Genetyczny początek i genetyczny porządek życia ludzkiego

Dyskusja na temat biologii początku życia ludzkiego ma sens, natomiast dyskusja o tym, który moment należy uznać za początek życia ludzkiego jest trywialna i najczęściej bezprzedmiotowa. Wystarczy z pytania o początek życia usunąć słowo „ludzkiego”, aby wszyscy się zgodzili, że początek życia ryby, której jajo jest zapładniane w wodzie a zarodek jest wolnopływającym składnikiem planktonu zaczyna się właśnie od zapłodnienia komórki jajowej, a nie od momentu, w którym rozwijają się jej płetwy albo skrzela. Dlaczego zapłodnione jajo ludzkie i powstający z niego zarodek, szczególnie chroniony i wspomagany przez matkę w pierwszym okresie swojego rozwoju, należałoby uznać za nieżywe? Wszelkie argumentacje, że o żywym człowieku możemy mówić dopiero od zagnieżdżenia się zarodka, albo od momentu wyróżnienia początków rozwoju układu nerwowego, albo od dwunastego tygodnia ciąży, albo od trzeciego trymestru, albo od urodzenia albo od momentu, kiedy rozwój dziecka osiąga poziom intelektualny nieosiągalny przez jakiekolwiek inne stworzenie, albo, albo .... są absurdalne. Proszę zwrócić uwagę, że ostatnia wspomniana granica mówi, że dziecko staje się człowiekiem w wieku około czterech lat, kiedy osiąga poziom intelektualny dorosłego szympansa. Jeżeli zwierzęta uznawane za najbardziej inteligentne – szympansy i goryle – wyginą (zresztą za sprawą człowieka), to dziecko będzie się stawało człowiekiem znacznie wcześniej?

Za początek życia ludzkiego należy uznać moment zapłodnienia komórki jajowej przez plemnik. W warunkach naturalnych, zjawisko zapłodnienia jest procesem nieodwracalnym. Tylko w warunkach sztucznego eksperymentu można jeszcze usunąć z zapłodnionej komórki jądro plemnika i zastąpić go innym jądrem. W tych rozważaniach lepiej będzie jednak nie dyskutować nad takimi możliwościami technologicznymi zezwalającymi na zaburzenia, a nawet odwrócenie naturalnego porządku procesów biologicznych.

Uznając, że zapłodnienie ludzkiej komórki jajowej jest procesem nieodwracalnym, przyjmujemy, że dalszy rozwój powstającej diploidalnej zygoty jest zdeterminowany – z tej zygoty może się rozwinąć tylko człowiek. Rozwój jest jednak procesem chaotycznym. Chaosu nie należy tutaj rozumieć w sensie potocznym, jako procesu niepoddającego się żadnym regułom. Chaos jest procesem, w którym rządzą ścisłe reguły, tyle, że stochastyczne [1]. W procesach stochastycznych czasem niezwykle trudno jest przewidzieć dalszy przebieg wypadków, podobnie jak w przewidywaniu pogody. Drobne, często niekontrolowane, albo wydające się nieistotnymi, zmiany w warunkach rozwoju, mogą zmienić losy rozwijającej się istoty. Jeżeli chcemy mówić o porządku życia u jego początku, to powinniśmy pomówić właśnie o tych problemach.

Od ponad pięćdziesięciu lat człowiek potrafi przeprowadzić zapłodnienie komórki jajowej ssaka in vitro, doprowadzić do rozwoju zarodka i urodzenia się potomstwa z tak powstałej zygoty. Po wstępnych eksperymentach na królikach i myszach, technologie te zostały zaproponowane jako powszechna usługa ludziom – nie tylko parom niepłodnym, ale również innym parom, które z wielu powodów wolą skorzystać raczej z zapłodnienia pozaustrojowego niż z zapłodnienia naturalnego. Jednak dopiero najnowsze techniki genetyki molekularnej potrafią ocenić niektóre różnice w rozwoju zarodków powstałych różnymi sposobami. Tak zwane chipy DNA, używane do oceny aktywności wszystkich genów w dowolnych tkankach, są w stanie wykryć takie różnice. Eksperymenty przeprowadzono na myszach [3]. Utworzono zarodki, które różniły się tylko warunkami samego momentu zapłodnienia – jedne powstały przez zapłodnienie in vitro, drugie przez zapłodnienie naturalne, natychmiastowe wypłukanie zapłodnionych komórek i dalszą hodowlę w warunkach in vitro. Te dwie grupy zarodków różniły się aktywnością ponad tysiąca genów. Pomimo tak dużych różnic, powstający organizm jest w stanie skompensować zaburzenia i w większości przypadków powrócić na szlak prawidłowego rozwoju. Nie rozumiemy jednak ani sposobów kompensacji, ani też nie potrafimy określić, na czym polega istota różnic w warunkach zapłodnienia in vivo i in vitro.

Zgodnie z bardzo powszechnie akceptowaną wiedzą, informacja genetyczna wnoszona do zygoty przez matkę i przez ojca są ściśle równoważne – praktycznie identyczne. Tak jednak nie jest. Informacja zawarta w gametach męskich i żeńskich, nawet jeżeli jest reprezentowana przez dokładnie identyczne sekwencje DNA nie jest taka sama. Oprócz informacji zawartej w samych sekwencjach nukleotydowych, do zygoty wnoszona jest również „wiedza” o tym, który z rodziców tę informację przekazał. Zależnie od pochodzenia genów, ich aktywność może być różna. Rodzice wnoszą więc do zygoty oprócz zestawu genów, specyficzny wzorzec aktywności poszczególnych genów. Dopiero nałożenie aktywności dwóch tak zmodyfikowanych zestawów daje możliwość prawidłowego rozwoju organizmu. Modyfikacja ta, zwana piętnowaniem rodzicielskim, uniemożliwia na przykład tworzenie zarodków z dwóch komórek jajowych albo przez zastąpienie jądra komórki jajowej jądrem drugiego plemnika. Piętnowanie rodzicielskie jest bardzo wrażliwe na warunki, w których dochodzi do rozwoju i podziałów komórek. Już samo hormonizowanie  kobiety w celu wywołania wielojajeczkowania może spowodować błędy w piętnowaniu. Zaburzenia piętnowania obserwuje się również w hodowlach komórek macierzystych pochodzenia zarodkowego, a co najważniejsze, kilkakrotnie częściej u dzieci poczętych drogą zapłodnienia pozaustrojowego niż po naturalnym poczęciu [4]. Dlatego mogą budzić wątpliwości prace nad pozaustrojowym dojrzewaniem ludzkich komórek jajowych. Wydłuża to znacznie okres manipulowania komórkami rozrodczymi w fazie, w której ich rozwój jest bardzo wrażliwy na zmiany środowiskowe, a nasza wiedza na temat warunków krytycznych ich rozwoju jest praktycznie żadna.

Do niezwykle istotnych zjawisk w porządku naszego świata ożywionego należą mutacje. Mutacje są zmianami naszej informacji genetycznej i najczęściej uważa się je za zło konieczne. Niektórzy nawet uważają (niesłusznie), że gdyby się dało uniknąć mutacji tanim kosztem, to Natura wyeliminowałaby je całkowicie. Wszystko jednak wskazuje na to, że częstość mutacji ustalana jest bardzo precyzyjnie na właściwym poziomie tak, aby nie pozbawić organizmów jednego z podstawowych mechanizmów zmienności, ale żeby nie zabijać ich zbyt często mutacjami, których znakomita większość jest jednak szkodliwa. Częstość mutacji jest więc skrupulatnie pilnowana przez wiele mechanizmów biorących udział w replikacji DNA, w jego naprawach, w kontrolowaniu czasu potrzebnego na naprawę a nawet, w warunkach krytycznych mogą one prowadzić do samobójczej śmierci komórki. Zmieniając warunki życia i rozwoju komórek z in vivo na ex vivo wprowadzamy wiele zaburzeń, których nie kontrolujemy, a które w sposób istotny mogą wpływać na częstość mutacji. Zapłodnienie pozaustrojowe jest procesem, w którym ani my sami nie potrafimy kontrolować mutagenezy, ani nie potrafią tego robić w sposób właściwy komórki zarodkowe, w związku z czym dochodzi do istotnego zwiększenia częstości mutacji. Część z nich jest natychmiast eliminowana przez śmierć zygotyczną, ale część pojawia się w strukturze genetycznej narodzonych dzieci i jest widoczna w ich fenotypie w formie wad wrodzonych [5,6,7,8], albo – znacznie większa ich liczba – determinując defekty recesywne zostanie usunięta przez selekcję dopiero w następnych pokoleniach.

Nasza obecna wiedza i technologie pozwalają nam na zainicjowanie życia – wywołanie jego początku, ale nie pozwalają na zachowanie jego naturalnego porządku, a przynajmniej na skuteczne unikanie zaburzania tego porządku.

Literatura

  1. J. Gleick. Chaos: Making a New Science. Pinguin 1988.
  2. C. Thibault, L. Dauzier, S. Winterberger,  Cytological study of fecundation in vitro of rabbit ovum. C R Seances Soc Biol Fil. 1954. 148, 789.
  3. G. Giritharan, S. Talbi, A. Donjacour, F. Di Sebastiano, A. T. Dobson, P. F. Rinaudo Effect of in vitro fertilization on gene expression and development of mouse preimplantation embryos. Reproduction. 2007, 134, 63.
  4. A.G. Sutcliffe, C.J. Peters, S. Bowdin, K. Temple, W. Reardon, L. Wilson, J. Clayton-Smith, L.A. Brueton, W. Bannister, E.R. Maher, Assisted reproductive therapies and imprinting disorders – a preliminary British survey. Human Reproduction. 2006, 21, 1009.
  5. A.C. Moll, S.M. Imhof, J.R. Cruysberg, A.Y. Schouten-van Meeteren, M. Boers, F.E. van Leeuwen, Incidence of retinoblastoma in children born after in-vitro fertilisation. Lancet, 2003, 361, 309.
  6. G. Viot, S., Epelboin, F. Olivennes, Is there an increased risk of congenital malformations after ART? Results from a prospective French long-term survey of a cohort of 15 162 children.  Human Reproduction. 2010, 25 (suppl 1): i53-i55.
  7. T. Marees, C.J. Dommering, S.M. Imhof, W.A. Kors, P.J. Ringens, F.E. van Leeuwen, A.C. Moll, Incidence of retinoblastoma in Dutch children conceived by IVF: an expanded study. Human Reproduction, 2009, 24, 3220.
  8. R.H. Barbosa, F.R Vargas, E. Lucena, C.R. Bonvicino, H.N. Seuánez, Constitutive RB1 mutation in a child conceived by in vitro fertilization: implications for genetic counseling. BMC Medical Genetics, 2009, 10:75.

 

 

 

 

Author: PROF. DR HAB. STANISŁAW CEBRAT
- Profesor zwyczajny, kierownik Zakładu Genomiki Wydziału Biotechnologii Uniwersytetu Wrocławskiego; autor ponad 160 publikacji z dziedziny genetyki i ewolucji; populacji, głównie w anglojęzycznych, recenzowanych czasopismach naukowych; w swojej karierze naukowej pracował w kilku świetnych; światowych laboratoriach: Centrum Genetyki Molekularnej CNRS w Gif-sur-Yvette pod Paryżem, Medical School na Uniwersytecie w Teksasie, Uniwersytet Claude Bernard w Lyonie; od około 15 lat zajmuje się ewolucją genomów i populacji wspólnie z fizykami teoretykami z USA, Brazylii i Niemiec; od 1974 r. wykłada na uniwersytetach, prowadził i prowadzi wykłady akademickie z różnych działów genetyki molekularnej dla różnych kierunków studiów, w tym fizyków i matematyków.

POLECAMY