Biologové popsali extrémně vzácný případ u ryb – u samice lipnice tříostnaté (Gasterosteus aculeatus) potomstvo se objevilo v důsledku ovoviviparity, hlášeno v Vědecké zprávy. Samice tohoto druhu obvykle kladou vajíčka, samec je oplodní a po nějaké době se z vajíček vylíhne potěr. Ale v tomto případě spermie vstoupily do ženského reprodukčního traktu, což vedlo k vývoji embryí uvnitř matky. Dosud byly známy pouze dva podobné příklady.
Většina zvířat klade vajíčka, ze kterých se nakonec vylíhnou jejich potomci. Mnohem menší počet druhů je schopen viviparity a ovoviviparity. V druhém případě samice nese vajíčka nebo vajíčka, mláďata se vylíhnou v těle matky a poté se narodí. U ryb k přechodu z oviparity do ovoviviparity došlo mnohokrát, ale i přes to se všechny druhy tak či onak rozmnožují. „Přechodný“ stav, kdy samice jednoho z druhů klade vajíčka a zároveň se v ní vyvíjejí embrya, je extrémně vzácný, dosud byly popsány pouze dva takové případy. Ve vaječnících několika žen Hemilepidotus gilberti Z rodiny praků vědci našli vyvinutá embrya, ale všechna zemřela buď před narozením, nebo bezprostředně po něm. Kromě toho je znám případ, kdy byla vyvinutá embrya nalezena i uvnitř samice klíněnce tříostného, která však nejevila známky života.
V nové studii biologové pod vedením Andrewa D.C. MacColla z University of Nottingham zdokumentovali další „přechodný“ případ, kdy se u samice druhu snášejícího vajíčka vyvinula embrya, opět paličák se třemi trny. V normální situaci samičky těchto ryb kladou vajíčka a samec je pak oplodňuje. Ale někdy, pokud nemohou snést vejce, vejce uvíznou v jejich reprodukčním traktu, ztvrdnou a naruší kladení následných snůšek a ryby uhynou.
Autoři článku popisují samici kleče tříostného, kterou ulovili na jaře 2015 poblíž Hebrid (souostroví u západního pobřeží Skotska). Dobře vyvinutá embrya byla nalezena ve vaječnících ryb, kterým vědci přezdívali Mary. 56 z nich se úspěšně vylíhlo z vajíček a vyrostly v dospělé ryby, přičemž 20 z nich žije dodnes, tři roky po objevu.
Vědci navrhli tři možná vysvětlení vzhledu živých embryí: partenogenezi neboli panenskou reprodukci, která je vzácná, ale vyskytuje se u ryb. Mary mohla být hermafrodit (to znamená, že mohla mít vyvinuté mužské i ženské reprodukční orgány) a pak došlo k vnitřnímu oplodnění. Nebo to bylo normální oplodnění spermatem jiného samce, které se dostalo do reprodukčního traktu ryby. V tomto případě by Mary měla mít pouze ženské genitálie a její potomci by měli varianty genů jejich otce. Pro ověření hypotéz autoři článku analyzovali Maryino pohlaví a genom jejích potomků.
Geneticky i fyziologicky se paličák ukázal jako samice a potomci měli v genomu nejen mateřské alely. V důsledku toho byla embrya výsledkem oplodnění spermií muže. „Předpokládáme, že spermie nějakým způsobem vstoupily do reprodukčního traktu ryb, oplodnily vajíčka a vyvinuly se v normální biparentální embrya. Pravděpodobně se tak stalo ve chvíli, kdy samice připlavala naklást vejce do hnízda [samci lipaje v období rozmnožování tvoří hnízdo, do kterého klade vajíčka několik samic – pozn. N+1]. Zjevně již obsahoval vajíčka jiné samice, pokrytá samčím spermatem, a část spermií se nějakým způsobem dostala do Mary a vajíčka oplodnila,“ vysvětluje spoluautorka studie Laura Deanová z University of Nottingham.
Není to tak dávno, co biologové zjistili, že samice paličáků tříostných si vybírají partnera k páření „moudře“. Obvykle dávají přednost velkým samcům, kteří předvádějí energický párovací tanec. Pokud ale ve vodě nebylo dostatek kyslíku, kritériem výběru se stal tvar a velikost hnízda, zajišťující lepší přežití potomků.
Jekatěrina Rusáková
Našli jste překlep? Vyberte fragment a stiskněte Ctrl + Enter.
O prasatech a lidech
Jak proměnit prasátko v bezpečného dárce orgánů
První a jediný člověk, který dostal geneticky modifikované prasečí srdce, s ním žil pouhých 60 dní. Ani po roce a půl lékaři stále nezjistili, proč zemřel, ale mají podezření, že imunitní systém pacienta se s transplantací stále nevyrovnal. Možná by se odmítnutí dalo předejít, kdyby byl pacientovi transplantován lidský orgán vyrostlý od nuly, například v těle stejného prasete. Nyní čínští vědci získali první prasečí embryo s rudimentem lidské ledviny a bylo možné vyhodnotit, co je vlastně jednodušší: přestrojit prasečí ledvinu za lidskou nebo vypěstovat ve praseti skutečnou lidskou ledvinu. Vepřové maso v člověku Cizí orgán v těle člověka se nikdy nestane jeho vlastním. A to i v případě, že transplantace byla úspěšná a dárce je blízký příbuzný. Téměř vždy po takové operaci musí člověk po celý život užívat léky, které potlačují činnost imunitního systému. Co můžeme říci o případech, kdy je dárcem zvíře jiného druhu. Ve druhé polovině 20. století lékaři s tímto druhem transplantací hodně experimentovali. Jenže se ukázalo, že na xenotransplantace nepomáhají ani imunosupresiva. Prasečí srdce a opičí játra zřídka vydržely v lidském těle déle než několik dní nebo měsíců. Lékaři opustili tyto pokusy a obrátili se o pomoc na genetiky. Navrhli chovat „humanizovaná“ prasata – tedy zvířata, jejichž tkáně bude lidský imunitní systém souhlasit, že je uzná za vlastní. Nejjednodušší věc, kterou pro to lze udělat, je odstranit z povrchu buněk molekuly, které v lidském těle v zásadě neexistují. V případě prasečích buněk se jedná o disacharidový fragment dvou galaktóz (galaktóza-alfa-1,3-galaktóza). Abyste se ho zbavili, musíte z prasečího genomu vyříznout gen GGTA1: kóduje enzym, který pomáhá připojit tento ocas k buněčné membráně. Knokaut tohoto genu stačí k tomu, aby se zabránilo tomu, že náplast prasečí kůže nebo dokonce celá prasečí ledvina způsobí okamžité odmítnutí po transplantaci. Ale pokud orgán musí zůstat v lidském těle po dlouhou dobu, pak během týdnů a měsíců bude imunitní systém schopen dosáhnout hůře dostupných neznámých molekul. To znamená, že musíte jednat mazaněji. Například můžete nainstalovat malý kousek brzlíku pod kapsli vepřové ledviny. To je orgán, který trénuje imunitní buňky, aby nereagovaly na molekuly vlastního těla. V souladu s tím by brzlík dárce mohl trénovat lymfocyty hostitele, aby byly trpělivé s transplantovanými buňkami. Pod takovou ochranou může vepřová ledvina žít v člověku nejméně měsíc. Nebo můžete jít ještě dál a být v bezpečí před všemi možnými komplikacemi najednou. To udělali genetici ze společnosti Revvicor. Provedli až deset změn v genomu prasete, jehož srdce bylo později transplantováno lidem: vymazali tři geny zodpovědné za výskyt cizích molekul na povrchu; vymazali gen receptoru růstového hormonu (aby srdce nereagovaly na hostitelský hormon a nerostly), přidali šest lidských genů (dva inhibují zánět, dva brání vrozeným imunitním proteinům ve vazbě na buňky, dva blokují srážení krve). Pacient ale stejně zemřel. Se svým novým srdcem žil dva měsíce – a pak najednou začalo selhávat. Lékaři stále přesně nevědí, co se stalo. Možná to byl virus, který přenášelo zvíře. Nebo třeba v protilátkách, které lékaři pacientovi předepsali, když zaznamenali známky infekce (protože po imunosupresi mu nezůstaly téměř žádné protilátky). Nebo – u prasečích protilátek, které se vytvořily v srdci dárce a nakonec způsobily imunitní odpověď. Tak či onak imunitní systém na něco zareagoval. K odmítnutí přesto došlo. Člověk ve vepře Zda se jednoho dne podaří přinutit prasečí srdce, aby se v člověku spolehlivě zakořenilo, nelze nyní říci. Doposud proběhla pouze jedna taková operace. A zatím je pouze jeden příjemce vepřové ledviny. Proto je příliš brzy posuzovat vyhlídky takových operací a jejich možné důsledky. Můžeme však s jistotou říci, že lidské orgány by se měly zakořenit lépe než prasečí a měly by s sebou nést méně rizik. Pokud se naučíte, jak je pěstovat. Sbírat životně důležité orgány in vitro zatím není možné, ale můžete je zkusit vypěstovat uvnitř živého organismu – například prasete. K tomu potřebuje vypnout gen zodpovědný za vývoj jejího vlastního orgánu a zasadit do svého embrya lidské buňky (více jsme o této metodě hovořili v materiálu „Pig Heart“). Pokud prase přežije a požadovaný orgán vyroste, můžeme s jistotou říci, že je to člověk. Pravda, k tomu budeme muset vyřešit ještě jeden problém – prasečí buňky nepřevlékat za lidské, ale naopak postarat se o to, aby se lidské buňky staly v prasečím embryu svými a nezabíjely je sousedé. Embrya chimér se obvykle odebírají, když jsou v nejranějších fázích vývoje. Prasečí embryo v tuto chvíli vypadá jako shluk buněk, které se ještě nezačaly distribuovat mezi orgány a tkáně. Můžete do ní napíchnout lidské embryonální kmenové buňky – jsou přibližně ve stejném stádiu – a doufat, že se promísí s davem a budou se podílet na stavbě orgánů stejně jako prasečí buňky. Protože v tak raném embryu není žádná tkáň, není tam žádná krev, což znamená, že imunitní odmítnutí je nemožné. Lidským buňkám však brání v klidné integraci jiný mechanismus – buněčná konkurence. Zdá se, že buňky uvnitř embrya vysílají signál svým sousedům, aby zahájili apoptózu. A pokud sousedé z nějakého důvodu neprodukují dostatek proteinů, které blokují apoptózu – například proto, že mají nějaké poškození nebo nemají dostatek energie – pak zemřou. Proto transplantované buňky v chimérických embryích špatně zakořeňují, zvláště pokud nemluvíme o blízce příbuzných živočišných druzích. Rekordní obsah lidských buněk, kterého bylo dosaženo u chimérického embrya u opice, je 7 procent, u myši – 4 procenta. V chimérách s prasaty donedávna lidské buňky přežívaly ještě hůře a tvořily jen zlomek procenta. Aby pomohli buňkám uvnitř chiméry přežít, vědci se snaží geneticky deaktivovat jejich program apoptózy. Američtí vědci tak v roce 2021 vytvořili buněčnou kulturu bez genu TP53, který kóduje hlavní protein v programu apoptózy. Když byly takové buňky implantovány do prasečího embrya, přežily a dokonce z nich začaly růst skutečné svaly – protože prasata byla odebrána s vadou ve vývoji svalů. Nyní se další skupina vědců, čínští biologové pod vedením Liangxue Lai, pustila do pěstování lidské ledviny uvnitř prasete – protože ledviny jsou k transplantaci potřeba mnohem více než svaly. Za tímto účelem vědci vložili konstrukt několika fragmentů DNA do genomu lidských buněk. Začalo to signální sekvencí, která reagovala na přítomnost specifického léku (doxycyklinu), což znamená, že geny po ní mohly být spuštěny příkazem. Další byly kopie dvou genů, z nichž jeden (BLC2) zastavuje apoptózu a druhý (MYCN) se podílí na dělení. Tento genetický design neměl zastavit program buněčné smrti, ale naopak podpořit program přežití. Kromě toho byly buňky značeny fluorescenčním proteinem, aby byly snadno vidět uvnitř chiméry. Poté, co byly tyto buňky „naprogramovány“ k přežití pomocí doxycyklinu, byly implantovány do prasečích embryí. A podle výpočtů autorů článku zabírali přibližně desetinu plochy embrya. Nemusí to nutně znamenat, že tvořily deset procent všech buněk, ale rozhodně v nich tvořily znatelný (pod fluorescenčním mikroskopem) zlomek. Aby ledvina vyrostla z lidských buněk, bylo potřeba upravit i hostitelské prase. Pomocí genových editorů vědci vytvořili dva nefunkční geny (SIX1 a SALL1), které jsou zodpovědné za diferenciaci ledvinových buněk a tvorbu tubulů. Bez lidských buněk byla prasečí embrya s defekty v těchto genech životaschopná, ale jejich ledviny se nevyvíjely tak dobře jako normálně. Když se vědci pokusili sestavit chiméru z upraveného prasečího embrya a upravených lidských buněk, získali pět životaschopných embryí, která se zakořenila v náhradních prasečích matkách. O měsíc později vědci tato těhotenství ukončili a embrya z dělohy odstranili. V oblasti, kde se měly nacházet jejich ledviny, si vědci pod mikroskopem všimli jasně červené záře – tedy lidské buňky zaujaly své zamýšlené místo. Ukázalo se, že ledvinový rudiment je o něco více než polovina člověka – podíl světelných buněk v něm byl 50–65 procent. Dvojité GMO To, co vyrostlo v čínském experimentu, samozřejmě ještě není plnohodnotná ledvina. Toto je pouze základ a částečně postavený z prasečích buněk. Navíc byl získán s extrémně nízkou účinností – pouze 5 embryí z 1820 zakořenilo. Projekt má před sebou ještě dlouhou cestu, aby dohnal upravená prasata a jejich orgány, které se již transplantují pacientům. Přesto se jedná o první rudiment lidské ledviny u prasete – a obecně první rudiment životně důležitého lidského orgánu získaného touto metodou. To znamená, že si již dokážeme představit, o kolik je tato technologie ekonomičtější ve srovnání s humanizací prasat – alespoň co se týče nutných genetických úprav. Prase, které se stalo prvním modifikovaným dárcem lidského srdce, neslo deset genetických změn. A ani ty nepomohly uklidnit imunitní systém nového majitele. Možná budou další generace dárcovských prasat potřebovat více těchto úprav. Kolik přesně, zatím není jasné. Například americký genetik George Church, známý svými ambiciózními nápady a velkými projekty, tvrdil, že je nutné z prasečího genomu vyčistit všechny endogenní retroviry – mobilní elementy, které se mohou pohybovat celým genomem a teoreticky mohou „skákat“ z dárcovského orgánu do lidských buněk. Jedná se o dalších 25 dodatečných úprav, celkem tedy téměř čtyřicet. A to asi není limit. V chiméře člověk-prase je zatím méně úprav: dvě v lidském genomu a další dvě v genomu prasete. Lai Liangxue a jeho spoluautoři ale tuší, že časem bude potřeba víc. Za prvé, se současným experimentálním designem stále nebude možné vypěstovat ledvinu, která neobsahuje jedinou prasečí buňku. I když vědci dosáhnou, že každý jednotlivý tubul ledviny je lidský, stále budou existovat krevní cévy a prvky pojivové tkáně. A pokud chceme, aby ledvina byla pro lidský imunitní systém zcela neviditelná, bude muset prase dárce vypnout i geny spojené s vývojem kapilár. Bude takové prase životaschopné? A co se stane s jejími dalšími orgány, kde se zřejmě usadí lidské buňky a vyklíčí lidské cévy? Za druhé, takto vedený experiment se může ukázat jako eticky riskantní. Co když se lidské buňky stanou součástí nejen ledvin, ale i nervového systému? Tam samozřejmě nebudou konkurenceschopní – a přesto to bude prasečí mozek s lidskými buňkami. Vědecká komunita dosud nestanovila žádný prahový podíl lidských buněk, po jehož dosažení je mozek považován za člověka. Jakýkoli experiment s chimérickým nervovým systémem tedy může vyvolat otázky etických komisí. Vědci proto svůj experiment zastavili 28. den vývoje. A zkontrolovali, že v prekurzorech mozku a míchy v embryích jsou pouze jednotlivé lidské buňky a v základech gonád – vůbec ne jediná. Lai Liangxue a spoluautoři se domnívají, že z etického hlediska lze jejich metodu učinit bezpečnější provedením ještě větších úprav genomu lidských buněk. Tedy vyříznout odtud některé geny, které jsou klíčové pro vývoj nervového systému a gonád. Pak se obě části chiméry ukážou jako méněcenné – ani jedna nepřežije sama o sobě a výsledný organismus bude mozaikou orgánů různých druhů. Vědci nespecifikují, které geny by mohly být dobrým cílem pro takové úpravy. A pro každý případ udělají výhradu: nové genetické zásahy mohou zabránit tomu, aby lidské buňky vytvořily plnohodnotnou ledvinu. Tak či onak, bude to vyžadovat mnohem více experimentů, abyste zjistili, zda je zde možný kompromis.
