Uprchlé housenky, rozzuřený školník a Nobelova cena

Britský embryolog John Gurdon učinil svůj velký objev na přelomu 50. a 60. let minulého století, japonský molekulární biolog Šinja Jamanaka na sebe strhl pozornost v letech 2006 a 2007. O práci obou vědců, kteří letos získali Nobelovu cenu za „fyziologii nebo medicínu“, Respekt hovořil s profesorem Jaroslavem Petrem z Výzkumného ústavu živočišné výroby.

Očekával jste, že Nobelovu cenu za medicínu dostane právě Gurdon a Jamanaka? Bylo to překvapení?

Mluvilo se o té možnosti poslední tři, čtyři roky. Oba totiž dostali Laskerovu cenu, prestižní ocenění udělované ve Spojených státech. Je to určitá předzvěst, laureáti pak často dostávají i Nobelovu cenu.

John Gurdon naklonoval jako první živočicha z dospělé buňky, žábu. Jádro buňky ze střeva pulce vložil do žabího vajíčka a získal tak životaschopné embryo, z něhož se vylíhli pulci–klony. Jako otec klonování je ale znám spíše genetik Ian Wilmut, který skoro o třicet let později vytvořil ovci Dolly. Neměl cenu dostat spíše on?

Neměl. Gurdon uspěl v situaci, kdy si nikdo neuměl představit, že by se to mohlo podařit. V padesátých letech nikdo nevěřil, že by se již specializovaná buňka mohla ve vajíčku vrátit na samý počátek vývoje. Američané Thomas King a Robert Briggs dokonce tehdy na skokanovi levhartím „dokázali“, že to nejde. A pak přišel Gurdon a vyvrátil to, jako mladý kluk, ještě student. Jeho práce vyšla v roce 1962, ale udělal ji o několik let dříve, když ještě studoval v Oxfordu. S publikací se pár let čekalo, jestli se klonovaní pulci budou normálně vyvíjet.

Rozdíl je i v tom, že Gurdon měl jasný cíl, vizi, že vytvoří klon, zatímco Wilmut s Keithem Campbellem našli nehledané. Udělali pokus, který neměl vyjít. Vložili do vajíčka ovce buňku z raného ovčího embrya – a fungovalo to, vytvořili klon ovce. Vložili tam buňku z vývojově pokročilejšího embrya a pořád to fungovalo. Byli ale přesvědčeni, že když vezmou již specializovanou buňku z dospělé ovce, životaschopný klon nevznikne. „Uděláme pokus, který prokáže, že to nejde,“ říkali si. Jenže se narodila Dolly. Byli nesmírně překvapeni.

Cesta Johna Gurdona k vědě nebyla jednoduchá…

On byl blázen do motýlů, chtěl dělat biologii kvůli nim. Když studoval na Eton College (prestižní chlapecká střední škola v Anglii), choval housenky a ty mu utekly. Hrozně tím rozzuřil správce koleje. Především mu ale jeho učitel biologie tehdy napsal strašlivé školní hodnocení: prý za celou svoji kariéru neměl horšího žáka, než byl Gurdon, a to měl před důchodem. Gurdonův plán studovat biologii byl podle učitele plýtvání časem jak pro Gurdona samého, tak pro každého, kdo by ho v budoucnu chtěl učit. (Více v rozhovoru pro časopis International Journal of Developmental Biology).

I druhý oceněný, Šinja Jamanaka, dokázal vrátit již specializovanou buňku na samý počátek vývoje. Dokonce lidskou, například kožní buňku ženy. Ani ji nemusel vkládat do vajíčka a vytvářet klon. Jak to udělal?

Podařilo se mu přeprogramovat buňku tak, aby „zařadila zpátečku“ – dojela zpět do výchozího embryonálního stavu, pluripotence. Odtud se pak může vydat jinou vývojovou cestou, třeba původně kožní buňka se může stát neuronem.

Ani Jamanakovi nikdo zpočátku nevěřil, že uspěje. On přitom zjistil, že to jde poměrně snadno. Nejdřív myslel, že bude muset vyzkoušet asi 1300 transkripčních faktorů. Pak ale vybral 24 nejnadějnějších, všechny je začal vkládat do buněk a zkoumal, jestli se ty buňky začnou podobat embryonálním kmenovým buňkám. V některých případech to fungovalo, transformace se povedla. A on se ptal: potřebuji opravdu všech 24 faktorů? Ubral jeden, ubral druhý a sám byl překvapen, že nakonec vystačil s pouhými čtyřmi transkripčními faktory. Buňka, do které je vložíme, může zacouvat na samý počátek vývoje. Stane se tzv. indukovanou pluripotentní kmenovou buňkou.

Co jsou transkripční faktory?

Jsou to jakési klíčky ke genům v dědičné výbavě buňky. Transkripční faktor je bílkovina, která nasedne na DNA a dokáže najednou zapnout několik desítek, možná i stovek genů. To má na buňku dramatický vliv. Představte si, že ona má v dědičné výbavě kompletní sady nářadí pro řadu řemesel: instalatérské, elektrikářské, kovářské a podobně. Šuplíky s některými sadami jsou ale zamčené. Odemčené jsou například ty s potřebami pro elektrikáře, buňka tedy funguje jako elektrikář. Klíčky, které do buňky vpravíme, šuplíky zamknou a vrátí buňku zpět do učňovského stavu, kdy má k dispozici jen základní nástroje k přežití, nikoliv nástroje pro specializované profese. Pak se buňka může vydat jinou cestou a místo elektrikářem se stát třeba instalatérem. Jamanaka ukázal, že k tomu stačí pouhé čtyři geny pro výrobu transkripčních faktorů, klíčků k přeprogramování dědičné výbavy buňky.

Jaká rizika měl Jamanakův experiment a podařilo se je už nějak odstranit?

Některé z těch čtyř genů jsou silné onkogeny, mohou způsobit rakovinu. Navíc je vnášel do buňky pomocí retrovirů, které se zabudují do dědičné výbavy buňky a mohou zesílit činnost některých jejích vlastních genů, což může rovněž vyvolat zhoubné bujení, leukémii a podobně. Myši, které měly indukované buňky v těle, často hynuly na rakovinu.

Dnes již lze indukované buňky získat i bez pomoci virů. Víme také, že buňku dokážou přeprogramovat i jiné geny než „svatá čtveřice“, se kterou pracoval Jamanaka. Ale některé problémy zůstávají. Ukázalo se například, že kostní dřeň vytvořená ze skutečných embryonálních kmenových buněk se liší od té z buněk indukovaných: lépe se množí, pomaleji stárne, její buňky mají menší úmrtnost. Embryonální kmenové buňky jsou pořád „zlatým standardem“ těchto výzkumů, indukované se je snaží dohonit.

Příští rok by v Japonsku měla začít první klinická studie s indukovanými buňkami. Budou léčit pacienty s makulární degenerací, vážnou nemocí oční sítnice, která vede k oslepnutí. Jak jsou na tom embryonální kmenové buňky? Zkouší se už na pacientech?

Běží několik klinických studií léčby poraněné míchy. Ve Spojených státech byla jedna z nich zastavena, protože firma, která ji dělala, vyvíjí také léky proti rakovině a nedokázala financovat obojí. Probíhají ale i další zkoušky, třeba v Británii.

Další informace naleznete v pondělním Respektu.