Mozaika, bakterie i chimery

Zapomnijcie o tym, czego uczono was w szkołach. Jesteśmy niejednorodni genetycznie. Każdy z nas jest konglomeratem komórek różniących się swoim DNA.

18.03.2019

Czyta się kilka minut

 / MARIANA BAZO / REUTERS / FORUM
/ MARIANA BAZO / REUTERS / FORUM

Stare jak seks prawo biologiczne mówi, że komórka jajowa i plemnik wyposażone są w dwie, komplementarne połówki materiału genetycznego. Ich połączenie sprawia, że powstaje nowe życie, które ma kompletny zestaw genów, w jednej połowie pochodzących od ojca, a w drugiej od matki. Podczas rozwoju, w którym dochodzi do dzielenia się zapłodnionej komórki na kolejne, DNA decyduje o powstawaniu kolejnych części ciała.

Kiedyś uważano, że materiał genetyczny jest w nich jednorodny. Dziś wiemy, że nie jest to prawda.

Tak naprawdę, w naszych organizmach roi się od komórek, które posiadają różne warianty DNA. Zmiany w sekwencji materiału genetycznego (czyli mutacje) mogą się zdarzyć podczas każdego podziału komórkowego i są przekazywane do komórek potomnych (w naszym własnym organizmie). A te mogą się dzielić i mutować dalej. Dzięki temu zjawisku rozwijamy się jako genetyczna mozaika.

Im wcześniej dojdzie do takiej modyfikacji, tym więcej naszych komórek będzie się różnić od pozostałych. Z jednej strony taka mozaikowatość jest naturalną cechą naszego organizmu.

W badaniu, z którego raport opublikowano w 2012 r. na łamach „Gastroenterology”, A.W. Duncan i współpracownicy wykazali, że nawet połowa komórek wątroby może nie mieć kopii pewnego chromosomu. Z drugiej strony, występowanie niektórych mutacji w niektórych komórkach pociąga za sobą wiele chorób, wliczając w to nowotwory.

Obce DNA

Ale to nie koniec źródeł naszej różnorodności. Oprócz różnych genetycznych wariantów komórek mamy również komórki zupełnie obce. Brzmi to trochę jak scenariusz filmu science fiction: przybywające z kosmosu obce formy życia wchodzą w relacje z gospodarzem i pomagają mu lub działają na jego szkodę. Jednak w przyrodzie faktycznie istnieją podobne układy między organizmami.

Znamy m.in. symbiotyczne bakterie, które żyją w układzie pokarmowym przeżuwaczy, takich jak krowy, owce czy jelenie. Dzięki nim zwierzęta trawią celulozę, która jest składnikiem budującym rośliny. Bez tych drobnoustrojów nie byłoby to możliwe. Bakterie zaś korzystają z wygodnego do życia środowiska wewnątrz organizmu zwierzęcia. W naszym ciele również mieszkają różne mikroorganizmy. Niektóre z nich, jak np. bakterie kwasu mlekowego, potrzebne są do zachowania odpowiedniego stanu zdrowia. To właśnie one chronią kobiece drogi rodne przed infekcją, dzięki produkcji kwasu mlekowego, który utrzymuje odpowiednie pH pochwy.

Z kolei inne bakterie są potencjalnie niebezpieczne. Mogą nas zaatakować wtedy, kiedy z naszym organizmem dzieje się coś niepokojącego. Mowa tutaj m.in. o Staphylococcus epidermis, czyli bakterii, która stanowi naturalny składnik mikroflory człowieka. Z reguły żyje w nas bezproblemowo, ale może pokazać swoje złowrogie oblicze, np. u osób z osłabioną odpornością.

Do niedawna zakładano nawet, że liczba bakterii wchodzących w skład mikroflory człowieka jest 10 razy większa od liczby „naszych własnych” komórek. Obecnie szacuje się, że jednych i drugich jest mniej więcej tyle samo. Mężczyzna w wieku ­20-30 lat o wzroście 1,7 m i wadze 70 kg ma ok. 39 bilionów komórek bakterii na 30 bilionów komórek własnych.

Często możemy się tymi bakteriami dzielić z innymi ludźmi. Ustalono, że osoby, które całują się ok. dziewięć razy dziennie, mają taki sam skład flory bakteryjnej ust. Taka wymiana nie jest bez znaczenia dla naszego zdrowia, bo dzięki zwiększonemu kontaktowi z obcymi bakteriami wzmacnia się nasz układ odpornościowy.

Ale nawet biliony komórek bakterii nie wyczerpują jeszcze źródeł naszej „wewnętrznej” różnorodności genetycznej. W naszych ciałach znajdziemy jeszcze bardziej niezwykłych lokatorów – takich, z którymi łączy nas jeszcze silniejsza relacja. Są oni do nas genetycznie podobni. I nie tylko w nas mieszkają, ale wręcz stają się nieodłączną częścią naszego ciała.

Wszystko zostaje w rodzinie

Ich obecność związana jest z pewnym procesem, który w świecie przyrody trwa mniej więcej od 93 mln lat. Wtedy pojawiły się ssaki wyższe, u których zaobserwowano to niezwykłe zjawisko. Trudno jednak roztrząsać, gdzie dokładnie leży jego początek, dlatego zacznijmy tę historię inaczej: od przedstawienia skutku, do którego on prowadzi. Mówiąc bez ogródek – jesteśmy chimerami. Zapożyczenie tego określenia przez język genetyki wzięło się stąd, że ciało mitycznego stwora, który nosił to imię, składało się z kilku różnych części. Miał on głowę lwa, korpus kozy i ogon węża. Według genetyków z nami sprawa wygląda trochę podobnie – i nie chodzi tutaj o naszą wspomnianą mozaikową naturę. Wszyscy mamy także chimeryczny układ komórek, ale sprawa dotyczy przede wszystkim kobiet. To one zyskują „obcych” lokatorów w pewnych okolicznościach.


Czytaj także: Mariusz Gogól: Wojny genów


Przemieszczanie się dodatkowych komórek w organizmie kobiet dostrzeżono już w 1893 r., kiedy to niemiecki patolog Christian Georg Schmorl odnalazł je w płucach pań zmarłych z powodu nadciśnienia. Zaburzenie pojawiło się u denatek w przebiegu ciąży. Te nieszczęśliwe wypadki pomogły zrozumieć, że to właśnie rozwój nowego życia sprawia, iż mamy chimeryczną budowę ciała. W pierwszych tygodniach od poczęcia komórki płodu mogą migrować przez łożysko i stać się częścią ciała matki. Badania pokazały, że można je dostrzec w krwiobiegu, skórze, sercu oraz innych narządach wewnętrznych – osiadają w nich i stają się ich integralną częścią. Tak dzieje się nawet w przypadku niedotrzymania czy też przerwania ciąży. Dziecko zostawia komórkowy ślad w kobiecie – być może na całe życie. Świadczą o tym opublikowane w „PLoS One” w 2012 r. wyniki badania przeprowadzonego przez Williama F.N. Chana i współpracowników, podczas którego wykonano analizy mózgów kobiet zmarłych w różnym wieku. Najstarsza przebadana osoba, u której znaleziono DNA z męskiej komórki, miała aż 94 lata – oznacza to, że komórki jej dziecka musiały przetrwać przynajmniej kilkadziesiąt lat w jej ciele.

Wspomniany wynik badania nie oznacza wcale, że tylko komórki męskiego potomka mogą przenikać do ciała matki. Takie DNA jest po prostu łatwiej znaleźć wśród kobiecych genów, dlatego też naukowcy skupili się właśnie na nim. Komórki córek również mają taką zdolność i równie chętnie z niej korzystają.

Konflikt pokoleń

Transfer komórek musi pociągać za sobą jakieś konsekwencje. Przeglądając literaturę można wysunąć pewne hipotezy. Pierwsza z nich mówi, że komórki płodowe szkodzą. Z racji tego, że są częścią „obcego” organizmu, prawdopodobnie przyczyniają się do powstania odpowiedzi zapalnej, która może powodować uszkodzenia tkanek matki i w rezultacie pogorszenie kondycji zdrowotnej.

Faktycznie znane są jednostki chorobowe, w których w różnych narządach spotyka się większą liczbę komórek płodowych niż w przypadku osób zdrowych. Przykładem może być choroba Gravesa-Basedowa. Przypadłość ta, w której mamy do czynienia z nadczynnością tarczycy, charakteryzuje się nadreprezentacją wspomnianych komórek w tym właśnie narządzie (w porównaniu z ich liczbą u osób zdrowych).

Podobną sytuację obserwujemy w toczniu rumieniowatym układowym – chorobie autoimmunologicznej prowadzącej do zapalenia wielu tkanek i narządów. W niej komórki płodowe również występują liczniej w uszkodzonych tkankach. Spotykamy też jednak badania, w których taka zależność stanu chorobowego i rozmieszczenia komórek płodowych się nie potwierdza.

Dlatego druga hipoteza zakłada, że komórki płodowe mają działanie prozdrowotne. W interesie dziecka leży to, aby matka była w jak najlepszej kondycji. Z tego względu przypuszcza się, że komórki rozwijającego się dziecka mogą być zaangażowane w proces leczenia uszkodzeń w tkankach, które spowodowane są procesem starzenia. Faktycznie, mogą one wbudować się w tkankę matki. Tam zmieniają się i upodobniają do komórek narządu, który prawdopodobnie wspomagają swoją obecnością.

Komórki płodowe znajdowane były także w bliznach po cesarskim cięciu. W tych miejscach produkowały one cytokeratynę – białko budujące szkielet komórek nabłonkowych – oraz kolagen, dzięki któremu nasza skóra jest jędrna i elastyczna. Sugeruje to, że komórki płodowe mogą brać udział również w gojeniu ran.

Która z hipotez jest prawdziwa? Niewykluczone, że obie. Odpowiedź ta nawiązuje do pewnej koncepcji, którą w 1974 r. zaproponował biolog ewolucyjny Robert Trivers. Bywa ona nazywana teorią konfliktu pokoleń. Zgodnie z nią interesy rodziców i potomstwa nie są całkowicie zbieżne.

Konflikt rozgrywa się na poziomie inwestowania zasobów albo podejmowania działań, które zwiększają szanse przeżycia rodziców lub któregoś z potomków, jednocześnie zmniejszając zdolność rodziców do inwestycji w kolejnego potomka. Teoria konfliktu rodzice-potomstwo przewiduje np., że pisklęta ptaków będą oszukiwać swoich rodziców – sugerować, że są bardziej głodne niż ich rodzeństwo, choć w rzeczywistości mogły zostać nakarmione lepiej (a jedynaki będą się domagać bogatszych posiłków, nawet gdyby miało to oznaczać, że rodzice pójdą spać z pustym brzuchem).

Rozwinięcie tego zagadnienia zaproponował David Haig, który zaczął rozpatrywać konflikt w kontekście ciąży. Według tego badacza płód będzie się starał uzyskać od matki jak największą ilość substancji odżywczych nawet w przypadku, gdy przestanie to być korzystne dla rodzicielki. Ta z kolei będzie się starała ograniczyć przekazywanie zasobów.

Delikatna równowaga

Możemy więc przyjąć, że nastawienie na szkodę lub profity będzie zależało od zdolności do utrzymania pewnej równowagi między potrzebami matki i dziecka. Trzeba przyznać, że osiągnięcie jej nie jest łatwe.

Komórki płodu to mali manipulatorzy. Zakłada się, że działają one tak, jakby były przedłużeniem łożyska, czyli narządu, dzięki któremu dziecko jest w stanie pobrać materiał pokarmowy od matki. Wydaje się, że migrując po jej ciele, są w stanie wspomagać przenoszenie zasobów na rozwijające się dziecko.

Ciekawym przypadkiem jest laktacja. Przypuszcza się, że komórki płodowe, które znajdowane są w piersiach, mogą wiązać się z wyższym poziomem produkcji mleka. Ale korzyści, które odnosi karmione odżywczym mlekiem dziecko, równoważone są przez duże koszty jego produkcji, ponoszone przez matki.

Wiele wskazuje na to, że ciało kobiety dostosowało się do tej walki i potrafi ograniczyć liczbę komórek płodowych. Jest to ważne, ponieważ ich nadmierna migracja, podobnie jak w przypadku wcześniej opisanych chorób, wydaje się być problematyczna.

Nie chodzi tutaj nawet o wyeksploatowanie swojej karmicielki. Ich nadreprezentacja występuje u kobiet cierpiących na nowotwory piersi. Im większa złośliwość nowotworu, tym komórek płodowych więcej. Dlatego też dla dobra i dziecka, i matki konieczne jest osiągnięcie pewnego balansu.

Równowaga może być osiągnięta dzięki eliminacji komórek płodu przez zdolne do ich usuwania matczyne komórki odpornościowe. Jednak komórki płodowe mogą przeciwdziałać atakowi, zwiększając szybkość dzielenia się... Taki przyrost liczby „obcych” może oczywiście zwiększać prawdopodobieństwo choroby autoimmunologicznej – co najwyraźniej uruchomi kolejne procesy kontroli ze strony matki. Zabawa w kotka i myszkę trwa nieustannie.

Ale nie tylko kobiety są niejednorodne genetycznie. Matki z każdą kolejną ciążą mają coraz większą liczbę komórek pochodzących od swoich dzieci. Te komórki – obok własnych komórek matek – mogą zostać przekazane, również poprzez łożysko, na młodsze pokolenia synów i córek. Dzięki temu także mężczyźni, którzy z oczywistych względów nie mogą uzyskać ich od płodu, stają się chimerami.

Jakie taki rodzaj transferu komórek, z matki na dziecko, może mieć konsekwencje? Ten temat jest słabiej zbadany. Można jednak przypuszczać, że znów będą to konsekwencje zdrowotne. Być może komórki przekazywane dziecku przez matkę uczestniczą w kształtowaniu układu immunologicznego albo chronią młodsze rodzeństwo przed rozwojem różnych chorób.

Świadomość, że nasze ciało składa się z genetycznie odmiennych komórek, nieco zmienia perspektywę, z której na siebie patrzymy. Nie zapominajmy jednak, że zawsze tacy byliśmy. Zmienił się tylko stopień naszej wiedzy. Mimo że nie jesteśmy jednorodni genetycznie, to jednak nadal jesteśmy indywidualnością – zbudowaną z mozaiki komórek. ©

Dziękujemy, że nas czytasz!

Wykupienie dostępu pozwoli Ci czytać artykuły wysokiej jakości i wspierać niezależne dziennikarstwo w wymagających dla wydawców czasach. Rośnij z nami! Pełna oferta →

Dostęp 10/10

  • 10 dni dostępu - poznaj nas
  • Natychmiastowy dostęp
  • Ogromne archiwum
  • Zapamiętaj i czytaj później
  • Wybrane teksty dostępne przed wydaniem w kiosku
  • Także w formatach PDF, EPUB i MOBI
10,00 zł

Dostęp kwartalny

Kwartalny dostęp do TygodnikPowszechny.pl
  • Natychmiastowy dostęp
  • 92 dni dostępu = aż 13 numerów Tygodnika
  • Ogromne archiwum
  • Zapamiętaj i czytaj później
  • Wybrane teksty dostępne przed wydaniem w kiosku
  • Także w formatach PDF, EPUB i MOBI
79,90 zł
© Wszelkie prawa w tym prawa autorów i wydawcy zastrzeżone. Jakiekolwiek dalsze rozpowszechnianie artykułów i innych części czasopisma bez zgody wydawcy zabronione [nota wydawnicza]. Jeśli na końcu artykułu znajduje się znak ℗, wówczas istnieje możliwość przedruku po zakupieniu licencji od Wydawcy [kontakt z Wydawcą]
Mariusz Gogól – doktor biochemii, biolog, popularyzator nauki. Specjalista komunikacji naukowej związany ze Stowarzyszeniem Rzecznicy Nauki od początku jego działalności. Współpracuje m.in. z Państwowym Wydawnictwem Naukowym, Serwisem Nowaja Polsza oraz… więcej

Artykuł pochodzi z numeru Nr 12/2019