Chiméra (biologie) – Wikiwand

Chimera — je organismus sestávající z geneticky rozmanitých buněk. U zvířat jsou chiméry organismy, jejichž buňky pocházejí ze dvou nebo více zygot. Chimerismus u zvířat je třeba odlišovat od mozaicismu – přítomnosti geneticky rozmanitých buněk pocházejících z jedné zygoty v jednom organismu [1]. Často se nejedná o celé organismy, které jsou chimericky konstruovány, ale pouze o jejich jednotlivé orgány nebo části [2].

Historie termínu

V roce 1907 tento termín poprvé použil německý botanik G. Winkler pro rostlinné formy, které vznikly sloučením lilku a rajčete [3].

V roce 1909 objevil E. Baur při studiu pestrobarevných pelargonium podstatu tohoto jevu [3].

Přírodní chiméry poprvé popsal M. S. Navashin. Zejména objevil chiméry Crepis dioscoridis L. [3] a Crepis tectorum L. [4] Přirozené haplochlamydiální periklinální chiméry poprvé popsal L. P. Breslavec na příkladu jednotlivých geografických ras konopí [5].

Chimérismus v rostlinách

Stručně shrnu
Perspektiva

Chiméry mohou v přírodě vznikat v důsledku spontánních mutací somatických buněk, za experimentálních podmínek (ošetření mutageny, polyploidogeny, kolchicinem, další účinky), stejně jako mezi regenerovanými rostlinami a v důsledku roubování. Chiméry jsou častější u rostlin množených vegetativně, protože pouze touto metodou lze chiméru zachovat po dostatečně dlouhou dobu. Během pohlavního rozmnožování může být chiméra dědičná, k čemuž dochází v důsledku nestability alel. V tomto případě se dědičnost znaků neřídí Mendelovými zákony a je považována za nestabilní mutaci. Chiméry jsou v přírodě vzácné a obvykle vznikají v důsledku náhodné hybridizace a mechanického poškození [5].

Chiméry (zejména periklinální, protože jsou stabilnější) mají řadu ekonomických výhod a mají velký význam v pěstování rostlin. Často se pěstují jako okrasné rostliny [6].

V botanice se rozlišují následující typy chimér (viz tabulka):

více Druhy chimér, vlastnosti.

Druh chiméra	Vlastnosti
mozaika (hyperchiméry)	Geneticky odlišné tkáně tvoří jemnou mozaiku
sektorové	odlišné tkáně se nacházejí na velkých plochách
periklinální	tkaniny leží ve vrstvách na sobě
mericlinal	tkáně se skládají ze směsi sektorových a periklinálních oblastí

Periklinální chiméry jsou:

• diplochlamydaceae (například pelargonium s bíle lemovanými listy)
• haplochlamydnye (například chlorophytum s bíle lemovanými listy)

Periklinální chiméry jsou v přírodě častější, což se vysvětluje jejich větší stabilitou. Často se vyskytují u vegetativně množených odrůd okrasných rostlin [5]. Juniperus davurica „Expansa Variegata“ je periklinální chiméra, u které jsou vnější pletiva genotypicky albínová a vnitřní pletiva se skládají z buněk nesoucích chlorofyl [7].

Interakce mezi složkami chimér a přechod různých látek z jedné složky do druhé může vést k různým vývojovým anomáliím a někdy až k neplodnosti chiméry.

V praxi zahrádkářů se chiméry, které vzniknou náhodně v důsledku roubování (tzv. panašování), rozmnožují vegetativním množením znovu z generace na generaci (například chiméry mezi nachovou metlou a zlatým deštěm – tzv. Adamovým koštětem , chiméry mezi pomerančem a citronem) . Vědci používají různé chiméry mezi mišpulí a hlohem.

Dechimerizace

Ztráta chimerismu je charakteristická jak pro rostliny získané v důsledku ošetření kolchicinem, tak pro chiméry, které vznikly spontánně. Spolu s periklinálními chimérami, které si své vlastnosti zachovávají během vegetativního rozmnožování po dobu 100 let a déle [3], byly popsány případy vymizení chimerismu (u trichimer Pelargonium zonaie , oranžová odrůda ‚Shamouti‘ známá od 5. století atd.). U některých forem révy vinné může na jednotlivých výhonech docházet k dechimerizaci, přičemž spodní část výhonků se skládá z polyploidních tkání [XNUMX].

Četnost dechimerizace závisí na způsobu množení rostliny. Množení kořenovými řízky vede k dechimerizaci častěji než vegetativní množení jinými částmi rostliny [5].

Chimerismus u zvířat

Stručně shrnu
Perspektiva

U zvířat jsou chiméry organismy, které se skládají z geneticky odlišných buněk, které pocházejí ze dvou nebo více různých zygot.

Příkladem chimérismu u zvířat je freemartinismus krávy a další zvířata. Freemartinismus je typ abnormálního hermafroditismu, doprovázený sterilitou, při kterém se u samic vyvíjejí vaječníky i varlata současně. Tento jev postihuje telata samice z párů dvojčat opačného pohlaví. Freemartinismus se vysvětluje tvorbou cévních anastomóz mezi plody různého pohlaví, v důsledku čehož dochází k výměně pohlavních hormonů a prekurzorů pohlavních buněk mezi nimi [1] [8]. Podobný jev byl objeven u kosmanů, ale u nich nevede ke sterilitě [8].

Chiméry mohou být vytvořeny ze čtyř gamet (výsledek spojení dvou oplodněných vajíček nebo embryí v raných fázích vývoje do jednoho embrya).

Chimérismus u zvířat může být buď výsledkem individuálního vývoje organismu (ontogeneze), nebo výsledkem transplantace orgánu nebo tkáně (například kostní dřeně nebo krevní transfuze). Chiméry mohou často produkovat potomstvo a typ potomstva závisí na tom, ze které buněčné linie se gamety vyvinuly.

Obligátní přirozený chimérismus

Muž bláznivý žlutý mravenec Anoplolepis gracilipes se skládají ze dvou buněčných linií [9].

Mezidruhové chiméry

V 1980. letech 2017. století byla uměle získána mezidruhová chiméra ovce a kozy. V roce 10 vědci ze Salkova institutu vytvořili chimérické embryo – prase s lidskými buňkami [100000]. Analýza uchycení lidských kmenových buněk do prasečích blastocyst však prokázala závažnou nekompatibilitu – ve výsledném prasečím embryu se nachází pouze jedna lidská buňka na 11 XNUMX [XNUMX]. Když se používají opičí kmenové buňky (Macaca fascicularis) jsou injektovány do prasečích blastocyst, pouze jedna z 1000–10 000 buněk pochází z opice, všechny ostatní jsou prasečí buňky [12].

Je důležité poznamenat, že u mezidruhových chimér získaných zavedením embryonálních kmenových buněk primátů do myších embryí, ačkoli se opičí embryonální kmenové buňky zpočátku zakoření v raných myších embryích, následně se nemohou účastnit vývoje. Myší a opičí buňky se nemísí, ale tvoří samostatně rostoucí kolonie, ve kterých se během samoorganizace tkání drží pohromadě a přežívají pouze příbuzné „podobné“ buňky. V důsledku této buněčné xenofobie opičí embryonální kmenové buňky nakonec po fázi implantace embrya z myších embryí mizí [13]. Základní principy morfogeneze jsou zjevně základem takového chování buněk [14], včetně rychlosti zavádění vývojového programu [15] [16] a mezidruhové rivality [17].

Chimerismus u lidí

U lidí se chimerismus může vyskytovat v různých fázích ontogenetického vývoje: v době oplození, embryonálního vývoje nebo v dospělosti.

Chimerismus ve fázi oplodnění

Hlavní článek: 46,XX/46,XY

U lidí bylo popsáno několik případů tetragametického chimerismu. Takové chiméry vznikají, když se dvě různé zygoty krátce po oplodnění spojí a vytvoří jedno embryo. Takové chiméry se identifikují například přítomností dvou populací červených krvinek, hermafroditismem a někdy i mozaikovým zbarvením kůže a očí [18].

Fetální a mateřský mikrochimerismus

Mikrochimérismus nastává, když mateřské a fetální buňky pronikají placentární bariérou savců a je normálně charakterizován malým podílem „cizích“ buněk v těle.

Existují dva typy mikrochimerismu: fetální mikrochimerismus, což je přítomnost fetálních buněk v těle matky, a mateřský mikrochimerismus, což je přítomnost mateřských buněk v těle plodu a následně dítěte. Předpokládá se, že mikrochimerismus, v důsledku rozdílu v imunitních vlastnostech získaných buněk a buněk hostitelského organismu, je příčinou řady autoimunitních onemocnění: juvenilní dermatomyozitidy a neonatálního lupusu u mateřského mikrochimerismu, preeklampsie, systémového lupus erythematodes a některých forem rakoviny u fetálního mikrochimerismu, a také řady dalších patologických stavů.

Pokud krev pacienta obsahuje buňky od osoby opačného pohlaví, lze chimerismus snadno detekovat detekcí buněk s ženským a mužským karyotypem. V ostatních případech jsou krvinky pacienta typizovány podle HLA.

Chimerismus u dvojčat

Stejně jako někteří jiní savci si lidé mohou vyměňovat buňky mezi dvojčaty během vývoje plodu. K migraci buněk dochází přes společnou placentu (placentární anastomózy).

U homozygotních dvojčat

Chimerismus u homozygotních dvojčat je teoreticky nemožný, protože jsou geneticky identická a pocházejí ze stejné zygoty. Vzácná pozorování však ukazují, že k buněčné výměně mezi takovými dvojčaty dochází. Byl popsán případ monochoriálního diamniotického těhotenství, kdy se u jednoho z dvojčat v rané fázi vývoje vyvinula trizomie na chromozomu 21. Při narození mělo jedno z dvojčat fenotypové znaky osoby trpící Downovým syndromem, druhé mělo normální fenotyp. Analýza mikrosatelitní DNA ukázala, že dvojčata byla skutečně homozygotní. V tomto případě byly v epiteliálních buňkách ústní dutiny každého dvojčete nalezeny pouze vlastní buňky dvojčete (disomické nebo trisomické na chromozomu 21), zatímco krev obsahovala buňky z obou dvojčat. Tento jev se nazývá chimerismus krevních buněk a vysvětluje se skutečností, že dvojčata s monochoriální placentou si v 70 % případů v té či oné fázi vývoje vyměňují krev [19].

U heterozygotních dvojčat

Heterozygotní dvojčata u lidí obvykle mívají vlastní placentu. Nicméně se vyskytlo několik případů, kdy heterozygotní dvojčata sdílela placentu. V této situaci dochází k výměně krve mezi dvojčaty, která nejsou geneticky identická, což vede k chimerismu krevních buněk a případně i jiných tkání. Předpokládá se, že výskyt tohoto jevu je podceňován a s využitím asistované reprodukce se zvyšuje [1] [8].

V kultuře

• Chimérismus je odhalen u pacienta v epizodě 2 („Kain a Abel“) sezóny 3 televizního seriálu „House“.
• Chimérismus je zmiňován opakovaně a je jedním z klíčových bodů pochopení zápletky v seriálu „Child Black“.
• Chimérismus byl nalezen u vraha v epizodě 23 („Blood Ties“) sezóny 4 seriálu „CSI: Crime Scene Investigation“.
• Chimerismus byl objeven v mládí detektiva v detektivním románu Franka Tillieuxe „Fantomová paměť“ z knižní série „Vyšetřování komisaře Charcota a Lucie Enebelové“.
• Chimérismus je odhalen v hlavní postavě v epizodě 34 („Chimera“) sezóny 6 televizního seriálu „Family Melodramas“.
• V epizodě 2655 („Innate Duplicity“) detektivního televizního seriálu „Trace“ biolog studoval chiméry a hybridní organismy.
• Chimérismus byl objeven u pacienta v sezóně 6, epizodě 7 seriálu „The Resident“.
• „Peter Benchley’s Creature“ popisuje geneticky upravenou fúzi člověka a žraloka, která se stala darebákem.

См. также

• Mozaičnost
• Vegetativní hybridizace
• Lydia Fairchildová
• Hybridní
• Hybridní stvoření

Slovo „chiméra“ se používá k popisu nějaké nerealistické představy. Lidé, kteří mají rádi starověk, mohou dodat, že v řecké mytologii existovalo zvíře s podobným názvem – kříženec lva, kozy a hada. Ukazuje se však, že vývojová genetika má své vlastní chiméry – organismy, které obsahují geneticky heterogenní materiál.

V rámci vědecké kavárny „Heureka!“ hovořila Jelena Aleksandrovna Kizilova, kandidátka biologických věd a pracovnice laboratoře genetiky a vývoje Ústavu cytologie a genetiky sibiřské pobočky Ruské akademie věd, o tom, co genetici nazývají chimérou, a odpověděla na otázku: mohla by mýtická zvířata, jako je to výše popsané, existovat ve skutečnosti?

„Na otázku, zda existují chiméry, či nikoli, odpovídám: jak existují, tak neexistují.“

Touto odpovědí zahájila svou přednášku Jelena Kizilova a vyzvala publikum, aby se na chiméry podívalo očima dítěte: jejich vnímání ještě nestihlo zarostnout klišé a otázky lze klást bez obav. Z pohledu humanitních věd jsou chiméry monstra, která se také rodí monstrům. Dokážou také vyzařovat oheň a jsou předmětem zájmu různých hrdinů, takže nežijí dlouho.

Pokud se ale na tato zvířata podíváme z pohledu biologa, můžeme si všimnout, že prošla vážnými změnami v plánu stavby těla, byla narušena symetrie a princip homologie orgánů a tkání.

Jak název napovídá, tělesný plán je systém, jak bude naše tělo konstruováno. Díky objevům vývojové genetiky, které byly učiněny v posledních 50 letech, nyní například víme, že příroda velmi striktně definuje osy, které dělí tělo na horní a dolní, pravou a levou, zadní a přední část. Během procesu formování se postupně zahrnují geny, které určují fyzický stav. Pokud dojde k nějaké mutaci v části, která například určuje vývoj ruky, pak máme velmi složité případy různých deformací s ní spojených. Homologní orgány a tkáně jsou srovnatelné, to znamená, že v určité době měly dané organismy společného předka a nyní můžeme srovnávat: tento vyvinul například křídlo z nějakého společného člena a tento má přední nohy. Tato zásada je porušena, pokud vidíme, že na obecném plánu etymologie savců se objevuje část, která je pro daného zvířete zcela netypická. Například existuje monstrum zvané Manticore (s tělem rudého lva, hlavou člověka a ocasem štíra): ocas štíra a savce se vyvíjí v různých embryonálních základech, to znamená, že se nejedná o homologní orgány, ale analogické (ocas a ocas), proto to nemůže být pravda.

Některé rysy jiných monster však můžeme vysvětlit genetickými mutacemi. To znamená, že je naprosto zřejmé, že tyto monstra nevznikla výsledkem mechanického spojení, což znamená, že se nějakým způsobem narodila a vyvinula. Například nadměrná ochlupenost některých monster se vysvětluje již známou odchylkou ve tvorbě srsti. Lidi s takovými rysy sice můžeme potkat i dnes, ale na světě jich je jen velmi málo. Některé monstra mají zvláštní končetiny, což lze vysvětlit polydaktylií (situací, kdy se vyvine více prstů, než by se mělo vyvinout) nebo syndaktylií (když dva sousední prsty srostou do jednoho). Vývoj dalšího páru končetin a některé další rysy monster lze také vysvětlit abnormálním dvojčatováním a poruchami genu hox (zodpovědného za plánovitou strukturu našeho těla).

„A když jsem byla ještě teenagerka a přemýšlela jsem o tom, jak starověcí lidé přišli na celou tuto hrůzu, odpověděla jsem na to takto: populace skutečně měla možnost syndromy pozorovat, ale frekvence jejich výskytu byla dostatečně nízká, aby se staly běžnými, a zároveň dostatečně vysoká, aby si je lidé pamatovali,“ poznamenala Elena Kizilova.

KočkaPes ve zkumavce

Biologové se také zajímali o chiméry jako neobvyklé organismy, a tak se rozhodli naučit, jak je vytvářet. První experimenty byly provedeny na červech: transplantovali některé části svého organismu a jiné. Výsledky ukázaly, že jedinec funguje zcela normálně. Vědci se také pokusili provést podobné experimenty na kuklách bource morušového a larvách obojživelníků. Experimenty s druhými ukázaly, že dimenzionalita transplantovaného materiálu v larválním stádiu (kdy ještě neexistuje forma) může být posunuta směrem k vyvíjejícím se systémům.

Dalšími experimentálními organismy byly hydry: vulgaris (obyčejná) a oligactis (dlouhostonka). V důsledku těchto experimentů bylo zjištěno, že živočichové mohou mít výběžky podobné rostlinám v případech, kdy je například švestková větev naroubována na jabloň. Vědci navíc smícháním získali mozaikovou hydru (dala se snadno identifikovat podle vzhledu), která se ukázala, že během rozmnožování dechimerizuje, tj. reprodukuje se pouze jedna forma ze dvou koexistujících v tomto organismu.

— Pak chimerizační experimenty utichly, protože neexistoval žádný hodnotný objekt, trvalo 50 let, než lidé začali pracovat se savci. Studium jejich embryí by mohlo pomoci zlepšit hospodářská zvířata a v případě lidí — neplodné páry.

V raném vývoji savců existuje několik fází, ale embryo je přístupné k intervenci po krátkou dobu (od 3 do 15 dnů). Dlouho to byla pouze teorie a realitou se to stalo až s objevením mikromanipulačních technik. Velikost embrya je 100 mikrometrů. Je to velmi malý a velmi křehký objekt, k jeho udržení naživu je zapotřebí speciální prostředí, složení plynu a vše se musí dělat velmi rychle.

Manipulace s embryem jsou však pouze jedním typem chimerismu – embryonálním, kdy k míšení materiálů dochází ve fázi formování organismu. Primáti však podléhají i sekundárnímu chimerismu, například typu plod-plod (kdy se v děloze vyvíjejí dva nebo více plodů, které si mohou vyměňovat buněčný materiál), existuje také typ matka-plod (z názvu je zřejmé, že se jedná o okamžik, kdy se matčiny buňky dostávají do plodu) a plod-matka (respektive naopak). Procesy tohoto typu byly objeveny, jak se říká, „na špičce pera“, tj. vědci-imunologové předpokládali, že pokud pozorujeme silnou imunitní odpověď, pak je možná vytvořena materiálem cizího původu. Přímý důkaz pro tuto hypotézu byl nalezen později. Nyní víme o 12 syndromech, které jsou těmito procesy způsobeny: mohou zahrnovat jak těžké léze pohybového aparátu, tak i asymptomatické (například u žen, které jsou chimérami svých dětí).

— Existuje široce známý klinický případ, kdy žena nosila 27 let buňky svého syna, které ji jako součást imunitního systému chránily před patogeny. A to je pro člověka jako biologický druh velmi typické, — vysvětluje Elena Kizilova. — Případy chimerismu se s využitím asistované reprodukce staly častějšími, ale pro tento jev u primátů stále neexistuje jasné vysvětlení.

Vědci se pokusili vyšlechtit chiméru s porušením principu homologie orgánů a tkání. Vzali octomilku, izolovali z ní rudiment nervového systému a tyto buňky vložili do embrya žáby. Vzhledem k tomu, že octomilky a žáby patří do různých odvětví živočichů, jejich neurony se velmi liší. Buňky octomilek se uchytily v mozku žáby a navázaly s ním spojení. Navíc se navenek ukázalo, že takové žáby byly 2–3krát větší a měly odlišné zbarvení. Vliv na chování zůstal nejasný, protože druh žab účastnících se experimentu se neživí mouchami.

— Chiméry se používají v tradičních vědeckých úkolech: analýza orgánů a tkání, testování tkání a buněk dospělých zvířat, — říká Elena Kizilova. — Chimerismus také umožňuje získat potřebné transgenní organismy a překonat mezidruhovou bariéru transplantace a zároveň zachovat vzácné a ohrožené druhy.

Připravila Julia Pozdnyakova

Foto: 1 – symbolsbook.ru, 2 – Wikipedie (veřejná doména), autor — Pan Oinari (Japonsko) , 3 – záběr z filmu „Chiméra“ (2009), režie Vincenzo Natali