Jak zrobić „trójrodzicielskie” dziecko

Dziecko urodzone w kwietniu 2016 roku być może otworzyło drzwi do nowego świata medycyny reprodukcyjnej. Chłopiec ten stał się jednym z pierwszych intencjonalnych „trójrodzicielskich” dzieci. Zdecydowana większość DNA tego chłopca pochodziła od jego matki i ojca. Niewielka ilość dodatkowego DNA pochodziła od niespokrewnionej kobiety. To dziecko dostało część swojego genetycznego dziedzictwa od każdego z tych dorosłych.

Z powodu tego bonusowego DNA od niespokrewnionej kobiety, niektórzy ludzie mówią, że dzieci takie jak ten chłopiec mają troje rodziców.

Educators and Parents, Sign Up for The Cheat Sheet

Cotygodniowe aktualizacje, aby pomóc Ci wykorzystać Science News for Students w środowisku nauczania

Naukowcy nie poszli do wszystkich wysiłków, aby wymieszać DNA od tych trzech osób jako eksperyment. W rzeczywistości zrobili to, aby przezwyciężyć problem matki chłopca. Ta kobieta miała problem z mitochondriami (MY-toh-KON-dree-uh). Są to ważne małe struktury – lub organelle – obecne w jej komórkach.

Wiele komórek, w tym te, które tworzą ludzi, zawiera specjalne składniki, które funkcjonują jak małe organy. To daje początek ich nazwie, organellom, co w rzeczywistości oznacza małe organy. Organelle wykonują specjalne zadania dla swoich komórek macierzystych. Jedną z najbardziej godnych uwagi organelli jest mitochondrium. Jego głównym zadaniem jest pomoc w zasilaniu komórki. W tym celu mitochondria pobierają energię zawartą w wiązaniach łączących atomy w paliwie komórkowym (takim jak glukoza). Mitochondria następnie wykorzystują tę energię do wytworzenia innej cząsteczki, znanej jako ATP (od adenozynotrójfosforanu). Ten ATP faktycznie służy jako źródło energii dla komórek.

Ciąg dalszy poniżej obrazu

730_inline_animal_cell.png
Mitochondria, jeden z kilku rodzajów organelli znajdujących się w cytoplazmie komórki, zawierają niewielką ilość DNA. Mutacja w tym DNA może powodować choroby.ttsz/

Ale niektóre z mitochondriów u matki chłopca mają mutację. Ta genetyczna zmiana powoduje zespół Leigha, śmiertelne zaburzenie. Większość jej mitochondriów działa prawidłowo. Dlatego mama nie ma tej zabójczej choroby. Ale może przekazać DNA z wadliwych mitochondriów swoim dzieciom. A to może narazić je na ryzyko wystąpienia zespołu Leigha. Dwoje z jej dzieci już zmarło na tę chorobę. Miała również cztery poronienia.

To w nadziei na danie tej parze zdrowego dziecka lekarze pracowali nad znalezieniem zdrowych mitochondriów, które mogłyby zastąpić jej niezdrowe. W normalnych warunkach kobieta przekazuje swoje mitochondria potomstwu za pośrednictwem komórki jajowej (plemniki ojca nie wnoszą żadnego wkładu). Organelle te zawierają również niewielką ilość DNA – zaledwie 37 genów. (Większość z około 20 000 genów produkujących białka, potrzebnych do stworzenia człowieka, jest przechowywana w komorze zwanej jądrem). Mutacje w niektórych genach mitochondrialnych najczęściej stanowią zagrożenie dla narządów, które potrzebują dużo energii, takich jak mózg i mięśnie. Nie ma lekarstwa ani skutecznego leczenia wielu z tych chorób mitochondrialnych.

Technika użyta do stworzenia chłopczyka jest nowa i kontrowersyjna. Jego narodziny, chociaż, czapki prawie trzy dekady pracy do produkcji zdrowych ludzkich jaj przez manipulowanie organelle. Wydaje się, że nowe dziecko zostało uratowane przed śmiertelną chorobą genetyczną. Wciąż jednak istnieją obawy etyczne i dotyczące bezpieczeństwa jego trójrodzicielskiego dziedzictwa.

A trójrodzicielska dziewczynka urodzona w styczniu budzi jeszcze więcej obaw – po części tylko dlatego, że jest dziewczynką.

Produkowanie zdrowych dzieci

Badacze po raz pierwszy zaczęli wymieniać mitochondria między komórkami jajowymi w celu leczenia problemów z niepłodnością prawie 20 lat temu. Jacques Cohen był jednym z tych badaczy.

Jest naukowcem, który bada ludzkie embriony. W późnych latach 90-tych on i jego koledzy z Saint Barnabas Medical Center w Livingston, N.J., szukali sposobu, aby pomóc kobietom, które nie były w stanie mieć dzieci poprzez zapłodnienie in vitro. Proces ten, znany również jako IVF, polega na pobraniu komórek jajowych od kobiety i plemników od mężczyzny, a następnie inkubacji ich w naczyniu. Niektóre z tych komórek jajowych i plemników łączą się, tworząc zarodki – pierwsze etapy tworzenia nowej osoby.

350_inline_in_vitro.png
W przypadku zapłodnienia in vitro, czyli IVF, zarodek, który rozwinął się w naczyniu laboratoryjnym, jest przenoszony do łona kobiety, gdzie może rozwinąć się w dziecko.herbap/

Lekarze następnie przenoszą niektóre z tych zarodków do łona kobiety. Przy odrobinie szczęścia, jeden lub więcej z nich rozwinie się w dziecko. Ale embriony niektórych par nigdy nie rozwinęły się normalnie. Nikt nie wie dlaczego. Grupa Cohena pomyślała, że dawka cytoplazmy – galaretowatych „wnętrzności” komórki – z jajeczka dawczyni może dać wszczepionym zarodkom lepszą szansę na sukces.

„Cytoplazma jest najbardziej skomplikowanym płynem we wszechświecie”, mówi Cohen. Zawiera ona mitochondria, inne organelle, białka i inne cząsteczki, które wykonują pracę komórki. Jajo matki zazwyczaj dostarcza embrionowi wszystkie dobra potrzebne do życia przez kilka pierwszych etapów rozwoju. Ale Cohen pomyślał, że niektóre z jaj jego pacjentki mogą potrzebować dodatkowej pomocy.

Więc wyodrębnił 10 do 15 procent cytoplazmy z jaja podarowanego przez inną kobietę. Wstrzyknął ją wraz z pojedynczą komórką plemnika do jajeczka biorczyni. Od 1996 do 2001 roku wykonał tę procedurę 37 razy. I ta technika okazała się całkiem udana. Dzięki niej 13 par urodziło 17 dzieci!

Cohen przebadał później ośmioro z urodzonych w ten sposób dzieci. Dwoje z nich nosiło mitochondria pochodzące od dawcy. To było w dodatku do tych, które pochodziły od matki dziecka. Jak twierdzi Cohen, niektóre z pozostałych sześciorga dzieci mogły mieć mitochondria dawcy na poziomie zbyt niskim, by jego testy mogły je wtedy dostrzec. Ale to odkrycie uczyniło go ciekawym.

Więc Cohen i jego koledzy wyśledzili 13 z 17 dzieci. Wszystkie były teraz nastolatkami. W ankietach ich rodzice stwierdzili, że dzieci wydawały się zasadniczo zdrowe. Cohen nie wie, czy mitochondria lub inne części cytoplazmy odegrały rolę w produkcji tych dzieci. Jego grupa zaprzestała wykonywania tej techniki w 2001 roku (z powodu kwestii regulacyjnych).

Naprawianie mitochondriów

Inni naukowcy również próbowali zastąpić wadliwe mitochondria bardziej celowo. Pierwsza taka próba miała miejsce w 1983 roku. I dotyczyła myszy.

Pronuklei są centralnymi, zawierającymi DNA częściami zapłodnionych jaj. Jedno pochodzi z jaja, a drugie ze spermy taty. Na tym wczesnym etapie rozwoju, te dwa nie połączyły się jeszcze w jedno jądro. (Jądra to forma liczby mnogiej od nucleus.)

W technice znanej jako transfer pronuklearny, badacze zapłodnili jajo matki myszy i jajo dawcy w tym samym czasie. Jądra zostały usunięte z zapłodnionego jaja dawcy i wyrzucone. Te z zapłodnionego jaja matki zostały odessane, a następnie wstrzyknięte do pustego jaja dawczyni.

Historia ciągnie się poniżej obrazu

Transfer pronuklearny

101716_TI_3parentbaby_inline_rev.png
Transfer pronuklearny był pierwszą techniką, którą naukowcy wypróbowali w swoich próbach utrzymania chorób spowodowanych wadliwymi mitochondriami od przechodzenia z matki na dziecko.T. Tibbitts; Third scientific review of the safety and efficacy of methods to avoid mitochondrial disease through assisted conception, Human Fertilisation and Embryology Authority, June 2014

Talk of applying this technique in humans promptly raised a few concerns.

Some people claimed that it is not ethical. Argumentowali, że manipuluje się – może nawet niszczy – dwa embriony.

To jedna kwestia. Naukowcy mają bardziej techniczny. Zauważyli, że mitochondria mają tendencję do przyczepiania się do jąder. Tak więc niedopuszczalnie duża liczba mitochondriów z jaja matki – w tym tych przenoszących choroby – może znaleźć się w jaju dawczyni, zauważa Shoukhrat Mitalipov. Jest on biologiem mitochondrialnym w Oregon Health & Science University w Portland.

W czerwcu ubiegłego roku naukowcy poinformowali, że udoskonalili transfer pronuklearny, aby zmniejszyć liczbę przenoszących chorobę mitochondriów, które mogłyby wejść do zarodków. Mniej niż 2 procent mitochondriów z jaja matki dostało się do jaja dawczyni. Jednak wcześniejsze badania sugerowały, że nawet połowa tej ilości może być niebezpieczna. A to dlatego, że zmutowane mitochondria mogą się kopiować. Ostatecznie, mogą przejąć komórkę i sparaliżować jej produkcję energii.

Kliniki płodności w Wielkiej Brytanii mogą używać transferu pronuklearnego do tworzenia ludzkich dzieci, gdzie istniało wysokie ryzyko chorób mitochondrialnych. W rzeczywistości żadna z nich tego nie zrobiła. Jednak nowojorski lekarz zajmujący się płodnością John Zhang jest zaangażowany w sprawę nowego chłopca. Wraz z kolegami z Sun-Yat Sen University of Medical Science w Guangzhou (Chiny) próbował on techniki transferu pronuklearnego. Było to ponad 10 lat temu. Pięć embrionów, które powstały w ten sposób, zostało wszczepionych 30-letniej kobiecie. Trzy z nich rozwinęły się w płody. Żaden jednak nie dożył narodzin. Zhang opublikował te wyniki w zeszłym roku w Reproductive Biomedicine Online.

W styczniu 2017 roku lekarze na Ukrainie ogłosili, że z tej metody urodziła się dziewczynka. Jej rodzice próbowali IVF. Ale, podobnie jak w przypadku pacjentów Cohena, zapłodnione jaja tej pary nigdy nie rozwinęły się w embrion, który można by wszczepić. Zamiast dodawać cytoplazmę z jajeczka dawczyni, jak to robił Cohen, lekarz zajmujący się leczeniem niepłodności Valery Zukin z kliniki Nadiya w Kijowie zastosował transfer pronuklearny. I odnieśli sukces – urodziła się dziewczynka.

Laboratoria na Ukrainie i w Niemczech potwierdziły, że większość DNA dziecka pochodzi od matki i ojca. Jedynie jej mitochondrialne DNA pochodzi od dawczyni komórki jajowej. Zukin użył tej samej techniki ponownie. Inna para spodziewa się teraz chłopca w przyszłym miesiącu.

Niektórzy obawiają się, że te dzieci mogą mieć problemy zdrowotne później. Niektórzy ludzie mogą również postrzegać to jako problem etyczny. Dlaczego? Technika nie została wykorzystana do zapobiegania chorobom mitochondrialnym, ale zamiast tego jako rodzaj leczenia bezpłodności.

Marcy Darnovsky jest jednym z krytyków. Jest dyrektorem wykonawczym Center for Genetics and Society w Berkeley, Calif. Lekarze tacy jak Zukin sprzedają niesprawdzone i być może niebezpieczne usługi dla klientów, ona zarzuty. „To jest brzydka twarz komercyjnych i statusowych bodźców napędzających nienaukowe eksperymenty na ludziach,” powiedziała w oświadczeniu o narodzinach dziewczynki.

Dzielenie komórek

Doktorzy użyli innej techniki – transferu wrzeciona – do produkcji chłopca urodzonego w kwietniu ubiegłego roku. Geny ciała są zawarte w DNA znajdującym się w 46 różnych chromosomach. Kiedy komórka dzieli się, aby stworzyć komórki jajowe lub plemniki, rozdziela te 46 chromosomów na dwa równe zestawy po 23. Aby rozdzielić je prawidłowo, chromosomy te przyczepiają się do włókien białkowych. Włókna te znane są jako wrzeciona. Nowa technika przeszczepu dostaje swoją nazwę od tych włókien.

Technika zaczyna się od dwóch niezapłodnionych komórek jajowych. Jedna pochodzi od matki, a druga od dawczyni. W obu komórkach błona otaczająca jądro uległa rozpadowi. Wrzeciono w każdej z nich nie zakończyło jednak procesu rozdzielania chromosomów.

Badacze usuwają wrzeciono i dołączone do niego chromosomy z komórki jajowej dawczyni i wyrzucają je. Następnie robią to samo z jajem matki – z tą różnicą, że zachowują jej wrzeciono i chromosomy. Te wstrzykują do prawie pustego jajeczka dawczyni. Następnie badacze dodają do tego jaja spermę ojca, aby je zapłodnić.

Ciąg dalszy pod obrazkiem

Transfer wrzeciona

101716_TI_3parentbaby_inline2_rev.png
Trzyrodzicielski chłopiec urodzony w zeszłym roku został stworzony przy użyciu tej techniki, zwanej transferem wrzeciona.T. Tibbitts; Third scientific review of the safety and efficacy of methods to avoid mitochondrial disease through assisted conception, Human Fertilisation and Embryology Authority, czerwiec 2014

Mitalipov w Portland był pionierem transferu wrzeciona. W 2009 roku pokazał, że może dzięki niemu wyprodukować zdrowe małpki-niemowlęta. Eksperymenty te wykazały, że mniej mitochondriów matki trafiło do komórki jajowej dawczyni niż w przypadku transferu pronuklearnego. Zazwyczaj przeniesienie wynosiło 1 procent lub mniej.

Ale Mitalipov chciałby zrobić to jeszcze lepiej. „Ten 1 procent nas prześladuje”, mówi.

Transfer wrzecionowy ma jeszcze jeden możliwy minus: Chromosomy mogą wypaść z wrzeciona. Może to spowodować powstanie embrionu ze zbyt małą liczbą chromosomów – lub zbyt dużą, jeśli niektóre z nich pozostały w jaju dawczyni. Oba przypadki zazwyczaj skutkują nieprawidłowym rozwojem. Z pięciu embrionów, na których Zhang przeprowadził transfer wrzecionowy, tylko jeden rozwinął się normalnie. Był to chłopiec urodzony w kwietniu ubiegłego roku.

Testy wykazały podobno, że ma on 1 procent mitochondrialnego DNA swojej mamy. W wieku 3 miesięcy wyglądał na zdrowego. Co jego zdrowie będzie wyglądać, długoterminowe, jednak, nie jest znany. Oprócz ryzyka nawet śladowych ilości mitochondriów, inne badanie sugeruje, że na zdrowie dziecka z czasem może wpłynąć niedopasowanie między jądrowym DNA rodziców (które nie pochodzi z mitochondriów) a mitochondrialnym DNA dawcy.

Kontrowersyjne narodziny

Niektórzy badacze nie zgadzają się z nazwą „trójrodzicielskie” dziecko. Cohen, dla jednego, mówi, że termin ten jest błędny. Mitochondrialne DNA nie ma wpływu na cechy danej osoby. Tak więc, jak twierdzi, osoba, która przekazuje mitochondrialne DNA, jest ledwie „rodzicem”.

Andrew R. La Barbera zgadza się z tym. Jest on dyrektorem naukowym Amerykańskiego Towarzystwa Medycyny Reprodukcyjnej. „Istota osoby jako istoty ludzkiej pochodzi z jej jądrowego materiału genetycznego”, mówi, „a nie z jej mitochondrialnego materiału genetycznego”. Więc dzieci poczęte przy użyciu transferu mitochondrialnego mają tylko dwoje rodziców, on utrzymuje.

Ale są tu większe kontrowersje niż to, co czyni rodzica. Przeciwnicy tych technik martwią się, że żadna z nich nie została w pełni przetestowana.

Darnovsky mówi: „Życzymy dziecku i rodzinie wszystkiego dobrego i mamy nadzieję, że dziecko będzie zdrowe.” Ale dopóki te techniki nie zostaną pokazane jako bezpieczne, mówi, „Mam wiele obaw o to dziecko i o przyszłe wysiłki w celu wykorzystania tych technik.”

Zhang również przyciągnął ogień za udanie się do Meksyku, aby wykonać procedurę. W Ameryce naukowcy mają zakaz robienia rzeczy, które mogą zmienić ludzkie DNA w sposób, który może być przekazywany z pokolenia na pokolenie. Zarówno transfer wrzecionowy, jak i pronuklearny to robią. Obawy są takie, że zmiany genetyczne przyszłych pokoleń nie skończą się na zapobieganiu chorobom. Decydenci polityczni chcieli zdelegalizować wysiłki zmierzające do stworzenia genetycznie ulepszonych „designerskich dzieci.”

Jednakże panel ekspertów powiedział w lutym 2016 roku, że etyczne jest tworzenie trójrodzicielskich chłopców niemowląt. Ale nie dziewczynki. Dlaczego? Ojcowie prawie nigdy nie przekazują mitochondriów swoim dzieciom. Tak więc chłopcy urodzeni dzięki takim technikom nigdy nie powinni przekazywać mitochondriów dawcy.

Dziewczynka jednak? To byłaby zupełnie inna historia.

Dodaj komentarz

Twój adres e-mail nie zostanie opublikowany.