Jsme o krok blíž k odhalení příčin neplodnosti

Přibližně každý pátý pár trápí porucha plodnosti. V řadě případů přitom odborníci neznají příčiny. To se snaží změnit tým docenta Jana Nevorala, který v Biomedicínském centru Lékařské fakulty v Plzni UK vede Laboratoř reprodukční medicíny. Jejich současný výzkum cílí na mitochondrie – zjednodušeně řečeno „elektrárny“ buňky – a jejich roli při vzniku nového života.

Asistovanou reprodukci využívá stále více párů, navzdory tomu však o reprodukci samotné toho spoustu nevíme. Proto vyvstává otázka, nakolik je asistovaná reprodukce bezpečná, když používáme nástroj, jehož biologickou podstatu nemáme plně probádanou. I to se snaží změnit tým docenta Jana Nevorala.

Ačkoliv docent Nevoral působí na lékařské fakultě, nevystudoval medicínu, ale Reprodukční biotechnologii na České zemědělské univerzitě. V plzeňském výzkumném centru také hlavní výzkum jeho tým provádí na zvířecích modelech, především myších a prasatech, které slouží jako modelové organismy velmi blízké člověku. „Výzkum vedeme směrem k lidské reprodukci, ale s lidským materiálem samozřejmě nemůžeme experimentovat tak, jak si to můžeme dovolit u buněk laboratorní myši. Žádný model není dokonalý, a proto jedině kombinace modelů umožňuje přenos poznatků do lidské reprodukční medicíny,“ podotkl docent Nevoral, který v rozhovoru pro magazín UK Forum také vyzdvihl to, že právě různorodost oborů, kterým se věnují členové a členky jeho týmu, přináší komplexní a originální pohled na celou problematiku reprodukční medicíny.

Jak moc je reprodukční biologie savců podobná té lidské?

Je a není. Modely používáme právě proto, abychom potom mohli naše poznatky přenést i k člověku. Výhody živočišných modelů jsou bezesporu v tom, že s nimi můžeme experimentovat. U jednodušších modelů, jako jsou myši nebo dokonce bezobratlí, si můžeme dovolit i genové manipulace, tedy vypínat a zapínat geny podle toho, jak potřebujeme. To poskytuje vysoce relevantní materiál. Vždy je ale potřeba k tomu přistupovat jako k modelu, myš není člověk, i když jisté podobnosti tam jsou.

Jakým hlavní výzkumným tématům se v laboratoři věnujete?

Takovou konstantou v čase jsou epigenetické regulace, což jsou informace, jež nejsou zapsané v genetickém kódu, ale přesto určují náš zjev. Tyto epigenetické značky jsou genomu nadřazené, ale i ony podléhají řízení – a my studujeme mechanismy, jak jsou epigenetické značky v buňkách kódované. Protože studujeme reprodukci a dědičnost, čteme epigenetický kód ve spermiích, vajíčkách a embryích.

Když se podíváme do historie, tak naše laboratoř začínala tím, že se věnovala testování některých environmentálních polutantů, v našem případě látek, které se nejčastěji uvolňují z plastů, a jejich dopadu na reprodukci. Duchovní otcem tohoto tématu je profesor Jaroslav Petr z Výzkumného ústavu živočišné výroby v Praze, se kterým dodnes spolupracujeme. Mimochodem, tam jsme dobře využili znalost epigenetických značek v pohlavních buňkách, jejichž epigenetický kód byl polutanty pozměněn; to nakonec vedlo k přenosu jisté míry neplodnosti na potomky, byť u myší.

V současné době se věnujeme tématu posttranslační modifikace proteinů (úprava proteinů s cílem změnit jejich vlastnosti, pozn. red.). Naše tělo a život vůbec je existencí proteinů. Protein jako takový ale nic neumí. Až ve chvíli, kdy ho opatříme příslušnými značkami, což jsou právě ony posttranslační modifikace, začne být užitečný. Tyto modifikace jsou důležité pro celé naše tělo, pro všechny tkáně, pro všechny buňky. Modifikace jsou také naprosto klíčové pro spermie, kde zatím nemáme přečtený podpis v podobě posttranslačních modifikací, který rozhoduje o tom, jestli je spermie zdravá nebo nemocná, tedy jestli je schopná nebo neschopná oplodnit vajíčko.

Nedávno vám vyšla studie v časopise FASEB Journal. O co v ní šlo?

Zabývali jsme se mitochondrií, což je veledůležitá organela a součást téměř každé buňky. Mitochondrie známe zjednodušeně jako elektrárny buňky, to ale rozhodně neplatí pro všechny buňky. My se zabýváme funkcemi mitochondrie v reprodukci a tam se chová docela jinak. Mitochondrie sama je navíc vybavena svou vlastní DNA, a tento mitochondriální genom se v procesu dědičnosti chová úplně jinak než genetická informace z jádra. A protože se mitochondriální DNA dědí zpravidla po matce, velmi se zajímáme o mitochondrie vajíčka, včetně mitochondriální DNA.

Co vás přivedlo na myšlenku zaměřit se právě na mitochondrie a u nich hledat ten možný kámen úrazu při problematice neplodnosti?

Přivedla nás k tomu spolupráce s profesorem Peterem Šutovským z University of Missouri, u kterého jsem strávil svou doktorandskou stáž. On má naprosto fantastické nápady. Už před pětadvaceti lety popsal, jak mitochondrie dědíme po matce, čili z vajíčka. To on jako první na světě popsal, jak jsou otcovské mitochondrie vyloučeny z procesu reprodukce. Přestože jsem na stáži u něj byl před více než 10 lety, s odstupem času jsem dostal pár nápadů, které pramenily z našeho výzkumu epigenetiky a posttranslačních modifikací proteinů – v biologii zkrátka všechno souvisí se vším. A tak jsme se k mitochondriím v naší laboratoři dostali až nedávno.

Jan Nevoral jako školitel vede také doktorandku Věru Vtípilovou, která je služebně nejmladší členkou jeho výzkumného týmu.

A co se tedy podařilo objevit v souvislosti s mitochondriemi ve vaší laboratoři?

Přinášíme dvě hlavní zjištění. Za prvé, mitochondrie byla považována za organelu, které čím je víc, tím líp. Mohlo by se logicky zdát, že pro vajíčko by to mělo platit dvojnásob jako pro jednu z největších buněk v těle. Ukázalo se ale, že to tak vůbec není, mitochondrií je tam obrovský nadbytek. Vajíčko i časné embryo se bez nadbytku obejde, a to platí i pro mitochondriální DNA.

A za druhé: předpokládali jsme, že každá mitochondrie nese alespoň jednu molekulu mitochondriální DNA. My jsme ale prokázali, že mitochondrie ve vajíčku dokážou přežít velice snadno bez mitochondriální DNA. Mitochondrie přesto funguje a plní svoje funkce, aniž bychom to na vajíčku nikterak poznali.

To je pro reprodukční medicínu docela klíčové zjištění – zatím jsme vycházeli ze zjednodušené představy, že o kvalitě vajíčka a embrya rozhoduje kvantita mitochondrií.

Prvoautorem studie, kterou jste o mitochondricích publikovali, byl váš doktorand (v současné době čerstvý absolvent) Miki Shavit. Jak moc do práce laboratoře přinášejí nápady, iniciativu a vlastní zkušenosti vaši doktorandi?

Myslím, že to krásně podtrhuje současnou podobu vědy, a to že solitéři nemají na růžích úplně ustláno a je třeba potkávat se v laborce a o věcech diskutovat. Miki je molekulární biolog a genetik. On do výzkumu naší laboratoře přinesl něco, co já nemám, a to je právě vhled molekulární genetiky. Bez něj by výsledná práce nevypadala vůbec tak, jak vypadá.

Na výsledné podobě článku se výrazně podepsala Katka Grygarová, má doktorandka, která Mikiho skvěle doplňovala. Katka jako lékařka přináší velmi cenné klinické komentáře. Bez nich se neobejdeme v přenosu poznatků do reprodukční medicíny člověka. Není překvapení, že své vlastní experimenty Katka plánuje trochu jinak a hodně se v nich zrcadlí její lékařské vzdělání.

Moje služebně nejmladší doktorandka Věra Vtípilová je zase evoluční bioložka. Při magisterském studiu se věnovala botanice a specializovala se na lišejníky. Mitochondrie samozřejmě s evolucí úzce souvisí a Věra tak přináší zase úplně jiný originální pohled, kterým sekunduje Katce. Je radost vidět, jak na sebe doktorandi svým způsobem navazují, od sebe se učí a navzájem se inspirují. Společně vytváří kreativní prostředí, ve kterém má každý dnešní nápad šanci změnit zítřejší svět.

Oddělení Biomedicínského centra, kde se dělají behaviorální pokusy na myších.

Tým si skládáte záměrně tak oborově pestrý?

Nedělám to tak, že bych si podával inzeráty na nějakou konkrétní specializaci. Když někdo projeví zájem zapojit se, nechám ho, aby k tomu řekl svoje. I když Věra je oborovým zaměřením trošku dál než Miki, ukazuje to, že to není handicap ale obrovské obohacení týmu, které otevírá nové obzory a možnosti.

Za těch deset let, kdy vaše laboratoř funguje, jak moc se jako obor změnila nebo pokročila reprodukční medicína? Jak moc dynamický obor to je?

V reprodukční medicíně jsou jisté konstanty. Pokud se budeme bavit o in vitro oplození v rámci asistované reprodukce, tak tam je řadu let zaběhlý postup injekce spermie do vajíčka. To je velmi dobře zavedená technika s vynikajícími výsledky, a proto se mění jen málo.

Jestli se něco změnilo, tak je to určitě počet klinik – čím dál více párů potřebuje a vyhledává služby asistované reprodukce, mnohdy je to spojené s odkládaným rodičovstvím a se zvyšujícím se věkem rodičovských párů. V populaci se také zvýšilo povědomí o tom, co to asistovaná reprodukce je; nakonec zjišťujeme, že každý ze svého okolí známe někoho se zkušeností s asistovanou reprodukcí anebo jsme to dokonce my sami.

Jistý pokrok zaznamenalo preimplantační genetické testování časných embryí. Tam míří i náš výzkum, protože testování mitochondriální DNA se zatím neprovádí a může učinit genetické testování ještě pokročilejším. Kde naopak pokrok postrádám, je vhled do etických problémů. Snažíme se proto studenty naší fakulty na etické aspekty asistované reprodukce upozorňovat, protože jestli to může někdo změnit k lepšímu, tak to je generace dnešních studentů.

Upozornit bych chtěl především na dárcovství gamet (pohlavních buněk, pozn. red.). Asi nejznámější jsou případy mužů, kteří chodí opakovaně darovat na kliniky. Ještě větší problém vidím v darování vajíček. Dárkyně sice před úkonem podepisují informovaný souhlas, ale pochybuji, že si jsou všechny vědomé rizik, které se s darováním vajíček pojí. Současný výzkum ukazuje např. na zvýšené riziko karcinomu vaječníků.

Otevíráte se studenty i problematiku genového inženýrství a manipulace?

Medici si mohou zapsat volitelný předmět Aplikovaná embryologie, kde přednáší zejména externí odborníci, kteří hovoří právě o tom, co všechno současná věda zvládne a co všechno si může dovolit. Nejenomže nemůžeme dělat všechno, co dokážeme, ale taky ne všechno je nutné. Např. v případě genetického testování embryí je hranice mezi vylepšením a mezi prevencí přenosu genetické choroby velice tenká.

V případě vyloučení výskytu například Downova syndromu hraje asistovaná reprodukce obrovskou pozitivní roli. Na tom se asi všichni shodneme. Tak jednoznačné už to ale není se selektováním na maligní choroby. Proč by děti po IVF měly mít výhodu toho, že nebudou trpět mutací genů BRCA 1 a BRCA 2, které jsou zodpovědné za možný výskyt rakoviny prsu a prostaty, oproti dětem, jež přišly na svět přirozenou cestou, a tím rizikem zatížené být můžou? V tom už se všichni neshodneme.

A když to vyženu až do absurdna, tak genetické vylepšování fenotypu jedince, tedy vzhledu člověka, je samozřejmě naprosto vyloučené. Na druhou stranu, toho se v civilizovaném světě příliš neobávám.

Témata spojená s reprodukční medicínou i vaším výzkumem často také popularizujete. Naposledy jste například přednášel pro veřejnost v Plzni na Noci vědců na konci září. Jaký vidíte v popularizaci smysl? Proč by se jí měli věnovat i ostatní vědci a vědkyně?

Pro mě byl vždy vzorem profesor Jaroslav Petr. Líbí se mi, co dělá pro Vesmír nebo Meteor. To on mi vysvětlil a vštípil smysl popularizace, kterou cítím jako jistý dluh veřejnosti. Můj plat nebo chemikálie, které spotřebuji nebo s ní zakopnu a vyliju ji na zem, zaplatili daňoví poplatníci, proto bych měl veřejnosti na revanš vysvětlovat, co tady děláme a jaký je smysl. A snažím se k tomu vést i svoje studenty. K naší práci to prostě patří, protože je to vůči veřejnosti fér.