Polaryzacja zarodka

Na bardzo
wczesnym etapie rozwoju zarodkowego ustalany jest podział komórek na te, które
będą tworzyły trofoblast (trofoektodermę), czyli przyszłe łożysko oraz na te,
które dadzą początek embrioblastowi (węzłowi zarodkowemu), z którego rozwinie
się właściwy zarodek – nowy osobnik. Co sprawia, że te, a nie inne komórki na
początku embriogenezy (rozwoju zarodka) stworzą takie, a nie inne komórki? Ssaki
łożyskowe to najnowszy wynalazek ewolucji biologicznej i to one (w tym my sami)
będą nas tutaj interesować, bo pamiętać trzeba, że rozwój zarodkowy, różne
kluczowe momenty w embriogenezie przebiegają inaczej, zależnie od grupy
systematycznej zwierząt, czyli „poziomu” rozwoju ewolucyjnego.

Rozwój
zarodkowy nawet u poszczególnych gatunków ssaków wykazuje pewne różnice. Na
przykład czas aktywacji genomu zarodka. Oocyt (komórka jajowa) w okresie
gametogenezy (czyli powstawania tejże komórki, w końcu owulowanej) gromadzi
różne składniki potrzebne do rozwoju dla potencjalnego przyszłego embrionu. Są
to mitochondria, białka potrzebne do wygaszania wolnych rodników oraz mRNA
czyli transkrypty, które będą służyły zarodkowi do czasu, aż nie aktywuje
własnego genomu.  Właśnie to zdarzenie –
aktywacja – ma miejsce w różnym czasie. U myszy dzieje się to już po pierwszym
podziale, u krowy na etapie 8-16 blastomerów (komórek zarodkowych), a u
człowieka 4-8 blastomerów.

Gdy zarodek jest na etapie 8-16 blastomerów, staje się morulą i
rozpoczyna kompakcję. Komórki przestają „pływać” luźno pod osłonką przejrzystą
(to taki analog do skorupki jaja, jak wspominałem, rozród ssaków łożyskowych to
ewolucyjna innowacja), wytwarzają połączenia i zacieśniają się. Pomiędzy
osłonką, a zarodkiem robi się coraz więcej „wolnej” przestrzeni. Jest to
zjawisko w tak wyraźnej postaci specyficzne dla embriogenezy ssaków. Następnie
nasz malutki ekspanduje, stając się blastulą (zwaną u ssaków blastocystą).
Powstaje wspomniana już linia komórek węzła zarodkowego (embrioblastu) i
trofoektodermy (trofoblastu, przyszłego łożyska). Trofoblast to komórki
polarne, natomiast w jednym miejscu skupiony jest węzeł. „Skorupka” (osłonka
przejrzysta) robi się coraz cieńsza, aż w końcu nasza zróżnicowana na dwie
linie komórkowe blastocysta wylęga się, a dalej implantuje w macicy.

Nas interesuje jednak to, co działo się nieco wcześniej. Chcemy
dowiedzieć się dlaczego te, a nie inne komórki przekształciły się w trofoblast,
a reszta w węzeł zarodkowy. Przeprowadzono wiele ciekawych badań, mających to
sprawdzić. Polegały one na przykład na przeszczepianiu poszczególnych
blastomerów z zarodków o określonych stadiach, do zarodków na innych etapach
rozwoju i sprawdzano jak przeniesione komórki będą się rozwijać. Dzięki takim
testom wiemy, że determinacja co do podziału na dwie pierwsze linie komórkowe
ma miejsce jeszcze przed kompakcją, czyli wspomnianym wyżej zacieśnianiem –
określony, przeniesiony blastomer nie rozwijał się zgodnie z miejscem, w które
go przeszczepiono. Jakie są więc hipotezy dotyczące przyczyn różnicowania? I
jakie ma to dla nas praktyczne znaczenie?

Znana polskim biologom, bo ogłoszona przez profesora Tarkowskiego,
koncepcja „inside-outside” mówi, że
te komórki, które we wczesnym stadium zarodkowym znajdowały się na zewnątrz,
staną się trofoblastem, a te które były wewnątrz zróżnicują się na węzeł
zarodkowy. Inna hipoteza głosi, że te komórki, które w trakcie pierwszych
podziałów zgromadzą więcej materiałów zapasowych, staną się linią zewnętrzną, która
utworzy łożysko. Rolę w determinacji podziału upatruje się też w pozycji
wniknięcia do oocytu plemnika i miejsca wyrzucenia ciałka kierunkowego
(nadmiaru materiału genetycznego wynikającego z mejotycznej redukcji). Są też
pomysły łączące różne koncepcje, np. „inside-outside”
z miejscem wniknięcia plemnika. Sytuacja oczywiście nie bierze się znikąd i ma
swoje molekularne podłoże, ale poszukiwana jest fundamentalna przyczyna.

Po co nam w ogóle wiedza na temat tego, co sprawia, że wczesny
zarodek różnicuje się w dwie linie komórkowe? Ma to znaczenie na przykład w klonowaniu. Mając świadomość co
wywołuje analizowane zmiany, możemy wybrać odpowiednie miejsce cięcia zarodka
bądź też biopsję odpowiedniego blastomeru, by zwiększyć wydajność procesu tego
rodzaju klonowania. W tym kontekście dowiemy się także nieco o czasie
niezmanipulowanego podziału zarodka na dwa kolejne, czyli
niebiotechnologicznego, naturalnego klonowania w wyniku którego uzyskujemy
bliźniaki jednojajowe. Świadomość ta przyda nam się też w diagnostyce
przedimplantacyjnej – w procedurze zapłodnienia pozaustrojowego możemy wykonać
analizy genetyczne i biochemiczne zarodka dzięki biopsji blastomeru. To, który
wybierzemy i w jakim momencie potencjalnie może rzutować na precyzję uzyskanych
wniosków. W przypadku ciąż partnerów, u których występuje ryzyko przekazania
np. mukowiscydozy czy hemofilii, ma to bardzo duże znaczenie.

Dlaczego warto o tym pisać? Daje to ogląd na ważną kwestię związaną z
kontrowersjami wokół zapłodnienia pozaustrojowego, czyli „in vitro”. Wiem, że są ludzie wierzący, że zarodek od momentu
połączenia się chromosomów homologicznych podczas pierwszej jego mitozy (czyli
somatycznego podziału komórkowego) nabywa duszę. Nie zdają oni sobie jednak
sprawy z konfliktu logicznego, jaki następuje, a który zapewne nasuwa Wam się
już na myśl. Jeżeli uznalibyśmy taki wczesny zarodek za osobę, to co jeśli się
podzieli? Jedna osoba stanie się dwiema? Dusza rozdzieli się na połowę? Jest to
jeden z wielu problemów, jakie napotkamy wierząc w „zarodkową esencję”,
ponieważ zarodki mogą też się pochłaniać, tworząc chimery, czyli mając dwa
różne zestawy genomowe w poszczególnych komórkach. Czy wówczas zarodek taki, a
dalej płód i osobę nazwiemy dwu-dusznym? Jedna osoba o dwóch duszach? Powstają
kolejne pytania w tym kontekście. Czy zarodek rozwijający się w nowotwór także
ma duszę? Czy zaśniady są osobami, które mają duszę?

Wracając do sedna. Słuszną teorią jest ta, którą
zawdzięczamy profesorowi Tarkowskiemu, mówiąca że komórki znajdujące się
wewnątrz moruli stworzą embrioblast (węzeł zarodkowy, czyli właściwego nowego
osobnika lub osobniki, jeśli dalszy zarodek ulegnie podziałowi), a te na
zewnątrz – trofoblast. Niewykluczone jednak, że wspomniane czynniki takie jak
miejsce wniknięcia plemnika odgrywają pewną rolę, a samo zjawisko jest na pewno bardziej skomplikowane, niż uwzględnia to inside-outside. Analiza porównawcza
embriogenezy (nie tylko tej bardzo wczesnej), tzn. jak rozwijają się zarodki
różnych grup systematycznych zwierząt daje ogląd na niektóre ewolucyjne
aspekty. Dla przykładu, u waleni (delfiny,
wieloryby) w okresie zarodkowym pojawiają się kończyny przednie i tylne. Te
drugie jednak zanikają, choć w wyniku „zaburzonej” ekspresji mogą się ujawnić w
postaci atawizmu, co pozwala zaobserwować delfina z nogami.

Ponieważ wkraczamy w okres manipulacji ludzkich zarodków nie tylko w
tradycyjnym jak dotychczas zakresie, ale także modyfikacji genetycznych,
terapeutycznych, musimy pamiętać by nie pozwolić żeby nieistniejące, absurdalne
i nadmuchiwane przez różnego rodzaju grupy osób zagrożenia, takie jak opisywane
wyżej, przysłoniły nam (na przykład umniejszając) te realne aspekty etyczne
związane ze współczesną embriologią doświadczalną i medyczną. Z czasem odkryjemy
dużo więcej niewiadomych, niż tylko ta tutaj opisywana. Powstaną kolejne publikacje,
artykuły popularnonaukowe, podręczniki zostaną uzupełnione. I oceniając, warto
kierować się nie bezpodstawnymi domysłami, lecz tym, co wiemy. O rzeczywistości
oczywiście.

Chcesz wesprzeć rozwój mojego bloga? Możesz to zrobić zostając jego patronem tutaj.