Nie lada wyzwaniem okazało się podejście do pojęcia biomonitoringu i jego odniesienie do badań prowadzonych w trakcie studiów doktoranckich. Żeby w pełni można było pisać o tym pojęciu, należało je wpierw dobrze zrozumieć i sprawdzić, czy można nim operować w obszarze prowadzonych przez siebie badań, które w moim przypadku skupiają się wokół analizy funkcji jajowodu w okresie cyklu rujowego i wczesnej ciąży u świń.
Czymże jest więc biomonitoring? Według słownika terminów biologicznych jest to „
biologiczna metoda oceny stanu środowiska; regularne, czasowe i przestrzenne obserwacje w celu gromadzenia danych o zmianach zachodzących w środowisku, najczęściej do określenia rozmiarów i nasilenia zanieczyszczeń”. Okazuje się jednak, że pojęcie biomonitoringu można odnieść nie tylko do oceny stanu całych ekosystemów, ale także do oceny stanu zmian zachodzących na przykład w poszczególnych populacjach. Pozostaje jednak odpowiedzieć na pytanie, czy pojęcie biomonitoringu można odnieść także do pojedynczych organizmów. Okazuje się, że biomonitoringiem jest także ocena wpływu różnych substancji na organizm zwierzęcy, czy też ludzki. Skoro na tym etapie wiadomo już, że pojęciem biomonitoringu możemy posługiwać się w odniesieniu do pojedynczego, dorosłego osobnika, to najprawdopodobniej można także to zrobić opisując organizm niedojrzały, bardzo niedojrzały, a wręcz nierozwinięty. Mowa tu oczywiście o zygocie – zapłodnionej komórce jajowej i dalszych stadiach rozwoju zarodka, aż do stadium blastocysty.
Procesy zachodzące w pierwszych godzinach/dniach od momentu zapłodnienia, do momentu zagnieżdżenia się zarodka w błonie śluzowej macicy, są bardzo wrażliwe na jakiekolwiek zmiany w mikrośrodowisku, jakie zapewnia nowopowstałemu zarodkowi jajowód i macica. Jak bardzo wrażliwe są to procesy, pokazują statystyki, mówiące o nawet 70% śmiertelności zarodków w warunkach in vivo, we wczesnym okresie ciąży u kobiet. Sytuacja u zwierząt gospodarskich ma się trochę lepiej. Dostępna literatura wskazuje na 30-40% śmiertelność zarodków u świń i 28-43% śmiertelność zarodków krów, podczas początkowych okresów ciąży. W warunkach in vivo, przyczyn niskiej przeżywalności zarodków może być wiele – od tych biologicznych (nieprawidłowo rozwinięte narządy rodne samicy uniemożliwiające dotarcie zarodka do macicy), po niewłaściwe przygotowanie samicy do przyjęcia zarodka (w przypadku kobiety – nieprawidłowa dieta, palenie papierosów, spożywanie alkoholu). Należy także pamiętać, że w dzisiejszym świecie jesteśmy narażeni, na często nieświadomą, ekspozycję na wiele szkodliwych czynników chemicznych.
Niezbyt zachwycające statystyki sprawiły, że rzesze naukowców zajmujących się badaniami rozrodczości zwierząt gospodarskich, swe nadzieje zaczęło upatrywać w technikach pozaustrojowego zapłodnienia w warunkach in vitro. Początkowo raczkując, po nieodkrytym lądzie, podjęto nieustające próby naśladowania natury, zapewniając gametom oraz nowopowstałym zarodkom, jak najlepsze warunki do ich dojrzewania i rozwoju. Jednak równie szybko, jak pojawiła się wielka nadzieja poprawy sukcesu rozrodczego zwierząt gospodarskich, tak szybko i ona znikła. Optymizm został ugaszony przez niezbyt dużą skuteczność prowadzonych doświadczeń w warunkach pozaustrojowych. Okazało się bowiem, że zrozumieć procesy zachodzące w organizmie, to nie taka prosta sprawa. Zaczęto więc zwracać większą uwagę na warunki jakie należy zapewnić zarówno gametom, jak i zarodkom podczas przeprowadzania procedury zapłodnienia pozaustrojowego.
Dążąc do stworzenia jak najbardziej optymalnych warunków hodowli gamet i zarodków w warunkach in vitro, zaczęto monitorować wpływ różnych czynników na skuteczność prowadzonych doświadczeń. Krótko mówiąc zaczęto badać, które z czynników zapewniają prawidłowe dojrzewanie gamet i dalszy rozwój pojedynczego zarodka. Kolejnym celem badaczy, było zapewnienie takich warunków, które zwiększą liczbę uzyskanych zarodków podczas przeprowadzenia zapłodnienia pozaustrojowego. Jak się okazało oba zadania nie należały do łatwych. Szybko zorientowano się, że te same procesy kierują się innymi prawami, u różnych gatunków zwierząt i nie wystarczy opracowanie jednej, tej samej procedury, dla wszystkich gatunków zwierząt. Okazało się bowiem, że proces dojrzewania na przykład oocytu świni i klaczy przebiega skuteczniej w obecności zupełnie innych czynników. To samo tyczy się procesu zapłodnienia i hodowli zarodków we wczesnych stadiach ich rozwoju. Powiększono zatem skalę badań.
Zaczęto przygotowywać różne media, zawierające różne składniki, w poszukiwaniu mediów „idealnych”. Ponadto zauważono, że właściwe media stosowane podczas hodowli in vitro, nie gwarantują sukcesu w prowadzonych doświadczeniach. Wiele bowiem zależy od idealnej jakości gamet, biorących udział w zapłodnieniu. Okazuje się, że natura od samego początku promuje najlepsze i najsilniejsze ‘jednostki’.
Zaczęto zatem zwracać uwagę na jakość plemników i oocytów. Dążono do poprawy skuteczności metod kriokonserwacji nasienia, oocytów i zarodków, umożliwiających ich ponowne wykorzystanie, w bliżej nieokreślonej przyszłości. Ponadto, badacze starają się zapewnić jak najlepsze warunki do dojrzewania gamet, jak też dokonują selekcji gamet po okresie ich dojrzewania. W dostępnej literaturze można znaleźć dziesiątki badań, dotyczących optymalizacji metod hodowli gamet i zarodków w warunkach
in vitro. Stosuje się różne czynniki, w różnych stężeniach czy kombinacjach. Ponadto hoduje się gamety i doprowadza do zapłodnienia w obecności komórek jajowodu – narządu, w którym dochodzi do zapłodnienia w warunkach
in vivo.
Mimo usilnych starań i kilkudziesięciu latach pracy „medium idealnego” jeszcze nie znaleziono. Owszem, skuteczność prowadzonych badań uległa poprawie. Jednak nie można całkowicie mówić o sukcesie. W przypadku na przykład świń – mimo znacznej poprawy warunków dojrzewania gamet, sam proces zapłodnienia stanowi dla naukowców ciężki orzech do zgryzienia. Okazuje się bowiem, że podczas zapłodnienia, nie zawsze wszystkie mechanizmy obrony zapłodnionej komórki jajowej, działają w sposób prawidłowy, często prowadząc do zapłodnienia tej samej komórki jajowej, przez wiele plemników.
Czy taki, swoistego rodzaju „biomonitoring” wpływu czynników na organizm we wczesnych etapach jego rozwoju jest skuteczny i przede wszystkim, czy jest potrzebny? Dzięki przeprowadzonym badaniom udało się poznać mechanizmy jakim podlegają gamety podczas jednego z najbardziej niezwykłych procesów, jakim jest proces zapłodnienia. Dokładniej poznano także mechanizmy początkowego rozwoju powstałych w ten sposób zarodków. Nie da się ukryć, że śmiertelność zarodków podczas początkowych etapów ciąży jest bardzo duża, dlatego warto pracować nad skutecznością metod zapłodnienia pozaustrojowego. Ostatnie statystyki, wskazują na to, że metoda zapłodnienia pozaustrojowego cieszy się coraz większym uznaniem. Oszacowano bowiem, że do końca 2013 roku, w wyniku stosowania zapłodnienia w warunkach in vitro na świat przyszło około 5 milionów dzieci. Liczby te, wskazują na nieustającą potrzebę badania wpływu czynników oraz stworzenia idealnych warunków dla rozwoju gamet i zarodów, w warunkach pozaustrojowych.
Marcin Martyniak
.jpg)
