6

ÂWIAT NAUKI SIERPIE¡ 2004

BIOL

OGIA

Myszka Miki ma dwie mamy

KOMÓRK¢ JAJOWÑ MO˚NA ZMUSIå DO ODEGRANIA ROLI PLEMNIKA. DIANE MARTINDALE

pano

rama

O

kreÊlenie „nie mieç ojca”

nabra∏o no-

wego znaczenia po tym, jak w kwiet-
niu tego roku grupa naukowców kie-

rowana przez Tomohira Kona z tokijskiej
Akademii Rolniczej wyhodowa∏a mysz po-
cz´tà z dwóch komórek jajowych bez udzia-
∏u plemnika. Osiàgni´cie japoƒskich uczo-
nych nie jest zapowiedzià nowej terapii
bezp∏odnoÊci dla par pragnàcych mieç dziec-
ko. Na pewno jednak pomo˝e naukowcom
wyjaÊniç, w jaki sposób komórka jajowa i
plemnik wspó∏pracujà ze sobà podczas za-
p∏odnienia i dlaczego m´skie komórki roz-
rodcze sà tak istotne w procesie rozmna˝ania.

Metoda, jakà zo-

sta∏a pocz´ta mysz,
przypomina znanà
w przyrodzie parte-
nogenez´. To rodzaj
rozmna˝ania p∏cio-
wego, w którym nie-
zap∏odniona komór-
ka jajowa rozwija si´
sama, tworzàc osta-
tecznie zdrowy orga-
nizm. Partenogeneza
jest dosyç powszech-
na w Êwiecie zwie-
rzàt – zachodzi na
przyk∏ad u pche∏,
jaszczurek czy indy-
ków. Ssaki jednak nie
potrafià rozmna˝aç
si´ w ten sposób. Gdy
próbowano wywo∏aç
partenogenez´ u my-
szy, odpowiednio po-
budzona komórka ja-
jowa rozpoczyna∏a
wprawdzie podzia∏y,

ale rozwijajàcy si´ z niej zarodek wkrótce
obumiera∏. Uwa˝a si´, ˝e barierà dla parte-
nogenezy ssaków jest tzw. pi´tnowanie (im-
printing) genów [patrz: W. Wayt Gibbs „Ge-
nom ukryty poza DNA”; Âwiat Nauki, styczeƒ
2004].

Zwierz´ta majà dwie kopie ka˝dego genu*

(jednà od matki, a drugà od ojca) i zwykle
obie sà aktywne. Jednak u ssaków istnieje
kilkadziesiàt genów, które zachowujà si´ ina-
czej: jedna z kopii jest wy∏àczana, przy czym,
zale˝nie od genu, jest to zawsze kopia mat-
czyna albo zawsze kopia ojcowska. Geny te
w wi´kszoÊci kodujà czynniki sterujàce roz-
wojem zarodka, a aktywnoÊç jednej i tylko
jednej kopii zapewnia w∏aÊciwy poziom
sygna∏u regulacyjnego. Skàd zarodek wie,
która kopia ma byç wy∏àczona? Jest ona
oznaczana (pi´tnowana) przez chemiczne
modyfikacje w obr´bie genu jeszcze podczas
wytwarzania gamet. Zestaw genów pi´tno-
wany w jajach (tzw. pi´tno matczyne) jest
inny ni˝ w plemnikach (pi´tno ojcowskie).
Dlatego prawid∏owà kombinacj´ aktywnych
kopii genów zapewnia tylko po∏àczenie
plemnika i jaja. Po∏àczenie dwóch jaj daje
ca∏kowity brak aktywnoÊci genów z pi´tnem
matczynym i podwójnà aktywnoÊç genów
pi´tnowanych ojcowsko, a g∏ównà tego kon-
sekwencjà jest zaburzenie rozwoju trofo-
blastu – tkanki wspó∏tworzàcej ∏o˝ysko. Z
kolei podmienienie wszystkich chromoso-
mów na ojcowskie powoduje opóênienie roz-
woju samego zarodka, podczas gdy trofo-
blast jest doÊç dobrze wykszta∏cony. W obu
przypadkach zarodki ginà na wczesnym eta-
pie rozwoju.

By∏o zatem jasne, ˝e rozwój zarodka po-

wsta∏ego z dwóch jaj wymagaç b´dzie
upodobnienia jednego z nich do plemnika.

ZA ZGODÑ TOMOHIRA

K

O

NA

KAGUYA

, która powsta∏a

z po∏àczenia dwóch komórek

jajowych, urodzi∏a zdrowe

potomstwo pocz´te

w tradycyjny sposób.

Poczàtkowo próbowano w tym celu wyko-
rzystaç niedojrza∏e jaja. W czasie powsta-
wania gamet musi bowiem dochodziç do wy-
mazania starego wzoru pi´tnowania (jest on
przecie˝ mieszaninà wzorców ojcowskiego i
matczynego), zanim po∏o˝ony zostanie no-
wy, ju˝ tylko matczyny. Poniewa˝ zestaw ge-
nów pi´tnowanych ojcowsko jest mniejszy,
niedojrza∏e jajo pozbawione jakiegokolwiek
pi´tna bardziej przypomina plemnik ni˝ doj-
rza∏e jajo. Przeprowadzone w roku 1996 eks-
perymenty wykaza∏y jednak, ˝e dochodzi∏o
tylko do nieznacznego przed∏u˝enia rozwoju
mysiego zarodka z 10 dni do 13.5 dnia (pra-
wid∏owa cià˝a myszy trwa 21 dni).

Badacze postanowili wi´c dokonaç dodat-

kowych manipulacji genetycznych na jed-
nym z jaj. Zak∏adanie nowego wzoru pi´t-
nowania wykracza daleko poza mo˝liwoÊci
techniczne wspó∏czesnej biologii, ale skoro
g∏ównym efektem pi´tnowania jest inakty-
wacja pi´tnowanej kopii genu, to mo˝e ten
efekt da si´ imitowaç przez proste usuni´-
cie tej kopii? Jednym z najwczeÊniej pozna-
nych genów pi´tnowanych ojcowsko jest
H19

. Jego funkcja nie jest dobrze znana, ale

wiadomo, ˝e jego wy∏àczenie jest skorelo-
wane z aktywnoÊcià sàsiadujàcego z nim ge-
nu IGF2 kodujàcego czynnik wzrostu nie-
zb´dny do rozwoju zarodka. W zarodku
powsta∏ym z dwóch zwyk∏ych jaj nie by∏oby
pi´tnowanego H19, a sta∏a aktywnoÊç H19
nie pozwala∏aby na produkcj´ IGF2 z sàsied-
niego genu. W 2002 roku naukowcy japoƒ-
scy u˝yli do eksperymentu myszy, które na
skutek zmian wprowadzonych do genomu
produkowa∏y jaja pozbawione fragmentu ge-
nu H19. Da∏o to znaczne przed∏u˝enie ˝ycia
zarodka (do 17.5 dnia), ale nie wystarczy∏o
do prawid∏owego ukoƒczenia rozwoju. Wie-
lu badaczy uzna∏o, ˝e przyczynà niepowo-
dzenia jest usuni´cie tylko jednego z wielu
pi´tnowanych genów.

Zespó∏ Kona nie da∏ jednak za wygranà i

ponowi∏ badania na innym szczepie myszy,
którego komórki jajowe by∏y pozbawione nie
tylko genu H19, ale tak˝e sàsiadujàcego z
nim regionu odpowiedzialnego za pi´tno-
wanie. Pobrane od zmodyfikowanych samic
niedojrza∏e jaja naukowcy po∏àczyli z nor-
malnymi, dojrza∏ymi komórkami jajowymi
pobranymi od zwyk∏ych myszy, aktywowali
chemicznie i wszczepiali do macic matek
zast´pczych. W ten sposób na Êwiat przysz∏y
dwie myszki: Kaguya (nazwana tak od imie-
nia bohaterki japoƒskiej baÊni) osiàgn´∏a
wiek dojrza∏y i po skrzy˝owaniu z samcem
urodzi∏a zdrowe potomstwo. Druga myszka
zosta∏a przeznaczona do badaƒ genetycz-
nych zaraz po urodzeniu.

Ten eksperyment przybli˝a nam natur´

pi´tnowania i dostarcza wygodnego narz´-
dzia do badania jego roli w rozwoju orga-
nizmów. Wadliwe pi´tna genetyczne powo-
dujà wiele schorzeƒ neurologicznych,
zak∏ócajà prawid∏owy rozwój zarodka i sà
przyczynà niektórych nowotworów. Naro-
dziny Kagui sà istotne tak˝e w badaniach
nad klonowaniem i komórkami macierzy-
stymi. Prawdopodobnie to w∏aÊnie wadliwe
pi´tnowanie genów jest odpowiedzialne za
niskà wydajnoÊç tych procesów.

Naukowcy nie widzà na razie mo˝liwoÊci

zastosowania tej metody w leczeniu niep∏od-
noÊci ludzi. „Tak powa˝nych manipulacji
genetycznych nie przeprowadza si´ obecnie
u ludzi ze wzgl´dów etycznych i technicz-
nych” – podkreÊla Azim Surani, pionier
badaƒ nad pi´tnowaniem, z Welcome Trust/
Cancer Research Institute w University of
Cambridge. Niedojrza∏e komórki jajowe trze-
ba by∏oby pobieraç bezpoÊrednio z jajników.
Ale to jeszcze nie wszystko. Kobiety chcàce
poddaç si´ takiemu zabiegowi musia∏yby zo-
staç tak zmienione genetycznie, by wytwarza-
∏y komórki jajowe z mutacjà w genie H19
pozwalajàcà na produkcj´ bia∏ka IGF2. In-
nà metodà genetycznych modyfikacji mo-
g∏oby byç dostarczenie IGF2 bezpoÊrednio
do komórek jajowych w ÊciÊle okreÊlonym
st´˝eniu. Nadmiar lub niedomiar tego bia∏-
ka móg∏by doprowadziç do licznych niepra-
wid∏owoÊci rozwojowych dziecka.

Próba wyhodowania myszy bez udzia∏u

samca doprowadzi∏a do narodzin wielu nie-
normalnie zbudowanych lub martwych my-
szek. Zdrowo rozwin´∏y si´ tylko dwa gry-
zonie z prawie 500 zarodków. To ostrze˝enie,
˝e ryzyko nieprawid∏owego rozwoju zarod-
ka jest bardzo wysokie. „Ta metoda jest mniej
wydajna i bardziej ryzykowna ni˝ klonowa-
nie” – twierdzi Surani.

Ekspertów najbardziej zaskoczy∏ fakt, ˝e

zmiany w dzia∏aniu zaledwie dwóch genów
usuwajà barier´ partenogenezy u myszy. Co
wi´cej, analizy genetyczne wykaza∏y, ˝e ak-
tywnoÊç wielu innych genów ukszta∏towa∏a
si´ tak, jakby dosz∏o do zwyczajnego za-
p∏odnienia. „Sama modyfikacja dzia∏ania ge-
nów H19 i IGF2 nie wyjaÊnia jednak ostatecz-
nie, jak te dwie myszy przetrwa∏y pe∏ny rozwój
– twierdzi Kevin Eggan, biolog rozwoju z Har-
vard University. – U tych zwierzàt dosz∏o do
jakichÊ losowych zdarzeƒ, ale nikt nie wie ja-
kich” – dodaje. Kono wykaza∏, ˝e mo˝liwe jest
rozmna˝anie bez samców, ale jednoczeÊnie
potwierdzi∏, jak du˝e jest ich znaczenie dla
prawid∏owego rozwoju zarodka.

n

* Wyjàtkiem sà geny na chromosomach p∏ciowych.

pano

rama

Naukowcy, którzy stworzyli
myszk´ bez ojca, okreÊlajà swojà
metod´ jako partenogenetycznà.
Jednak wielu specjalistów
uwa˝a, ˝e pos∏ugiwanie si´
tym terminem jest b∏´dne.
Do pocz´cia myszy wykorzystano
bowiem dwie samice. Kaguya
nie rozwin´∏a si´ z pojedynczego,
niezap∏odnionego jaja jak
prawdziwe partenoty, ale
z po∏àczenia dwóch takich jaj.
Taki twór okreÊlany jest mianem
gynogenoty. Ale Kaguya nie jest
nawet gynogenotà, poniewa˝
jedna z komórek jajowych u˝yta
przez uczonych do jej pocz´cia
by∏a niedojrza∏a i zmieniona
genetycznie. Mimo tych
wàtpliwoÊci w nazewnictwie
uczeni pozostali przy okreÊleniu
„partenogeneza”, poniewa˝
nikt nie zaproponowa∏
lepszego terminu.

KAGUYOGENEZA

KWESTIA NAZWY

SIERPIE¡ 2004

ÂWIAT NAUKI

7