Von George Seidel
Es ist 20 Jahre her, seit Wissenschaftler in Schottland der Welt von Dolly, dem ersten Schaf, erzählten Säugetier erfolgreich aus einer erwachsenen Körperzelle geklont. Das Besondere an Dolly war, dass ihre „Eltern“ tatsächlich eine einzelne Zelle waren, die aus dem Brustgewebe eines erwachsenen Mutterschafs stammte. Dolly war eine exakte genetische Kopie dieses Schafs – ein Klon.
Dolly erregte die Fantasie der Menschen, aber diejenigen von uns auf dem Gebiet hatten sie durch frühere Forschungen kommen sehen. Ich arbeite seit über 40 Jahren mit Säugetierembryonen. Einige Arbeiten in meinem Labor konzentrierten sich speziell auf verschiedene Methoden zum Klonen von Rindern und anderen Tierarten. Tatsächlich arbeitete einer der Mitautoren des Papiers, in dem Dolly angekündigt wurde, drei Jahre in unserem Labor Jahre bevor er nach Schottland ging, um den berühmten Klon zu erstellen.
Dolly war ein wichtiger Meilenstein, der Wissenschaftler dazu inspirierte, die Klontechnologie weiter zu verbessern und neue Konzepte in der Stammzellforschung zu verfolgen. Das Endspiel war nie gemeint Armeen genetisch identischer Nutztiere sein: Vielmehr verfeinern die Forscher die Techniken weiter und kombinieren sie mit anderen Methoden, um traditionelle Tierzuchtmethoden aufzuladen und Einblicke in Alterung und Krankheit zu gewinnen.
Nicht das übliche Sperma + Ei
Dolly war ein ganz normales Schaf, das Mutter zahlreicher normaler Lämmer wurde. Sie lebte sechseinhalb Jahre, als sie schließlich nach einer ansteckenden Krankheit, die sich in ihrer Herde ausbreitete, niedergeschlagen wurde infiziert geklonte und normal reproduzierte Schafe gleichermaßen. Ihr Leben war nicht ungewöhnlich, es war ihre Herkunft, die sie einzigartig machte.
Vor den Jahrzehnten der Experimente, die zu Dolly führten, wurde angenommen, dass normale Tiere nur durch Befruchtung eines Eies durch produziert werden könnten ein Sperma. So funktionieren die Dinge auf natürliche Weise. Diese Keimzellen sind die einzigen im Körper, deren genetisches Material durcheinander und in der Hälfte der Menge jeder anderen Art von Zelle ist. Auf diese Weise kommen diese sogenannten haploiden Zellen zusammen Bei der Befruchtung produzieren sie eine Zelle mit dem vollständigen DNA-Komplement. Zusammengenommen wird die Zelle zweimal oder doppelt als diploid bezeichnet. Zwei Hälften ergeben ein Ganzes.
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Von diesem Moment an haben fast alle Zellen in diesem Körper das gleiche Erbgut. Wenn der einzellige Embryo sein genetisches Duplikat dupliziert Material sind beide Zellen des jetzt zweizelligen Embryos genetisch identisch. Wenn sie wiederum ihr genetisches Material duplizieren, ist jede Zelle im Vierzellstadium genetisch identisch. Dieses Muster setzt sich fort, so dass jede der Billionen von Zellen in einem Erwachsener ist genetisch genau das gleiche – ob in einer Lunge oder einem Knochen oder im Blut.
Im Gegensatz dazu wurde Dolly durch den sogenannten somatischen Zellkerntransfer hergestellt. In diesem Prozess entfernen die Forscher das genetische Material aus einem Ei und ersetzen es durch den Kern einer anderen Körperzelle. Das resultierende Ei wird zu einer Fabrik zur Herstellung eines Embryos, der sich zu einem Nachwuchs entwickelt. Auf dem Bild ist kein Sperma zu sehen. Anstatt dass die Hälfte des genetischen Materials aus einem Sperma und die Hälfte aus einem Ei stammt, stammt alles aus einer einzigen Zelle. Es ist von Anfang an diploid.
Langer Forschungspfad führte zu Dolly
Dolly war der Höhepunkt von Hunderten von Klonierungsexperimenten, die beispielsweise zeigten, dass diploide embryonale und fetale Zellen vorhanden sein könnten Eltern von Nachkommen. Aber es gab keine Möglichkeit, alle Eigenschaften des Tieres, die sich aus einem geklonten Embryo oder Fötus ergeben würden, leicht zu erkennen. Forscher konnten einige der Zellen eines 16-Zell-Embryos einfrieren, während sie Klone aus produzierten die anderen Zellen, wenn ein wünschenswertes Tier produziert wurde, konnten sie die gefrorenen Zellen auftauen und mehr Kopien anfertigen. Dies war jedoch aufgrund der geringen Erfolgsraten unpraktisch. Dolly zeigte, dass adulte somatische Zellen auch als verwendet werden konnten Eltern. So konnte man die Eigenschaften des geklonten Tieres kennen.
Nach meinen Berechnungen war Dolly der einzige Erfolg aus 277 Versuchen des Kerntransfers somatischer Zellen. Manchmal der Prozess des Klonens durch Kerntransfer somatischer Zellen produziert immer noch abnormale Embryonen, von denen die meisten sterben. Aber der pr Der Erfolg hat sich stark verbessert, sodass die Erfolgsquote jetzt eher bei 10 Prozent liegt. Es ist jedoch sehr variabel, abhängig vom verwendeten Zelltyp und der Art.
Mehr als 10 verschiedene Zelltypen wurden erfolgreich als „Eltern“ für das Klonen verwendet. Heutzutage wird das meiste Klonen unter Verwendung von Zellen durchgeführt durch Biopsie der Haut erhalten.
Mehr als Gene einen Klon beeinflussen können
Genetik ist nur ein Teil der Geschichte. Auch wenn Klone genetisch identisch sind, werden ihre Phänotypen – die Eigenschaften, die sie ausdrücken – Sei anders.Es ist wie bei natürlich vorkommenden eineiigen Zwillingen: Sie teilen alle ihre Gene, aber sie sind nicht wirklich genau gleich, insbesondere wenn sie in unterschiedlichen Umgebungen aufgezogen werden.
Die Umwelt spielt für einige Merkmale eine große Rolle. Die Verfügbarkeit von Nahrungsmitteln kann das Gewicht beeinflussen. Krankheiten können das Wachstum bremsen. Diese Art von Lebensstil, Ernährung oder Krankheitseffekten kann beeinflussen, welche Gene in einem Individuum ein- oder ausgeschaltet werden. Diese werden als epigenetische Effekte bezeichnet. Obwohl das gesamte genetische Material in zwei identischen Klonen gleich sein kann, exprimieren sie möglicherweise nicht alle gleichen Gene.
Betrachten Sie die Praxis des Klonens gewinnender Rennpferde. Klone von Gewinnern werden manchmal auch Gewinner sein – aber meistens nicht. Dies liegt daran, dass Gewinner Ausreißer sind; sie müssen die richtige Genetik, aber auch die richtige Epigenetik und das richtige Umfeld haben, um dieses Gewinnpotential zu erreichen Beispielsweise kann man die Uterusbedingungen, die ein siegreiches Rennpferd als sich entwickelnder Fötus erlebte, niemals exakt duplizieren. Daher führt das Klonen von Champions normalerweise zu Enttäuschungen. Andererseits führt das Klonen eines Hengstes, der einen hohen Anteil an rennsiegenden Pferden zeugt, dazu Dies ist eine genetische und keine phänotypische Situation.
Obwohl die Genetik zuverlässig ist, gibt es Aspekte des Klonierungsverfahrens, die bedeuten, dass die Epigenetik und die Umgebung suboptimal sind. Zum Beispiel haben Spermien elegante Möglichkeiten, die von ihnen befruchteten Eier zu aktivieren, die sterben, wenn sie nicht richtig aktiviert werden. Beim Klonen wird die Aktivierung normalerweise durch einen starken elektrischen Schlag erreicht Die Schritte des Klonierens und der anschließenden Embryonalentwicklung werden in Reagenzgläsern in Inkubatoren durchgeführt. Diese Bedingungen sind kein perfekter Ersatz für den weiblichen Fortpflanzungstrakt, wo normalerweise Befruchtung und frühe Embryonalentwicklung auftreten.
Manchmal entwickeln sich abnormale Feten, was zu Anomalien bei der Geburt führt. Der auffälligste abnormale Phänotyp einiger Klone wird als „Syndrom der großen Nachkommen“ bezeichnet, bei dem Kälber oder Lämmer 30 oder 40 Prozent größer als normal sind, was zu einer schwierigen Geburt führt. Die Probleme resultieren aus einer abnormalen Plazenta. Bei der Geburt sind diese Klone genetisch normal, aber übermäßig groß und neigen dazu, hyperinsulinämisch und hypoglykämisch zu sein. (Die Bedingungen normalisieren sich im Laufe der Zeit, sobald der Nachwuchs nicht mehr von der abnormalen Plazenta beeinflusst wird.)
Jüngste Verbesserungen bei den Klonierungsverfahren haben diese Anomalien, die auch bei natürlicher Reproduktion auftreten, jedoch mit einer viel geringeren Inzidenz, stark reduziert
Fortsetzung des Klonens
Viele tausend geklonte Säugetiere wurden in fast zwei Dutzend Arten produziert. Nur sehr wenige davon betreffen praktische Anwendungen wie das Klonen eines berühmten Angus-Bullen namens Final Answer (der kürzlich im Alter gestorben ist), um über das Sperma seines Klons qualitativ hochwertigere Rinder zu produzieren.
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Die Forschungslandschaft für das Klonen ändert sich jedoch schnell. Die treibende Kraft für die Herstellung von Dolly war dies nicht Vielmehr möchten Forscher Klontechniken mit anderen Methoden kombinieren, um Tiere genetisch effizient zu verändern – viel schneller als herkömmliche Tierzuchtmethoden, die Jahrzehnte benötigen, um Veränderungen in Populationen von Arten wie Rindern vorzunehmen.
Ein aktuelles Beispiel ist die Einführung des abgefragten Gens (ohne Hörner) in Milchvieh, wodurch die Notwendigkeit eines schmerzhaften Enthornungsprozesses entfällt. Eine noch auffälligere Anwendung bestand darin, einen Schweinestamm zu produzieren, der nicht durch das infiziert werden kann sehr conta bösartiges und schwächendes PRRS-Virus. Forscher haben sogar Rinder hergestellt, die keine Rinderwahnsinnskrankheit entwickeln können. Für jedes dieser Verfahren ist die Kerntransplantation somatischer Zellen ein wesentlicher Bestandteil des Prozesses.
Bisher waren die wissenschaftlichen Informationen und gewonnenen Erkenntnisse der wertvollste Beitrag dieser Experimente zur Kerntransplantation somatischer Zellen. Sie haben unser Verständnis der normalen und abnormalen Embryonalentwicklung, einschließlich der Aspekte des Alterns und mehr, verbessert. Diese Informationen tragen bereits dazu bei, Geburtsfehler zu reduzieren, Methoden zur Umgehung von Unfruchtbarkeit zu verbessern, Instrumente zur Bekämpfung bestimmter Krebsarten zu entwickeln und sogar einige der negativen Folgen zu verringern des Alterns – bei Nutztieren und sogar bei Menschen. Zwei Jahrzehnte nach Dolly entwickeln sich immer noch wichtige Anwendungen.
Dieser Artikel wurde von George Seidel, Professor für biomedizinische Wissenschaften an der Colorado State University, für The Conversation verfasst wurde mit Genehmigung erneut veröffentlicht.