Rozmowa z prof. Andrzejem K.Tarkowskim, laureatem Japan Prize 2002

Panie Profesorze, proszę przede wszystkim przyjąć gratulacje z okazji otrzymania japońskiego Nobla. Gdyby nie ta nagroda, pozostalibyśmy zapewne nieświadomi faktu, że to Pańskie badania przyczyniły się w dużym stopniu do sklonowania owcy Dolly. Czy prowadził je Pan Profesor razem z panią dr Anne McLaren?

Z panią dr McLaren znamy się od 1961 roku, czyli ponad 40 lat. Opublikowaliśmy jedną pracę wspólnie, ale w zasadzie pracowaliśmy niezależnie od siebie. Natomiast kontaktowaliśmy się dosyć często ze sobą oraz spotykaliśmy się na konferencjach i w laboratoriach. Każde z nas wniosło jednak osobny i trochę różny wkład do badań nad embriologią ssaków. Uznano, że nasze prace w pewien sposób się uzupełniały i stanowiły podstawę współczesnej biologii rozwoju ssaków, tej, która teraz święci swoje tryumfy właśnie w postaci klonowania.

Gdybyśmy zadali sobie trud i spróbowali dotrzeć do początków techniki klonowania ssaków, czy trafilibyśmy do Instytutu Zoologii Uniwersytetu Warszawskiego?

W pewnym sensie tak. Oczywiście nie tylko ja zajmowałem się tą problematyką, choć kiedy około 1957 roku zaczynałem swoje badania, to oprócz mnie embriologią eksperymentalną interesowało się zaledwie kilkunastu naukowców na świecie. Gdy w  Anglii w 1965 roku zorganizowano konferencję poświęconą wczesnym stadiom rozwoju ssaków, to wzięło w niej udział dokładnie 25 osób. Dzisiaj byłyby to tysiące badaczy..
Na Uniwersytecie Warszawskim przez wiele lat zajmowaliśmy się następującym zagadnieniem: jakie są optymalne warunki, żeby jądro komórki pobranej, czy to z zarodka, czy z dorosłego osobnika, uległo przemodelowaniu po wprowadzeniu go do komórki jajowej. Z tym, że myśmy obserwowali tylko wczesne fazy rozwoju. Te prace pomogły innym badaczom opracować techniki klonowania. 

Jaka wiedza była potrzebna Ianowi Wilmutowi, by mógł sklonować owcę Dolly?

Trzeba umieć hodować zarodki poza organizmem matki oraz wiedzieć jak przeprowadzać na nich zabiegi mikrochirurgiczne, a potem potrafić je wszczepiać do matek przyrodnich. Kiedy urodziła się owca Dolly, to wszystkie te techniki były już znane i dobrze opanowane. Należy pamiętać przy tym, że na ostateczny wynik złożyły się także lata prób. Pierwsze podjęto już w 1969 roku, czyli minęło prawie 30 lat nim doświadczenie sklonowania owcy się udało.

Dlaczego klonowanie budzi tak wielkie emocje?

Budzi emocje, ale w odniesieniu do człowieka. Natomiast sama technika badawcza uważana jest za niesłychanie użyteczną w poznawaniu procesu różnicowania komórkowego. Dla celów naukowych trudno przecenić jej znaczenie. Co się dzieje w genomie zarodka, czyli w informacji genetycznej tkwiącej we wszystkich jego komórkach w czasie rozwoju embrionalnego? Czy ta informacja się w pełni zachowuje?  Czy zachodzą jakieś nieodwracalne zmiany wraz z rozwojem i różnicowaniem się tkanek? Z pozytywnych wyników klonowania wynika, że takie nieodwracalne zmiany nie zachodzą. Bo jeżeli z jądra komórki pobranej z gruczołu mlekowego czy z komórek tworzących tkankę somatyczną jajnika może powstać nowy osobnik, to znaczy, że przynajmniej niektóre komórki dorosłego osobnika mają pełną informację genetyczną, taką, jaką ma zygota, czyli zapłodniona komórka jajowa.
Poza tym technika klonowania może być niesłychanie przydatna w hodowli zwierząt, na przykład jako metoda kopiowania osobników o szczególnych wartościach użytkowych.
Dzięki technice klonowania będzie można także niebawem produkować na dużą skalę w celach leczniczych ludzkie białka, których nie potrafimy otrzymać na drodze syntetycznej. Jeżeli doprowadzimy do transformacji komórki zwierzęcej, powiedzmy pobranej od krowy czy owcy, w taki sposób, że wprowadzimy do niej geny ludzkich białek i przeprowadzimy udany zabieg klonowania z wykorzystaniem jądra tej komórki, to w mleku dorosłego osobnika zwierzęcego te białka będą się wydzielać i to zwierzę będzie taką fabryką produkującą ludzkie białka, które są potrzebne w różnych sytuacjach. Na przykład białka uczestniczące w procesie krzepnięcia krwi potrzebne są chorym na hemofilię. W ten sposób klonowanie dałoby się wspaniale wykorzystać praktycznie - powielalibyśmy osobniki zwierzęce, których komórki zawierałyby geny ludzkich białek.
Do tego typu badań nie ma chyba zastrzeżeń ani obaw. Sprzeciwy pojawiają się, gdy powstaje groźba klonowania człowieka. Nikt jednak z poważnych badaczy, biologów czy lekarzy nie wypowiada się na rzecz tak zwanego klonowania reprodukcyjnego, to znaczy powielania tą metodą ludzi. Natomiast jest możliwość zastosowania tej metody do uzyskiwania wczesnych zarodków, z których po kilku dniach - trzeba pamiętać, że chodzi tu o zarodek najwyżej pięcio- lub sześciodniowy, który jeszcze nie wszczepił się do tkanek macicy, da się in vitro uzyskać zarodkowe komórki macierzyste. To są komórki, które mogą utworzyć dowolną tkankę. Gdybyśmy potrafili kierować ich różnicowaniem in vitro, to jeśli brakowałoby komuś komórek wątrobowychj, to moglibyśmy dokonać przeszczepu, ale pod warunkiem, że przeszczepiane komórki  zawierałyby jądro od tej osoby, bo wtedy organizm będzie uważał je za własne i nie dojdzie do ich odrzucenia. Problem polega na tym, że jeżeli się jądro wprowadzi do komórki jajowej i rozpoczyna się rozwój zarodkowy, to niektórzy uważają, że rozpoczęło się nowe życie ludzkie. Wobec czego nie wolno tego robić, gdyż uzyskanie komórek do przeszczepu oznacza niejako zabicie zarodka. To jest problem filozoficzno-etyczny i wiedza biologiczna, moim zdaniem, nie pomoże nam znaleźć rozstrzygającej odpowiedzi w tej kwestii.     
 

Inżynieria genetyczna i badania na embrionach. Czy są to pokrewne dziedziny?

Inżyniera genetyczna oznacza dokonywanie zmian w zespole genów, w jaki jest wyposażony organizm. Możemy włączyć do genomu jakiś obcy gen lub któryś unieszkodliwić. I w tym sensie ten termin jest używany.

Czy pan też się tym zajmuje?

Ja nie prowadzę tego typu badań genetycznych. Zajmuję się rozwojem zarodków myszy w okresie przedimplatacyjnym, to znaczy zanim z jajowodów dostaną się do macicy i w niej się zagnieżdżą. U myszy ten okres wynosi cztery i pół dnia. Na takich zarodkach przeprowadzam różne zabiegi eksperymentalne.    

Z uwzględnieniem manipulacji genetycznej?

W pewnym sensie tak, ale nie na poziomie genów, ale na poziomie całych zespołów chromosomów. Na przykład wywołujemy w zarodku tetraploidię, czyli podwajamy liczbę jego chromosomów i badamy skutki rozwojowe tej anomalii. Tego typu badania prowadzimy na Uniwersytecie Warszawskim od wielu lat. Jedna z przyczyn poronień u człowieka, i to jest całkiem spory procent przypadków, ma podłoże genetyczne takiego dużego kalibru. Chodzi właśnie o zaburzenia związane z liczbą chromosomów albo brakiem któregoś z nich. Na przykład zespół Downa u człowieka jest wywołany obecnością dodatkowego chromosomu. Manipulacje genetyczne na poziomie genów przeprowadza natomiast moja współpracowniczka, która za kilka miesięcy wraca ze Stanów Zjednoczonych, gdzie przez 3 lata uczyła się uzyskiwać zarodki pozbawione niektórych genów, aby móc badać skutki rozwojowe ich braku.

Panie Profesorze, czy nie jest zatem tak, że naukowcy w swoich laboratoriach naśladują po prostu naturę, która także nieustannie “eksperymentuje”. Weźmy chociażby pod uwagę wspomniany przed chwilą przez Pana zespół Downa.

Oczywiście, anomalie chromosomowe zdarzają się spontanicznie w przyrodzie. Całe szczęście, że rzadko. Szczęściem jest także to, że powodują wczesne obumarcie zarodka. Bo jeśli dochodzi do urodzenia zdeformowanego dziecka, to wtedy zaczyna się tragedia. My w laboratoriach opracowujemy natomiast techniki, które pozwalają uzyskiwać w sposób powtarzalny podobne anomalie u zwierząt doświadczalnych i wtedy dopiero można zbadać dokładnie ich skutki rozwojowe i w jakimś sensie przyczynić się do zrozumienia mechanizmu ich powstawania w warunkach naturalnych , a także znaleźć odpowiedź na pytanie: kiedy dochodzi do obumarcia zarodka z nienormalną liczbą chromosomów.

Pańskie nazwisko pojawia się także, gdy mowa o chimerach i zwierzętach transgenicznych. Terminy te brzmią bardzo tajemniczo. 

Chimera jest osobnikiem, który składa się z komórek wywodzących się pierwotnie z dwóch różnych zarodków. W warunkach doświadczalnych te zarodki mogą pochodzić od różnych rodziców i można wtedy powiedzieć, że osobnik-chimera ma czworo rodziców. Chimera jest osobnikiem jednego pokolenia i nie należy mylić jej z mieszańcem. Przypadki chimeryzmu, bez udziału eksperymentatora, zdarzają się w przyrodzie. U człowieka też.

W jakich warunkach?

To się dzieje samorzutnie i mechanizm powstawania osobników chimerowych nie jest dokładnie znany. Być może w niektórych przypadkach dochodzi do tego w wyniku bardzo skomplikowanego i zaburzonego systemu zapłodnienia komórki jajowej. Na przykład komórka jajowa dzieli się na dwie i do każdej z tych komórek wnika plemnik. Wtedy od początku mamy do czynienia z zarodkiem, w skład którego wchodzą dwie populacje komórek, nieco różne pod względem genetycznym. Jedne mogą, przykładowo, zawierać dwa chromosomy X, a drugie chromosom X i chromosom Y.

Ma Pan Profesor na myśli plemniki pochodzące od tego samego ojca?

Prawdopodobnie tak się dzieje najczęściej, ale nawet wtedy różnice genetyczne między dwoma populacjami komórek mogą być znaczne. Wiemy przecież jak bardzo mogą się różnić dzieci tej samej pary rodziców! Może jednak też się zdarzyć, że plemniki będą pochodzić od dwóch różnych mężczyzn. Znany jest przypadek, że kobieta urodziła bliźniaki, z których jeden był białym chłopcem, a drugi mulatem. Gatunek ludzki jest wielkim poligonem doświadczalnym.
Natomiast zwierzęta transgeniczne to są takie zwierzęta, którym dodano obcy gen. Mówiłem wcześniej o krowie, której dodano gen jednego z ludzkich białek.
 

Jak wyglądają zwierzęta transgeniczne?

Krowa z genem ludzkiego białka nie różni się wyglądem od innych krów. Jedynie biochemiczna analiza składu jej mleka wykaże, że jedno z kilkuset białek w nim zawartych to białko ludzkie.  

Panie Profesorze, jak wygląda Pańska pracownia na Uniwersytecie Warszawskim? Podobno, żeby zajmować się dziś nauką potrzeba olbrzymich laboratoriów wyposażonych w bardzo kosztowne urządzenia. Kiedy Pan zaczynał swoje badania, wystarczyło mieć pasję.

Coraz trudniej jest prowadzić badania, posiadając jedynie zapał. Ale to prawda, że przy pracy nad swoim doktoratem posługiwałem się mikromanipulatorkiem, który składał się z dwóch szkiełek i przyklejonej do nich igiełki. Jednak bardziej skomplikowanych zabiegów, jak wstrzykiwanie jąder do wyjądrzonych komórek jajowych, czyli zabiegów, które stanowią podstawę klonowania, przy użyciu takiego "sprzętu" nie dałoby się już zrobić.
Zakład Embriologii Uniwersytetu Warszawskiego został  dobrze wyposażony w ciągu ostatnich 10 lat i pod wieloma względami dorównujemy poziomem laboratoriom europejskim.
 

Jakie urządzenia się w nim znajdują?

Głównie są to tzw. mikromanipulatory, czyli urządzenia, które pozwalają przeprowadzać mikromanipulacje na bardzo małych komórkach. Komórka jajowa myszy ma średnicę  zaledwie 0,1 mm. Wszelkie operacje trzeba zatem przeprowadzać pod mikroskopem, a ruchy narzędzi takich jak igły czy pipety muszą być precyzyjnie kontrolowane. Mamy  też urządzenia do wytwarzania szklanych pipet o określonej grubości oraz do ich szlifowania.

Żywność transgeniczna, klonowanie, eksperymentalna embriologia ssaków – to kierunki, które obecnie zajmują uwagę biologów. Czego nowego możemy się spodziewać w nauce w najbliższej przyszłości?

Wielkie rzeczy dzieją się już na pewno w neurobiologii. Na przykład badania nad molekularnym podłożem pamięci.

Czy oznacza to, że zbliżamy się do poznania tajemnicy mózgu człowieka?

Na pewno tak, ale czeka nas jeszcze daleka droga. 

Panie Profesorze, co potrzebne jest badaczom najbardziej: wyobraźnia, marzenia czy ciekawość?

O ciekawości zwykło się mówić, że to pierwszy stopień do piekła, ale bez ciekawości nie ma nauki. Jeśli ktoś prowadzi tak zwane badania podstawowe, to kieruje nim głównie ciekawość. Anglicy mają nawet na to takie specjalne określenie: curiosity driven research. Dopiero potem pojawiają się możliwości zastosowania dokonanych odkryć. Na początku jednak nie da się ich przewidzieć, ani nawet sobie wyobrazić.

Zapomnieliśmy chyba jeszcze o jednym ważnym czynniku, jakim może być przypadek, który również Panu dopomógł dokonać odkrycia, które doprowadziło uczonych do  klonowania ssaków i, za które, między innymi, przypadła Panu nagroda Japan Prize.

Rzeczywiście, przypadkowo zdarzyło mi się zobaczyć dwukomórkowy zarodek myszy, w którym jedna z tych komórek została zniszczona. Nasunęło mi się wtedy pytanie: jakie będą dalsze losy takiego zarodka. Jeśli normalnie obie komórki uczestniczą w wykształcaniu dorosłego osobnika, to jeśli jedna z nich została zniszczona, można by się obawiać, że dojdzie do powstania niekompletnego zarodka. Okazało się jednak, że ta jedna komórka ma zdolność do wytworzenia normalnego osobnika. Dalsze badania nad rozwojem izolowanych blastometrów i nad chimerami wykazały, że we wczesnym okresie rozwoju embrionalnego zarodki ssaków są niesłychanie plastyczne, co stwarza ogromne możliwości eksperymentowania

I właśnie to doświadczenie stało się przełomem w rozwoju Pańskich badań w dziedzinie biologii rozwoju ssaków. Panie Profesorze, serdecznie dziękuję za czas, który mi Pan poświęcił.

W rozmowie brała także udział pani Teresa Tarkowska, żona pana profesora.

Prof. Andrzej K. Tarkowski (ur. 1933) od początku swojej kariery naukowej związany jest z Uniwersytetem Warszawskim, na którym od 1972 roku, z przerwą 6-letnią w latach 1981-87, kieruje Instytutem Zoologii. W wolnych chwilach zajmuje się fotografowaniem przyrody.