Mít děti by mohlo být možné i bez vajíčka – BBC News Russian Service

Nová molekulárně-buněčná metoda umožnila vidět prostorovou strukturu mužské a ženské části genomu.

DNA v buňce nevisí jen tak sama o sobě – je spojena s obrovským množstvím proteinových molekul, které pomáhají zhutnit a zabalit DNA tak, aby se vešla do buněčného jádra; bez pomoci proteinů by se tam jednoduše nevešla.

Lidské vajíčko v prvních hodinách po oplodnění, které se ještě neproměnilo ve skutečné embryo. (Foto: Nelliox / Flickr.com.)

Vajíčko a spermie. (Foto: Healther People / Flickr.com.)

Ale nejde jen o balení, je to také způsob, jak řídit aktivitu genů. Některé úseky DNA mohou být tak pevně propojeny s proteiny, že molekulární stroje, které čtou genetickou informaci, s nimi nebudou schopny pracovat – takto archivované geny budou neaktivní. Naopak jiné fragmenty chromozomů budou otevřené pro práci a na nich bude syntetizována matrixová RNA, kterou pak využívají stroje sestavující molekuly proteinů.

A může existovat i jiný typ regulace, kdy se velmi vzdálené části DNA náhle objeví blízko sebe v prostoru. Například máme gen a aktivační sekvenci a mezi nimi jsou tisíce a tisíce nukleotidů. To lze přirovnat k vypínači žárovky, který není na zdi ve stejné místnosti, ale v domě na druhé straně města. Ale vzhledem k tomu, že s pomocí proteinů je možné změnit prostorové uspořádání DNA, může se „vypínač“ sekvence objevit vedle genu, jehož aktivitu reguluje.

A nebylo by přehnané říci, že osud buňky závisí nejen na tom, co je zapsáno v její DNA, ale také na tom, jak je tato DNA zabalena. (Samozřejmě, balení, stejně jako jakýkoli jiný typ genetické regulace, přímo závisí na tom, co je zapsáno v genech, ale jak přesně jedno interaguje s druhým, teď nebudeme rozebírat.) V poslední době biologové vytvářejí stále sofistikovanější metody, které jim umožňují konstruovat trojrozměrné „portréty“ genomu.

Již jsme zmínili jednu z těchto metod s názvem Hi-C. Její podstata je následující: řetězce DNA zabalené v jádře se vzájemně dotýkají v mnoha bodech a pokud tyto kontakty zaznamenáte, můžete získat jakýsi trojrozměrný „portrét“ propletených nukleových kyselin.

V Hi-C se kontakty fixují formaldehydem a poté se DNA štěpí speciálními enzymy – výsledkem je mnoho rozvětvených fragmentů (koneckonců kontakty, které byly v buněčném jádře, zůstávají fixované). Konce fragmentů se pak sešijí k sobě a my máme v rukou malé kroužky nukleové kyseliny. Na ně se zavěsí speciální molekulární značka, pomocí které je lze „vytáhnout“ z reakční směsi a poté se sekvenují – přečte se sekvence nukleotidů.

V moderních verzích metody jsou kruhy sešity v jádře a prostorové uspořádání řetězců DNA je zachováno v jejich přirozené formě po poměrně dlouhou dobu (i po ošetření formaldehydem a štěpícími enzymy). Po sekvenování jsou samozřejmě výsledné sekvence zpracovány pomocí algoritmu, který umožňuje vypočítat ty úseky DNA, které se skutečně nacházejí blízko sebe.

Ve standardní metodě Hi-C je k provedení jednoho experimentu obvykle zapotřebí několik set tisíc nebo dokonce milionů buněk. Biologie se však v poslední době rychle obrací k technologiím, které by umožnily pracovat s jedinou buňkou, s jednou nebo několika molekulami – jelikož mnoho důležitých molekulárně-buněčných procesů se stane viditelnými, pokud nejsou „rozmazány“ po obrovském množství experimentálního materiálu.

Výzkumníkům z Moskevské státní univerzity se společně s kolegy z Massachusettského technologického institutu, Harvardu a Rakouského institutu molekulární biotechnologie podařilo vylepšit Hi-C tak, aby jej bylo možné použít k analýze prostorové struktury genomu v jediné buňce.

Vylepšená metoda byla aplikována na oplodněná myší vajíčka. Jak je známo, během oplodnění se spermie spojí s vajíčkem, jejich genomy se vzájemně spojí a poté začíná dělení – vzniká embryo složené z kmenových buněk. Sjednocení genomů ale neprobíhá okamžitě; například u lidí po oplodnění existují samičí a mužské jádro (které se v tomto případě nazývají pronukley) odděleně od sebe po dobu 30 hodin.

Vědce zajímalo, jak vypadají mužské a ženské genomy z hlediska prostorové struktury v oplodněné vajíčce, které se připravovalo na budoucí dělení. Modifikace metody „pro jednu buňku“ umožnila vidět právě to – a ukázalo se, že jádra se zásadně lišila v uspořádání genomu v nich.

V článku v Příroda Říká se, že v mužském pronukleu vytvořeném z jádra spermie jsou aktivní oblasti genomu prostorově odděleny od neaktivních, zatímco v pronukleu s mateřským genomem takové oddělení není pozorováno. Výsledek byl neočekávaný, protože ve všech předchozích studiích na savčích buňkách vždy docházelo k oddělení aktivních a neaktivních oblastí genomu a mateřské jádro bylo v tomto smyslu výjimkou.

A přesto, abychom zopakovali, hlavní věcí není ani tak to, že jsme se dozvěděli něco nového o stavu DNA v nově oplodněném vajíčku, ale to, že biologové nyní mají metodu, která jim umožňuje sledovat strukturu genomu v jediné buňce.

Pokud vezmeme stejné oplodněné vajíčko, právě z něj se získávají embryonální kmenové buňky a celý organismus jako celek, takže s pomocí nového Hi-C by mohlo být možné proniknout ještě hlouběji do tajů embryonálního vývoje, rozluštit dosud nevyřešená tajemství kmenových buněk, nemluvě o tom, že stejnou metodou lze analyzovat genom rakovinných buněk.

Autor: Kirill Staševič

• Kolik smyček je v chromozomu
• Jak je chromozom X tichý
• Předčasné stárnutí začíná v důsledku „poruchy“ v DNA
• Odkud se v chromozomech berou smyčky?

O článku

• • Autor, James Gallagher
  • Místo výkonu práce, zpravodaj BBC pro vědu a zdraví

  14 2016 сентября

  Úspěšné experimenty naznačují, že věda může dosáhnout narození dětí bez účasti vajíčka.

  Podle výzkumu publikovaného v časopise Nature Communications již bylo možné dosáhnout narození zdravých myší „přesvědčením“ spermií, že oplodňují normální vajíčko.

  To podle vědců znamená, že v daleké budoucnosti může být proces porodu možný bez účasti žen.

  V této fázi pomáhají provedené experimenty lépe porozumět procesu oplodnění.

  Bez mámy a táty?

  Vědci z univerzity v britském městě Bath zahájili své experimenty s neoplodněným vajíčkem.

  Nejoblíbenější

  

  

  

  

  Pomocí různých chemikálií se jim podařilo ji „oklamat“ do pseudoembrya.

  Taková pseudoembrya jsou v mnoha ohledech podobná běžným buňkám, jako jsou kožní buňky. Mohou sdílet a ovládat svou DNA.

  Vědci navrhli, že pokud je možné injekcí spermií do takových myších pseudoembryí dosáhnout narození zdravých myších potomků, znamená to, že v budoucnu lze dosáhnout podobného výsledku v lidských buňkách, které nebyly získány z vajíčka.

  Při pokusech na myších byla pravděpodobnost dosažení úspěšného otěhotnění 25 %.

  “Je to poprvé, co jsme ukázali, že spermie, když jsou kombinovány s jinými buňkami, které nesouvisejí s vajíčky, mohou produkovat zdravé potomstvo,” řekl BBC doktor Tony Perry, jeden z výzkumníků.

  “Toto převrací všechny naše staleté myšlenky,” dodal.

  Myši narozené jako výsledek experimentu byly zdravé, měly normální délku života a byly schopny porodit zdravé potomky.

  

  Оплодотворение

  Účelem experimentů bylo studovat přesný mechanismus oplodnění. Co přesně se děje v okamžiku splynutí spermie s vajíčkem, není dosud zcela objasněno.

  Vajíčko například zcela změní celý chemický obal DNA spermie. V důsledku toho se spermie přestane chovat jako takové a chová se jako embryo. Ale jak k této „reinkarnaci“ dochází, zatím není jasné.

  Odstranění potřeby vajíček z procesu porodu by mohlo mít dalekosáhlé sociální důsledky.

  „Jednou možností ve vzdálené budoucnosti je, že normální buňky lidského těla v kombinaci se spermiemi by mohly vytvořit embryo,“ říká Dr. Perry.

  Jinými slovy, dva muži mohou být stejně biologickými rodiči svého dítěte: jeden dá obyčejnou buňku a druhý spermie.

  Nebo se jeden muž může stát rodičem dítěte s pomocí vlastního spermatu a vlastní buňky. V tomto případě narozené dítě nebude ani tak klonem, jako spíše bratrským dvojčetem svého rodiče.

  Zatím však, jak zdůrazňuje Dr. Perry, takové scénáře patří do říše „spekulativních fantazií“.

  Letos se čínským specialistům podařilo vyrobit spermie z myších kmenových buněk a poté je použít k oplodnění vajíčka, což vedlo k narození zdravých myší.

  Dr. Perry věří, že kombinace těchto dvou experimentů by mohla nakonec vést k možnosti porodu bez účasti spermií i vajíčka.

  “Není překvapivé, že autoři experimentů jsou povzbuzeni výsledky,” říká profesor Robin Lovell-Badge z britského Centra pro biomedicínský výzkum Francise Cricka.

  „Je to velmi zajímavá studie a z technologického hlediska vynikající úspěch. Dokáže odhalit mnoho procesů probíhajících v rané fázi vývoje organismu, které jsou velmi důležité jak pro oplodnění, tak pro přenos jádra jedné buňky [klonování],“ domnívá se.

  „A v širším smyslu pomáhá identifikovat mechanismy přeprogramování buněk v jiných situacích. Jak se to stane, nám zatím není jasné, ale tato studie v tomto směru poskytuje určité ukazatele,“ říká profesor Robin Lovell-Badge.