Kohout Eda se nedávno vyklubal na svět z vejce v Jílovém u Prahy a jeho kokrhání zvěstuje úsvit doby, kdy budou slepice snášet zlatá vejce. Předtím však musel vyměnit své spermie za cizí.
Bílý kohout s černými spermiemi
Při zběžném pohledu není na kohoutovi Edovi nic nápadného, přesto patří k drůbežím prominentům. V jeho „rodině“ panují zvláštní poměry, jaké by nevymyslel ani nejextravagantnější telenovelový scenárista. Ať už totiž Eda zplodí potomků, kolik chce, nikdy nebude jejich biologickým otcem.
Tuhle krajně nezvyklou životní roli mu přisoudili vědci ze společnosti BIOPHARM, Výzkumný ústav biofarmacie a veterinárních léčiv, z Jílového u Prahy, vedení Pavlem Trefilem. V spolupráci s Jiřím Hejnarem z Ústavu molekulární genetiky Akademie věd České republiky, americkým biologem Murrayem Bakstem a francouzským kolegou Jeanem Pierrem Brillardem totiž jako první úspěšně transplantovali u domácího kura buňky, z nichž se v kohoutích varlatech tvoří spermie.
Eda patří k bíle zbarvenému plemeni leghorn. Spermie mu ale vědci „propůjčili“ od černého kohouta z plemene minorek.
Obdarovaný myšák
„Propůjčování“ spermií zvládl jako první na světě Ralph Brinster z University of Pennsylvania v roce 1994. Americký biolog začal své pokusy s laboratorními myšmi tak, že myšákům nejprve chemikáliemi „vyvraždil“ jejich vlastní pohlavní buňky. Samci pak nedokázali vyprodukovat jedinou spermii a byli doživotně neplodní. Poté jim Brinster píchl do varlat buňky, z kterých se tvořily spermie v těle jiného myšáka.
Buňky se ve varlatech příjemce uchytily a začaly plnit úlohy, na jaké byly zvyklé u svého původního „domácího“. Obdarovaný myšák tak mohl opět plodit potomky! Nebyla to však jeho vlastní mláďata. Jejich biologickým otcem byl myšák, který posloužil jako dárce buněk.
Brinster byl překvapen účinností metody. V myších varlatech najdeme asi 20 000 buněk, předurčených k množení a následné proměně ve spermie. K obnovení produkce spermií přitom stačilo přenést do „prázdného“ varlete jen asi 200 těchto buněk, tedy zhruba 1 % jejich normálního množství.
Slepičí zlatý důl
Jedním z hlavních motivů pro transplantaci pohlavních buněk je možnost vložit před vlastní transplantací do buněk cizí gen. Spermie, které by z těchto buněk v těle samce vznikly, by vnášely gen do dědičné informace všech potomků a ti by jej nesli v každé buňce těla. Potomci by podle instrukce genu produkovali lidské bílkoviny, využitelné pro léčbu závažných chorob.
Domácí slepice se zdají k tvorbě takových „živých bioreaktorů“ přímo ideální. Mohou do každého vejce uložit až jeden gram lidské bílkoviny. Při roční snášce 250 vajec a ceně proteinu v desítkách tisíc euro za gram by se každá slepice proměnila doslova ve zlatý důl.
Jak Eda o spermie přišel
Transplantaci spermiotvorných buněk do varlat kohoutů však provází řada problémů. Tým Pavla Trefila pracoval tvrdě několik let, než všechny tyto překážky zdolal.
Prvním z dlouhé řady kohoutů s „vypůjčenými“ spermiemi se stal Eda a jeho cesta za světovým primátem byla trnitá. Nejprve se podrobil opakovanému ozařování, jaké podstupují pacienti s rakovinou. Gama paprsky mu přitom zcela zničily jeho vlastní pohlavní buňky. Eda by zůstal do konce života neplodný, kdyby mu vědci do takto „vyprázdněných“ varlat pod narkózou nevstříkli porci buněk odebraných černému kohoutovi.
Transplantace se zdařila! Už po pěti týdnech začal Eda produkovat první spermie. Vědci z BIOPHARMu jimi oplodnili slípky a z jejich vajec se pak vyklubala kuřata, která nedědila barvu peří po Edovi, ale po černém „anonymním dárci“ pohlavních buněk.
Už brzy by se tak mohla v Jílovém klubat kuřata, která budou snášet „zlatá vejce“ s drahocennou lidskou léčebnou bílkovinou.
Nenechají si do ničeho mluvit
Transplantace spermiotvorných buněk se však zdaleka nemusí omezovat jen na jeden živočišný druh. Jasně to prokázal Ralph Brinster, když odebral buňky z varlat potkana a vstříkl je do „vymetených“ varlat myšáka. Buňky se v „prázdném“ varleti hned zabydlely a začaly se tu množit. Nakonec myšák produkoval potkaní spermie.
Vědci s napětím čekali, jakým tempem bude tvorba spermií potkana ve varleti myšáka postupovat. Zatímco myší samec potřebuje na tvorbu zralé spermie 35 dní, kompletní vývoj spermie potkana si vyžádá 52 dnů. Čím se tedy řídí spermie potkana v myším varleti? Svým vlastním potkaním programem, uloženým v genech, nebo povely od okolních myších buněk, které k tvorbě spermie přispívají zcela zásadním způsobem? Jako správná se ukázala první možnost. Spermie potkana si nenechají od okolních buněk do ničeho mluvit a drží se vlastního tempa, kterým dospějí k zralé plnohodnotné spermii po dvaapadesáti dnech vývoje.
Evoluce to zařídila jinak
Vědcům usilujícím o přenos spermiotvorných buněk mezi různými živočišnými druhy se staví do cesty ještě větší potíže než při přenosu těchto buněk v rámci jediného druhu. Biologové se o tom přesvědčili během pokusů, při nichž přenášeli do varlat myšáků spermiotvorné buňky psa, býka, kance a paviána.
Nedá se mluvit o úplném fiasku. Spermiotovorné buňky cizích druhů se v myším varleti uhnízdily a držely se tam po řadu měsíců. To však bylo všechno. Proměnu na spermie buňky vůbec nezačaly. Okolní cizí buňky jim neposkytly pro tak náročný úkol dostatečnou podporu. A není divu. Myš dělí od psa, skotu, prasete či paviána 50 až 100 milionů let samostatného vývoje. A to je zjevně příliš hluboká evoluční propast. Za tu dobu se systém souhry mezi sperimiotvornými buňkami a okolním buněčným „servisem“ u jednotlivých živočišných druhů hodně změnila.
Skandál krysího chlapce
V této souvislosti stojí za zmínku zvěsti, které pouští do světa kontroverzní italský lékař Severino Antinori. Před časem oznámil, že využil transplantace spermiotvorných buněk k léčbě neplodnosti u mužů. Jeho pacient nebyl s to ve varlatech proměnit spermiotvorné buňky na spermie schopné oplodnit vajíčko.
Antinori údajně odebral pacientovi malý vzorek těchto buněk a transplantoval jej do varlete laboratorního potkana. Buňky prý pokračovaly ve zvířecím hostiteli ve vývoji a zdárně jej dokončily. Antinori tak získal z potkana zpět pacientovy spermie a použil je k oplození vajíčka ve zkumavce. Muž tak údajně zplodil syna, o kterém se na stránkách bulvárního tisku psalo jako o „potkaním chlapci“.
Nebyla to první a zřejmě ani první ani poslední bombastická zpráva, kterou Severino Antoinori pustil do světa bez sebemenších důkazů. V tomto případě se zdá téměř jisté, že si italský lékař, proslulý mnoha skandály, bohapustě vymýšlí. Spemiotvorné buňky primátů se ve varleti hlodavců prostě nevyvíjejí! Nenacházejí tam příhodné podmínky.
Z outsidera šampion!
Transplantace spermiotvorných buněk se ve svých úvahách intenzivně zabývají šlechtitelé hospodářských zvířat. Kdyby chovatel dokázal „nasázet“ spermiotvorné buňky vynikajícího plemenného býka do varlat býků, kteří nemají z chovatelského hlediska valnou cenu, proměnil by outsidery určené do guláše v živé inkubátory spermií hovězího šampióna.
Za stejným účelem by bylo možné využít transplantace spermiotvorných buněk vzácných mizejících plemen nebo vyhubením ohrožených druhů, pro které by byli k dispozici samci hojného, blízce příbuzného druhu. V úvahu by to snad připadalo u některých velkých kočkovitých šelem, divokých turů nebo jelenů. Zkušenosti týmu Pavla Trefila by mohly přijít vhod při záchraně ohrožených ptáků, např. dravců nebo papoušků. Samec běžného druhu by pak produkoval spermie vzácného samce a ty by pak byly využity k umělému oplodnění samiček.
Také něco pro lidi?
V humánní („lidské“) medicíně je transplantace spermiotvorných buněk příslibem pro pacienty, kteří se musí podrobit léčbě nádorového onemocnění ozařováním nebo cytostatiky. Při těchto postupech bývají poškozeny i spermiotvorné buňky a mužům hrozí doživotní neplodnost. Pokud by lékaři pacientovi odebrali před léčbou z varlat spermiotvorné buňky, mohli by je zamrazit a uskladnit na libovolně dlouhou dobu v tekutém dusíku. Pak by buňky opět rozmrazili a uzdravenému muži by je vrátili.
Největší naděje jsou však vkládány do tvorby geneticky modifikovaných zvířat působících v roli živých bioreaktorů. Kromě slípek snášejících „zlatá vejce“ by bylo možné obdobným způsobem získat i berany, kozly nebo býky, jejichž dcery by zdědily po otci lidský gen a vylučovaly by farmaceuticky využitelnou bílkovinu v mléce.
Ve světě už se „vyrábí“
Vývoj na poli „živých bioreaktorů“ běží na plné obrátky. Lidský antitrombin, vyráběný geneticky modifikovanými kozami americké společnosti GTC Biothreapeutics, se stal prvním lékem z produkce živých bioreaktorů, který byl v Evropě schválen k léčbě. Využívá se u pacientů ohrožených zvýšenou srážlivostí krve. Těm hrozí vážné zdravotní komplikace či dokonce smrt v případě, že jim krevní sraženina ucpe životně důležitou cévu.
Americko-japonské konsorcium Hematech získalo skot schopný produkovat lidské protilátky. Ty najdou uplatnění při léčbě řady chorob, od virových infekcí až po rakovinu.
Britská firma PPL Therapeutics zas věnovala velké úsilí k získání geneticky modifikovaných ovcí vylučujících v mléce lidský alfa-1 antitrypsin, využitelný pro léčbu rozedmy plic.
Nizozemská společnosti Pharming Group N.V. sleduje s napětím průběh pokročilých klinických zkoušek, při nichž je testován králíky produkovaný lidský C1 inhibitor, určený k léčbě dědičného onemocnění, zvaného angioedém, jež se projevuje těžkými otoky různých částí těla.
Mlékem proti průjmům
Zajímavý „živý bioreaktor“ si pořídili vědci z University of California v Davisu vedení Jimem Murrayem. Chovají kozy, které díky cílenému zásahu genových inženýrů nesou v dědičné informaci gen pro lidský lysozym a vylučují tento enzym v mléce.
Lysozym hubí bakterie. Vyskytuje se v slzách, slinách a mléce všech savců. Mléko hospodářských zvířat obsahuje tohoto antibakteriálního enzymu jen velmi malé množství. V kozím mléce se nachází ve srovnání s mateřským mlékem jen 0,06 % lysozymu. Vysoký obsah lysozymu v mateřském mléce skýtá kojeným dětem ochranu před původci střevních infekcí.
Podle oficiálních statistických údajů Světové zdravotnické organizace umírá ročně na průjmy bakteriálního původu na světě asi 2 miliony dětí. Jim Murray doufá, že sušené mléko z geneticky modifikovaných koz významně přispěje k boji s těmito střevními infekcemi především v rozvojových zemích. V současné době Murray pracuje na tom, aby mohl získávat mléko s lidským lysozymem od krav. Ty mají mnohonásobně vyšší produkci mléka a pokryly poptávku po lidském lysozymu snáze než kozy.
Zajímavosti ze světa spermií
1) Lidské varle produkuje s každým úderem srdce tisícovku spermií. Při ejakulaci jich je z varlete uvolněno asi 200 milionů. K vajíčku se jich dostane asi 200. Hodně se mluví o tom, že mužům klesá počet spermií a lidstvu hrozí vymření v důsledku neplodnosti. Ve skutečnosti tento názor zastává jen část odborníků. Poměrně početná skupina expertů je přesvědčena, že to s mužskou plodností nejde „s kopce“.
2) Největší spermii živočišné říše najdeme u maličkých mušek octomilek. Spermie několikamilimetrové octomilky Drosophila bifurca měří na délku bezmála sedm centimetrů. Muška jich má ve varleti naskládáno asi 140. Jsou pečlivě stočeny, protože jinak by se do těla octomilky vůbec nevměstnaly.
3) Spermie myšice křovinné mají na hlavičce zvláštní háčky, kterými se navzájem zaháknou a vytvoří jakýsi „vláček“. Ten se pohybuje až o 50 % vyšší rychlostí než jednotlivé spermie. Samice myšic se páří s více samci. Původně představoval „spermiový rychlík“ zjevnou výhodu. Samci se spermiemi schopnými vytvořit „vláček“ plodili více potomstva, protože jejich spermie předhonily pohlavní buňky konkurentů. Dnes využívají tuto strategii všichni samci myšice křovinné.
4) Zajímavý osud mají spermie netopýrů. Tito létající savci se páří na podzim. Samice má v pohlavních orgánech samcovo sperma, ale není jím oplodněna hned. Na početí potomka se pořádně vyspí. Vajíčko uvolní, až když na jaře procitne ze zimního spánku. Teprve pak dovolí, aby bylo oplodněno „přezimujícími“ spermiemi.
Zmrzlý myšák je tatínkem
Patnáct let strávila mrtvola myšího samce v mrazicím boxu a nakonec se stala otcem zdravých, čilých myšek. Přičinil se o to Atsuo Ogura z výzkumného centra RIKEN v japonském Ibaraki a japonský profesor Ryuzo Yanagimachi působící už od 60. let minulého století na univerzitě v havajském Honolulu.
Spermie ve zmražené mrtvole samce nepřežily. Jejich dědičná informace se však uchovala bez větších defektů. To se prokázalo, když vědci „vydolovali“ spermie ze zmrzlých varlat a vstřikli je pomocí jemné skleněné kapiláry do myšího vajíčka. Vzniklé embryo přenesli do těla myší samice a ta po třech týdnech březosti porodila zdravá mláďata. Ve zvlášť zdařilých experimentech se úspěšnost procedury blížila 30 procentům.
Ötzi děti mít nebude
Před lety se vedly bouřlivé diskuse o tom, zda by mohl s odstupem tisíciletí zplodit potomky pravěký horal Ötzi, jehož tělo se podařilo najít v alpském ledovci na italsko- rakouských hranicích. K donošení dítěte pravěkého muže se prý dokonce hlásily ochotné dobrovolnice, které netušily, že se Ötziho varlata nikdy nenašla.
I kdyby se podařilo získat Ötziho spermii, bylo by oplození krajně riskantní. Yanagimachiho myšáci byli zmraženi okamžitě a nikdy nerozmrzli. Ötziho tělo promrzalo mnohem pomaleji. Mnohokrát bylo vystaveno podmínkám, za jakých nelze udržet dědičnou informaci v nepoškozeném stavu. Pokud by se vůbec Ötziho dítě narodilo, hrozily by mu těžké dědičné poruchy.
