Genetikai újraprogramozás – előadás a „Meet the Scientist” sorozatban
18 perc olvasás
Az Amerikai Egyesült Államok budapesti Nagykövetsége, ill. az USA Külügyminisztériuma kísérleti jelleggel, a világon elsőként Magyarországon, 2010-ben indította el a „Meet the scientist" programot. A program célja a műszaki és természettudományok, illetve az amerikai tanulmányi lehetőségek népszerűsítése magyar középiskolások körében. A sikerre való tekintettel a program az idei tanévben is folytatódik, összesen 10 (fővárosi és vidéki) középiskolában. A megvalósításban együttműködő partner a Magyar Fulbright Bizottság, a lebonyolítást pedig a Magyar Innovációs Szövetséget (MISZ) intézi.
Az Amerikai Egyesült Államok budapesti Nagykövetsége, ill. az USA Külügyminisztériuma kísérleti jelleggel, a világon elsőként Magyarországon, 2010-ben indította el a „Meet the scientist" programot. A program célja a műszaki és természettudományok, illetve az amerikai tanulmányi lehetőségek népszerűsítése magyar középiskolások körében. A sikerre való tekintettel a program az idei tanévben is folytatódik, összesen 10 (fővárosi és vidéki) középiskolában. A megvalósításban együttműködő partner a Magyar Fulbright Bizottság, a lebonyolítást pedig a Magyar Innovációs Szövetséget (MISZ) intézi.
A program legutóbbi rendezvényére, 2013. február 20-án került sor a budapesti ELTE Radnóti Miklós Gyakorlóiskolában.
Az előadó dr.Dinnyés András professzor, a Szent István Egyetem Mezőgazdaság- és Környezettudományi Kar, Állattudományi Alapok Intézetének munkatársa, korábbi Fulbright-ösztöndíjas volt, aki „Klónok és őssejtek – a genetikai újraprogramozás rejtelmei" címmel tartott előadást.
Az egykori Radnóti-s diák az elindító Alma Mater mai hallgatóinak szólt szakmai indulásáról, pályafutásáról.
Az Állatorvosi Egyetem után Pro Sciencia aranyérem mélyhűtött egér-embriókkal végzett kutatásra. Nyolc évig állatorvosként dolgozott, kutatásai eléismerésére kutatói ösztöndíjat kapott, ehhez járult az elnyert Fullbright ösztöndíj, így szerzett kutatási lehetőséget a washingtoni Smithsonian Nemzeti Állatkertbe. (http://nationalzoo.si.edu/) Itt kötelezte el magát a veszélyeztetett fajok megmentése iránt. A klónozási kutatások fellendülésével nyolc évet töltött külföldön, Amerikában, Skóciában, Új-Zélandon, Kínában, Japánban, Belgiumban, stb. Jelenleg Hollandiában is tevékenykedik. Mozgékony, világot megismerő embereknek a kutatói területet ajánlott, mert változatos, s teljesen természetes mobilitást tesz lehetővé nemzetközi környezetben, az egykori vándordiákok módján.
A magyar társadalomban erősen él a tekintély-tisztelet, de a tudományban ez nem túl produktív tényező. Aki nem dönt dogmákat, az még lehet sok minden, akár egyetemi tanár is, de a dogmákat döntő tud kiugró eredményeket elérni.
A testünket felépítő sejtek életútját sokáig egyirányúnak tekintették, a sejtek osztódnak, elköteleződnek különböző irányokba, s ezeknek az irányoknak megfelelően építik fel testünket. Ez az eléggé statikus nézet élt a tudományba erről a területről, amíg ezt a dogmát meg nem döntötték. A példaként vett, csontvelőből származó őssejtek a korai elköteleződés után különböző irányokba indulnak (csont, porc, izom, vérképző, zsírszövet). Ezek az embrionális őssejtek. Az embrió maga tutipotens, az egész szervezetet ki tudja alakítani. A korai embrió-sejt még sok mindenre képes, pluripotens. Van benne egy olyan sejtcsomó, amiből a testünk alakul ki, a körülötte található többi sejt pedig egyfajta hólyag-csíra állapotban elválik, abból a placenta alakul ki. A pluripotens sejt tehát testünk minden sejtjét képes kialakítani, de placentát már nem csinál. Az embrióban található embrionális őssejtek jól kinyerhetők, s Petri-csészében in-vitro körülmények között fenntarthatók. Ezért már Nobel díjat is adtak. Ezek a sejtek gyakorlatilag halhatatlanok, korlátlanul szaporodnak, megújítják önmagukat, s pluripotenciáljukat fenntartják in-vitro körülmények között. Ez azt jelenti, hogy géneket lehet beléjük vinni, vagy belőlük „kiütni". Ritka eseményeket, egy-egy gén kivágását, annak detektálását időben elnyújtva lehet megfigyelni. Ebből elegendő mennyiségű sejtet lehet felszaporítani ahhoz, hogy un. „sejtvonalat" csináljunk. Ezek a „knock-out", azaz génkiütő sejtvonalak, s az ebből létrehozott egerek az emberi betegség-kutatásban olyan fontossá váltak, hogy Nobel díjjal honorálták a kutatókat.
Amennyiben kivesszük ezeket a sejteket a hallhatatlanságukat fenntartó fenti különleges tárolókból, akkor elkezdenek differenciálódni, különböző sejttípusokat hoznak létre. Szívizom sejteket létrehozva pótolni tudunk pl. beteg szívizmot, idegsejteket hozhatunk létre, stb. Humán vonalon már jóval ezer fölött van a sejtvonalak száma, humán embriók nagy számban állnak rendelkezésre, a humán lombikbébi programok rengeteg számfeletti embriót hoznak létre. A lombikbébi programok hatékonysága húsz-egynéhány százalék körüli, a világon már ötmillió a lombikbébi program keretében született gyerekek száma. Dániában a megszületett gyerek közül 7% tartozik ide, nálunk 2-3%, ez megegyezik az európai átlaggal. Így sok a számfeletti embrió, amelyeket egyes országokban kutatási célokra könnyen fel lehet használni, máshol kevésbé. Vallási és társadalmi vetülete is van ennek a felhasználásnak. Mindenesetre, ezekből az őssejtekből létre lehet hozni mindenféle sejttípust.
Sir John Gurdon a közelmúltban kapott Nobel díjat egy másik, idevágó témáért. Az 1890-es években működött már egy tudós, aki embriókat kezdett darabolni, maganyagot vett ki. A huszas években egy másik kutató hajszállal próbálta vagdosni az embriókat, elég jó eredménnyel. Gurdon ezt a technológiát az '50-es években, békasejteket ültetett be sejtmagjától megfosztott béka-petesejtekbe. Albino békából kivett testi sejtekkel sikerült utódokat létrehozni. Bélhámsejtből tudott békát csinálni, de felnőtt béka bőréből nem, ezért a felfedezés mellett felállított egy dogmát, hogy teljesen differenciálódott felnőtt bőrsejtből már nem lehet visszamenni a kiindulási állapotig.
A témakörben újabb ugrást jelentett Dolly bárány megszületése, 1996-ban. 1997-ben történt bejelentése. Dolly-t felnőtt, teljesen differenciálódott sejtből sikerült visszaprogramozni, azaz, kiderült, egy emlősben ez megtehető.
Nagy feltűnést keltett a médiában, hullámokat vetett a közvéleményben és a politikusok körében.
A „kitalálói"; Sir J.Wilmut, K.Campbell kutató és Bill Ritchie technikus. A kivitelezés lehetőségét sokan megkérdőjelezték korábban, így pedig megdőlt egy dogma. Dolly után jöttek az egerek, szarvasmarhák, kecskék, malacok, macskák, nyulak, patkányok, öszvér (természetes úton nem szaporodik). A kedvenc macska klónozását most 20-30 ezer dollárért csinálja egy cég Amerikában… Klónoztak virginiai szarvast, kutyát, afrikai vadmacskát, farkast, tevét. Az afrikai vadmacska egy klónozott hím és egy nem klónozott nőstény genetikai anyagának „összehozásából" jött létre. Ez azért érdekes, mert ebben az esetben házimacska petesejtjét kell befogadóként használni, így a házimacska mitokondriumai vannak benne, azaz, a mitokondriális DNS nem a vadmacskáé. Viszont, ha hím egyed jön létre, akkor az nem viszi tovább a mitokondriumokat a termékenyítő anyagával, vagy viszi, de azok rövid idő alatt, egy-két osztódás után eltűnnek, akkor úgy tudunk veszélyeztetett fajt, ugymond tisztán megőrizni, hogy mégiscsak klónoztunk egy közeli rokon faj petesejtjében. Muflon esetében is meg lehetett ezt csinálni. Szarvasmarhánál, délkelet-ázsiai vad marhaféléknél is működött. Nem működött viszont pandánál, tigrisnél,
ezek elég távol állnak a domesztikált változatoktól, emiatt ott a mitokondrium és maganyag, a citoplazma és a maganyag kommunikációja nem elég jó, emiatt ezek embrionális stádiumban el szoktak tűnni.
(http://hu.wikipedia.org/wiki/Mitokondrium)
Áttörést jelentett a fenti folyamat, a klónok jól szaporodnak, de a klónozott állatok első generációjával azért elég sok probléma van. Ma már legalább 5-7 ezer szarvasmarhát klónoztak, ezek 20%-a az élet első évében elpusztul, nagyon sok pedig már a vemhesség során. A megszületés hatékonysága 20%, hosszabb távú életre kb. 15%, más fajoknál 1-2%. Amikor felröppennek hírek humán reprodukciós klónozásról, ezekkel a számokkal kell szembenézni, épeszű orvos nem választja a klónozást megoldásként.
Vannak egyéb, most nem tárgyalt megoldások, amikkel mégiscsak lehet variálni mitokondriálist, s lehet utódokat előállítani, akár emberben is.
A lényeg viszont ,az utódgenerációban úgy tűnik nincs gond, mert az ivaros szaporodás során, ami problémát jelent a klónozásnál, az a genetikai újraprogramozás, nem a génsorrend, hanem a gén működése. Úgynevezett epigenetikai változások vannak benne, nem minden íródik teljesen újra, s ahogy szeretnénk, emiatt vannak egészségügyi problémák. Viszont, a következő generációban az ivaros szaporodás során ez az epigenetikai mintázat letörlődik, újraíródik, tehát ezek a problémák eltűnnek. Még nem láttunk rá bizonyítékot, hogy a klónozással
probléma átment volna következő generációba, ezzel együtt megvan rá a lehetőség, mert vannak epigenetikai változások, öröklődhetnek, ha azok az ivarsejtekben vannak, de még nem találtunk rá bizonyítékot.
A klónozás izgalmas területe tehát beindult, de mire nem jó? Nem igazán jó emberi reprodukciós klónozásra.
Japán csoportok mamutklónozáson régóta dolgoznak. A szibériai jégből ássák ki a mamutdarabokat, ebből egyre több van, ahogy olvad a jégtakaró. Ezekből próbálnak elefánt petesejtbe belehelyezve klónozni. Pár tízezer év alatt talán a DNS valamennyire megmaradt, tehát a klónozásra tanán van esély, de ez elég csekély, s a fajok közötti távolság is elég nagy. A fajok közötti klónozás nem nagyon működik, már egy embrió kialakulása is nagy meglepetés lenne. A kihalt tasmán tigris klónozása hasznos lenne, nagyon is lenne helye az ausztrál élővilágban.
Alkoholba eltett magzatok, meg állatok léteznek, velük elképzelhető, hogy lehet valamit csinálni, mert a DNS-t nem nagyon károsítja az alkohol. Spermiumot alkoholba helyezve, ott kicsapódik egy csomó fehérje, ezzel még tudunk utódot csinálni, ha ezt beinjektáljuk a petesejtbe, un. exsept eljárással.
Életünk egyik legnagyobb rejtélye, hogyan leszünk egy megtermékenyült petesejtből felnőtt lények, s utána miért van annyi problémánk, betegségünk. Sok dolog a differenciálódás során alakul ki. Van egy DOHAT (Development of
Origin of Adult Desease) nevű elmélet, mely szerint egész korai embrionális fejlődésünkben érnek minket olyan behatások, amelyek után, negyven éves korunkban szívrohamot szenvedünk el. Úgy derült ez ki, hogy a hollandoknál a '70-es években volt egy generáció, amely egyszerre légyként kezdett hullani, szív-, és érrendszeri betegségekben. Pedig a hollandok bicikliznek, futnak, korcsolyáznak, tehát egészségesen élnek. Kiderült, hogy az a holland generációban, akiket a németek súlyosan kiéheztettek másfél-két évig, a terhesség bizonyos korában lévő nők utódai negyven-ötven éves korukban nagyságrenddel többen haltak bele szív-, és érrendszeri betegségekbe.
Népesség-genetikai vizsgálattal ezt összerakva, rájöttek, valami nagyon érdekeset találtak. Azóta tudjuk, hogy az egész korai embrionális fejlődésben sok minden eldől. A terhes ne dohányozzon, ne igyon, lehetőleg ne kapjon el negyven fokos lázzal járó betegséget. Már azt is tudjuk, hogy lombikbébi programok is okoznak kisebb elváltozásokat a bébikben. Az ötmillió lombikbébi enyhe metabolikus szindróma veszéllyel, szív-, és érrendszeri komplikáció veszéllyel indított embertársunknak számít. A kutatók nemzetközi együttműködésben dolgoznak, hogy ezt jobban megértsék. (www.hawaii.edu/publichealth/ecohealth/si/course…/Boo_Harding-2006.pdf)
Az egész újraprogramozás lehetőséget ad a genom működésének jobb megismerésére. (http://hu.wikipedia.org/wiki/Genom)
A functional genomics, a funkcionális genomika azt jelenti, hogy nem csak volt egy nagy genom program, amiből tudjuk, hogy mi a gén-sorrend, de megpróbáljuk megérteni, hogy az mit is jelent. A gyógyszergyárak azt remélték, hogy a genom programot azonnal át lehet emelni és mindent megértünk. A dolog nem ennyire egyszerű, a gén funkciók szabályzása sokkal bonyolultabb, mint a gén-sorrend, s az epigenetika, a gének működése és annak szabályozása az igazán nagy kihívás a megértés számára. Ez hoz majd nagyobb eredményeket.
(http://en.wikipedia.org/wiki/Functional_genomics)
Dr.Dinnyés elmondta, külföldről hazatérve 4-500 millió Ft-ot sikerült EU és más forrásból behozni, hogy felállítson egy komoly klónozó csoportot pályázati pénzekből. Pár év alatt sikerült is kísérleti állatokat és a kísérletekben résztvevő munkatársakat gyűjteni. Különböző hazai klónokat sikerült előállítani. Maga is komoly résztvevője volt a Dollyt előállító csoportnak, így volt honnan hazahozni a technológiát. Előállították a világ első génkiütött haszonállatát, egy birkát. Ez azt jelenti, hogy most már nem csak egerekben lehet gént kiütni, de a klónozás felhasználásával testi sejtekben módosítjuk a genetikát, s utána ahhoz klónozunk. Ez a birka pl. ellenáll a
prion betegségnek, mert kiütötték benne a prion gént. Azóta Amerikában megcsinálták ezt szarvasmarhában is. Nagy jelentőséggel bír a dolog, mivel humán orvosi fehérjéket termeltetnek ezekben az állatokban, s így biztosított, hogy biztosan prion mentes legyen, s így ne kapjanak prion betegséget a marhákkal előállított immun-globulintól a kezelt emberek. Más betegség-modellhez is nagyon megfelelő a klónozás, pl. a dánokkal működik együtt a csoport
Alzheimer betegség modellen, sertésekkel. Az a gond, hogy ez lassan kialakuló kór, így a sertésekben is lassan fejlődik ki. Egérben ez gyorsabb. Egy müncheni csoporttal van egy új, a diabéteszről szóló modell, ami izgalmas kutatási témát jelent. Olyan tervek is voltak, hogy az első klónozott sertést idehaza állítsák elő, az amerikaiak csak néhány hónappal előztek meg bennünket, 2001-ben így is mi voltunk az első európaiak jó néhány évig. Ez azért érdekes, mert nagyon sokan várnak transzplantációra. A fajok közti szervátültetés, a xenotranszplantáció céljaira génkiütött sertéseket lehet létrehozni, szerveik nem lökődnek ki olyan könnyen az immunválasz során. Majom- kísérletek során a pár órás időt pár hétre sikerült növelni, így már közel van egy menedzselhető immunrendszer elnyomó terápia lehetősége. Klónozással orvosi fehérjék is előállíthatók a klónozott állatok tejében.
A humánterápiás klónozás során nem embert akarnak előállítani, csak egy embriót. Ezt szétszednék, embrionális őssejteket állítanának elő, ezekből olyan sejteket lehetne csinálni, ami beültethető a betegbe, mert a saját genetikája. Ez nem működött, mert az egyik gond az, hogy nehéz humán petesejthez jutni, valamint rengeteg etikai kérdést vet fel. A legtöbb európai országban nem lehet ilyet csinálni. Angliában, Belgiumban és Spanyolországban végezhető ilyen tevékenység.
Az egészet meghaladta Shinya Yamanaka, ősszel Nobel díjat kapott kutató, aki egér farkából kivett néhány sejtből bevitt 4-5 gént, s ezek nagyhatású fehérjéket termeltek, átírva a sejtek anyagát. Nem túl gyorsan, de egy-két hét alatt, Petri csészében tartva a sejtek 1-2%-a átíródott olyan embrionális őssejthez hasonló, un. indukált pluripotens őssejtekké, amelyekből lehetett egeret csinálni, lehetett mindenféle sejttípust előállítani. Tehát, nem kell hozzá petesejt, nincs embrió, nincs etikai probléma, ráadásul sejtekhez jutni könnyű, sok sejt áll rendelkezésre. A betegből kiveszünk sejteket, ezekbe beviszünk négy gént, ezekkel elő lehet állítani akár idegsejtet, szívizom sejtet, májsejtet,
sok mindent, amit utána részben betegség-modellezésre, ill. toxikológiai vizsgálatokhoz lehet végre, mint humán sejtet használni, nem egereket, hanem a lehető legeredetibb humán sejteket. Hosszú távon beültetéshez is jó lehet.
Rengeteg betegség van, különösen öregedő társadalomban, ahol meghatározó lenne, hogy különböző sejteket, sejtterápiát, regenerációs terápiát használjunk. Parkinson kórra, szívinfarktus utáni állapotnál, cukorbajnál, izületi-, és csontbetegségeknél, oszteroporózis, stb. Egyik lehetőség a makula-degenerációs vakság kezelése. Az őssejtekkel végzett regenerációs medicina szigorú szabályzás alatt áll, mert vannak kockázatai.
Másik aspektusa, a gyógyszerfejlesztés. Óriási lehetőség lenne, ha személyre, vagy betegség-csoportokra szabottan tudunk gyógyszert fejleszteni. A kutató csoport is nyert több millió eurót ilyen sejtek előállítására szolgáló projektre. Tehát, már nem klónozunk Magyarországon, inkább pluripotens őssejteket állítunk elő. Először egérből csináltak ilyen sejteket, majd egereket, utána humán sejteket állítottak elő. Ezek egy részét gerincsérüléses modellbe beültetik, patkány kísérletekben nagyon szépen elkezdenek járni az állatok. Gödöllőn most szívizom sejteket állítanak elő, idegsejt-hálózatokat készítenek, ezeken tanulmányozzák a különböző funkciókat. Betegcsoportokból, az országban egyedüli engedélyesként, különböző, Alzheimer és egyéb betegekből sejteket vesznek, hogy a betegségre jól illeszkedő 2D-3D modellt fejlesszenek. Remélik, hogy a gyógyszergyárak új fejlesztési kísérleteihez képesek lesznek ötlettel szolgálni, mivel a gyáraknak nagy szükségük van jó modellekre.
Jelenleg a 20-30 évvel ezelőtt kitalált, olcsó generikus készítményeket szedjük…
(http://www.nobelprize.org/nobel_prizes/medicine/laureates/2012/yamanaka.html)
A sejtek rugalmasak, de mennyire? Feltűntek olyan kísérletek, amikor bőrsejtből közvetlenül csináltak idegsejteket, Yamanaka gondolatmenetét folytatva, kicsit más faktorokkal. Amennyiben egy hegyes szívizom szövetben meg tudnánk oldani, hogy a keletkezett fibrózisos heg átalakuljon működő szívizom-szövetté, akkor a pár éves túlélési átlag helyett akár évtizedeket élhetnének a szívinfarktuson átesett betegek. Most ez az első számú halálok.
A lényeg; egy testi sejtből ma már sokféleképpen tudunk pl. idegsejtet csinálni, klónozhatjuk, elvihetjük az indukált prulipotens őssejtbe, ill. az un. transdifferenciációval akár egy idegi őssejtté, vagy akár közvetlen idegsejtté alakíthatjuk.
Etikai és politikai kérdések is felmerülnek mindezen munkák kapcsán a világban. Obama első megválasztásakor még nagyon fontos téma volt az embrionális őssejt és az embrionális munka. Azután, hogy a prulipotens őssejt csökkentette ennek kritikai súlyát, még azért az őssejt kutatás támogatása politikai kérdés is lehet.
Vannak sötét oldalai is a dolognak. Oroszországban, Kínában, Ukrajnában, időnként Kaposvárott működnek olyan laborok, amelyek őssejteket ültetnek be. A kaposvári gárdát 2-3 éve letartóztatták. Ök abortált, ledarált magzati sejteket nyomták be őssejt-terápia címén. A dolog időnként elvileg még működhet is, de nincs meg a kontroll, immun választ válthat ki, a legtöbb esetben inkább ront, mint javít a beteg helyzetén. A legtöbb esetben ezeknek az őssejteknek lehet valami pozitív hatásuk, de utána eliminálódnak (eltűnnek). Ezek a kezelések lehet, hogy valamit érnek, de nagyon nagy a kockázatuk, senkinek sem tanácsoljuk.
Próbáljuk megérteni, hogyan lehet őssejtekkel biztonságos terápiát végrehajtani, jelenleg egy engedélyezett kezelés van kisebb rugalmasságú, kisebb veszélyt hordozó őssejtekkel. A szervátültetést követő kilökődést moduláló rendszer ez, ugyanis az immun rendszert is be tudják az őssejtek szabályozni.
A professzor szívesen látja a téma iránt érdeklődőket a Szent István Egyetemen, ill. Uttrechtben, az orvosi fakultáson, ahol szintén egyetemi tanár. Biotechnológiai céget vezet 25-30 emberből álló nemzetközi gárdával, néhány hely ott is vár még a jelentkezőkre.
A kimérákra vonatkozó kérdésre a professzor válasza; mindenki, akinek idősebb testvére van, gyakorlatilag maga is kiméra, sőt anyja is az. Kimérának nevezünk minden olyan élőlényt, amelyben valamilyen más élőlényből van genetikai anyag. Ugyanis a placentán (méhlepényen) átjutnak sejtek a terhesség (állatoknál a vemhesség) alatt, ami azt jelenti, hogy az idősebb testvérből, vagy akár abortált magzatból is átjuthatnak, kis számban a keringésbe sejtek és a keringésben olyan sokáig fennmaradnak, hogy nőkben évtizedekkel később is ki lehet mutatni a gyerekük sejtjeit. Néhány esetben ez jól jön. Előfordult leukémiás eset, amely váratlanul meggyógyult, kiderült, hogy gyerekének őssejtjei oldották meg a gondot. A dolog másik oldala, hogy a nőkben elég sok autoimmun betegség van, ez is összefügghet ezzel. Bizonyos betegség-csoportok, autoimmun betegségek nőkben gyakoribbak.
A kimérával kapcsolatos etikai kérdés; milyen mértékben hozunk létre pl. egy állat-ember kimérát. Amikor egy emberi gént berakunk egy egérbe, az is kiméra, lehet-e egy egérnek emberi agya…
A DNS nélküli élet is izgalmas téma, az előzőhöz hasonlóan, filozófiai kérdéseket is felvet.
http://hu.wikipedia.org/wiki/Epigenetika
http://hu.wikipedia.org/wiki/John_B._Gurdon
http://www.matud.iif.hu/04mar/04.html
Harmat Lajos
