Genetické manipulace a koně: jde to dohromady?

22. 05. 2018 06:00

Obrázky: 5

Autor: David Němeček Rubrika: Chov koní Počet přečtení: 2649 Komentuji zde: Ne Bookmarkován 0 krát

„Rychlejší, silnější, lepší“ – takové prohlášení jsme si mohli přečíst v nedávných výrocích argentinské společnosti Kheiron Biotech, jejímž cílem je už v roce 2019 vytvořit koně s mutací v genu pro myostatin. Jinými slovy vytvořit jako první geneticky modifikovaného koně neboli GMO. Každý zajisté o GMO slyšel a vzhledem ke skutečnosti, že celkový pohled na GMO a genetické modifikace je často zkreslený, rád bych v tomto článku některá fakta osvětlil.

Cílem genetických modifikací je do organismu vnést novou vlastnost ve formě cizí DNA nebo pozměnit organismu jeho vlastní DNA. Samotná DNA je složená ze čtyř stavebních bloků, tedy nukleových bází, které se označují písmenky A, G, C a T (adenin, guanin, cytosin, thymin). Tyto nukleové báze jsou spojené do dvou řetězců, vzájemně namotaných ve formě dobře známé dvoušroubovice. Pro funkce DNA, jako třeba pro zkopírování celé DNA při dělení buněk, je důležité pravidlo, že se vzájemně váže vždy adenin s thyminem a cytosin s guaninem. Kvůli vzájemnému párování bází můžeme na základě pouze jednoho řetězce DNA určit sekvenci druhého a současně nám to umožňuje připojit námi v laboratoři vytvořený úsek DNA (nebo RNA; ribonukleové kyseliny) na specificky vybrané místo.

DNA je obsažena ve většině buněk těla, a pokud si vezmeme jednu takovou buňku, třeba fibroblast, který vytváří vazivovou tkáň, obsahuje jeden koňský fibroblast zhruba 2,7 miliard páru nukleových bází. Tyto nukleové báze jsou u koně rozděleny do 32 chromozomů a nachází se na nich přibližně 20 000 genů vytvářejících proteiny. Mimo protein-kódující geny se na DNA nachází velké množství dalších zajímavých míst, které z velké části regulují aktivitu genů, tedy jak hodně se určitého proteinu vytvoří. Z hlediska genového inženýrství jsou zajímavé jak protein kódující geny, tak i úseky regulující jejich aktivitu. Oboje lze totiž upravit cíleným zásahem.

První experimenty s genetickými modifikacemi lze datovat do 80. let 20. století a zejména díky rozvoji nástrojů pro genetické manipulace došlo v posledních letech k znatelnému rozšíření toho, co lze dělat. Má-li být genetická manipulace úspěšná a efektivní, je potřeba dokázat zasáhnout přesný úsek DNA.

Představme si, že máme v genu pro určitý protein následující sekvenci: TATAACATGCTTATGC a chceme, aby došlo k vypnutí jeho aktivity a protein se netvořil. Zároveň je však silně nežádoucí, aby omylem došlo k vypnutí nějakého jiného genu. Pokud by se totiž vypnula aktivita životně důležitého genu, mělo by to pro organismus katastrofální následky.

Rozhodli jsme se tedy naši sekvenci rozdělit přesně v tomto místě TATAACA-TGCTTATGC. Do vzniklé mezery se následně může zabudovat pár písmenek DNA navíc, a přestože se může zdát, že se jedná o malou změnu, pro funkci genu to může mít nedozírné důsledky vedoucí k tvorbě např. nefunkčního proteinu.

Pokud se podíváme právě na myostatin, jedná se o protein regulující tvorbu svalových buněk a tím i velikost svalů. Jeho fyziologickou funkcí je omezovat tvorbu svalových vláken a jeho nefunkčnost vede k výraznému nárůstu svalové hmoty. Kulturisté budou nejspíše myostatin proklínat, ale předpokládá se, že z evolučního pohledu má opodstatnění. Starat se o svalovou hmotu je náročným procesem a v době, kdy nebylo zdrojů nazbyt, by bylo neekonomické investovat všechno pouze do svalů.

Efekt nefunkčnosti myostatinu je dobře známý u skotu plemene belgický modrobílý, kde se mutace v myostatinu objevila přirozeným způsobem a cíleným šlechtěním byla rozšířena. Stejného efektu na míru osvalení lze dosáhnout právě i umělým vypnutím genu pro myostatin, kdy se za účelem poznání funkce myostatinu např. podařilo získat myš kulturistu.

Zasáhnout přesné místo DNA a zároveň nepoškodit jiné místo bylo v prvních obdobích genových manipulací nemožné. Průlom nastal až po objevu nových nástrojů, jako jsou Zinc finger nukleasy, TALENy a nejnověji CRISPR-Cas9 systém. Využití prvních dvou zástupců je komplikováno složitostí manipulace, finanční náročností a v porovnání s CRISPR-Cas9 i menší přesností toho, kde dojde ke změně DNA. Právě objev CRISPR-Cas9 systému v roce 2012 byl průlomem ve světě vědy.

Co tedy CRISPR-Cas9 vlastně je?

V podstatě se jedná o modifikovaný nástroj přirozeně se vyskytující u bakterií, které ho používají jako ochranu před viry, tvoří tedy imunitní systém bakterií. Systém CRISPR-Cas9 je složen z vlákna RNA, které funguje jako „naváděcí“ část. Specifická sekvence písmenek nukleových bází této „naváděcí“ RNA se totiž naváže pouze na specifické místo buněčné DNA.

Další částí CRISPR-Cas9 jsou molekulární nůžky, které dokáží stříhat vlákna DNA. Po nasednutí CRISPR-Cas9 na specifické místo DNA určené molekulou RNA dojde k nastřihnutí DNA a vznikne mezera. Jelikož buňka nechce mít děrovanou DNA, rozhodne se toto místo ihned opravit. Při opravě se však může zabudovat pár písmenek navíc, které způsobí nefunkčnost daného genu. Rovněž je možné, že se do mezery zabuduje námi dodaný nový gen.

Hlavní předností systému CRISPR-Cas9 není pouze vysoká přesnost, ale zároveň i relativní snadnost využití. Uměle vytvořit vlákno „naváděcí“ RNA o přesně dané sekvenci písmenek nukleových bází je snadným procesem v porovnání tvorbou zing finger nukleas nebo TALENu.

K čemu je nám tedy dobrá vysoká přesnost, kam můžeme v DNA cílit?

Velmi důležité to je pro dvě odvětví. Prvním je výzkum, neboť pomocí této metody můžeme velice rychle a efektivně zjistit, k čemu je dobrý určitý gen. Genů je velké množství a zdaleka nevíme, co všechny geny dělají a právě např. umělé vypnutí daného genu nám ukáže, jakou má vlastně funkci.

Dalším odvětvím je medicína, kdy nám CRISPR-Cas9 umožňuje efektivně vytvářet modely lidských chorob a následně i nové léky. Současně se tyto metody dají využít ke genové terapii, což je v podstatě oprava poškozeného genu v těle člověka trpícího dědičnou poruchou. Jedním z cílů může být třeba dědičná choroba Duchenneova svalová dystrofie. Při této chorobě dochází k postupné ztrátě svalové hmoty, přičemž zhruba ve věku 12 let postižený člověk již nemůže sám vstát. V posledním stádiu dojde ke ztrátě dýchacích a srdečních svalů s fatálním důsledkem pro život. Průměrná délka života těchto pacientů je pouze 25 let. Metodou CRISPR-Cas9 se u myšího modelu Duchenneovy svalové dystrofie podařilo poškozený gen opravit a obnovit tvorbu proteinu dystrofinu, který u postižených lidí chybí. Výzkum terapeutického využití CRISPR-Cas9 a ostatních genetických nástrojů je v podstatě na začátku, potenciál je však velký.

Hudba daleké budoucnosti?

Sice se pravděpodobně jedná o hudbu daleké budoucnosti, ale lze rozhodně uvažovat i o využití nástrojů genetické manipulace ve veterinární medicíně. Jedním z cílů by mohla být dědičná porucha koní polysaccharide storage myopathy (PSSM). Jedním ze zdrojů energie pro svaly je glykogen a z toho důvodu se ve svalech vytváří zásobu glykogenu. Pro tvorbu glykogenu slouží několik enzymů, a pokud je dědičná informace jednoho z těchto enzymů poškozena, je daný enzym nefunkční a ve svalech se začne glykogen hromadit v nadměrném množství. Zejména při zátěži dochází u takto postiženého koně k poškození svalů s charakteristickými symptomy označovanými jako tzv. tying-up, což je problém u nás označovaný jako černé močení či sváteční nemoc.

Metodami genové terapie by teoreticky bylo možné opravit dědičnou informaci postiženého enzymu a umožnit běžné využívání takového koně. Současně by bylo možné u chovných koní zamezit předávání této poruchy na potomstvo.

„Výroba“ GMO koně

Nyní se vrátíme k úvodnímu výroku „rychlejší, silnější, lepší“, neboť genetické manipulace zároveň umožňují tvorbu „vylepšených zvířat“ a v našem případě tedy „vylepšených koní“. Zjednodušeně může proces tvorby geneticky modifikovaného koně vypadat následovně. Od kobyly se odebere oocyt (vajíčko), ke kterému se následně přidají spermie hřebce a v podstatě se provede in vitro oplození („ve zkumavce“). Již odebraný oocyt nebo embryo vzniklé po oplození lze ošetřit nástroji genetického inženýrství. To znamená, že se například speciální kapilárou do oocytu vpíchne CRISPR-Cas9 systém, který si následně najde přesně danou sekvenci DNA a tu pozmění. Jelikož z oplozeného oocytu vzniknou v průběhu embryonálního vývoje všechny ostatní buňky koňského těla, ponesou si zároveň všechny tyto buňky pozměněnou DNA. Vzniklé embryo se následně embryotransferem přenese do vhodné kobyly, která hříbě jednak donosí a následně se o něj postará.

Pokud se tedy vše povede, získáme koně, který je v něčem jiný, než kdyby vzniknul přirozenou cestou. Velice často se však vše nepovede, úspěšnost celého uvedeného postupu je velmi nízká a do této doby se prozatím nepodařilo získat geneticky upraveného koně. Vrátíme-li se k myostatinu, mohl by tímto způsobem vzniknout kůň, který bude mít více svalové hmoty. Od takového koně bychom poté mohli očekávat lepší výkon třeba ve sprinterských dostizích. U dostihových psů plemene whippet je prokázáno, že whippeti s přirozeně se vyskytující mutací myostatinu mají lepší výkonnost. Platí zde však pravidlo, že všeho moc škodí.

Každý gen máme ve dvou alelách (či zjednodušeně kopiích), kdy jedna alela pochází od otce a druhá od matky. Pokud má náš dostihový whippet nefunkční obě alely pro myostatin, stane se z něj opravdový svalovec, ale v rychlém běhu zaostává. Nikdo by nejspíše neočekával, že „namakaný“ kulturista zároveň bude sprinterem. Jiná situace nastane, když má náš whippet nefunkční pouze jednu alelu; takový pes má pořád více svalů (v porovnání s „normálním“ whippetem), ale už to není úplný kulturista, dokáže však na dráze podávat lepší výkony.

U dostihových koní znamenají lepší výkony možnost získat více peněz z výher a to je bezesporu velkým lákadlem. U koní je to však s myostatinem trochu jinak než třeba u psů. Vliv myostatinu na exteriér koní je totiž mírnější v porovnání s whippety, význam však má. Ukázalo se, že na základě posouzení variant v genu pro myostatin u plnokrevných koní lze predikovat, na jakou vzdálenost dostihů bude mít vybraný plnokrevník největší talent. Zda bude mít potenciál spíše ve sprinterských dostizích, středních tratích nebo vytrvaleckých dostizích.

Potenciál pro určitou vzdálenost je z velké části určen zastoupením typů svalových vláken ve svalech. Ty můžou být základně buď tzv. slow-twitch nebo fast-twitch. Slow-twitch vlákna vydrží pracovat dlouho bez únavy a jsou tedy ideální pro vytrvalce. Naopak fast-twitch vlákna jsou zodpovědná za rychlé kontrakce, jsou však unavitelná a hodí se více pro sprintery.

Tréninkem lze zastoupení typů svalových vláken ve svalech koní změnit pouze nepatrně a z toho důvodu lze říci, že s čím se narodí, to bude mít. U koní různé varianty myostatinu ovlivňují právě zastoupení typů svalových vláken ve svalech. Znalost dostihového potenciálu může pomoci s naplánováním tréninkového plánu a za tímto účelem je již i dostupný genetický test, který je např. v Anglii využíván na odhad potenciálu daného plnokrevníka.

Naskýtá se otázka, jaký vliv mají různé varianty myostatinu na výkonnost koní v ostatních jezdeckých sportech a kam by výkonnost posunulo umělé vypnutí genu pro myostatin. Pokud se společnosti Kheiron Biotech skutečně povede vytvořit geneticky upraveného koně, možná na tyto otázky získáme odpověď.

Za účelem zvýšení výkonu je možné se zaměřit na řadu dalších genů. Je třeba možné uvažovat o genetické manipulaci, která by vedla ke zvýšení produkce erytropoetinu (EPO). Pro tělesnou aktivitu je potřebné zásobení svalů kyslíkem. Můžeme říci, že čím více se kyslíku do svalu dostane, tím déle vydrží pracovat, aniž by se svaly unavily. Kyslík je v těle roznášen navázaný na hemoglobin, kterým jsou nacpané červené krvinky (erytrocyty). Pokud tedy bude v krevním řečišti více červených krvinek, budou moci navázat více kyslíku a ten dopravit do svalů.

EPO je právě hormonem, který fyziologicky zvyšuje množství červených krvinek. Pokud uměle zvýšíme množství EPO, zajistíme tím i lepší zásobení svalů kyslíkem a výkonnost. Tento fakt platí u lidských sportovců, kde je EPO používaný jako doping. U koní se zdá využití EPO sporné, protože koně mají přirozeně velkou zásobu červených krvinek ve slezině a pokud musí absolvovat nějakou aktivitu, jsou červené krvinky ze sleziny vyplaveny za účelem zlepšení zásobení tkání kyslíkem. Na druhou stranu kvůli tomu, že je EPO takříkajíc profláklý, je pravděpodobné, že se na zvýšení jeho produkce zaměří i genetické manipulace.

Uvedl jsem pouze pár příkladů, kde se mohou genetické manipulace využít. V podstatě se však blížíme k době, kdy to, co je teoreticky možné, je omezené pouze naší představivostí. Genetické manipulace mají obrovský potenciál právě třeba v medicíně, rovněž ale mohou být zneužity. Je tedy jen na nás, jak se k nim postavíme.

Proto se vás zeptám, nechali byste si vytvořit geneticky upraveného koně? Třeba s vysněnou barvou?

Připojené obrázky

Připojené články

03.01. 2018 11:00 Geneticky upravený super-kůň už v roce 2019?

Ohodnoť článek:

1 2 3 4 5

Čím více bodů, tím lepší hodnocení.

Článek hodnotilo 0 čtenářů. Celkový počet bodů: 0.

Linkuj na:

Sdílej článek na Linkuj.cz Sdílej článek na Jagg.cz Sdílej článek na De.licio.us Sdílej článek na Connotea.org Sdílej článek na Facebook.com


Equichannel na Facebooku

Děkujeme
našim
partnerům: