Av George Seidel
Det er 20 år siden forskere i Skottland fortalte verden om sauen Dolly, den første pattedyr med hell klonet fra en voksen kroppscelle. Det som var spesielt med Dolly er at hennes «foreldre» egentlig var en enkelt celle som stammer fra brystvev fra en voksen moderfugl. Dolly var en eksakt genetisk kopi av sauen – en klon.
Dolly fanget folks fantasi, men de av oss i feltet hadde sett henne komme gjennom tidligere undersøkelser. Jeg har jobbet med pattedyrembryoer i over 40 år, med noe arbeid i laboratoriet mitt, spesielt med fokus på ulike metoder for kloning av storfe og andre husdyrarter. Faktisk jobbet en av medforfatterne på papiret som kunngjorde Dolly i vårt laboratorium i tre år. år før de dro til Skottland for å bidra til å skape den berømte klonen.
Dolly var en viktig milepæl som inspirerte forskere til å fortsette å forbedre kloningsteknologien, samt å forfølge nye konsepter innen stamcelleforskning. Sluttspillet var aldri ment å være hærer av genetisk identisk husdyr: I stedet fortsetter forskerne å foredle teknikkene og kombinere dem med andre metoder for å turboladere tradisjonelle dyreoppdrettingsmetoder, samt få innsikt i aldring og sykdom.
Ikke den vanlige sperma + Egg
Dolly var en helt normal sau som ble mor til mange vanlige lam. Hun levde i seks og et halvt år, da hun til slutt ble lagt ned etter at en smittsom sykdom spredte seg gjennom flokken hennes. , smitter både klonede og normalt reproduserte sauer. Hennes liv var ikke uvanlig; det var hennes opprinnelse som gjorde henne unik.
Før tiår med eksperimenter som førte til Dolly, ble det antatt at normale dyr bare kunne produseres ved befruktning av et egg ved en sædceller. Slik fungerer ting naturlig. Disse kjønnscellene er de eneste i kroppen som har sitt genetiske materiale sammen, og i halvparten av mengden av alle andre typer celler. På den måten når disse såkalte haploide cellene kommer sammen kl. befruktning, produserer de en celle med full DNA-komplement. Cellen blir sammenkalt diploid, for to ganger eller dobbelt. To halvdeler utgjør en helhet.
En del av denne siden er utilgjengelig i denne opplevelsen. For en rikere opplevelse, klikk her.
Fra det øyeblikket fremover har nesten alle celler i kroppen samme genetiske sammensetning. Når encellet embryo dupliserer dets genetiske begge cellene i det nå to-celleembryoet er genetisk identiske. Når de igjen dupliserer genetisk materiale, er hver celle på firecellestadiet genetisk identisk. Dette mønsteret fortsetter slik at hver av billionene celler i en voksen er genetisk nøyaktig det samme – enten det er i en lunge eller et bein eller blodet.
Dolly ble derimot produsert av det som kalles somatisk cellekjerneoverføring. I denne prosessen fjerner forskere det genetiske materialet fra et egg og erstatter det med kjernen til en annen kroppscelle. Det resulterende egget blir en fabrikk for å produsere et embryo som utvikler seg til et avkom. Ingen sæd er på bildet; i stedet for at halvparten av genetisk materiale kommer fra en sædceller og en halv fra et egg, kommer det hele fra en enkelt celle. Det er diploid fra starten.
Long Research Path Led to Dolly
Dolly var kulminasjonen av hundrevis av kloningseksperimenter som for eksempel viste at diploide embryonale og føtale celler kunne være foreldre til avkom. Men det var ingen måte å enkelt kjenne alle egenskapene til dyret som ville være resultatet av et klonet embryo eller foster. Forskere kunne fryse noen av cellene i et 16-cellers embryo, mens de fortsatte å produsere kloner fra de andre cellene; hvis et ønskelig dyr ble produsert, kunne de tine de frosne cellene og lage flere kopier. Men dette var upraktisk på grunn av lave suksessgrader.
Dolly demonstrerte at voksne somatiske celler også kunne brukes som Foreldre. Dermed kunne man kjenne egenskapene til dyret som klones.
Ved beregningene mine var Dolly den eneste suksessen fra 277 forsøk på overføring av somatisk celle. Noen ganger var prosessen med kloning ved somatisk cellekjernefysisk overføring produserer fremdeles unormale embryoer, hvorav de fleste dør. Men pr ocess har forbedret seg så suksessratene nå er mer som 10 prosent; det er imidlertid veldig variabelt, avhengig av hvilken celletype som er brukt og arten. oppnådd ved biopsiing av huden.
Mer enn gener kan påvirke en klon
Genetikk er bare en del av historien. Selv om kloner er genetisk identiske, vil fenotypene deres – egenskapene de uttrykker – vil vær forskjellig.Det er som naturlig forekommende tvillinger: De deler alle genene sine, men de er egentlig ikke helt like, spesielt hvis de er oppdrettet i forskjellige omgivelser.
Miljø spiller en stor rolle for noen egenskaper. Tilgjengelighet av mat kan påvirke vekten. Sykdommer kan hindre veksten. Slike livsstils-, ernærings- eller sykdomseffekter kan påvirke hvilke gener som slås på eller av hos et individ; disse kalles epigenetiske effekter. Selv om alt genetisk materiale kan være det samme i to identiske kloner, uttrykker de kanskje ikke de samme genene.
Vurder praksisen med å klone vinnende løpshester. Kloner av vinnere vil noen ganger også være vinnere – men mesteparten av tiden er de ikke det. Dette er fordi vinnere er avvikende; de må ha riktig genetikk, men også riktig epigenetikk og riktig miljø for å nå det vinnende potensialet. Man kan for eksempel aldri nøyaktig duplisere livmorforholdene som en vinnende løpshest opplevde da det var et foster som utviklet seg. Dermed fører kloningsmestere vanligvis til skuffelse. På den annen side vil kloning av en hingst som hører til en høy andel rasevinnende hester veldig pålitelig i en klon som på samme måte hevder vinnere. Dette er en genetisk snarere enn en fenotypisk situasjon. For eksempel har sædceller elegante måter å aktivere eggene de gjødsler på, som vil dø med mindre de aktiveres riktig. Ved kloning blir aktivering vanligvis oppnådd av et sterkt elektrisk støt. trinnene for kloning og påfølgende embryonal utvikling gjøres i reagensglass i inkubatorer. Disse forholdene er ikke perfekte erstatninger for den kvinnelige reproduksjonskanalen der befruktning og tidlig embryonal utvikling normalt forekommer.
Noen ganger utvikler unormale fostre seg til term, noe som resulterer i abnormiteter ved fødselen. Den mest slående unormale fenotypen til noen kloner kalles «store avkom syndrom», der kalver eller lam er 30 eller 40 prosent større enn normalt, noe som resulterer i vanskelig fødsel. Problemene stammer fra en unormal morkake. Ved fødselen er disse klonene genetisk normale, men de er for store og har en tendens til å være hyperinsulinemisk og hypoglykemisk. (Forholdene normaliserer seg over tid når avkommet ikke lenger påvirkes av den unormale morkaken.)
Nylige forbedringer i kloningsprosedyrer har redusert disse abnormitetene, som også forekommer ved naturlig reproduksjon, men med en mye lavere forekomst. .
Fortsetter videre med kloning
Mange tusen klonede pattedyr har blitt produsert i nesten to dusin arter. Svært få av disse gjelder praktiske bruksområder, som for eksempel å klone en berømt Angus-okse med navnet Final Answer (som nylig døde i høy alder) for å produsere mer storfe av høy kvalitet via klonens sæd.
En del av denne siden er utilgjengelig i denne opplevelsen. For en rikere opplevelse, klikk her.
Men forskningslandskapet for kloning endrer seg raskt. Drivkraften for å produsere Dolly var ikke å produsere genetisk identiske dyr. I stedet ønsker forskere å kombinere kloningsteknikker med andre metoder for effektivt å endre dyr genetisk – mye raskere enn tradisjonelle dyreoppdrettmetoder som det tar tiår å gjøre endringer i populasjoner av arter som storfe.
Et nylig eksempel er å introdusere det pollede genet (ingen horn) i melkekyr, og dermed eliminere behovet for den smertefulle prosessen med avhorning. En enda mer slående anvendelse har vært å produsere en grisestamme som ikke er i stand til å bli smittet av veldig konta alvorlig og svekkende PRRS-virus. Forskere har til og med laget storfe som ikke kan utvikle Mad Cow Disease. For hver av disse prosedyrene er kjernetransplantasjon av somatisk celle en viktig del av prosessen. De har forbedret vår forståelse av normal og unormal embryonal utvikling, inkludert aspekter ved aldring og mer. Denne informasjonen hjelper allerede til å redusere fødselsskader, forbedre metoder for å omgå infertilitet, utvikle verktøy for å bekjempe visse kreftformer og til og med redusere noen av de negative konsekvensene. av aldring – hos husdyr og til og med hos mennesker. To tiår siden Dolly, utvikler viktige applikasjoner seg fortsatt.
Denne artikkelen ble skrevet av George Seidel, professor i biomedisinsk vitenskap, Colorado State University, for The Conversation. It er publisert på nytt med tillatelse.