Why chromosome?
Nie żyje Anne McLaren, jedna z największych współczesnych embriologów, która wspaniale łączyła pracę teoretyczną i eksperymentalną.
Anne McLaren była jednym z największych współczesnych embriologów. Właśnie embriologów, czyli przedstawicieli specjalności znacznie szerszej niż biologia rozwoju czy genetyka – te dziedziny zastąpiły dziś właśnie poczciwą embriologię. Zginęła w wypadku samochodowym w sobotę 7 lipca w wieku 80 lat wraz ze swoim byłym mężem, z którym przyjaźniła się od czasu rozwodu z roku 1959. Oboje rozbili się o drzewo w drodze z Cambridge do Londynu.
Zatytułowałem wspomnienie o dr McLaren „Why chromosome?” ponieważ pod takim właśnie hasłem zapamiętałem tę wielką, choć obdarzoną bardzo drobną posturą, damę brytyjskiej nauki. W roku 1986 w Andover w stanie New Hampshire w USA na Gordon Conference na temat zapłodnienia i wczesnego rozwoju myszy Anne MacLaren wygłaszała wykład na temat roli chromosomu Y w tymże rozwoju tytułowej dla konferencji myszy. Mówiła piękną, klarowną angielszczyzną, jak na córkę barona Aberconway przystało. Oczywiście gdy opowiadała o chromosomie Y, co chwilę padały słowa: „Y chromosome”. Dla mojego niewprawnego ucha brzmiało to zupełnie tak, jakby ciągle pytała „why chromosome?” – czyli „dlaczego chromosom?”. A że McLaren bardzo charakterystycznie akcentowała ważne słowa, wrażenie to było jeszcze bardziej potęgowane. Słuchając jej wykładu nie mogłem opędzić się od tego co jawiło mi się jako myśl „przewodnia” – dlaczego ludzie badają chromosomy, geny, nukleotydy. Nie było to oczywiście zamierzone przez Anne McLaren. I byłem wówczas na tej sali zapewne jedynym słuchaczem mającym takie nieuporządkowane myśli, które zresztą zaprzątają mi głowę do dziś.
Anne McLaren bywała kilka razy w Zakładzie Embriologii Uniwersytetu Warszawskiego, gdzie pracowałem nad doktoratem. Przyjaźniła się z promotorem mojej pracy doktorskiej, prof. Andrzejem K. Tarkowskim. Nie było mi jednak dane spotkać jej w Warszawie. Pomimo to niektóre z jej publikacji, równie jak wykłady klarowne i czytelne, znałem prawie na pamięć. Starsi koledzy z Zakładu Embriologii mieli szczęście odbywać w jej laboratorium staże podoktorskie. Ich wynikiem były przełomowe dla biologii rozwoju, a szczególnie dla biologii rozwoju myszy, artykuły ukazujące się w świetnych czasopismach naukowych. Kiedy ostatni raz przed kilku laty byłem w Cambridge, w the Gurdon Institute, gdzie Anne McLaren pracowała pod koniec życia, nie spotkałem jej. Ale pamiętam, że pomimo to znowu naszło mnie wywołane przez nią, natrętne pytanie – „why chromosme?”.
McLaren wspólnie z Johnem Biggersem i niezależnie od Andrzeja Tarkowskiego pracującego pod koniec lat 50. XX wieku w Warszawie, zainicjowała hodowlę zarodków myszy poza organizmem samicy w hodowli laboratoryjnej. Bez tych pionierskich badań nie byłoby możliwe przeprowadzenia zapłodnienia in vitro u ludzi – dokonano tego po raz pierwszy w dwadzieścia lat później również w Wielkiej Brytanii. W roku 2002, wspólnie z prof. Tarkowskim odebrała za te badania „Japońskiego Nobla„. Wyróżnień, nagród i medali jej nie brakowało.
Anne McLaren była komunistką i członkinią Brytyjskiej Partii Komunistycznej – też jak na córkę angielskiego barona przystało. W czasach zimnej wojny miała zakaz wjazdu do USA. Później zakaz ten cofnięto, gdyż rządowi USA zależało bardziej na jej ekspertyzie niż na pokonaniu jej, jak się okazało naiwnych, przekonań politycznych. Za prezydentury Reagana, we wspomnianym roku 1986, wjazd do USA nie był już dla niej problemem.
O osiągnięciach i wkładzie Anne McLaren w rozwój embriologii i genetyki myszy można by pisać tomy. Osobiście za największy jej wkład uważam nie jedną z prac eksperymentalnych, ale jej rozważania teoretyczne. W roku 1987 na łamach „Nature” opublikowała artykuł, w którym zaproponowała tezę, że zarodki ssaków łożyskowych, do czasu wytworzenia części zarodkowej i pozazarodkowej (czyli tej, z której powstaje sam zarodek i tej, z której rozwiną się tylko błony płodowe i część łożyska) nie jest właściwie zarodkiem, a pre-zarodkiem (pre-embryo). Koncept ten nie przyjął się powszechnie wśród embriologów, a szkoda, gdyż ma on bardzo głęboki sens. Otóż – do czasu wyłonienia się grupy komórek dających wyłącznie ciało zarodka a następnie ciało całego organizmu, rozwój pre-zarodka nie ma odpowiednika u zarodków innych grup kręgowców – płazów, gadów czy ptaków. Żadna z komórek zarodka tych ostatnich nie tworzy czegoś innego niż ciało przyszłego organizmu. Tylko komórki pre-zarodka ssaków łożyskowych są w stanie utworzyć błony płodowe i jest to nieodzowny warunek ich rozwoju. Ta zasadnicza różnica powoduje, że doszukiwanie się wspólnych mechanizmów tworzenia np. osi ciała u 2-, 4-, 8- czy 16-komorkówego zarodka myszy i np. żaby nie ma żadnego sensu biologicznego. A wielu biologów szuka właśnie takiego kamienia filozoficznego i próbuje dowieść, że oś taka wykształca się u ssaków w stadium 2 lub nawet 1-komórkowym podobnie jak u płazów. Wystarczy poczytać prace Anne McLaren, aby dowiedzieć się, jak pokrętne lub wręcz absurdalne są to insynuacje.
McLaren obdarzona była rzadko spotykanym umysłem potrafiącym prowadzić syntezę informacji eksperymentalnych i teoretycznych. Ostatnio zasiadała w licznych komisjach etycznych i publikowała eseje i krytyki na temat etycznych skutków wprowadzania nowych technologii rozrodu w medycynie (klonowanie zarodków, trwałe modyfikowanie genów u ludzi, leczenie chorób dziedzicznych z zastosowaniem komórek macierzystych). Był to bardzo ważny głos, gdyż dziś myślenie teoretyczne i filozofowanie w biologii na tak wysublimowanym poziomie intelektualnym nie zdarza się często. Dlatego warto zastanowić się choć przez chwilę nad tym „why chromosome?”.
Jacek Kubiak
Fot. The Science and Technology Foundation of Japan
Komentarze
Smutna wiadomosc.
Jezeli pamiec mnie nie myli to zarodek ryby siedzi na kuli z zoltka ktora jest poza-zarodkowa (?) ale pochodzi z zygoty. Cos pokrecilem? Jezeli nie bredze, to moze mechanizm przed-zarodka nie jest wylaczny dla ssakow posrod kregowcow.
dzejsek:
Tak, siedzi na kuli z zoltka, ale potem cale to zoltko wchlania. Tak samo plazy, gady, ptaki i ssaki maja wystajacy na zewnatrz zarodka pecherzyk zoltkowy, ale tez go resorbuja, wiec pomimo tej przejsciowej zewnetrznosci pozostaje on integralna czescia zarodka. A lozyskowce wytwarzaja poza tym blony plodowe, ktore nigdy nie staja sie czescia ich ciala.
Wydaje mi sie, ze rozwiazanie, jakie opisujesz, a ktore wlasciwe jest tylko i lozyskowcom to w pewnym sensie „konsekwencja” kierunku rozwoju, w jakim poszla ta grupa. Powiedzmy, ze nie moze byc inaczej, zwlaszcza ze (wedlug tego, co czytalem) organizm matki wcale nie jest az tak bardzo przyjazny temu, co nazywasz przed-zarodkiem, a sama ciaza jest procesem stanowiacym powazny wydatek energetyczny i materialowy, rozlozony w sposob ciagly na dosc dlugi czas. Mysle, ze z poczatku to organizm matki broni sie przez zakotwiczeniem sie zarodka i byc moze ta obrona stanowi pierwszy test na zywotnosc majacego ewentualnie powstac embrionu. Tym testem jest ulozyskowanie pre-embrionu zakonczone sukcesem. O ile pamietam, to wlasnie geny czytane z chromosomow pochodzacych od przed- i od zarodka kieruja procesem ulozyskowania macicy, i nie jest to wcale przyjazna kooperacja, ale homerycki boj, w ktorym lozyko przebija sie przez sciany macici, lamie opor organizmu matki, wczepia sie w sasiadujaca arterie i niejako zaczyna funkcjonowac jak parazyt.
Zastanawiam sie jaki jest sens przystosowawczy ssaczej zyworodnosci i czy lozyskowosc nie jest pewnego rodzaju eksperymentem natury skoro jajorodnosc jest tak szeroko przyjetym rozwiazaniem. Przed oczyma mam caly czas owa piekna skamienieline samicy Ichtiozaura, uwiecznionej w momencie, kiedy z jej otworu kloacznego wychodzi maly. Swiadczy to o tym, ze zyworodnosc w wydaniu gadow (jesli rzeczywiscie przyjac, ze jako lozyskowce jestesmy pierwsza w historii ewolucji grupa taksonomiczna, ktora zostala wypozazona w lozysko), ze zyworodnosc nie stanowila bariery dla proliferacji tych zwierzat w roznych srodowskach, nawet bardziej niz ssaki.
Jacobsky :
Oczywiscie, ze to konsekwencja, ale i sposob na udanie sie w tym wlasnie kierunku ewolucyjnym. Nie dla parady zarodek wraz z lozyskiem nazywa sie jajem zarodkowym. Bo to dokladnie to samo co jajo ptakow czy gadow tyle, ze umieszczone we wnetrzu samicy. Przewaga ewolucyjna jest jednoznaczna, nawet jesli to bardzo duzo kosztuje organizm matki. Ptaki (i nie tylko) wynalazly forme posrednia i choc znosza jaja, to bardzo starannie opiekuja sie potomstwem. Ta opieka odpowiada ‚opiece’ jaka daje matka ssaka swoim cialem.
Masz racje, ze organizm samicy broni sie przed implantacja, a zarodek musi walczyc o byt od razu i to szybko i wydajnie. Od razu podlega naturalnej presji srodowiska (tym srodowiskiem jest macica) i przezywaja tylko najlepiej przystosowani. Ale to nie ma nic wspolnego z tym skad pochodza blony plodowe. Mozna sobie wyobrazic taki model rozwoju, ze to wylacznie samica dostarcza skladnikow lozyska. Zreszta lozysko jest w rzeczywistosci tworem wspolnym matki i plodu. To tylko blony plodowe sa pochodzenia czysto zarodkowego. Natura wybierajac taki wariant musiala z czegos te blony stworzyc. I wybrala, ze powstaja one z komorek pre-zarodka. I dopiero po ich indywidualizacji nastepuje ksztaltowanie ciala zarodka. U plazow, gadow, ryb i ptakow ksztaltowanie ciala przyszlego zarodka zaczyna sie od pierwszego podzialu komorkowego zygoty. U lozyskowcow nastepuje to w malej grupce komorek zwnych masa komorek wewnetrznych blastocysty. Dopiero w takim kilkudniowym zarodku ludzkim (lub mysim) nastepuje tworzenie tego co da cialo czlowieka (czy myszy). Wczesniej prawie kazda komorka moze dac albo czesc ciala albo blon plodowych (oczywiscie prawdopodobienstwo, ze komorka znajdujaca sie na przeciwleglym koncu blastocysty niz powstajaca masa komorek wewnetrznych wezmie udzial w tworzeniu ciala zarodka jest znikome, gdyz komorki te nie sa skore do wedrowek – wykazali to niedawno bardzo pieknie na lamach ‚Science’ Japonczycy) . I na tym polega genialnosc pomyslu Anne McLaren aby te wczesne, przedzarodkowe, okresy rozwoju zarodka ssaka odroznic wyraznie od tego co dzieje sie u zaby. Bo te procesy pod wzgledem determinacji przyszlosci poszczegolnych regionow zarodka, a pozniej mlodego i doroslego organizmu, sa zupelnie nieporownywalne. Ssaki lozyskowe rozwijaja sie na samym poczatku wedlug oryginalnego wzoru, ktory nie jest kompatybilny z rozwojem zaby czy jezowca. Oczywiscie musialy istniec formy przejsciowe, ale jakie? Tego nie wie nikt. W koncu wydedukowanie ze skamienielin jak rozwijaly sie wczesne ssaki nie jest latwe.
jk,
dzieki za wyjasnienia.
Jacobsky
Klaudia:
Ujmę tą smutną wiadomość w całość tj.na początku ktoś tworząc ją napisał POTRZEBA NIEŚMIERTELNOŚCI .Ludzie tak szybko odchodzą i tak znaczący dla rozwoju nauki.Przykro że w beznadziejny sposób zginęła tak ważna osoba jaką jest PANI ANNE McLAREN…………
Jezeli jest tak jak mowisz to jajo ssacze nie powinno miec nierownomiernie rozmieszczonych bialek typu par albo cdc42 (ktore to sa zwiazane z polarnoscia). Przepraszam z gory jezeli ta dyskusja schodzi na zbyt techniczne tory.
Ale jak nie ma polarnosci w jaju to co decyduje o wytworzeniu z niego wartswy zarodkowej i pozazarodkowej? Tak czy inaczej, polarnosc jest potrzebna tylko ze moment w ktorym sie wyznacza os zarodka jest odwleczony w czasie.
dzejsek :
Wlasnie ci, o ktorych pisze, ze chca wykazac, ze jajo myszy niczym sie nie rozni (w planie budowy) od jaja zaby badaja usilnie bialka PAR (one sa wlasnie odpowiedzialne za polaryzacja jaj nicieni czy zab). Problem w tym, ze w przeciwnienstwie do ‚trwalej’ polaryacji np. u C. elegans, u ssakow ta polaryzacja jest labilna. Oocyt myszy jest spolaryzowany, ale ta polarnosc nie jest trwala. Najlepszy dowod, ze rozdzialajac dwa blastomery zarodka dwukomorkowego mozna uzyskac blizniacze myszy. I tak mozna dzielic zarodek na dwa i uzyskiwac blizniaki az do stadium blastocysty (w tym ostatnim trzeba jednak podzielic na dwa mase komorek wewnetrznych, czyli tzw. wezel zarodkowy). Oczywiscie doswiadczenie jest piekielne trudne do przeprowadzenia, bo sa ogromne straty przy samym rozdzielaniu blastomerow. Poszczegolne blastomery nie sa zupelnie identyczne i moga miec nieco rozne zdolnosci do tworzenia zarodka lub blon plodowych. Ale nie wiadomo na ile sa to cechy genetyczne a na ile epigenetyczne. U ssakow nie ma determinat (np. w postaci precyzyjnie zlokalizownego mRNA) takich jak np. u plazow czy szkarlupni. Bylo wiele prob wykazania, ze tekie determinanty istnieja i jak do tej pory okazywaly sie ona zawsze oszustwami naukowymi.
Wyglada na to, ze pre zarodek ma wlasnie tak ogromna plastycznosc po to by uzyskac czas na wytworzenie tego czego nie robia inne zarodki – czyli wlasnie blon plodowych (a wlasciwie ich zaczatkow). Poszukiwacze determinant rozwoju u ssakow wydaja sie wiec przeczyc temu, ze w rozwoju lozyskowcow najwazniejsza role odgrywaja wlasnie blony plodowe i lozysko. Stad absurd takiego myslenia. No ale oczywiscie pocwiczyc sobie mozna i popublikowac tez. I to w niezlych czasopismach. 🙂 Ja zas twierdze, ze wystarczy poczytac to co pisala w r. 1987 Anne McLaren aby zrozumiec, ze to nie ma sensu.
Hm, czyli badacze wczesnej osi zarodka moga badac cos co…. nie istnieje. Nie zazdroszcze. To wymaga duzej odwagi. I duzego czaru osobistego w kontaktach z agenturami grantowymi.
Czyli jezeli rozumiem poprawnie, jest determinanta na zewnatrz zarodka ktora wyznacza gdzie robi sie zarodek wlasciwy a gdzie pozazarodkowy. A wiec co jest ta zewnetrzna determinta?
dzejsek:
Sadze, ze nie ma zadnej detreminanty, a wyznaczanie miejsce, gdzie powstanie zarodek w obrebie pre zarodka odbywa sie na drodze przypadku. Oczywiscie nie jest to przypadek czysty i sa czynniki, ktore moga sprzyjac tworzeniu wezla zarodkowego w pewnym regionie. Taka, jak piszesz, ‚zewnetrzna’ determinanta jest np. ksztalt oslonki jajowej. Czesto jest ona troche splaszczona i to odksztalcenie wystarcza aby przewidziec z pewna doza prawdopodobienstwa po ktorej stronie blastocysty utworzy sie wezel. Zalezy to tez od geometrii zarodka, ktora w pewnym stopniu ‚detreminuje’ miejsce wnikniecia plemnika (czy blisko DNA oocytu czy daleko). Ale te wszystkie czynniki nie ukladaja sie w pelen determinizm losow poszczegolnych czesci zarodka jak ma to miejsce u zaby czy jezowca.