Student World

oznámení Tiskového odboru AV ČR

Článek českých vědců v časopisu Evolution

Klonování není pouze umělý proces v laboratorních zkumavkách. Jde též o standardní přirozený jev, jakým se projevuje život při přepisu dědičné informace uložené v DNA či při dělení buněk. Takto se množí mnohobuněčné organismy, celá řada rostlin, mnozí živočichové, a dokonce několik forem obratlovců. Tým vědců z Laboratoře genetiky ryb Ústavu živočišné fyziologie a genetiky (ÚŽFG) AV ČR v Liběchově se rozhodl testovat vznik přírodních klonů obratlovců na příkladu sekavců. Objevné výsledky badatelé v březnu publikovali v prestižním mezinárodním odborném časopisu Evolution.

Když byl v roce 1932 v Severní Americe popsán první případ klonálního obratlovce, vyvolala tato vědecká novinka velký rozruch. Představa hybridních obratlovců, navíc tvořených jen samičím pohlavím, jež bez oplodnění samcem reprodukují po generace sama sebe, byla pro řadu zoologů zpočátku těžko stravitelná. O 65 let později však již celý svět zhlížel k nejslavnějšímu klonálnímu jedinci – k ovci Dolly. Šlo o úspěšný produkt genetických inženýrů vytvořit v laboratoři dokonalou kopii její matky (bez sebemenší účasti berana), a to procesem buněčné manipulace ve zkumavce. V té době už byla klonalita dávno známým biologickým projevem desítek typů populací nižších obratlovců (u ryb, obojživelníků a plazů) jakožto produktů přírodních procesů. Pozoruhodný fenomén však představoval překvapivý neúspěch vědeckých týmů vytvořit klony známé z přírodních populací v laboratorních podmínkách. Zůstávala tak nezodpovězena otázka, jak se vůbec živočichové s takto unikátním životním projevem při rozmnožování zrodili.

„Takovéto přirozené populace klonálně se množících obratlovců můžeme vzácně najít v evropských řekách, včetně našeho území, u sekavců rodu Cobitis. Snažili jsme se porozumět mechanismům, jak tyto pozoruhodné ryby a jejich klonování v přírodě vznikly,“ představuje dr. Lukáš Choleva výzkumný projekt týmu z ÚŽFG AV ČR v Liběchově. Čeští badatelé po Evropě náhodně nalovili několik populací sexuálních druhů sekavců, u nichž se domnívali, že se jedná o rodičovské druhy, jejichž křížením se mohly hybridní populace vše-samičích klonálních linií v minulosti v říčních systémech vytvořit. V laboratoři pak sestavili páry do samostatných akvárií, kdy samec a samice vždy pocházeli od jiného druhu, a imitovali v nich přírodní podmínky s vhodným substrátem a rostlinstvem, ve kterém se sekavci běžně páří.

„Potěšilo nás, že jsme přirozeným mezidruhovým křížením získali životaschopné potomstvo bez jakýchkoli fyziologických či genetických manipulací. Následovala dlouhá několikaletá péče o ryby, než narozené rodiny sekavců dosáhly dospělosti. Až poté jsme mohli provést další sadu křížících experimentů mezi rodinami a zpětně se sexuálními druhy, abychom porozuměli podstatě jejich rozmnožování,“ vysvětluje prof. Petr Ráb, který stál v počátcích objevu sekavčí klonality v přírodních populacích střední Evropy.

Vědecký tým z ÚŽFG AV ČR zjistil, že hybridní samci jsou neplodní, avšak hybridní samice nejenže byly plodné, ale současně daly vzniknout dalším generacím sekavců. Z genetických analýz vyplynulo, že někteří jedinci byli diploidní kopie – klony – své matky, jiní byli triploidní, což znamená, že kromě klonálně přeneseného genomu své matky měli rovněž další sadu chromozomů pocházejících od otce (sexuálního druhu). Jak je to možné, vysvětluje pikantnost takzvané gynogeneze (z řečtiny „vznik samic“) – způsobu rozmnožování, kterým klonální sekavčí samičky disponují. Ty tvoří klonální diploidní vajíčka, a proto jim postačuje, aby pohlavní buňky samce sexuálního druhu pouze nastartovaly vývoj vajíček bez nutnosti procesu oplození. Potomstvem jsou pak výhradně dcery, klony své matky. Samičky tak doslova zneužijí samce pro své rozmnožení, ten se stává genetickým otcem pouze ve vzácných případech, kdy je vajíčko oplodněno, čímž vzniká zmíněné triploidní potomstvo.

Nové poznatky publikované v časopisu Evolution ukazují, že samotný proces křížení (hybridizace) dvou vhodných druhů může dát vzniknout klonálním obratlovcům, čili může změnit běžné sexuální rozmnožování na schopnost množit se klonálně (gynogenezí), a že k tomu může dojít bez nutnosti mutačních změn v genomu či dalších specifických podmínek vnějšího prostředí. Rekonstrukce evolučního procesu ze sexuality ke klonalitě dále ukazuje, jak mohou vznikat polyploidní obratlovci, a odhaluje komplexní proces, jakým se formovaly tyto vše-samičí populace v přírodě a jak se zřejmě formují i v současnosti. Klonální linie samiček z laboratorních akvárií jsou si totiž podobné s těmi z přírodních populací jak po stránce morfologické, tak geneticky. Otázkou zůstává, proč se nepodařilo vytvořit klonální samičky známé u jiných skupin obratlovců, jinými slovy – proč se až sekavci stali úspěšně stvořenými laboratorními klony známými z přírody. Stalo se tak po dlouhých 80 letech od popisu prvního klonálního obratlovce.

„Pojem klonování u lidí evokuje představy o vědcích v bílých pláštích manipulujících s genetickou informací v DNA za účelem vytvořit a naklonovat armádu monster s nadpřirozenými vlastnostmi. Ačkoli technicky jsou podobné pokusy v dnešní moderní éře prakticky dostupné, není známo, že by se těmto aktivitám někdo věnoval. Klonování má daleko užitečnější tvář. Porozumět podstatě procesům nepohlavního rozmnožování na úrovni buňky i celého organismu nám v budoucnu mimo jiné umožní uměle si namnožit životně důležité orgány k transplantaci,“ zamýšlí se nad významem klonování dr. Lukáš Choleva.

Publikovaná práce:

Choleva, L., Janko, K., De Gelas, K., Bohlen, J., Šlechtová, V., Rábová, M., Ráb, P. 2012: Synthesis of clonality and polyploidy in vertebrate animals by hybridization between two sexual species. Evolution. doi:10.1111/j.1558-5646.2012.01589.x

autor