Zdá sa, že máte zablokovanú reklamu

Fungujeme však vďaka príjmom z reklamy a predplatného. Podporte nás povolením reklamy alebo kúpou predplatného.

Ďakujeme, že pozeráte .pod lampou. Chceli by ste na ňu prispieť?

Dva fantastické experimenty

.ľubomír Tomáška .časopis .veda

„Akékoľvek investície do štúdia biológie sú v prípade Gurdona totálnou stratou času pre neho i pre jeho pedagógov," napísal v roku 1948 do odporúčania pätnásťročnému študentovi jeho učiteľ. O 64 rokov neskôr si John Gurdon a Shinya Yamanaka prebrali Nobelovu cenu za fyziológiu a medicínu.

Naše telá pozostávajú z 1013 buniek, ktoré vznikli z oplodneného vajíčka. Počas vývinu dospelého organizmu majú za sebou sériu delení, počas ktorých dochádza k ich diferenciácii približne na 300 špecializovaných bunkových typov.
V metaforickom vyobrazení biológa Conrada Waddingtona pripomína vývin mnohobunkového tela zvrásnenú krajinu. Na jej vrchole je oplodnené vajíčko, z ktorého vznikajú všetky bunky, vrátane buniek placenty a amniového vaku (táto vlastnosť vajíčka sa nazýva totipotencia). Po niekoľkých deleniach sa v prvej dolinke vytvorí niekoľko pluripotentných embryonálnych kmeňových buniek, z ktorých vznikajú všetky bunky dospelého tela. Veľmi málo z nich, tzv. dospelé kmeňové bunky, si zachováva multipotenciu (schopnosť dať vzniknúť niekoľkým typom diferencovaných buniek), väčšina však v údoliach waddingtonovej krajiny definitívne stratí schopnosť produkovať iný typ buniek, ako sú ony samy.
Je to však skutočne tak? Sú diferencované bunky nevratne zmenené a nemôžu sa údolím vyštverať naspäť do stavu pluripotencie? Je bunkové jadro, v ktorom sa nachádza podstatná časť genetickej inštrukcie, tak zásadne zmenené v špecializovaných bunkách, že ho nie je možné reprogramovať do stavu, v ktorom sa nachádzalo v oplodnenom vajíčku?   
Pokus, ktorý by mohol priniesť odpovede na uvedené otázky, vymyslel v 30. rokoch nemecký biológ Hans Spemann. Schéma tohto, podľa Spemanna „fantastického experimentu“ bola jednoduchá: vyberme jadro diferencovanej bunky a vložme ho do oplodneného vajíčka, z ktorého bolo jeho vlastné jadro odstránené. Ak bude bunka vajíčka schopná vymazať program, ktorý si jadro prinieslo z diferencovanej bunky a reprogramovať ho do stavu totipotencie, z vajíčka by mal vzniknúť normálny dospelý jedinec.  

.john Gurdon
Výsledky podobných experimentov však dlho neboli povzbudivé. Všetko nasvedčovalo tomu, že bunky pri diferenciácii schopnosť toti/pluripotencie nenávratne strácajú. Aj tak sa však Gurdon, ktorý napriek (ne)odporúčaniu svojho učiteľa predsa len študoval biológiu, pokúsil Spemannov pokus uskutočniť u žaby pazúrnatky vodnej (Xenopus laevis).
Výhodou obojživelníkov je možnosť relatívne jednoduchej manipulácie s veľkými vajíčkami a možnosť sledovania embryogenézy mimo tela matky. V rozhodujúcom experimente v roku 1962 Gurdon zlikvidoval jadrá oplodnených vajíčok a transplantoval do nich jadrá z črevných buniek dospievajúceho jedinca. Takto sa mu podarilo získať niekoľko životaschopných žubrienok a následne, po úprave experimentálneho protokolu, aj dospelé žaby. Po 30 rokoch tak Spemannov „fantastický experiment“ v Gurdonových rukách priniesol pozitívny výsledok.
Pozornému čitateľovi určite neušiel jeden významný fakt: jedinec, ktorý vznikne uvedeným spôsobom, bude mať v jadrách svojich buniek identickú genetickú výbavu, akú mal vo svojich bunkách donor. Skutočne, Gurdonova metóda prenosu jadier telových buniek bola v roku 1997 základom pre prípravu prvého klonovaného cicavca, ovce Dolly. Gurdon tak otvoril dvere úplne novej oblasti biológie.

.shinya Yamanaka
Shinya Yamanaka sa narodil v tom istom roku, ako John Gurdon uskutočnil svoj úspešný pokus so žabami. O 40 rokov neskôr začal uvažovať o ďalšom „fantastickom experimente“, ktorý by odpovedal na otázku: Je možné jadrá diferencovaných buniek reprogramovať do pluripotentného stavu bez toho, aby boli prenášané do vajíčok?
Dizajn experimentu síce nebol triviálny, ale hlavná myšlienka bola relatívne jednoduchá. Pluripotentný stav embryonálnych kmeňových buniek má na starosti skupina špeciálnych regulačných bielkovín (transkripčných faktorov), ktoré rozhodujú o tom, ktoré z génov v danej bunke sú aktívne (prepisované, transkribované). V embryonálnych kmeňových bunkách je 24 transkripčných faktorov, ktoré nie sú prítomné v bunkách diferencovaných. Čo ak by sme tieto gény pre tieto regulačné bielkoviny aktivovali v špecializovanej bunke? Boli by schopné zapnúť gény, ktoré sú potrebné na spustenie programu pluripotencie?
Yamanaka so svojím študentom Takahashim v roku 2006 nielen dokázali, že je takto možné pripraviť pluripotentné kmeňové bunky, ale aj to, že na reprogramovanie úplne stačia 4 transkripčné faktory. Taký komplikovaný proces, ako je návrat strmými údoliami waddingtonovskej krajiny, je možné indukovať štyrmi bielkovinami! A ako sa ukázalo neskôr, táto stratégia je úspešná nielen v reprogramovaní buniek do stavu pluripotencie, ale aj v premieňaní (transdiferenciácii) jedného typu špecializovaných buniek na iný. Skutočne fantastický experiment!
Revolučnosť Yamanakových výsledkov presahuje rámec vývinovej biológie. Možnosť prípravy indukovaných pluripotentných kmeňových buniek z tela pacienta umožňuje množstvo terapeutických intervencií, ktoré boli ešte pred 10 rokmi nepredstaviteľné. A to bez etických problémov, ktoré sú spojené s využívaním embryonálnych kmeňových buniek.
Na začiatku príbehu dvoch tohtoročných Nobelistov bol učiteľ so zlým úsudkom. Možno aj on motivoval Johna Gurdona k „fantastickému experimentu“, ktorým do učebníc biológie pripísal podstatnú kapitolu, inšpiroval svojich nasledovníkov a otvoril aj potenciálne nové možnosti liečenia fatálnych ochorení. Je to ukážka, akú veľkú moc má v rukách jeden učiteľ!

Autor je biológ.
Ak ste našli chybu, napíšte na web@tyzden.sk.
.diskusia
.posledné
.neprehliadnite