Vajíčko jako filmová hvězda

„Zdravý novorozenec je zázrak,“ říká embryoložka Zuzana Holubcová (34). A z jejích úst to není fráze. Jako první na světě nafilmovala, co se děje uvnitř lidského vajíčka (a taky co vše se může pokazit) před oplodněním. Její výzkum by mohl zvýšit úspěšnost umělého oplodnění. „Ukázalo se, že u některých žen se oplodnění provádí moc ‚brzo‘. Díky mé metodě lépe poznáme, jestli už je vajíčko skutečně zralé,“ říká. Výsledky její práce zveřejnil nejrespektovanější vědecký časopis Science. A vědkyni nyní ocenil i Nadační fond Neuron milionovým grantem na další výzkum.

Rozhovor vyšel v časopise TÉMA č. 39/2016.
Publikováno s laskavým svolením autorky Lenky Vrtiškové Nejezchlebové a redakce.

„It's fascinating, isn't it?! – To je fascinující, že?!“ Těmito slovy komentovala váš výzkum, který jste prováděla v Cambridge, sama britská královna Alžběta II. Je pro mladou českou vědkyni v něčem fascinující setkání s královnou?
Musím říct, že mnohem víc mi v životě dalo setkání s některými vědci a vědkyněmi, ale fascinující bylo, jak se změní atmosféra, jaký je kolem rozruch, když má královna přijít. Dolehlo to i na moji německou šéfovou, která chladně prohlašovala, že mnohem víc by pro ni znamenalo, kdyby přišla Angela Merkelová. A pak, úplně bezděčně, udělala před královnou pukrle (směje se).

Tak jak se to seběhlo?
Jen aby se to nepletlo, institut, ve kterém jsem pracovala, není ta známá univerzita v Cambridge, ale je to součást britské akademie věd pro medicínský výzkum. Má velkou tradici a na kontě spoustu průlomových objevů, včetně objasnění struktury DNA. A náš institut otvíral novou supermoderní budovu, a jelikož právě královna kdysi otevírala tu starou, přijela i tentokrát. Naše skupina byla vybrána mezi čtyři vědecké týmy, které prezentovaly svoji práci. Možná i díky tomu, že jsme točili videa, na která se pěkně kouká, a taky se dá docela srozumitelně vysvětlit, proč vajíčka zkoumáme. Než královna přijela, měli jsme dokonce nácvik, královnu hrála figurantka v kloboučku. Pak ochranka, okolo ostřelovači... A dorazila královna.

A váš první dojem?
Velmi malá, bledá v obličeji, výrazná červená rtěnka. Připomínala mi moji dávno zesnulou babičku. Šéfová pak představila náš projekt, královna se podívala do mikroskopu – foťáky se rozcvakaly – a pak řekla: „It's fascinating, isn't it?!“

„Naše skupina v Cambridge byla vybrána mezi čtyři týmy, které prezentovaly svoji práci královně, říká Zuzana Holubcová a dodává: „Podívala se do mikroskopu, foťáky se rozcvakaly – a pak řekla: It's fascinating, isn't it?“

Tak už rychle k tomu, co pod mikroskopem viděla: Sledovala jste proces zrání lidského vajíčka, přesněji řečeno dělení ženských pohlavních buněk, než se z nich stane zralé vajíčko. A jako první na světě jste zaznamenala, že tam něco nehraje.
Naše laboratoř se specializovala na výzkum tohoto procesu – meiózy – u myších vajíček. Hrozně moc jsem se na tom naučila a taky díky tomu získala takzvané prvoautorství velké vědecké publikace, takže jsem věděla, že z Cambridge neodjedu s prázdnou. Spadl ze mě stres a mohla jsem se pustit do toho velmi nejistého „experimentování“ s vajíčky lidskými. Předpokládali jsme, že u nich uvidíme to samé co u myší. Ale hned během prvního natáčení, když jsem experiment přišla zkontrolovat, jsem viděla nesrovnalost. Vypadalo to totiž, že mají typický defekt, jako když se na buňku nalije jedna konkrétní chemikálie. Ale nechala jsem natáčení běžet dál, přes noc.

A pak jste k tomu ráno přišla a…?
S úžasem koukám, že proces běží dál, meióza byla dokončena. Jen to celé proběhlo podle trochu jiného scénáře než u myší. Natočila jsem ještě pár „filmů“ s vajíčky jiných dárkyň. A potvrdilo se to. V lidském vajíčku probíhá jiný modus operandi než u myší. A není to náhoda, ale pravidlo. Až jsem se z toho orosila. A polilo mě horko. Pak mi chvíli trvalo, než jsem se odhodlala to říct šéfce.

Proč?
Postavila si kariéru na tom, že popsala ten proces u myší. A já si přijdu s tím, že u lidí je to jinak? Šla jsem ji navštívit domů. Byla v té době čerstvě na mateřské. Ukázala jsem jí ty filmy a byla jsem dost nervózní. „Aha, aha,“ říkala. Začalo jí to docvakávat. A pak už jsme se jen domluvily, jak bude vypadat moje publikace, jak budeme pracovat s jejím předchozím zjištěním a taky že musím ještě nasbírat velké množství snímků, aby naše závěry byly opřené o solidní data.

Tak jste pak točila dál?
Znovu a znovu, a už to nebylo moc vzrušující. Drama pominulo. Jen časově náročný, úmorný, ale nutný sběr dat.

Ovšem výsledkem byla publikace v celosvětově respektovaném časopise Science, což je vědecký sen. Můžete tedy popsat i čtenářům nevědeckého časopisu TÉMA, co přesně jste tedy zjistila?
Pro pochopení musím začít trochu zeširoka. Všechny buňky našeho těla se dělí tak, že nejdříve zdvojnásobí svou genetickou informaci, pěkně si potom nakopírovanou DNA ve formě chromozomů srovnají a pak se přesným spravedlivým „řezem“ genetická informace rozdělí do dvou totožných nových buněk, vznikne tak klon mateřské buňky. Tomu se říká mitóza. Výjimkou jsou pohlavní buňky (gamety), tedy vajíčka a spermie. U nich se totiž počítá s tím, že ve chvíli početí získají polovinu genů druhého rodiče.

Vědkyně natočila stovku „filmů“, které odhalují dosud nepoznané děje ve vajíčku předtím, než je připravené k oplození. „Všechny buňky mají velmi složité kontrolní mechanismy pro uspořádávání chromozomů před rozdělením, piplají se s tím, pěkně si chromozomy před rozdělením srovnávají... jen v lidském vajíčku se to všechno stane dost nedbale a honem. Šup šup. A pak škub. A je to rozdělené. Ale bohužel často nesprávně.“ Na snímcích vidíme 1) nezralé vajíčko, 2) vajíčko špatně dělící chromozomy 3) zralé vajíčko připravené k oplození a 4) zralé vajíčko vyšetřené polarizační mikroskopií. Foto: MRC Laboratory of Molecular Biology, 2015, Holubcova et al. Science 2015

Takže si buňka musí udělat místo, aby se do ní vešly geny druhého rodiče?
Přesně tak. Má-li vzniknout pohlavní buňka, musí být zdvojená genetická informace rozdělena hned dvakrát. Tomuto redukčnímu dělení se říká meióza. Jakmile buňka do meiózy vstoupí, musí se dvě sady chromozomů důkladně promíchat, aby se vytvořil co nejvariabilnější koktejl genů. Následuje dvoustupňové dělení. Nejprve vznikají dvě buňky s jednou sadou chromozomů, ale se zdvojenou DNA. Pak buněčné dělení pokračuje dál a rovnoměrně se rozdělí mezi dvě další dceřiné buňky. U mužů tak vznikají hned čtyři spermie, ale u žen je to ještě složitější. První meiotické dělení je velmi asymetrické a vzniká jediná obrovská buňka – vajíčko. A jen pokud dojde k oplození, dokončí vajíčko i druhé dělení. Vím, že to zní složitě. Ale ono je to složité.

Že mě to ani nepřekvapuje. Proč to my, ženy, máme zase komplikovanější?
U mužů to, co jsem popsala, probíhá pořád, od puberty až do stáří. Zhruba každé tři měsíce vznikají úplně nové spermie. Proto jsou hodnoty spermiogramu proměnlivé v čase, ani dobrý, ani špatný výsledek nemusí být definitiva. Muži mají obrovskou výhodu, že jejich plodnost je snadno hodnotitelná, díky včasné informaci mohou své reprodukční zdraví ovlivnit například životním stylem a výsledek se může dostavit už v krátkém čase.

Takže se jednou pod mikroskopem ukáže jen pár líných buněk s ocáskem a za tři měsíce už to může být opět kvalitní životaschopný materiál. Zatímco ženy...
… se rodí už s definitivním počtem oocytů, tedy buněk předurčených k tomu, aby se z nich stalo zralé ovum, vajíčko schopné být oplodněno. Už v době, kdy je žena embryo, vstoupí její oocyty do toho výše popsaného procesu. Hned po téhle první kapitole ale příroda zmáčkne „pause“ a proces se pozastaví. Až do puberty. Pak příroda zase pustí „play“ a proces pokračuje. Ovšem ne každý oocyt to skutečně dotáhne až na vajíčko. Z nějakých dvou milionů oocytů, s nimiž se rodíme, se puberty dočká jen asi 30 tisíc, a z toho jen dvě až čtyři stovky ovulace. Ta čísla berte s rezervou, jsou to jen odhady, každopádně je to dost náročné „výběrové řízení“.

Takže do puberty v sobě nosíme pár tisíc polotovarů, a ty pak po malých skupinkách každý měsíc pokračují v tom procesu zrání, až se během ovulace vykutálí jedno zralé vajíčko. A když cestou nenarazí na „osudovou“ spermii, odplaví se s menstruační krví pryč.
Velmi zjednodušeně řečeno to tak je. Ale to „probuzení Šípkové Růženky“ se odehrává velmi dlouho, půl roku možná až rok před vlastní ovulací a případným oplodněním. Na to je třeba myslet například u žen po chemoterapii a s plánovaným těhotenstvím nějaký čas počkat.

Ale jestli to chápu správně, tohle už vědci věděli, jen to ještě neviděli na vlastní oči. Co přesně jste tedy natáčela a jak?
Většinu toho, co víme o savčím rozmnožování, pochází ze studií prováděných na myších, navzdory úspěchům na poli asistované reprodukce toho víme o biologii lidského vajíčka jen velmi málo. Já jsem točila jen finální fázi zrání vajíčka, kdy se těsně před ovulací zbavuje poloviny chromozomů, ale pozorovala jsem významné rozdíly mezi tím, jak se k tomuto úkolu staví myší a lidská vajíčka.

Jak jste vlastně vajíčka k výzkumu získávala? To asi není jen tak, ne?
Není. Lidská vajíčka jsou velmi vzácný biologický materiál. Měla jsem štěstí, že se nám podařilo přesvědčit ke spolupráci kliniku Bourn Hall nedaleko Cambridge, mimochodem – založil ji Robert Edwards, „otec“ prvního dítěte ze zkumavky. Věrni jeho odkazu se nebáli do toho jít s námi. Od jejich pacientek, které samozřejmě nejdřív musely souhlasit, jsem získávala nezralá vajíčka, v podstatě „odpad“ z umělého oplodnění. (Při umělém oplodnění se pomocí hormonální terapie vyvolá u ženy uvolnění více vajíček z vaječníků, pak se vyberou jen ta nejkvalitnější a ta jsou uměle oplodněna. Nedozrálá nebo poškozená vajíčka se likvidují, pozn. red.)

Takže máte první várku vajíček a vezete si je do laboratoře, položíte pod speciální mikroskop a točíte.
Jenže první problém bylo trvání natáčení. U myší celá akce trvá necelých dvanáct hodin, u lidských dvojnásobek. O několik špičkových mikroskopů se v ústavu muselo dělit asi sto lidí, byly přesné rozvrhy, ale já ho potřebovala několikrát týdně na celých 24 hodin, a to jsem ještě nikdy přesně nevěděla, jestli vajíčka z kliniky zrovna dostanu, nebo ne. Zatímco kolegové, co dělali na myších, mohli mít vajíčka kdykoliv. Naštěstí jsem si pak vybojovala výjimku, která mi tam sice moc kamarádů nenadělala, ale objektivně museli uznat, že lidská vajíčka jsou tak vzácná, že jinak to dělat nelze.

A to jste pak nechala 24 hodin běžet kameru?
Nechávala jsem to běžet přes noc a ráno jsem to přišla zkontrolovat. A pak až do večera. Ale stávalo se, že se mi vajíčko vykoulelo ze záběru, to pak bylo celé 24hodinové natáčení k ničemu. Když se mi to párkrát stalo, ztratila jsem nervy a šla si vydobýt další výjimku, že budu moct mikroskop řídit na dálku. Ovládala jsem mikroskop v laboratoři z noťasu z postele. Pak už se natáčelo krásně. Získala jsem stovku záznamů.

A co se tedy přesně dělo ve filmech o lidských vajíčkách jiného než v těch o vajíčkách myších?
Vlastní rozdělení genetické informace během buněčného dělení probíhá tak, že se chromozomy „přivážou“ na vlákna speciální aparatury, vřeténka. A teprve až se pěkně uprostřed srovnají, tak se od sebe fyzicky odtrhnou. Organizaci téhle akce má na starosti organela zvaná centrozom. Takhle to chodí ve všech buňkách, a dokonce i ve spermiích. Vajíčka musí mít ale zase něco extra. U nich centrozom nenajdete. A zatímco u myší jejich funkci nahradí celý kolektiv komparzistů, lidská vajíčka jsou odkázána na jiný, značně pomalejší a chybnější mechanismus. Jsou vlastně takovým mrzáčkem. To je první věc.

A druhá?
Všechny buňky mají velmi složité kontrolní mechanismy pro uspořádávání chromozomů před rozdělením, piplají se s tím, pěkně si to rovnají... I myšky si pěkně vytvoří vřeténko a pak si dávají na čas, aby byly chromozomy hezky srovnané. Naproti tomu v lidském vajíčku se to všechno stane dost nedbale a honem. Šup šup. A pak škub. A je to rozdělené. Ale bohužel často nesprávně. To, že jsou vajíčka často geneticky abnormální před oplozením, se vědělo, ale nevědělo se proč. Filmování ukázalo, že kontrolní mechanismus, který má nerovnoměrnému rozdělení chromozomů zabránit, bohužel není u lidských vajíček dostatečně přísný.

Proč to ta příroda dělá, prosím vás?
To s jistou nevíme, ale – je to jen hypotéza – možná prostě evoluční tlak na bezchybnost nebyl dostatečně silný. Jiné živočišné druhy mají nejčastěji sezonní rozmnožování, tak to prostě musí klapnout napoprvé, aby měl druh šanci přežít. Lidi můžou kdykoliv, to je luxus. Nepovede se? Nevadí, tak jindy.

Takže ty překážky nám příroda do cesty klade, abychom se nepřemnožili?
To bych z toho nevyvozovala. Je možné, že se v populaci udržují i varianty genů, které neprofesionalitu chromozomálního dělení ve vajíčku podporují. Otázka opravdu je, zda být „superplodný“ bylo evolučně výhodou. Zvlášť pro ženy. Přece jen, není to tak dávno, co se u porodu umíralo. Evoluce dala možná přednost kvalitě lidského potomstva před kvantitou.

Za což dnes možná právě pyká pokolení žen, které touží po dětech a nejde to, z čehož žijí všechny reprodukční kliniky, ne?
Je to možné. Stali jsme se asi příliš rychle dlouhověkými, evoluce s tím nedokázala srovnat krok. Kdo ví, možná kdyby měla dost času, mohly bychom rodit děti v padesáti jak na drátkách. Ale to je jen divoká spekulace.

Takže nižší plodnost v současnosti není jen optický klam? Slyšela jsem i názory, že problém je „jen“ věk matek, že kdybychom začaly o deset, patnáct let dříve, tak by početí a donošení nebyl problém. Naopak část feministek tvrdí že, tzv. „biologické hodiny“ jsou jen sociální konstrukt, který má ženy tlačit do časného mateřství.
Ne vždy biologický věk odpovídá věku kalendářnímu, ale statistika je neúprosná. Věk hraje u žen velkou roli, i když své napáchají i různé enviromentální faktory, které dlouhodobě podceňujeme. Sama bych byla raději, kdyby nám, ženám, hodiny netikaly, ale existuje tak úzká korelace mezi vyšším věkem a obtížnějším početím, že popíráním bychom si jen lhaly do kapsy. A náš výzkum to taky ukázal.

Aha. Co jste zjistili?
Ten ledabylý mechanismus,který jsem před chvílí popsala, byl stejný úplně u všech vajíček, bez ohledu na věk žen. Co se ale mění s věkem, je pevnost vazby mezi chromozomy, které mají být v prvním kroku rozděleny. Jednoduše řečeno, u vajíček starších žen se chromozomy rozestupují předčasně, což do celého procesu vnáší další hrst chaosu a další chybovost. Samozřejmě nevíme, jestli za to může jen čistě biologické stáří, nebo i fakt, že starší ženy byly také déle vystaveny vlivu potenciálních toxických vlivů v prostředí.

Patřím ke starším matkám, děti jsem měla ve 34 a 37 letech. Často si říkám, že jsem měla kliku, že když jsem se rozhoupala, šlo to dobře, ale během tohoto rozhovoru se mi ta klika jeví jako výhra v loterii.
Zdravý novorozenec je opravdu zázrak. Na celé cestě od vzniku pohlavní buňky po porod je tolik nástrah! Během celého procesu může dojít k mnoha chybám. Chyba může přijít už v genu z matčiny nebo otcovy strany, pohroma může nastat během oplození nebo v embryonálním vývoji, problematicky může zareagovat i imunitní systém matky. Embryo má přece polovinu cizích genů, do dělohy vstupuje jako „poloparazit“, imunitní systém tedy nutně zbystří. Embryo musí matčin imunitní systém oblafnout a přimět jej, aby ho toleroval. Stává se, že děloha je příliš vybíravá a i kvalitní embryo nepřijme. No, můj výzkum objasnil jen jeden střípek z mozaiky toho, co všechno se může pokazit.

Foto: osobní archiv Zuzany Holubcové

A že vajíčko buď „umře“ dřív, než má šanci na oplodnění, nebo co hůř, že chyba „postoupí“ do embrya nebo dokonce do plodu, a žena potratí, nebo se dítě narodí s genetickou vadou?
To všechno se může stát. Nechci lidi děsit, jen říkám, že mluvit o zdravém dítěti jako o zázraku, nebo spíš o „velké náhodě“, fakt není fráze.

Vaše zjištění jsou určitě užitečná k dalšímu pochopení fungování lidského těla a všech nástrah kolem reprodukce a pro další výzkum, ale je něco, jak by už teď mohla pomoct v praxi?
Říká se, že do melounu, do ženy a do vajíčka nevidíš. Embrya už můžeme testovat, je totiž možné z nich odebrat vzorek, ale vajíčko je jedna buňka a dosud jeho zdraví a zralost mohli embryologové posuzovat jen okem, přes mikroskop. A ono na první pohled může vypadat zralé, ale zralé není... Na brněnské klinice Reprofit, se kterou spolupracuju, teď zavádím vyšetření vajíček pomocí polarizační mikroskopie. Jde o metodu, která umožňuje nahlédnout do vajíčka a ohodnotit jeho zralost, aniž bychom je poškodili. Nevidíme jednotlivé chromozomy, ale vidíme vřeténko, takže si můžeme ověřit, jestli je vajíčko už zralé, nebo ještě ne. Embryologové díky této znalosti mohou lépe načasovat oplození.

A ještě nějaký další význam by mohl mít váš výzkum?
Popsaná metodika filmování nezralých vajíček doufám najde uplatnění v dalších výzkumných projektech, například by se na nich dal testovat vliv různých potenciálně toxických látek. Minimálně o látce Bisphenol A (BPA), pomocí které se například měkčí plasty a která se svou molekulou podobá estrogenům, se ví už delší dobu, že může způsobovat endokrinní potíže. A při pokusech na myších i lidských vajíčcích se prokázala jeho toxicita. A já myslím, že by se tím měly seriózně zabývat regulační autority EU.

Ty látky jsou ale pro některé výrobky zakázané, třeba v dětských lahvičkách být nesmějí.
To ano, ale podle mě to je málo. Problém je, že zářením se z plastu řada látek uvolňuje, třeba při ohřívání v mikrovlnce nebo když necháte plastovou láhev s vodou na slunci. Proto všem kamarádům říkám: Nemikrovlnkujte plasty, přendejte si vždycky jídlo do skla nebo porcelánu.

Už přes rok jste zpět v Česku, pracujete v Brně na Masarykově univerzitě v Ústavu histologie a embryologie. Nelákalo vás zůstat v Anglii?
Kdo ví, kudy se moje dráha ubere dál, ale teď jsem tu. A mám tady takový zdroj biologického materiálu, který bych měla málokde. Česko je velmoc umělého oplodnění. Je tu 43 center asistované reprodukce, to je téměř unikátní. I v historii umělého oplodnění máme své místo. Čtvrté dítě ze zkumavky na světě a vůbec první z celého východního bloku se v roce 1982 narodilo právě u nás. A právě v Brně, kde pracuji, 4. listopadu tomu bude 34 let.

~ medailonek Zuzany Holubcové ~