Małpy z ludzkimi genami i świecące świnie prosto z laboratorium

Życie na Ziemi rozwijało się przez setki milionów lat. Dzisiaj nowe gatunki mogą powstać w lat zaledwie kilka.

Kiedy Karol Darwin w XIX w. sformułował cztery główne twierdzenia, według których świat istot żywych nie jest niezmienny, proces zmian jest ciągły i stopniowy, wszystkie gatunki są ze sobą spokrewnione, a zmiany ewolucyjne są wynikiem doboru naturalnego, zaczęto przyjmować, że do specjacji (łac. species - gatunek), czyli powstawania nowego gatunku, niezbędne są trzy warunki: wyjściowa populacja musi się podzielić na dwie populacje potomne, pomiędzy potomnymi populacjami musi zaistnieć izolacja (brak możliwości wymiany genów), a warunki, w których żyją oddzielone populacje, muszą się od siebie różnić.

Dziś już wiadomo, że nowe gatunki mogą powstawać bardzo szybko i nie jest do tego potrzebny dobór naturalny, ani inne kryteria. Warunek jest jeden - dobrze wyposażone laboratorium.

Wprawdzie hybrydy, takie jak legrysy (mieszaniec samca lwa i tygrysicy), tyglewy (mieszaniec samca tygrysa i samicy lwicy) czy zebroidy (połączenie samicy zebry z osłem lub koniem), to znane od dawna krzyżówki blisko ze sobą spokrewnionych gatunków i nie była do ich powstania niezbędna zaawansowana technologia genetyczna - np. legrysy mogły pojawić się naturalnie, pierwsze udokumentowane wzmianki o ich istnieniu pochodzą z początków XIX wieku z Azji, gdzie lwy i tygrysy występują naturalnie, to jednak nawet ich tworzenie jest przez ekspertów zajmujący się ochroną zagrożonych gatunków źle postrzegane.

Choć z jednej strony zebroidy cenione są za odporność na choroby i pasożyty oraz wytrzymałość, a także możliwość łatwego oswojenia, to już tyglewy i legrysy są podatne na choroby bardziej niż gatunki występujące naturalnie.

Osiągające imponujące rozmiary legrysy są oczywiście ozdobą ogrodów zoologicznych i rezerwatów przyrody - największym kotem w historii jest ważący 418 kg legrys Hercules, żyjący w amerykańskim rezerwacie przyrody w Myrtle Beach (Karolina Południowa), ale jednocześnie zajmują miejsce i czas potrzebny na ciążę i wychowanie młodych, które można by poświęcić na rozmnażanie zwierząt tego samego gatunku, przyczyniając się do jego ratowania.

Dodać należy, że hybrydy gatunków ze sobą blisko spokrewnionych, choć wydają na świat potomstwo, to zazwyczaj jest ono bezpłodne - nie jest to regułą, w przypadku legrysów np. samce są bezpłodne, ale samice są zdolne do urodzenia potomstwa.

Jednak takie krzyżówki różnych gatunków zwierząt wydają się już obecnie niewinne. Dużo poważniejsze jest kojarzenie gatunków, które mogą później przeniknąć do środowiska i rozmnażać się samodzielnie, niestety w sposób niekontrolowany.

Węgierscy ichtiolodzy prowadzili przed paroma laty eksperymenty, które miały pomóc w uratowaniu jesiotra rosyjskiego (Acipenser gueldenstaedtii), cenionego za sprawą pozyskiwanego kawioru. Prowadząc badania nad gynogenezą (metodą rozmnażania bezpłciowego, polegającą na indukowaniu rozwoju jaja przez plemniki innego gatunku bez procesu kariogamii - zlewania się jąder kopulujących komórek rozrodczych w jedno jądro zygoty) rzekomo nieświadomie użyli nasienia innej ryby - również krytycznie zagrożonej wyginięciem - wiosłonosa amerykańskiego (Polyodon spathula) do zapłodnienia jaj jesiotra. Mieli się nie spodziewać, że dostarczy on również materiał genetyczny.

W efekcie powstał nowy gatunek ryby, która nie ma jeszcze oficjalnej nazwy. Na razie badacze określają ją mianem "struddlefish", od zbitki angielskich nazw obu gatunków - "sturgeon" i "paddle fish".

"Struddlefish" pływa w zbiornikach ośrodka Narodowego Centrum Innowacji i Badań Rolniczych (NAIK). Nie jest jednak wykluczone, że ryba trafi do ekosystemu. Naukowcy zapewniają, że jej przypadkowe uwolnienie jest niemożliwe, ale jednocześnie część węgierskich ekspertów przyznaje, że rozważa celowe zarybienia wód uzyskanym gatunkiem.

- To byłoby godne potępienia - stwierdził prof. Tadeusz Kaleta z Wydziału Hodowli, Bioinżynierii i Ochrony Zwierząt warszawskiej SGGW, w rozmowie przeprowadzonej tuż po ogłoszeniu efektów eksperymentu "wyprodukowania" nowej ryby. Jego zdaniem "każdy gatunek ma swoje miejsce, określoną liczebność, która może funkcjonować". - Kiedy wchodzą zwierzęta do tej samej niszy ekologicznej, to się robi niebezpieczna sytuacja - argumentował.

Naukowcy prowadzą jednak w laboratoriach jeszcze bardziej niepokojące eksperymenty i robią je całkowicie świadomie. W 2020 r. biotechnolodzy z niemieckiego Instytutu Maxa Plancka i japońskiego Central Institute for Experimental Animals przeprowadzili doświadczenie, w którym wykorzystali ludzki gen ARHGAP11B. Jego rolą w rozwoju człowieka jest zwiększenie zdolności poznawczych w korze nowej, czyli najmłodszej części ludzkiego mózgu.

Stanowi ona aż 75 procent całego mózgu i to dzięki niej człowiek wyróżnia się swoimi zdolnościami intelektualnymi, nie tylko od swoich najbliższych krewnych, czyli małp, ale również od wszystkich biologicznych istot żyjących na Ziemi. Pojawienie się genu ARHGAP11B w ewolucji człowieka było czystym przypadkiem. Według badań naukowych, mutacja ta miała miejsce ok. 5 milionów lat temu, czyli na drodze ewolucji po szympansach, ale przed neandertalczykami

Biotechnolodzy chcieli sprawdzić, czy można zwiększyć sprawność mózgu marmozety zwyczajnej (Callithrix jacchus) - małpy szerokonosej z rodziny płaksowatych - za pośrednictwem genu ARHGAP11B. Celem było przyspieszenie w sztuczny sposób ewolucji tych zwierząt. Gen ARHGAP11B umieszczono w płodzie małpy, a później oczekiwano na postępy w rozwoju mózgu. Po 100 dniach okazało się, że eksperyment powiódł się w 100 procentach.

Kora mózgu marmozety powiększyła się, a powierzchnia mózgu stała się bardziej pofałdowana. Po eksperymentach organ zaczął bardziej przypominać ludzki. Naukowcy nie mogli jednak ocenić, czy zwiększyły się również zdolności intelektualne małpy, ponieważ nie doszło do jej narodzin.

Podobne eksperymenty przeprowadzili rok wcześniej naukowcy z Kunming Institute of Zoology Chińskiej Akademii Nauk. W ich trakcie wszczepili małpim embrionom ludzką wersję genu MCPH1, który również odpowiada za rozwój mózgu. Na świat przyszło 11 transgenicznych makaków królewskich (Macaca mulatta), 8 w pierwszym pokoleniu i 3 w drugim.

Analizy skanów mózgów pięciu małych makaków, które przeżyły, wykazały, że są one tych samych rozmiarów, co u niezmodyfikowanych braci. Wykazywały się za to dużo lepszą pamięcią krótkotrwałą i krótszym czasem reakcji. Wszystko wskazuje na to, że ludzki gen MCPH1 zwiększył ich sprawność umysłową.

Ze względu na genetyczne i fizjologiczne podobieństwo do człowieka makak królewski jest często wykorzystywany w badaniach z zakresu biologii, medycyny i psychologii jako zwierzę doświadczalne, między innymi w neurobiologii i badaniach nad infekcjami wirusowymi (np. HIV).

Część naukowców jest przeciwna takim "zabawom". Przypominają eksperyment wprowadzenia do świń genomu meduzy, która jest fluorescencyjna, i świnie świeciły. Argumentem przeciw prowadzeniom takich prób jest możliwość ucieczki wyhodowanych w ten sposób zwierząt. I choć laboratoria zapewniają, że są wyjątkowo dobrze strzeżone, to jednak nie ma takiego miejsca, z którego nie da się uwolnić.

W przypadku świecących świń można sobie wyobrazić wariant, w którym po lasach będą biegałyby świecące dziki. Wystarczyłoby, że zmutowana świnia uciekinierka skrzyżowałby się z dzikiem.

Doniesienia z chińskich laboratoriów, które bez większego skrępowania prowadzą zaawansowane doświadczenia na małpach, są od lat coraz bardziej intrygujące i niepokojące. Już w 2018 r. naukowcy z Chińskiej Akademii Nauk w Szanghaju "powili" małpy - ponownie wykorzystano makaki królewskie - sklonowane metodą transferu jądra komórkowego. Eksperyment powiódł się po 79 próbach. Stało się to 22 lata po historycznym dokonaniu, sklonowaniu po raz pierwszy ssaka - słynnej owcy Dolly.

Prowadzący badania naukowcy zapewniają, że eksperymenty mają pozwolić na postęp w badaniach nad ludzkimi chorobami, szczególnie tymi o podłożu genetycznym. Mogą pomóc leczyć nowotwory i choroby autoimmunologiczne.

Po podaniu informacji o sklonowaniu małpek Zhong Zhong i Hua Hua (w języku chińskim "zhonghua" znaczy po prostu Chiny) neurobiolog Chang Hung-Chun przekonywał: - Wkrótce technologia klonowania naczelnych zostanie połączona z narzędziami do edycji genów do badania ludzkich zaburzeń genetycznych.

Chińczycy w swoich się nie zatrzymują. Na początku listopada świat obiegła informacja o wyhodowaniu przez nich chimery makaka krabożernego (Macaca fascicularis) ze świecącymi opuszkami palców i fluorescencyjnymi zielonymi oczami.

Naukowcy pobrali dziewięć linii komórek macierzystych z 7-dniowych embrionów makaka, a następnie przekształcili je w pluripotencjalne komórki macierzyste, które mogą dać początek każdej tkance.

Tak przygotowane komórki, do których wstrzyknięto jeszcze zielone fluorescencyjne białko, aby w łatwy sposób odróżnić komórki "dawcy", bo ich proporcje szczególnie interesowały badaczy, zostały umieszczone w liczących 4-5 dni embrionach makaków, a te w macicach samic. Z dwunastu ciąż urodziło się sześć małp, ale tylko jedna zdaniem badaczy okazała się "w znacznym stopniu chimerą".

Młody makak przeżył zaledwie 10 dni. Z powodu problemów zdrowotnych, m.in. trudności z oddychaniem, zwierzę zostało poddane eutanazji. Jednocześnie badacze podkreślili, że ich praca jest zgodna z krajowymi przepisami etycznymi Chin. Profesor Mu-Ming Poo, dyrektor naukowy Instytutu Neuronauki Chińskiej Akademii Nauk, przyznał, że zespół stoi przed wyzwaniem zdrowotnym chimer i podkreślił potrzebę opracowania ulepszonych zwierząt zdolnych do dłuższego życia.

Prof. Kaleta jeszcze przy okazji eksperymentu ze skolonowanymi małpkami Zhong Zhong i Hua Hua zauważył, że nie neguje całkowicie badań związanych z modyfikacjami genetycznymi, czy krzyżówkami. - Jest to akceptowane, jeżeli zwierzęta są trzymane w odpowiednich warunkach i jeżeli mają właściwy dobrostan, a zabieg nie upośledza ich życia. W takich wypadkach jest to dopuszczalne etycznie.

Ale naukowiec miał też zastrzeżenia. Przypominał, że granica jest bardzo cienka. Jako przykład podał najważniejsze, wysokoprodukcyjne rasy bydła, które stworzono, by dawały dużo mleka (rasa holsztyno-fryzyjska) lub dla mięsa (rasa błękitna belgijska). A są to rasy, które upośledzają życie zwierzęcia. Śmierć "świecącego" makaka jest również przykładem na brak zainteresowania dobrostanem zwierząt.

Chińscy naukowcy nie wydają się jednak przejmować takimi błahostkami. - To od dawna poszukiwany cel w tej dziedzinie. W szczególności ta praca może pomóc nam w wygenerowaniu dokładniejszych modeli małp do badania chorób neurologicznych, a także do innych badań biomedycznych - przekonywał jeden z autorów badania nad chimerą makaka ze świecącymi oczami prof. Zhen Liu z Chińskiej Akademii Nauk.

Przyznać trzeba, że pozytywne przykłady działań naukowców też są znane - np. owce modyfikowane genetycznie, by w ich mleku znalazły się związki o charakterze leczniczym. Dotychczas brak informacji, by żyły krócej, czy cierpiały z powodu chorób.

Podobnie jest z wyhodowanymi w japońskim laboratorium zmodyfikowanymi genetycznie kurami. Mają one składać jaja bogate w interferon beta - rodzaj białka wykorzystywanego w leczeniu zapalenia wątroby, stwardnienia rozsianego i niektórych nowotworów. Interferon jest również odczynnikiem używanym podczas badań nad wirusami. Dzięki jajom od zmodyfikowanych kur cena uzyskania interferonu beta może zostać obniżona dziesięciokrotnie.

Nie tylko jednak Chińczycy prowadzą badania, wokół których pojawiają się wątpliwość. Niewiele ponad miesiąc temu opublikowano w czasopiśmie "Nature" wyniki eksperymentu Amerykanów z firmy biotechnologicznej eGenesis. Naukowcy przeszczepili nerki pochodzące od genetycznie zmodyfikowanych świń małpom. Zwierzęta przeżyły z tymi organami przez dwa lata.

- To może być ważny przełom na drodze do hodowli organów dla człowieka - twierdzą specjaliści. Przypominają, że nerki są kluczowymi organami. Odpowiadają za usuwanie szkodliwych związków chemicznych z ludzkiego organizmu i regulują równowagę płynów. Choroby nerek są jednak bardzo powszechne. Według danych federalnej sieci pozyskiwania i przeszczepiania narządów w samych Stanach Zjednoczonych na dawstwo nerek czeka prawie 88 tys. osób. W 2022 r. przeszczepu doczekało jedynie około 26 tys.

- Przeszczepy międzygatunkowe oferują najbardziej zrównoważone, skalowalne i wykonalne źródło narządów - przekonywał w rozmowie z magazynem “Wired" Mike Curtis, dyrektor generalny eGenesis.

Najbardziej niepokoją próby sklonowania człowieka, do czego może w końcu dojść. Podejmowane były już na początku ubiegłego wieku, kiedy za czasów ZSRR biolog Ilja Iwanow pracował nad hybrydą człowieka i małpy naczelnej.

Iwanow badania nad skrzyżowaniem człowieka z naczelnymi prowadził w latach 1926-1927 w rezerwacie szympansów w Kindla (tereny dzisiejszej Gwinei), a pieniądze na ten cel wykładał m.in. ludowy komisarz oświaty ZSRR Anatolij Łunaczarski. Poszukiwania kobiet gotowych urodzić hybrydę przeraziły jednak Francuzów (terytoria należały do francuskiej kolonii), które postanowiły ukrócić eksperymenty.

Dalszych eksperymentów radziecki biolog dokonywał w ośrodku w Suchumi w Gruzji. Podobno udało mu się nawet znaleźć chętną radziecką towarzyszkę z Leningradu, gotową do poświęcenia w imię nauki. W końcu jednak władze radzieckie, podobnie, jak wcześniej Francuzi, uznały biologa za szaleńca i zesłały go do Kazachstanu, gdzie zmarł w 1932 r., doznając wylewu krwi do mózgu.

Podobne pomysły wciąż jednak rodzą się w głowach naukowców. W 2018 r. prof. Gordon G. Gallup, psycholog z University at Albany, przekazał mediom, że amerykańscy naukowcy z sukcesem skrzyżowali człowieka i szympansa. Hybrydę miała urodzić szympansica zapłodniona nasieniem anonimowego ludzkiego dawcy. Naukowców podobno naszły wątpliwości natury etycznej, aż w końcu stwierdzili, że przekroczyli granicę i hybrydę uśmiercili.

Niedługo później prof. Gallup wyjaśniał, że krzyżówka szympansa i człowieka powstała w latach 20. ubiegłego wieku w Orange Park na Florydzie, a w końcu przyznał, że ukuł termin "humanzee" (ang. human - człowiek i  chimpanzee - szympans), by móc odnosić się do naukowo możliwej hybrydyzacji ludzi i szympansów. Choć utrzymywał, że takie próby rzeczywiście podejmowano.

Nadal zresztą są podejmowane. W 2019 r. poinformował o nich hiszpański naukowiec Juan Carlos Izpisúa Belmonte. Przekonywał, że z powodzeniem wyhodował pierwszą na świecie hybrydę człowieka i małpy. Miał tego dokonać - gdzieżby indziej - w laboratorium w Chinach.

Według naukowca zarodek hybrydowy był zdolny do życia i mógłby się urodzić, gdyby eksperymentu nie przerwano.

Belmonte już wcześniej podejmował podobne próby. W 2017 r. jego zespół pracował nad chimerą (organizm zbudowany z komórek różniących się genetycznie) człowieka i świni.

Czego możemy spodziewać się wkrótce? - Zdecydowanie poruszamy się ekspresowo, a rozwój w tej dziedzinie jest błyskawiczny. Musimy upewnić się, że przepisy dotrzymują kroku rozwojowi, aby upewnić się, że nie pędzimy zbyt szybko - powiedziała Naomi Moris, która w Instytucie Cricka w Londynie zajmuje się badaniem komórek macierzystych i embrionów.

Nie jest wykluczone, że w końcu pojawi się człowiek oparty na częściach wymiennych. - Żyjemy w czasach, w których standardy etyczne tracą na znaczeniu - skonstatował naukowiec prof. Tadeusz Kaleta.