ART pod lupą genetyka
Istnienie gatunków wyższych organizmów związane jest nierozerwalnie z dwoma zjawiskami: rozmnażaniem płciowym i zmiennością osobniczą (zróżnicowaniem cech, jakimi obdarzone są poszczególne osobniki gatunku) kontrolowaną przez mechanizmy selekcji naturalnej i doboru. Wymienione zjawiska stanowiły o sukcesie ewolucyjnym na przestrzeni tysięcy i milionów lat. Człowiek doszedł do punktu rozwoju technologii, w którym posiadł możliwości sterowania zmiennością osobniczą z pominięciem selekcji naturalnej oraz sztucznego wpływania na kierunek swojej własnej ewolucji – mowa o metodach potocznie określanych w Polsce jako zapłodnienie in vitro, a będących częścią szerszego pojęcia ART (ang. Assisted Reproductive Technology). Należy postawić pytanie, czy używanie owych metod będzie korzystne, czy raczej stworzy zagrożenia dla naszego gatunku.
Natura losuje chromosomy
O tym, jak ważna w naturze jest zmienność wewnątrzgatunkowa, świadczy fakt, iż jej istnienie determinuje sam mechanizm rozmnażania płciowego. Chromosomy, czyli pojedyncze cząsteczki DNA zawierające określony zestaw informacji, występują w komórkach w formie zdublowanej jako tak zwane chromosomy homologiczne – pochodzenia matczynego oraz ojcowskiego. Innymi słowy, każda z cech dorosłego organizmu zapisana jest na dwóch niezależnych nośnikach i może być odczytywana z jednego bądź obydwu, przy czym informacja na obu nośnikach może się nieznacznie różnić. To stwarza możliwości współistnienia danych cech, istnienia ich wypadkowych lub braku ujawnienia się danej cechy pomimo obecności w materiale genetycznym. W momencie powstania gamet (komórki jajowej i plemnika) dochodzi do rozdzielenia się chromosomów homologicznych w taki sposób, iż do komórki potomnej trafi a losowo tylko jeden z pary. Dodatkowe przetasowanie odbywa się pomiędzy chromosomami homologicznymi zanim dojdzie do ich segregacji. Podczas rekombinacji chromosomy te wymieniają się wzajemnie odcinkami DNA, stając się hybrydami genów matki i ojca. Rekombinacja i segregacja chromosomów to procesy unikatowe dla każdej z gamet. Połączenie się tak uformowanych gamet prowadzi do powstania zygoty, której DNA nie jest już identyczne z DNA rodziców i która może w przyszłości ujawniać cechy u nich niespotykane.
Allel i ciasna bramka
Rozważając powstanie zmienności na poziomie poszczególnych genów należy przyjąć, iż nasi przodkowie posiadali podobne do siebie DNA, a pula genowa (czyli ogół cech zdeterminowanych na poziomie DNA w całej populacji) była określona. W historii dochodziło do spontanicznych mutacji w obrębie genomu, które zmieniały cechy poszczególnych osobników. Mutacji genowych nie należy odbierać w sensie wyłącznie negatywnym, ale należy rozróżnić mutacje korzystne i niekorzystne. Natura wyposażyła organizmy w cały szereg mechanizmów naprawczych, które monitorują i naprawiają nowopowstałe zmiany w genomie, a w przypadku niemożności naprawy unicestwiają całą komórkę. Istnieje pewna stała częstość spontanicznych mutacji oraz pewna wydajność mechanizmów naprawczych. Tym niemniej, zmiany w DNA, które przebrną przez ową selekcję, mogą powodować z jednej strony nowotwory, choroby genetyczne czy różnego stopnia upośledzenia funkcji organizmu, a z drugiej zawdzięczamy im nowe cechy, które w przyszłości mogą okazać się kluczowe dla przetrwania czy ekspansji gatunku.
Obydwa zjawiska powoduje jeden i ten sam mechanizm towarzyszący ludzkości od jej początków – powstawanie zmian w DNA, którym udaje się ominąć bramki procesów kontrolnych i naprawczych. Jeśli owe zmiany utrwalą się w gametach, nowa cecha (mutacja) ma szansę zaistnieć w następnych pokoleniach. Czy rzeczywiście zaistnieje, zależy od doboru naturalnego i selekcji. Niektóre mutacje zmieniają na tyle komórkę, że nie jest ona w stanie, na przykład, dzielić się lub różnicować w tkanki czy narządy. Takie mutacje powodują wczesną śmierć: embrionu, płodu czy narodzonego dziecka przed uzyskaniem dojrzałości płciowej. Inne mogą objawić się już na etapie samych gamet i uniemożliwiać zapłodnienie z ich udziałem. Jeszcze inne mogą spowodować upośledzenie mniejszego lub większego stopnia, które również wykluczy takiego osobnika z dalszego rozmnażania się. W końcu niektóre mogą powodować zmiany na tyle nieistotne dla życia osobnika, że jest on w stanie znaleźć partnerkę/ra i wydać własne potomstwo, przekazując dalej zmutowany gen (allel) jako nową cechę w puli genowej gatunku.
Zróżnicowanie szansą na sukces
Zjawisko zmienności osobniczej kontrolowane przez dobór i selekcję naturalną jest niezwykle pożądane z punktu widzenia populacji, gdyż istnienie osobników różniących się poszczególnymi cechami zapewnia większe zdolności przystosowawcze danego gatunku do zmieniających się warunków środowiskowych. Nowe uwarunkowania eliminują osobniki, które z racji posiadanych genów nie są w stanie rozwinąć cech koniecznych do przeżycia, a jednocześnie dają szanse przeżycia i promują osobniki, które posiadają inne allele genów umożliwiające przystosowanie się. Istnienie wielu alleli tych samych genów nie stanowi jedynie zabezpieczenia populacji na wypadek zmiany warunków bytowania, ale pozwala też na ekspansję. Na przykład istnienie ciemnego koloru skóry u człowieka (uważane za cechę pierwotną naszego gatunku) chroniło przed zbyt dużą dawką promieniowania UV i umożliwiało egzystencję na terenach o znacznym nasłonecznieniu, chroniąc przed rozwojem nowotworów. Jednakże pewna ilość promieni UV jest konieczna do syntezy witaminy D, bez której dochodzi do patologii w rozwoju układu kostnego i gospodarki wapniem. Ludzie, którzy zasiedlili tereny o znacznie mniejszym nasłonecznieniu, musieli używać odzieży i jednocześnie wykształcić cechę umożliwiającą pochłanianie wystarczającej ilości promieniowania przy dodatkowo okrytym ubraniami ciele. W tym przypadku kluczowy okazał się allel warunkujący jasną barwę skóry.
A co by było, gdyby…
Zatrzymajmy się w tym miejscu i wyobraźmy sobie, że ówczesny człowiek posiadł techniczne możliwości pozaustrojowego tworzenia ludzkich zygot i ich selekcji w oparciu o subiektywne kryteria (np. genetyczne). I tak, znalazłszy mutacje w genie koloru skóry uznał, iż takie zarodki nie powinny dostać szansy na zaistnienie jako dojrzały osobnik, i eliminował je. Biała rasa nie pojawiłaby się w ogóle, a jeśli zmiany klimatyczne w Afryce spowodowałyby pustynnienie krajobrazu, to wobec problemów ze zdobyciem pokarmu i jednoczesną niemożnością bytowania na terenach mniej nasłonecznionych populacja ludzi by wyginęła. To scenariusz, który nie miał miejsca, tym niemniej uzmysławia on pewną prawdę.
Człowiek może ocenić skutki powstania allelu danego genu w kontekście przeszłości lub teraźniejszości. Dostrzega jego wpływ na jakość życia w czasie sobie współczesnym, przy obowiązujących aktualnie kanonach stylu życia, piękna czy skali wartości. Może więc wyjść z założenia, iż wszelkie odstępstwa od przyjętej aktualnie „normy” należy eliminować na etapie na przykład gamet czy embrionów, aby nie propagować „złej” mutacji. Może także wartościować allele na bardziej lub mniej pożądane i takowe wybierać do dalszej propagacji, a inne eliminować z puli genowej. Tymczasem człowiek nie może przewidzieć wszystkich zdarzeń, które nastąpią w przyszłości i znaczenia poszczególnych alleli w ich kontekście. Przykładowo mutacja w genie receptora chemokin (substancji służących do komunikacji miedzy komórkami układu odpornościowego) zapewnia oporność na wirus HIV. Długo nieprzydatna, obecnie okazuje się cenna.
Nie potrafi my przewiedzieć, jaki nowy patogen (wirus, bakteria itp.) pojawi się w przyszłości lub jak zmienią się warunki bytowania na Ziemi i wobec tego, który allel jakiego genu będzie tym, który może zapewnić gatunkowi przetrwanie. Trzeba mieć zatem świadomość, iż subiektywne eliminowanie z populacji alleli, które obecnie wydają nam się niczym innym niż mutacją lub „niekorzystnym genem”, może mieć poważne konsekwencje w przyszłości. Tak samo promowanie „korzystnych alleli” może okazać się w dłuższej perspektywie pomysłem niekoniecznie rozsądnym.
Co wspólnego z tym ma ART?
Niestety, procedury zapłodnienia in vitro wiążą się z subiektywnym dobieraniem alleli oraz stwarzają przesłanki do subiektywnej eliminacji zarodków o danym genotypie w oparciu o aktualnie obowiązujące kryteria lub oczekiwania rodziców. Zmieniają także warunki selekcji naturalnej, przenosząc proces zapłodnienia do sztucznego środowiska, a niekiedy całkowicie ową selekcję omijają. Przykładem jest metoda ICSI polegająca na wstrzyknięciu zawartości plemnika bezpośrednio do oocytu (komórki jajowej), stosowana w przypadku bezpłodności męskiej wynikającej z nieruchliwości plemników. Przyczyną nieruchliwości może być defekt w chromosomach płciowych lub ich aneuploidia (nieprawidłowa liczba). W normalnych warunkach mężczyzna ze wspomnianymi wadami nie byłby w stanie spłodzić potomstwa. Użycie jego plemników do zapłodnienia metodą ISCI umożliwia narodziny potomstwa, które odziedziczy te same problemy lub warunkujące je allele. Prawdopodobieństwo wynosi niekiedy nawet 100%, jak w przypadku urodzenia męskiego potomka ojca cierpiącego na nieruchliwość plemników spowodowaną mutacją w tak zwanym regionie AZF (azoospermia factor). Podobnie, dzięki ICSI, możliwe jest rozmnażanie osób z wrodzonym brakiem nasieniowodów (CBAVD) spowodowanych mutacjami w genie CFTR, potocznie zwanym genem mukowiscydozy. CBAVD jest chorobą genetyczną recesywną, co oznacza, iż do ujawnienia się jej konieczne są mutacje w obydwu allelach genu CFTR. Ponieważ częstość mutacji w genie CFTR wynosi 3–5%, a ojciec cierpiący na CBAVD zawsze przekaże w swoich gametach allel zmutowany, prawdopodobieństwo powikłań u potomstwa takich osób jest znacznie wyższe niż w ogólnej populacji. Warto dodać, iż kombinacja niektórych mutacji w genie CFTR może wywoływać nie tylko CBAVD, lecz także samą mukowiscydozę. Jest to ciężka choroba genetyczna prowadząca do przedwczesnej śmierci z powodu wielonarządowej niewydolności.
Choroby częściej występujące u dzieci poczętych in vitro – czubek góry lodowej?
Chorobami pojawiającymi się kilkakrotnie częściej w grupie osób poczętych technikami in vitro są schorzenia epigenetyczne związane ze zjawiskiem genomowego piętnowania rodzicielskiego (ang. imprinting), polegającym na metylacji części sekwencji DNA w zależności od pochodzenia matczynego lub ojcowskiego. Piętnowanie powoduje odczytywanie danej informacji jedynie z chromosomu uzyskanego od matki lub ojca i uzależnia prawidłowy rozwój zygoty od połączenia się gamet męskiej i żeńskiej. Piętno genomowe utrzymuje się w komórkach ciała przez całe życie, natomiast podczas powstawania gamet dochodzi do jego wymazania i ustalenia się nowego, zależnego od płci osobnika. Rozpoznane dotychczas schorzenia wynikające z błędów piętnowania mogą objawiać się poważnymi wadami rozwojowymi lub upośledzeniem umysłowym, a znane jednostki chorobowe z tym związane to zespół Silver-Russela, zespół Angelmana czy zespół Beckwitha-Wiedermanna. W toku doświadczeń na oocytach i embrionach zwierzęcych wykazano, iż ich hodowla w warunkach in vitro oraz sam proces pozyskania wielu oocytów drogą stymulacji hormonalnej (superowulacja) prowadziły do zaburzeń w metylacji określonych odcinków DNA. Podobne wyniki otrzymano także w przypadku oocytów ludzkich dojrzewających w warunkach hodowli in vitro. Badania te sugerują, iż za częstsze defekty epigenetyczne u osób poczętych technikami in vitro odpowiadają aspekty techniczne tych metod.
Wobec powyższych danych zwolennicy zapłodnienia in vitro argumentują, iż mówimy o stosunkowo rzadkich defektach. Istotnie, wady genowe chromosomów płciowych związane z procedurą ICSI to około 1% urodzeń w porównaniu z wartością 0,2% dla całej populacji. Choroby epigenetyczne są równie rzadkie – przykładowo: zespół Beckwitha-Wiedermanna występuje z częstością 1:14 000 urodzeń, a tylko połowa przypadków ma opisywane tutaj podłoże. Należy jednak pamiętać, iż pierwszy człowiek poczęty dzięki ART przyszedł na świat w roku 1978, a w roku 2002 liczbę takich ludzi szacowano na około 1 miliona. Trzeba wziąć pod uwagę, iż niektóre schorzenia mogą objawić się w wieku późniejszym niż nastoletni, w jakim znajduje się obecnie większość wspomnianych osób. Możliwy jest także wpływ na zdolności rozrodcze czy długość życia. Jak dotąd nie mamy na ten temat wiarygodnych danych i przynajmniej do pewnego czasu należałoby powstrzymać się z daleko idącymi wnioskami o bezpieczeństwie metody zarówno dla jednostki, jak i dla całej populacji.
Do myślenia powinien jednak zmusić fakt, iż częstość pewnych schorzeń, jakkolwiek rzadkich, na chwilę obecną wzrasta w tej grupie o kilkaset procent. Dodatkowo wiedza na temat chorób epigenetycznych cały czas intensywnie się rozwija i nie można lekceważyć pojawiających się sugestii, iż podłoże epigenetyczne ma swój udział w wielu innych dysfunkcjach o złożonej etiologii, takich jak otyłość, cukrzyca czy zapadalność na niektóre nowotwory. Pewnych faktów możemy stać się świadomi za kilka lub kilkanaście lat, tymczasem na chwilę obecną w krajach takich jak Holandia czy Australia odsetek dzieci rodzących się dzięki ART oscyluje w granicach 2–3% i ciągle rośnie.
Rodzą się dzieci, rodzą się pytania
Czy rzeczywiście posiadamy już wystarczającą wiedzę i świadomość skutków swojego działania, aby eliminować mechanizmy, które warunkowały sukces ewolucyjny naszego gatunku przez tysiąclecia? Czy możemy sobie pozwolić na świadome psucie puli genowej własnego gatunku, propagując allele normalnie odrzucane na drodze selekcji naturalnej? Czy powinniśmy promować metody, których stosowanie daje wyższe prawdopodobieństwo niektórych chorób, mierzalne już na obecnym – początkowym – etapie? W końcu: czy możemy zakładać, iż dobrany dzisiaj subiektywnie genom człowieka (jako pokłosie selekcji gamet czy zarodków) będzie wariantem optymalnym w przyszłości? Moim zdaniem odpowiedź na większość tych pytań brzmi: „nie” tudzież: „nie wiem”. Powinniśmy się raczej zastanowić, w jakim stopniu ART to działanie racjonalne, a w jakim stopniu to efekt spotkania się popytu (chęci posiadania własnego biologicznego potomstwa za wszelką cenę) z podażą (przemysłem oferującym posiadanie dzieci za odpowiednio wysoką cenę) w celu obopólnej acz krótkowzrocznej korzyści.
Marcin OKRÓJ
Fot. iStockphoto / Henrik Jonsson
Artykuł pochodzi z IMAGO – Czasopismo Fundacji Pro Humana Vita, które było wydawane w latach 2011-2012 w celu promocji bioetyki. Jest próbą wakacyjnego przypomnienia tego cennego dzieła i najciekawszych artykułów.
