Af George Seidel
Det er gået 20 år siden forskere i Skotland fortalte verden om fåret Dolly, det første pattedyr med succes klonet fra en voksen kropscelle. Hvad der var specielt ved Dolly er, at hendes “forældre” faktisk var en enkelt celle, der stammer fra brystvæv fra en voksen moderfugl. Dolly var en nøjagtig genetisk kopi af det får – en klon.
Dolly fangede folks forestillinger, men de af os i marken havde set hende komme igennem tidligere undersøgelser. Jeg har arbejdet med pattedyrembryoner i over 40 år, med noget arbejde i mit laboratorium, der specifikt fokuserer på forskellige metoder til kloning af kvæg og andre husdyrarter. Faktisk arbejdede en af medforfatterne på papiret, der meddelte Dolly, i vores laboratorium i tre år. år før de gik til Skotland for at hjælpe med at skabe den berømte klon.
Dolly var en vigtig milepæl, der inspirerede forskere til at fortsætte med at forbedre kloningsteknologien samt til at forfølge nye koncepter inden for stamcelleforskning. Slutspillet var aldrig meningen at være hære af genetisk identisk husdyr: I stedet fortsætter forskere med at forfine teknikkerne og kombinere dem med andre metoder til turboladning af traditionelle dyreopdrætningsmetoder samt få indsigt i aldring og sygdom.
Ikke den sædvanlige sperm + Æg
Dolly var et helt normalt får, der blev mor til adskillige normale lam, hun levede i seks og et halvt år, da hun til sidst blev lagt ned, efter at en smitsom sygdom spredte sig gennem flokken. , der inficerer både klonede og normalt reproducerede får. Hendes liv var ikke usædvanligt; det var hendes oprindelse, der gjorde hende unik.
Før de årtier af eksperimenter, der førte til Dolly, troede man, at normale dyr kun kunne produceres ved befrugtning af et æg ved en sæd. Sådan fungerer tingene naturligt. Disse kimceller er de eneste i kroppen, der har deres genetiske materiale sammenblandet og i halve mængden af enhver anden form for celle. På den måde når disse såkaldte haploide celler kommer sammen kl. befrugtning, producerer de en celle med det komplette DNA-komplement. Cellen kaldes diploid sammen to gange eller dobbelt. To halvdele udgør en helhed.
En del af denne side er utilgængelig i denne oplevelse. Klik her for at få en rigere oplevelse.
Fra det øjeblik fremad har næsten alle celler i kroppen den samme genetiske sammensætning. Når encelleembryoet duplikerer dets genetiske begge celler i det nu to-celleembryo er genetisk identiske. Når de til gengæld duplikerer deres genetiske materiale, er hver celle på firecellestadiet genetisk identisk. Dette mønster fortsætter, så hver af de billioner celler i et voksen er genetisk nøjagtigt den samme – hvad enten det er i en lunge eller en knogle eller i blodet.
I modsætning hertil blev Dolly produceret af det, der kaldes somatisk cellekernoverførsel. I denne proces fjerner forskere det genetiske materiale fra et æg og erstatter det med kernen i en anden kropscelle. Det resulterende æg bliver en fabrik til at producere et foster, der udvikler sig til et afkom. Ingen sæd er på billedet; i stedet for halvdelen af det genetiske materiale, der kommer fra en sæd, og halvdelen fra et æg, kommer det hele fra en enkelt celle. Det er diploid fra starten.
Lang forskningssti ført til Dolly
Dolly var kulminationen på hundredvis af kloningseksperimenter, der for eksempel viste diploide embryonale og føtale celler kunne være afkom til forældre. Men der var ingen måde at kende alle dyrets karakteristika, der ville være resultatet af et klonet embryo eller foster. Forskere kunne fryse nogle få af cellerne i et 16-celleembryo, mens de fortsatte med at producere kloner fra de andre celler; hvis et ønskeligt dyr blev produceret, kunne de tø de frosne celler og lave flere kopier. Men dette var upraktisk på grund af lave succesrater.
Dolly demonstrerede, at voksne somatiske celler også kunne bruges som Forældre. Man kunne således kende egenskaberne ved det dyr, der klones.
Ved mine beregninger var Dolly den eneste succes fra 277 forsøg på somatisk cellekernoverførsel. Nogle gange var processen med kloning ved somatisk cellekernoverførsel producerer stadig unormale embryoner, hvoraf de fleste dør. Men pr ocess er forbedret betydeligt, så succesraterne nu er mere som 10 procent; det er dog meget variabelt afhængigt af den anvendte celletype og arten.
Mere end 10 forskellige celletyper er blevet brugt med succes som “forældre” til kloning. Disse dage udføres mest kloning ved hjælp af celler opnået ved biopsi af huden.
Mere end gener kan påvirke en klon
Genetik er kun en del af historien. Selvom kloner er genetisk identiske, vil deres fænotyper – de egenskaber, de udtrykker – blive Vær forskellig.Det er som naturligt forekommende identiske tvillinger: De deler alle deres gener, men de er ikke rigtig nøjagtigt ens, især hvis de opdrættes i forskellige indstillinger.
Miljø spiller en stor rolle for nogle karakteristika. Fødevaretilgængelighed kan påvirke vægten. Sygdomme kan hæmme væksten. Denne slags livsstils-, ernærings- eller sygdomseffekter kan påvirke, hvilke gener der tændes eller slukkes hos et individ; disse kaldes epigenetiske effekter. Selvom alt det genetiske materiale kan være det samme i to identiske kloner, udtrykker de muligvis ikke alle de samme gener.
Overvej den praksis at klone vindende løbsheste. Kloner af vindere vil undertiden også være vindere – men det meste af tiden er de ikke. Dette skyldes, at vindere er outliers; de skal have den rigtige genetik, men også den rigtige epigenetik og det rette miljø for at nå det vindende potentiale. For for eksempel kan man aldrig nøjagtigt kopiere livmoderbetingelserne, som en vindende væddeløbshest oplevede, da det var et foster under udvikling. Således fører kloningsmestre normalt til skuffelse. På den anden side vil kloning af en hingst, der har en høj andel af race-vindende heste, resultere i meget pålideligt i en klon, der ligeledes vinder vindere. Dette er en genetisk snarere end en fænotypisk situation.
Selvom genetikken er pålidelig, er der aspekter af kloningsproceduren, der betyder, at epigenetikken og miljøet er suboptimalt. For eksempel har sæd elegante måder at aktivere de æg, de befrugter på, som dør, medmindre de aktiveres korrekt; ved kloning opnås aktivering normalt ved et stærkt elektrisk stød. trinene til kloning og efterfølgende embryonal udvikling udføres i reagensglas i inkubatorer. Disse forhold er ikke perfekte erstatninger for den kvindelige reproduktive kanal, hvor befrugtning og tidlig embryonal udvikling normalt forekommer.
Nogle gange udvikler unormale fostre sig til term, hvilket resulterer i abnormiteter ved fødslen. Den mest slående unormale fænotype af nogle kloner kaldes “store afkom syndrom”, hvor kalve eller lam er 30 eller 40 procent større end normalt, hvilket resulterer i vanskelig fødsel. Problemerne stammer fra en unormal moderkage. Ved fødslen er disse kloner genetisk normale, men de er for store og har tendens til at være hyperinsulinæmiske og hypoglykæmiske. (Betingelserne normaliseres over tid, når afkom ikke længere er påvirket af den unormale moderkage.)
Nylige forbedringer i kloningsprocedurer har i høj grad reduceret disse abnormiteter, som også forekommer ved naturlig reproduktion, men med en meget lavere forekomst .
Fortsætter videre med kloning
Mange tusinder af klonede pattedyr er produceret i næsten to dusin arter. Meget få af disse vedrører praktiske anvendelser, såsom at klone en berømt Angus-tyr ved navn Final Answer (som for nylig døde i en gammel alder) for at producere mere kvæg af høj kvalitet via hans klonens sæd.
En del af denne side er ikke tilgængelig i denne oplevelse. Klik her for at få en rigere oplevelse.
Men forskningslandskabet til kloning ændrer sig hurtigt. Drivkraften til at producere Dolly var ikke at fremstille genetisk identiske dyr. Forskere ønsker snarere at kombinere kloningsteknikker med andre metoder for effektivt at ændre dyr genetisk – meget hurtigere end traditionelle dyreavlmetoder, der tager årtier at foretage ændringer i populationer af arter såsom kvæg.
Et nylig eksempel er introduktion af det pollede gen (ingen horn) i malkekvæg, hvorved behovet for den smertefulde afhorningsproces elimineres. En endnu mere slående anvendelse har været at producere en svinestamme, der ikke er i stand til at blive inficeret af meget konta alvorlig og svækkende PRRS-virus. Forskere har endda lavet kvæg, der ikke kan udvikle Mad Cow Disease. For hver af disse procedurer er nuklear transplantation af somatisk celle en væsentlig del af processen.
Til dato har det mest værdifulde bidrag fra disse somatiske cellekernetransplantationseksperimenter været den videnskabelige information og indsigt, der er opnået. De har forbedret vores forståelse af normal og unormal embryonal udvikling, herunder aspekter af aldring og mere. Disse oplysninger hjælper allerede med at reducere fødselsdefekter, forbedre metoder til at omgå infertilitet, udvikle værktøjer til at bekæmpe visse kræftformer og endda mindske nogle af de negative konsekvenser. af aldring – hos husdyr og endda hos mennesker. To årtier siden Dolly udvikler vigtige applikationer sig stadig.
Denne artikel blev skrevet af George Seidel, professor i biomedicinsk videnskab, Colorado State University, til The Conversation. er blevet genudgivet med tilladelse.