Badania naukowe

Nowe narzędzia badawcze, które konstruujemy, służą w naszych intencjach ratowaniu życia i podnoszeniu jego jakości. Problem leży zatem nie w pozyskiwaniu 
tych narzędzi, lecz w sposobach ich użycia.

Marian Nowy 

Pomysł stworzenia instytutu badawczego, zajmującego się problemami szeroko pojętej hodowli zwierząt, nasunął się prof. Teodorowi Marchlewskiemu jeszcze w czasie II wojny światowej – wspomina prof. Jędrzej Krupiński, obecny dyrektor Instytutu Zootechniki w Krakowie.
Zaraz po wyzwoleniu Krakowa prof. Marchlewski zaczął realizować swój zamiar. Stworzył w Uniwersytecie Jagiellońskim, gdzie miał już swoją katedrę, Instytut Zootechniczny. Zapleczem nowego instytutu zostały przejęte z Państwowego Funduszu Ziemi terenowe zakłady doświadczalne. W 1950 roku instytut przekształcono w resortową ogólnokrajową placówkę naukową Ministerstwa Rolnictwa. Pierwszym dyrektorem Instytutu Zootechniki został jego twórca prof. Teodor Marchlewski.

Dzisiaj Instytut mający swą siedzibę w Balicach pod Krakowem jest ogromną instytucją, z wieloma zakładami doświadczalnymi, a przede wszystkim z zakładami naukowymi. A same Balice (pierwotnie należały do Balickiego herbu Topór, następnie do Tęczyńskich) to jedna z najstarszych podkrakowskich wsi i znany port lotniczy. W pięknym pałacu, którego ostatnim właścicielem był książę Dominik Radziwiłł, urzędują teraz profesorowie zootechnicy.

Najbardziej spektakularne prace toczą się w Zakładzie Fizjologii Rozrodu Zwierząt. Prof. Zdzisław Smorąg, pracujący w Instytucie od 1966 roku, od 1973 roku zajmuje się m.in. problematyką związaną z transplantacją zarodków zwierząt gospodarskich, klonowaniem zarodków, uzyskiwaniem zwierząt transgenicznych. Współpracuje w tym zakresie z naukowcami wielu ośrodków na świecie. Obecnie prof. Smorąg pełni też funkcję zastępcy dyrektora Instytutu do spraw naukowych.

W Zakładzie Fizjologii Rozrodu Zwierząt można zobaczyć transgeniczne świnie z wszczepionym genem warunkującym odporność prosiąt czy modyfikującym skład tłuszczu, transgeniczne króliki z wprowadzonym genem, dzięki któremu królicza mama będzie produkować lepszej jakości mleko dla młodych, czy dorodne byczki narodzone z jednego, podzielonego w siódmym dniu życia, zarodka.

Badania nad klonowaniem zarodków zostały podjęte w Instytucie Zootechniki w połowie lat 80. Rozpoczęto je od ustalenia możliwości uzyskania „sztucznych” bliźniąt u owiec. Pierwsze takie bliźnięta (pierwsze w Polsce), urodziły się w 1986 roku. W ostatnich latach rozwijana jest w Instytucie metoda klonowania poprzez transplantację jąder komórkowych. Prace prowadzone są na zarodkach króliczych, kozich i bydlęcych. W tym przypadku otrzymuje się klony składające się z jednego lub kilku zarodków.

Najnowszą metodą, która wkracza jak dotąd najgłębiej w układ genetyczny, jest transgeneza: możliwość zmiany organizmu poprzez wprowadzanie genów z zewnątrz. Transgeneza i klonowanie są nadal przyszłościowymi technikami. Jednak od odkrycia procesu biologicznego do technologii jest daleka droga. W Instytucie Zootechniki pracuje się właśnie nad rozwojem tej technologii. Metoda musi być wydajna, aby nadawała się do produkcji.

KLONOWANIE KLONOWANIU NIERÓWNE

Na czym polega klonowanie zwierząt? – Aby uściślić, co rozumiemy pod pojęciem klonowania, należy na wstępie dokonać rozróżnienia na klonowanie zarodkowe i klonowanie somatyczne – wyjaśnia prof. Smorąg. – Nie wchodząc zbyt głęboko w szczegóły metodyczne można powiedzieć, że klonowanie zarodkowe polega na uzyskiwaniu genetycznie identycznych osobników z jednego zarodka, jest więc multiplikowaniem organizmu zwierzęcego w bardzo wczesnym stadium jego rozwoju, kiedy trudno określić jednostkowe, osobnicze cechy takiego klonu. W zależności od użytej metody w klonowaniu zarodkowym możemy uzyskać od dwu do kilkudziesięciu identycznych osobników. Taką naturalną odmianą klonowania zarodkowego są jednojajowe bliźnięta. Natomiast historia klonowania zarodkowego metodą bisekcji, czyli dzielenia zarodka na połowę, liczy lat kilkadziesiąt. Pierwsze identyczne bliźnięta owiec i bydła urodziły się w Polsce po zastosowaniu tej techniki właśnie u nas, w Instytucie Zootechniki, kilkanaście lat temu.

Inaczej rzecz wygląda w klonowaniu somatycznym, jego istotą jest bowiem możliwość uzyskiwania identycznych osobników, których „matrycą”, mówiąc w przenośni, mogą być zwierzęta w różnym wieku, od płodu poczynając, a na osobniku dorosłym kończąc. Oznacza to, że możemy dzięki klonowaniu somatycznemu uzyskać zwierzę identyczne pod względem genetycznym ze zwierzęciem już istniejącym i dobrze poznanym, możemy przy użyciu tej metody – jeśli oczywiście pokonamy barierę, jaką jest jej niska bardzo wydajność – uzyskać w krótkim stosunkowo czasie praktycznie nieograniczoną liczbę pożądanych, wyjątkowo cennych lub wyjątkowo rzadkich zwierząt.

Klonowanie somatyczne, zapoczątkowane uzyskaniem 5 lat temu przez zespół Iana Wilmuta owcy Dolly, budzi wciąż olbrzymie zainteresowanie. Wciąż jednak, mimo iż problematyką klonowania somatycznego zajmuje się wiele renomowanych laboratoriów na świecie i od czasu do czasu niektórym z tych zespołów udaje się uzyskać klon zwierzęcia, efektywność tej metody jest bardzo niska, wykluczająca na razie jej zastosowanie w praktyce hodowlanej. W Polsce prace nad klonowaniem somatycznym zwierząt oprócz naszego Instytutu Zootechniki w Balicach, prowadzone są jeszcze na owcach w Instytucie Genetyki i Hodowli Zwierząt PAN Jastrzębiec.

– W Balicach prowadzimy badania nad klonowaniem królików, kóz i bydła. Ostatnio, jak sądzimy, uzyskaliśmy klon w postaci dwu koziołków, aby mieć stuprocentową pewność, weryfikujemy jeszcze nasz wynik za pomocą testów molekularnych – przyznaje profesor.

SEKSOWANIE I TRANSGENEZA

Obok badań nad klonowaniem, zespół prof. Smorąga prowadzi badania na kilku innych obszarach. Do najważniejszych z nich, o największym potencjale możliwości, należą badania z zakresu regulacji płci poprzez seksowanie plemników, czyli podział nasienia na frakcję żeńską i męską, oraz badania z zakresu transgenezy zwierząt. Co więcej, badania te wpisują się w główny nurt światowej biotechnologii rozrodu zwierząt. Prof. Smorągowi udało się stworzyć zespół bardzo kompetentnych pracowników naukowych, reprezentujących różne specjalności, a także stworzyć nie odbiegające od światowego poziomu laboratoria wyposażone w najwyższej klasy sprzęt.

Potwierdzeniem wysokiego poziomu prac prowadzonych w Balicach są liczne publikacje w najlepszych międzynarodowych i polskich czasopismach specjalizujących się w biotechnologii i rozrodzie zwierząt. Takim potwierdzeniem jest też bogata współpraca międzynarodowa, m.in. z Niemcami, Francją, USA i Japonią, a także najlepszymi krajowymi placówkami zajmującymi się tą problematyką. Jej owocem są wspólne publikacje.

– Ostateczną weryfikację naszych wysiłków badawczych stanowią jednak efekty praktyczne – przyznaje prof. Smorąg. – Nie waham się stwierdzić, że wszystkie nasze prace mają charakter badań aplikacyjnych, dotyczą bowiem metod i technologii, które w bliższej czy dalszej perspektywie znajdą zastosowanie w produkcji zwierzęcej i nie tylko. Niektóre z tych metod mogą być bowiem wykorzystane w przedsięwzięciach interdyscyplinarnych.

Przykładem takiej metody jest transgeneza, której znaczenie daleko wykracza poza obszar i potrzeby samej hodowli zwierząt. Wychodzi ona naprzeciw potrzebom farmacji i medycyny. Przykładem takiego wykorzystania zwierząt oraz metod transgenezy i klonowania jest przygotowany przez 10 zespołów reprezentujących różne specjalności (biologia molekularna, chirurgia transplantacyjna, mikrobiologia oraz embriologia i rozród zwierząt) kompleksowy projekt badawczy poświęcony ksenotransplantacji. Chodzi o wyprodukowanie transgenicznych świń, tak zmodyfikowanych genetycznie, aby ich organy mogły być użyte na potrzeby transplantologii u człowieka. Na pytanie, czy człowiek nie będzie psychicznie „odrzucał” takiego przeszczepu, profesor odpowiada: – Sądzę, iż chory na serce pacjent czekający na przeszczep nie będzie zastanawiał się, od kogo ono pochodzi, byle mógł nadal żyć.

JAK POWSTAJE TRANSGENICZNE ZWIERZĘ?

Najpierw należy uzyskać konstrukt genetyczny – tłumaczy profesor. Metody biologii molekularnej pozwalają na to, by w warunkach laboratoryjnych wyprodukować gen odpowiedzialny za taką czy inną interesującą nas cechę zwierzęcia. Tak wyprodukowany konstrukt genetyczny możemy, stosując odpowiednie metody embriologiczne, wprowadzić do genomu zarodka we wczesnym stadium jego rozwoju. 

Tutaj ma on szansę, niewielką wprawdzie, ale realną, aby w jakimś miejscu na chromosomie podjąć swoje funkcje. Oznacza to, że jeśli taki zarodek przeniesiemy do odpowiednio przygotowanej biorczyni i zacznie się on dalej rozwijać, to w odpowiednim czasie urodzi się zwierzę transgeniczne, czyli zwierzę posiadające nową cechę, jakiej nie miałoby w normalnym rozwoju. Może ono produkować mleko, w którym znajdzie się jakieś szczególne białko, może to być zwierzę, które ma zmienioną barierę immunologiczną itp. Co najważniejsze: cechy zwierząt transgenicznych podlegają dziedziczeniu, zatem jeden transgeniczny osobnik może być założycielem linii zwierząt transgenicznych.

– A co w przyszłości – pytamy profesora? – Myślę, że nasze badania w najbliższych latach nadal koncentrować się będą na trzech głównych zagadnieniach, a więc: regulacji płci poprzez seksowanie plemników, klonowaniu i transgenezie. Spektakularne wyniki, które na świecie uzyskano w tym zakresie, a zaliczam do nich niektóre z wyników naszych badań, otworzyły nowe możliwości, ale zarazem nasunęły wiele pytań i problemów do rozwiązania. Teraz trzeba żmudnych, mało efektownych poszukiwań, aby olbrzymi potencjał możliwości, które się przed nami otworzyły, mógł zaowocować opracowaniem nowych metod i technologii.

NIEPRZEKRACZALNE BARIERY

Trwa dyskusja nad etycznymi aspektami badań, takich jak klonowanie i transgeneza, ich wpływem na środowisko, jak prof. Smorąg odniósłby się do zasadniczych nurtów tej dyskusji?
– Aby rozsądnie mówić na temat etycznych aspektów prowadzonych przez nas badań, należy uporządkować i dobrze zdefiniować to, o czym mówimy. Transgeneza czy klonowanie to pewne hasła. By je uściślić, trzeba powiedzieć, czego dotyczą, z jakim organizmem mamy do czynienia, co chcemy osiągnąć w wyniku tych badań. Jest faktem, że około 10 procent ludzi jest uczulonych na laktozę – ważny składnik mleka. Jeśli wyhodujemy krowy, które będą miały odpowiednio obniżony poziom laktozy w mleku – rozwiążemy problem, z którym borykają się miliony ludzi na świecie. Jeśli wyhodujemy świnie, których organy będą mogły posłużyć do transplantacji dla ludzi – uratujemy następne setki tysięcy ludzi, którzy z braku dostępu do organów muszą dziś umrzeć. Jeśli uzyskamy klony wysokomlecznych krów czy innych zwierząt o pożądanych i zbawiennych dla wielu ludzi cechach, jeśli dzięki wykorzystaniu klonowania somatycznego zachowamy ginące gatunki zwierząt, a być może dokonamy restytucji wymarłych już gatunków, osiągniemy cele, które służyć będą ludziom i środowisku.

Zatem badania, które prowadzimy, służą pozyskaniu pewnych skomplikowanych narzędzi, ale mimo ich nowej i złożonej natury nadal można odnosić do nich analogię biblijnej przypowieści o Kainie i nożu, którym zabił brata Abla. Nóż służy zasadniczo do krojenia chleba, nowe narzędzia badawcze, które konstruujemy, służą w naszych intencjach ratowaniu życia i podnoszeniu jego jakości. Problem leży zatem nie w pozyskiwaniu tych narzędzi, lecz w sposobach ich użycia.

Jeśli obronimy zasadnicze wartości, które legły u podstaw rozwoju cywilizacji, nie musimy obawiać się nowych technologii. Ta obrona musi polegać na ustanowieniu nieprzekraczalnej bariery, którą stanowi życie człowieka i godność jego osoby. Jej przekroczeniem jest na pewno klonowanie człowieka – wielka redukcja nie tylko w biologicznym znaczeniu.

KALENDARIUM Badania z zakresu nowoczesnej biotechnologii rozrodu zwierząt podjęte w Zakładzie w połowie lat 70. zaowocowały uzyskaniem wielu spektakularnych wyników. W 1976 r. w ramach badań nad przenoszeniem i kriokonserwacją zarodków uzyskano jedne z pierwszych w świecie jagniąt, a w 1977 r. urodziły się pierwsze w Polsce cielęta otrzymane w wyniku transplantacji mrożonych zarodków. Następnym etapem były prace nad witryfikacją, czyli szczególnym rodzajem szybkiej kriokonserwacji zarodków. Badania z tego zakresu prowadzone na zarodkach królików, owiec i bydła uwieńczone zostały w 1988 r. otrzymaniem pierwszych w świecie jagniąt po transplantacji witryfikowanych zarodków. W następnych latach badania poszerzone zostały o mikromanipulacje na zarodkach, takie m.in. jak bisekcja i klonowanie metodą fuzji jąder komórkowych z oocytem. Wynikiem tych prac było uzyskanie pierwszych w Polsce „sztucznych” bliźniąt: w 1986 r. u owiec, a w 1988 r. u bydła. W ostatnich latach badania z zakresu klonowania koncentrują się na klonowaniu somatycznym. W ich wyniku uzyskuje się sklonowane zarodki królicze, kozie i bydlęce. Uzyskane na początku tego roku koziołki są weryfikowane testami molekularnymi i jest szansa, że dołączą one do bardzo nielicznej jak dotąd na świecie grupki uzyskanych w wyniku klonowania somatycznego zwierząt tego gatunku. W ramach badań nad pozaustrojowym uzyskiwaniem zarodków opracowano kompleksową metodę uzyskiwania, oceny, dojrzewania, zapładniania i hodowli oocytów i zarodków bydlęcych. Rezultatem tych prac było uzyskanie w 1989 r. pierwszego w Polsce cielęcia po transplantacji zarodka, wyprodukowanego przy użyciu kompleksowej metody in vitro. Równolegle do badań nad klonowaniem prowadzone były od pierwszej połowy lat 90. badania nad uzyskiwaniem zwierząt transgenicznych. Transgeneza należy bowiem do tego kierunku biotechnologii, który ma bardzo obiecujące perspektywy wykorzystania nie tylko do potrzeb hodowli i produkcji zwierzęcej. Efektem badań nad transgenezą było uzyskanie pierwszych na świecie transgenicznych świń i jednych z pierwszych transgenicznych cieląt. W Balicach są też transgeniczne króliki i kozy.

Komentarze