařského hlediska příliš vhodné, takové experimenty nám řeknou, co přesně je potřeba „zlidštit“ u jiných laboratorních zvířat, aby se produkce chimér konečně stala efektivní. Zda tento nápad bude fungovat nebo ne, je hlavní intrikou nového experimentu.

Navzdory poněkud zvláštním okolnostem zveřejnění vědeckých dat stále mluvíme o slavných vědcích, takže jejich tvrzení jsou velmi pravděpodobně pravdivá. S novináři hovořili šéf skupiny Juan Carlos Izpisua Belmonte, profesor amerického Salka Institute a španělské katolické univerzity v Murcii, a také jeho kolegyně Maria Nunez-Delicado. Belmonteho skupina patří mezi lídry v oblasti vytváření mezidruhových chimér. Ve skutečnosti jsou jednou ze dvou skupin na světě, které se nejvíce přiblížily vytváření chimér založených na lidských buňkách.

Druhým lídrem tohoto závodu je skupina vedená americko-japonským biologem Hiromitsu Nakauchi. Jen týden před zveřejněním v El Pais vyšlo najevo, že japonská vláda schválila Nakauchiho žádost o práci s chimérickými lidskými buňkami. Na tomto pozadí vypadá rychlý novinový článek bez podrobností o Belmonteho úspěchu jako bleskový pozdrav od konkurentů. Něco podobného se již stalo: začátkem roku 2017 tyto dvě skupiny publikovaly články ve dvou prestižních vědeckých časopisech Nature a Cell, které od sebe dělil jen jeden den.

Pro vytvoření chimér museli Španělé do Číny

V USA, kde je soustředěna většina moderní medicíny (a vědy obecně), nejsou experimenty s vytvářením chimérických embryí zakázány, ale jsou finančně omezeny. Od roku 2015 nelze takový výzkum provádět s granty National Institutes of Health – velmi velké organizace, která virtuálně určuje tvář věd o živé přírodě ve Spojených státech a v mnoha ohledech globálně. V Japonsku byly donedávna takové experimenty prostě zakázány, ve Španělsku byly výrazně omezeny (je tam například zakázáno vytváření embryí pro čistě výzkumné účely).

Právní situace ohledně vytváření chimér ve světě je velmi nepřehledná. Ačkoli většina zemí zakazuje klonování lidí a používání lidských embryí ve výzkumu, není jasné, zda by chimérická embrya, z nichž většina je stále živočišného původu, a jen několik z nich pochází z lidské tkáně – a nikoli embryonální – měla podléhat tomuto zákazu. Na jakém „stupni humanizace“ by mělo nakládání s takovými embryi podléhat zákonu o lidských právech? A jak se tato situace liší od prosté tkáňové transplantace nebo krevní transfuze z člověka na zvíře – což je postup, který, jak se zdá, žádný zákon nezakazuje? Ostatně přesně to se děje v procesu vytváření chimér – pouze k transplantaci dochází ve fázi embrya, nikoli dospělého zvířete.

Na všechny tyto otázky zatím neexistují odpovědi a vědci si pro svou práci podle očekávání vybrali zemi, kde nejsou příliš nakloněni si tyto otázky klást. Je však možné, že se nejedná pouze o právní potíže. „Provádíme experimenty v Číně kvůli nedostatku vhodné infrastruktury zde [ve Španělsku],“ přiznala Maria Nunez, jedna z vedoucích výzkumného programu, v rozhovoru s El Pais. Tak či onak, v poslední době k takovým přesunům dochází stále častěji.

Chimerizace není tak exotický jev, jak si možná myslíte. Některé jsou chiméry, aniž by to věděly

Chiméry nejsou jen „hybridy“ lidí a zvířat, které se snaží vytvořit skupiny Nakauchi a Belmonte. Obecně lze říci, že se jedná o jakékoli organismy, které obsahují ve svém těle geneticky heterogenní buňky. Přítomnost takové heterogenity byla dlouho považována za nemožný nebo přinejmenším velmi vzácný jev. Za prvé proto, že všechny „normální“ buňky v těle pocházejí z oplodněného vajíčka a musí být navzájem geneticky identické, ale cizí buňky jakoby nemají odkud pocházet. Za druhé, imunitní systém dělá z těla jakéhokoli zvířete extrémně agresivní prostředí pro cizí lidi, které, jak se zdá, neponechává žádný prostor pro vznik chimér.

Juan Belmonte a jeho kolegové referují o experimentu z roku 2017 na produkci chimér mezi lidmi a prasaty.

Postupně s rozvojem přesných metod genetické analýzy (především PCR) se však ukázalo, že zachycení a uchování cizích buněk je nejen vzácný jev, ale vlastně totální, alespoň u zvířat s placentou. S objevem takzvaného mikrochimerismu vyšlo najevo, že téměř každá žena, která porodí, nosí v těle malý, ale zcela detekovatelný počet buněk svých dětí – a s nimi i DNA jejich otce. Totéž platí pro děti – je známo, že dokážou v těle zadržet buňky od matky. Navíc k výměně buněk v těle matky může dojít dokonce i mezi bratry a sestrami, pokud je nosila stejná žena.

Kromě všudypřítomného mikrochimérismu existuje také mnohem vzácnější, ale mnohem zajímavější typ mísení geneticky odlišných buněk – tím je tetragametický chimérismus. Dochází k němu, když během početí dojde k oplodnění ne jednoho, ale dvou vajíček a jsou zapojeny dvě různé spermie. Ve většině případů takové dvojité oplodnění vede k narození obyčejných dvojčat, ale někdy se dvě oplodněná vajíčka (zygoty) spojí do jednoho embrya, ve kterém se víceméně náhodně smíchají buňky různých „bratrů“ nebo „sester“. objednat. Pokud by „potenciální dvojčata“ byla různého pohlaví, pak fúze vede ke vzniku intersexuální osoby – osoby, která má v těle ženské i mužské buňky.

Ve vzácných případech vede tento typ chimerizace dokonce k případům pravého hermafroditismu, kdy se v lidském těle současně tvoří ženské a mužské pohlavní orgány (takoví hermafrodité však zůstávají téměř vždy sterilní). Pokud jsou v embryu smíchány buňky z dvojčat stejného pohlaví, pak je chimerizace téměř nepostřehnutelná. Téměř vždy člověk zjistí, že se to stalo úplnou náhodou – například když z toho či onoho důvodu musí udělat genetický test.

Klasickým příkladem takové skryté chimerizace je případ Lydie Farchild, ženy, která plánovala žalovat svého manžela o výživné, a v důsledku toho se ocitla v podezření. Kvůli tomu, že podle výsledků genetického testu není matkou svých dětí. Obvykle je během takových procesů skutečně předepsáno genetické vyšetření, které v tomto případě přineslo extrémně neočekávaný výsledek: bylo potvrzeno otcovství bývalého manžela, ale ne mateřství samotné Farchild. Následný výzkum určil, že tělo ženy bylo tetragametickou chimérou a její reprodukční orgány nebyly geneticky totožné s vlasy a krevními částmi těla, které byly použity k získání kontrolních vzorků v genetickém testu. Tento případ opět naznačuje, že skutečná škála i toho nejexotičtějšího tetragametického mikrochimérismu může být mnohem větší, než se zdá – jednoduše proto, že se obvykle neprojevuje.

Vytváření „hybridů“ lidí a zvířat je cestou k neomezenému zdroji dárcovských orgánů

Každý rok trpí nedostatkem orgánů k transplantaci více než milion lidí, z nichž mnozí zemřou ještě před transplantací. Přirozeným výsledkem je touha biologů a lékařů přijít s nějakým novým způsobem, jak získat vhodné orgány – kromě klasického dárcovství. Dnes existuje několik přístupů, jak toho lze dosáhnout: použití 3D tiskáren, které tisknou buňky, výroba prázdných bezbuněčných „matrik“ ze zvířecích orgánů, které pak mohou být osazeny buňkami od pacientů, a nová, ale zjevně mnohem nadějnější přístup – pomocí mezidruhových chimér.

Proč vědci do této poslední metody vkládají velké naděje? Protože jak 3D tiskárny, tak bezbuněčné „matrice“ jsou přístupy, které zahrnují vytvoření fungujícího orgánu s celou jeho složitou anatomií prakticky „od nuly“, což v biologii funguje jen zřídka. Chimerizace zahrnuje použití běžných zvířat jako továrny na orgány, které byly v embryonálním stádiu jen mírně upraveny malou injekcí lidských buněk.

Podstata této metody – nazývá se blastocytární komplementace – je přibližně následující. Během posledního půlstoletí vývoje embryologie se ukázalo, že buňky během růstu a vývoje embrya získávají svou „profesi“ v podstatě stejným způsobem jako lidé – nikoli samy sebou, ale interakcí s jinými buňkami. To znamená, že k tomu, aby se staly játry nebo řekněme srdcem, je velmi důležité, aby se dostaly do příslušného prostředí – a vše se pak děje víceméně automaticky. Kromě důležitosti „správného místa“ v buňkách, pokud chtějí zvládnout určitou profesi, se musí projevit jejich vlastní „talenty“ – tedy při diferenciaci se musí aktivovat některé geny, které spouštějí nevratné procesy specializace buněk. . Poslední desetiletí práce embryologů a molekulárních biologů nebyla marná – nyní jsou takové klíčové geny a genetické sítě, které ovládají, docela dobře známé pro většinu tkání a orgánů. A pokud se některé z nich vypnou, embryo prostě nebude schopno vytvořit ten či onen orgán.

Takže v rámci této metafory je myšlenkou komplementace blastocytů provést cílenou „lustraci“ – vyloučit hostitelské (tedy zvířecí) buňky z úkolu tvořit určitý orgán a nahradit je lidskými buňkami. . Pokud zafunguje cílené vypnutí, bude embryo prostě nuceno buď přijmout cizí buňky do těla, nebo zemřít bez životně důležitého orgánu – a zkušenosti naznačují, že alespoň někdy tato myšlenka funguje.

Orgány pěstované v chimérách už zachraňují životy. Pravda, zatím jen myši

Nejvýraznějším příkladem úspěšné implementace myšlenky komplementace blastocytů je experiment hlavního konkurenta Belmonte, Hiro Nakauchi. Začátkem roku 2017 publikoval se svými kolegy v Nature článek o studii, ve které byl orgán vypěstovaný v chimérickém organismu úspěšně použit k léčbě cukrovky. Experiment sestával z následujícího: vědci vstříkli myší kmenové buňky do krysích embryí, v jejichž buňkách byl předtím inaktivován gen Pdx-1 nezbytný pro vývoj slinivky břišní. Teoreticky by se pro tento experiment daly kmenové buňky získat jednoduše z myších embryí, ale v tomto případě se vědci rozhodli vyzkoušet přesně tu metodu, která se má používat na lidech – kmenové buňky byly indukovány, tedy byly vytvořeny přeprogramování běžných vzorků tkání dospělých myší (Japonec Shinya Yamanaka obdržel v roce 2012 Nobelovu cenu za medicínu za vytvoření této technologie přeprogramování).

Výsledkem experimentu bylo, že krysím embryím vyrostl normální funkční pankreas – velikostí a anatomií spíše krysí, ale geneticky identický s odpovídajícím myším orgánem. Fragmenty této žlázy byly transplantovány myším, u kterých byl uměle vyvolán diabetes – jak se ukázalo, orgán byl plně funkční a nevyžadoval žádnou imunosupresi, to znamená, že nevyvolával odmítavou reakci. Po více než 370 dní vedly myši s chimérickou slinivkou pěstované na krysách normální život, bez cukrovky. Ve srovnání s dvouletou maximální délkou života těchto zvířat lze výsledky experimentu označit za působivý úspěch.

Během experimentů se ukázalo, že další výzkum v oblasti chimerizace by měl být zaměřen na zvířata, která jsou člověku geneticky blízká – primáty. Podobné pokusy se šimpanzi nebo gorilami jsou zakázány téměř všude, ale to neplatí například pro opice. A nyní, dva roky po zveřejnění klíčových článků v roce 2017, se objevují první zvěsti o pokusech s opicemi.

Navzdory tvrzení v El Pais, dokud nebude celý článek vědců publikován ve vědeckém časopise, nebudeme schopni říci, co přesně Belmonteho skupina za poslední dva roky dokázala. Sám výzkumník na žádost Meduzy o komentář nereagoval. Není však pochyb o tom, že až bude dílo konečně publikováno, odpověď z Japonska na sebe nenechá dlouho čekat – Nakauchiho skupina sháněla povolení k provádění experimentů s lidskými chimérami již řadu let a nelze si představit, že by tyto pokusy bylo by to marné.

Alexandr Ershov

Genetika a otisky prstů se staly spásou moderní forenzní vědy a pomohly orgánům činným v trestním řízení vyřešit mnoho zločinů. Důkazy získané pomocí takových metod začaly být považovány za prakticky nevyvratitelné. Ale historie zná případy, kdy anomálie, mutace a prostě lékařské chyby zmátly spravedlnost.

Chimera žena

V roce 2002 požádala 26letá Američanka Lydia Fairchild po rozvodu s manželem o alimenty na jejich dvě společné děti. V takových případech musí otec a matka podle standardního postupu podstoupit testy DNA, aby potvrdili vztah. Otec dětí v testu uspěl, ale samotná Lydia v něm neuspěla. Genetická analýza ukázala, že není biologickou matkou. Soud si vyžádal lékařské záznamy z porodnic, dokonce vyslýchal i porodníka, který dítě přivedl na svět. Úřady již plánovaly zbavit Lydii Fairchildovou rodičovských práv a odsoudit ji za podvody s náhradním mateřstvím a umístit děti do sirotčince. V době soudu byla žena těhotná se svým třetím dítětem. Soudce nařídil, aby na porod dohlížel soudní vykonavatel, který novorozeně ihned provedl testy. Výsledky testů opět ukázaly, že Fairchild nebyla matkou.

Obžalovaného zachránil právník Alan Tindell. Přečetl si článek ve vědeckém New England Journal of Medicine o unikátním fenoménu Karen Keegan, ženské chiméry z Bostonu. Když Keegan dosáhla 52 let, vážně onemocněla a kvůli léčbě potřebovala transplantaci ledviny. Její dvě dospělé děti prohlásily, že jsou připraveny stát se dárci, a lékaři provedli testy, aby určili kompatibilitu orgánů dárce a příjemce. Výsledky lékaře zmátly: podle genetických údajů nemohli být Keeganovi synové jejími dětmi. Zmatená Keegan nabídla další vzorek své tkáně k testování. Před časem si nechala odstranit uzlík ze štítné žlázy, který byl stále uložen v nedaleké laboratoři. Tato tkáň zcela odpovídala genetickému kódu jejích dětí. Karen Keegan se ukázala jako chiméra, to znamená, že její tělo se skládalo z tkání s různými genomy. K této genetické abnormalitě dochází, když jsou dvě vajíčka oplodněna dvěma spermiemi. V tomto scénáři se v naprosté většině případů vyvinou dvojčata, ale občas se dvě oplozená vajíčka spojí v jeden organismus, takže se zrodí chiméra, skládající se z geneticky odlišných buněk.

Fairchild se také ukázal jako chiméra. Ukázaly to rozsáhlé testy DNA s příbuznými ženy a také řada studií tkání z různých částí těla. Bylo zjištěno, že její kůže a vlasy mají jeden genetický kód a její reprodukční systém má jiný (právě ten byl předán dětem). Obvinění proti ní za podvody s náhradním mateřstvím byla stažena.

Lidé bez otisků prstů

Na počátku 2000. století se švýcarská občanka pokusila požádat o vstupní vízum do Spojených států, ale byla zamítnuta, protože nemohla projít biometrickými údaji: neměla žádné otisky prstů ani otisky prstů. Dermatolog Peter Itin z Technion Institute of Technology (Technion – Israel Institute of Technology) začal studovat fenomén absolutně hladkých konečků prstů. Lékař zjistil, že stejný rys má dalších osm členů rodiny ženy.

Genetici přišli s názvem pro tuto mutaci – „nemoc zpomalující přistěhovalectví“ (adermatoglyfie). Vědci z Tel Aviv Sourasky Medical Center zkoumali 16 členů rodiny, kteří žijí ve švýcarské Basileji. Sedm mělo normální otisky a devět členů rodiny mělo čisté konečky prstů. Lékaři zjistili, že za to může jedna varianta genu SMARCAD1. V důsledku mutace dochází k nestabilitě v kopírování tohoto genu, díky čemuž se v děloze selektivně přestává tvořit kožní vzor.

Do roku 2011 byly nalezeny další čtyři rodiny, které měly tak neobvyklý rozdíl. Lékaři říkají, že další výzkum genu SMARCAD1 může odpovědět na otázku: proč příroda potřebovala, aby každý člověk měl své vlastní jedinečné otisky prstů?

Míchání biomateriálů

V roce 1998 policie obvinila 16letého Josao Suttona a 12letého Gregoryho Adamse z únosu a znásilnění 41leté ženy z Houstonu. Oba teenageři svou vinu kategoricky popírali, měli alibi a jejich vzhled neodpovídal prvotnímu popisu zločinců. Přesto mladí lidé souhlasili s darováním krve na výzkum. Doufali, že potvrdí svou nevinu. Specialista z kriminální laboratoře však dospěl k závěru, že Suttonova DNA je kompatibilní se vzorkem získaným od oběti. V důsledku toho soud poslal teenagera na 25 let do vězení.

Matka obžalovaného kontaktovala kriminalistu Williama Thompsona. V lékařské zprávě objevil chybu: laboratorní expert na základě rozboru slin a krve podezřelého odvodil tři profily DNA jedné osoby, které se od sebe znatelně lišily. Zároveň se Suttonova skutečná DNA neshodovala s biomateriály násilníků, které byly získány od oběti. Po čtyřech letech odpykání za nespáchaný trestný čin byl mladík z vězení propuštěn. O tři roky později policie chytila ​​skutečné zločince.

V roce 2010 provedli vědci z Velké Británie a USA experiment. Předložili k přezkoušení materiály z případu znásilnění, ve kterém byl obžalovaný již dříve shledán vinným. V důsledku toho 12 ze 17 soudních znalců dospělo k závěru, že DNA obžalovaného nebyla v genetickém „koktejlu“ z těla oběti, čtyři prohlásili, že na základě dostupných údajů nelze vyvodit jednoznačný závěr a pouze jeden se domníval, že požadovaná DNA byla ve vzorku.

DNA prostřednictvím podání ruky

Vědci z University of Indianapolis provedli neobvyklý experiment. Pozvali dva dobrovolníky, požádali je, aby si potřásli rukou po dobu dvou minut, poté jeden z nich dostal nůž. Rozbor ukázal, že nůž obsahoval DNA od osoby, která se nástroje nedotkla. Vzorek stačil k vytvoření profilu DNA a závěru, že osoba použila nůž.

Ukazuje se, že sekundární přenos lidské DNA prostřednictvím kontaktu je častější, než se dříve myslelo. Lidskou DNA lze snadno přenést z jednoho objektu na druhý. Výsledky experimentu vědci podrobně popsali na stránkách Journal of Forensic Sciences.

Tento experiment pomohl osvobodit nevinného muže v Kalifornii v roce 2013. Byl zatčen pro podezření z vraždy. Hlavním důkazem byla přítomnost DNA na místě vraždy. Obvinění byla stažena, když bylo zjištěno, že DNA obžalovaného poskytly posádky záchranné služby, které měly kontakt s mužem a poté se dostavily na místo činu.

K dnešnímu dni byl chimérismus zaznamenán u přibližně 30 lidí a nejméně pěti rodinám chybí otisky prstů. Objevují se další anomálie a mutace, stejně jako lékařské chyby. Kdyby byli policisté a soudci kritičtější vůči genetickému výzkumu a výzkumu otisků prstů, kdo ví, jak by skončily tisíce kriminálních případů po celém světě.