Cílem lékařské vědy je pomáhat člověku. Vědecké laboratoře, včetně těch českých, jsou však plné úplně jiných druhů. Od člověku poměrně blízkých vzorů, jako jsou hlodavci, až po exotické tvary jako kvasinky, háďátka, axolotlové, mušky či africké žáby.
Mohlo by se zdát, že vědci na nich jenom marně ztrácejí čas. Ale někdy ta nejpřímější cesta nebývá nejrychlejší. Vědci pro chov svých exotických "mazlíčků" mají velmi dobré důvody. Když vám v nemocnici provádí dnes běžné testy na sklony k dědičným chorobám, je to i díky muškám octomilkám.
V 30. letech minulého století na nich americký biolog Thomas Hunt Morgan prováděl pokusy, které nám ukázaly, kde v buňce vlastně leží geny (na chromozomech). V 70. letech na nich další vědci ukázali vztah mezi mutací určitého genu a jeho funkcí (fenotypem), a v důsledku tedy i to, jak se "písmena" ve vaší DNA mohou smutně podepsat na vašem zdraví.
Milujte se a množte se
Ale roč moucha? Důvod je jasný. Jedna samička je schopná naklást stovky až tisíce oplozených vajíček, které se během krátké doby vyvinou v dospělé jedince. Mezi takto velkým počtem potomků se s velkou pravděpodobností objeví i určitá mutovaná forma, která je na první pohled něčím nápadná (např. larva s naježenými chloupky nebo larva, které chybí určité tělní články). Množství zajímavých mutantů ještě zvýšíme, pokud náhodě trochu pomůžeme, například pokud na časná muší embrya zapůsobíme nějakým chemickým mutagenem.
Mušky octomilky převádí, proč jsou jedním z oblíbených modelových organismů biologů: ochotně se množí.
Pomocí genetických přístupů lze poté určit gen, který tuto mutaci způsobil, a pak o něm zjistit další detaily. Tak jsme se třeba dozvěděli, že geny, které způsobují velké postižení ve výstavbě těla, patří mezi klíčové pro pochopení molekulárních mechanismů určujících tělní osy (kde bude hřbetní, břišní, hlavová či zadečková, popř. ocasní část jedince).
V 70. letech minulého století výše popsaným způsobem německo-americká dvojice vědců Christiane Nüsslein-Volhard a Eric Wieschaus odhalila klíčové geny, které se podílejí na základním tělesném plánu. V roce 1995 za tento objev získali spolu s Edwardem B. Lewisem Nobelovu cenu za fyziologii a medicínu.
"Začínal jsem před 25 lety jako chirurg. Ale ukázalo se, že nemám nadání, tak jsem se rozhodl změnit obor. Ale pořád se považuji za lékaře. Takže mým celoživotním cílem je přinést technologii kmenových buněk do nemocnic." Šindža Jamanaka, který získal letošní Nobelovu cenu za medicínu napůl s Gurdonem, vysvětluje svou motivaci. Jeho práce přitom probíhala výhradně v laboratořích. Z rozhovoru na stránkách Nobelovy nadace. |
Kdekdo by mohl nyní namítnout, že mouchy jsou nám lidem opravdu hodně vzdálené. Byla snad tedy Nobelova cena udělena neprávem? Nikoliv! Značná část těchto genů má stejnou nebo podobnou funkci i u vyšších organismů, člověka nevyjímaje.
O krok blíž. Ale o důležitý
Ovšem mezi hmyzem a savci existují jisté rozdíly, jako například článkované tělo nebo obrácené umístění nervové soustavy (u savců je mícha na hřbetní straně těla, u hmyzu se její ekvivalent nachází na břiše). Pro další experimenty bylo tedy žádoucí přijít s modelovým organismem, který by měl stovky až tisíce potomků, byl schopný se poměrně rychle rozmnožovat a zároveň patřil mezi obratlovce jako člověk.
Těmto kriteriím nakonec vyhověli obojživelníci, zvláště africká žába drápatka vodní (Xenopus laevis). Proč sáhli vědci zrovna po africké žábě? Nesouvisí to se zálibou odborníků v exotice, žáby dobyly Evropu a Ameriku díky těhotným ženám.
Drápatky mají úžasnou schopnost citlivě reagovat na injekci choriogonadotropního hormonu (hCG) snůškou vajíček. Tento hormon, ve velkém produkovaný placentou, se vyskytuje v moči těhotných žen. Injekce malého množství vyšetřované moči do těla drápatky se tedy druhý den projeví právě nakladením vajíček. Od 30. až do 60. let minulého století se tento způsob těhotenského testu rozšířil a drápatky zaplavily západní polokouli.
Tato jejich úžasná vlastnost má ještě jednu podstatnou výhodu pro experimentální biologii. Injekcí čistého hCG je možné získat stovky až tisíce vajíček "na požádání". Ta je možné následně oplodnit a studovat podobně jako u octomilky časný embryonální vývoj vně těla matky.
Právě proto se z drápatky postupně stal čím dál oblíbenější modelový organismus, který se zasloužil o objevy na poli řízení buněčného cyklu (jak buňka ví, kdy se má dělit a kdy zůstat v klidu), tak na poli genů řídících podobně jako u octomilky výstavbu těla. Tyto experimenty lze jen obtížně provádět na člověku bližších savcích, a to z jednoho důvodu. Do březí samice nevidíte, ale do nádoby plné vody s dělícími se žabími embryi ano.
John Gurdon
Mohou se buňky vrátit do dětství?
Velice záhy po této žábě sáhl i mladý John Gurdon. Značné množství poměrně velkých vajíček (1 až 1,2 milimetru) a embryí umožnilo tomuto britskému vědci ptát se na základní otázky vývojové biologie, jako například: je možné přimět jádro funkčně přizpůsobené (odborně diferencované) buňky vrátit se do dětských let, kdy její praprarodič byla jedna jediná buňka (zygota) schopná dát vzniku celému novému organismu?
Obecně panoval názor, že jakmile se nespecializovaná kmenová buňka vrhne na "profesionální dráhu" (např. se stane neuronem), neexistuje způsob, jakým by se mohla vrátit zpět do svého "dětství". Tedy do dob, kdy se dokázala množit a přeměnit v libovolnou buňku v těle.
Hypotéza byla podpořena i důkazy. V roce 1952 vyšla v prestižním americkém časopise PNAS publikace dvou amerických biologů Roberta Briggse a Thomase J. Kinga (dostupná zde). Vědci v ní v podstatě chtěli názor o neměnnosti dospělých buněk dokázat tím, že buňky z raného embrya žáby se dokážou množit podle libosti. Vložili jejich jádra do "vyprázdněných vajíček" (tzv. enukleace) a ony se opravdu dokázaly množit. Když ale vědci do stejných vajíček přenesli už více specializovaná jádra, k dělení nedošlo. Desetiletí tradované dogma se zdálo být ověřené.
"Samozřejmě mám štěstí, že jsem se tohoto úžasného ocenění dožil." John Gurdon okomentoval fakt, že od jeho stěžejní práce k udělení Nobelovy ceny uplynulo půl století. Z rozhovoru na stránkách Nobelovy nadace. |
John Gurdon na to nedbal. Jako správný vědec se nespokojil s všeobecně přijímaným názorem a pokusil se v té době o nemožné. Přimět specializovanou (střevní) buňku vrátit se do kmenového stavu pomocí již zmíněné transplantace jádra do "prázdného" vajíčka.
Pro svůj výzkum si zvolil drápatku a v tomto ohledu měl šťastnou ruku. V roce 1962 své studie publikoval v časopise Development (dostupná zde). Výsledkem bylo 10 pulců, vzniklých přenosem jádra. John Gurdon tak po 30 letech zbořil zavedené dogma a otevřel cestu ke klonování savců, které v roce 1996 vyústilo v narození ovečky Dolly.
Někteří současní vědci se domnívají, že Nobelovu cenu za fyziologii a medicínu neměl získat John Gurdon, ale Ian Wilmut z Roslin Institute v Edinburgu, který Dolly (savce) přivedl na svět. Já tvrdím, že Nobelova cena má být udělována za původní myšlenky, postupy či vynálezy. John Gurdon byl první, kdo s ideou přenosu jádra specializované buňky přišel, a tudíž si Nobelovu cenu plně zaslouží.
Autor je biolog. Pracuje na Přírodovědecké fakultě Univerzity Karlovy v Praze.
