Door George Seidel
Het is 20 jaar geleden dat wetenschappers in Schotland de wereld vertelden over Dolly het schaap, de eerste zoogdier met succes gekloond uit een volwassen lichaamscel. Het bijzondere aan Dolly is dat haar ‘ouders’ eigenlijk een enkele cel waren die afkomstig was van het borstweefsel van een volwassen ooi. Dolly was een exacte genetische kopie van dat schaap – een kloon.
Dolly sprak tot de verbeelding van mensen, maar degenen onder ons in het veld hadden haar zien aankomen door eerder onderzoek. Ik werk al meer dan 40 jaar met embryo’s van zoogdieren, met wat werk in mijn laboratorium dat specifiek gericht is op verschillende methoden voor het klonen van runderen en andere diersoorten. In feite werkte een van de coauteurs van het artikel dat Dolly aankondigde drie jaar in ons laboratorium jaren voordat ze naar Schotland gingen om te helpen bij het maken van de beroemde kloon.
Dolly was een belangrijke mijlpaal, die wetenschappers inspireerde om de kloontechnologie te blijven verbeteren en om nieuwe concepten in stamcelonderzoek na te streven. Het eindspel was nooit bedoeld om legers van genetisch identiek vee te zijn: in plaats daarvan blijven onderzoekers de technieken verfijnen en combineren met andere methoden om traditionele dierfokmethoden een boost te geven en inzicht te krijgen in veroudering en ziekte.
Niet het gebruikelijke sperma + Ei
Dolly was een volkomen normaal schaap dat de moeder werd van talloze normale lammeren. Ze leefde tot zes en een half jaar, toen ze uiteindelijk werd afgemaakt nadat een besmettelijke ziekte zich door haar kudde had verspreid. , die zowel gekloonde als normaal gereproduceerde schapen infecteren. Haar leven was niet ongebruikelijk; het is haar oorsprong die haar uniek maakte.
Vóór de decennia van experimenten die tot Dolly leidden, dacht men dat normale dieren alleen konden worden voortgebracht door bevruchting van een ei door een sperma. Dat is hoe de dingen van nature werken. Deze kiemcellen zijn de enigen in het lichaam waarvan het genetisch materiaal door elkaar is gegooid en in de helft van de hoeveelheid van elke andere soort cel. Op die manier komen deze zogenaamde haploïde cellen samen bij bevruchting, produceren ze één cel met het volledige DNA-complement. Samengevoegd wordt de cel diploïde genoemd, tweemaal of dubbel. Twee helften vormen een geheel.
Een deel van deze pagina is niet beschikbaar in deze ervaring. Klik hier voor een rijkere ervaring.
Vanaf dat moment hebben bijna alle cellen in dat lichaam dezelfde genetische samenstelling. Wanneer het eencellige embryo zijn genetische materiaal, zijn beide cellen van het nu tweecellige embryo genetisch identiek. Als ze op hun beurt hun genetisch materiaal dupliceren, is elke cel in het viercellige stadium genetisch identiek. Dit patroon gaat door zodat elk van de triljoenen cellen in een volwassene is genetisch precies hetzelfde – of het nu in een long of een bot of in het bloed zit.
Dolly daarentegen werd geproduceerd door wat somatische celkernoverdracht wordt genoemd. In dit proces verwijderen onderzoekers het genetisch materiaal uit een ei en vervangen het door de kern van een andere lichaamscel. Het resulterende ei wordt een fabriek om een embryo te produceren dat zich ontwikkelt tot een nakomeling. Er is geen sperma op de foto; in plaats van de helft van het genetische materiaal afkomstig van een sperma en de helft van een eicel, komt het allemaal uit een enkele cel. Het is vanaf het begin diploïde.
Lang onderzoekspad leidde tot Dolly
Dolly was het hoogtepunt van honderden kloneringsexperimenten die bijvoorbeeld lieten zien dat diploïde embryonale en foetale cellen konden worden ouders van nakomelingen. Maar er was geen manier om gemakkelijk alle kenmerken van het dier te kennen die het resultaat zouden zijn van een gekloond embryo of een foetus. Onderzoekers konden een paar van de cellen van een 16-celembryo invriezen, terwijl ze klonen gingen produceren van de andere cellen; als een gewenst dier werd geproduceerd, konden ze de bevroren cellen ontdooien en meer kopieën maken. Maar dit was onpraktisch vanwege de lage slagingspercentages.
Dolly toonde aan dat volwassen somatische cellen ook kunnen worden gebruikt als Zo kon men de kenmerken kennen van het dier dat wordt gekloond.
Volgens mijn berekeningen was Dolly het enige succes van 277 pogingen tot overdracht van somatische celkern. Soms is het proces van klonen door overdracht van somatische celkern produceert nog steeds abnormale embryo’s, waarvan de meeste afsterven ocess is sterk verbeterd, dus de slagingspercentages zijn nu meer als 10 procent; het is echter zeer variabel, afhankelijk van het gebruikte celtype en de soort.
Meer dan 10 verschillende celtypen zijn met succes gebruikt als “ouders” voor het klonen. Tegenwoordig wordt het meeste klonen gedaan met cellen verkregen door een biopsie van de huid.
Meer dan genen een kloon kunnen beïnvloeden
Genetica is slechts een deel van het verhaal. Zelfs als klonen genetisch identiek zijn, zullen hun fenotypes – de kenmerken die ze uitdrukken – wees anders.Het is als van nature voorkomende identieke tweelingen: ze delen al hun genen, maar ze ‘zijn niet echt hetzelfde, vooral niet als ze in verschillende omgevingen worden grootgebracht.
Omgeving speelt een grote rol bij sommige kenmerken. De beschikbaarheid van voedsel kan het gewicht beïnvloeden. Ziekten kunnen de groei belemmeren. Dit soort levensstijl-, voeding- of ziekte-effecten kunnen van invloed zijn op welke genen bij een individu worden in- of uitgeschakeld; dit worden epigenetische effecten genoemd. Hoewel al het genetische materiaal hetzelfde kan zijn in twee identieke klonen, is het mogelijk dat ze niet allemaal dezelfde genen tot expressie brengen.
Overweeg het klonen van winnende renpaarden. Klonen van winnaars zullen soms ook winnaars zijn – maar meestal zijn ze dat niet. Dit komt omdat winnaars uitschieters zijn; ze hebben de juiste genetica nodig, maar ook de juiste epigenetica en de juiste omgeving om dat winnende potentieel te bereiken. men kan bijvoorbeeld nooit exact de baarmoedercondities dupliceren die een winnend renpaard ervoer toen het een foetus in ontwikkeling was. Het klonen van kampioenen leidt dus meestal tot teleurstelling. Aan de andere kant zal het klonen van een hengst die een groot deel van de racewinnende paarden verwekt zeer betrouwbaar in een kloon die op dezelfde manier winnaars verwekt. Dit is eerder een genetische dan een fenotypische situatie.
Hoewel de genetica betrouwbaar is, zijn er aspecten van de kloonprocedure die betekenen dat de epigenetica en de omgeving niet optimaal zijn. Sperma heeft bijvoorbeeld elegante manieren om de eitjes die ze bevruchten te activeren, die zullen afsterven tenzij ze op de juiste manier worden geactiveerd; bij klonen wordt activering meestal bereikt door een sterke elektrische schok. de stappen van het klonen en de daaropvolgende embryonale ontwikkeling worden gedaan in reageerbuizen in incubatoren. Deze omstandigheden zijn geen perfecte vervanging voor het vrouwelijke voortplantingsstelsel waar normaal gesproken bevruchting en vroege embryonale ontwikkeling plaatsvinden.
Soms ontwikkelen abnormale foetussen zich tot voldragen, wat resulteert in afwijkingen bij de geboorte. Het meest opvallende abnormale fenotype van sommige klonen wordt het “grote-nakomelingen-syndroom” genoemd, waarbij kalveren of lammeren 30 of 40 procent groter zijn dan normaal, wat resulteert in een moeilijke geboorte. De problemen komen voort uit een abnormale placenta. Bij de geboorte zijn deze klonen genetisch normaal, maar te groot, en hebben ze de neiging hyperinsulinemisch en hypoglycemisch te zijn. (De omstandigheden normaliseren in de loop van de tijd zodra het nageslacht niet langer wordt beïnvloed door de abnormale placenta.)
Recente verbeteringen in de kloonprocedures hebben deze afwijkingen, die ook optreden bij natuurlijke voortplanting, aanzienlijk verminderd, maar met een veel lagere incidentie .
Verdergaan met klonen
Vele duizenden gekloonde zoogdieren zijn geproduceerd in bijna twee dozijn soorten. Zeer weinig hiervan hebben betrekking op praktische toepassingen, zoals het klonen van een beroemde Angus-stier genaamd Final Answer (die onlangs op hoge leeftijd stierf) om meer vee van hoge kwaliteit te produceren via het sperma van zijn kloon.
Een gedeelte van deze pagina is niet beschikbaar in deze ervaring. Klik hier voor een rijkere ervaring.
Maar het landschap van het klonenonderzoek verandert snel. De drijvende kracht achter het produceren van Dolly was niet om genetisch identieke dieren te produceren. In plaats daarvan willen onderzoekers kloontechnieken combineren met andere methoden om op efficiënte wijze dieren genetisch te veranderen – veel sneller dan traditionele methoden voor het fokken van dieren, die tientallen jaren nodig hebben om veranderingen aan te brengen in populaties van soorten zoals vee.
Een recent voorbeeld is de introductie van het hoornloze gen (geen hoorns) in melkvee, waardoor het pijnlijke proces van onthoornen niet meer nodig is. Een nog opvallender toepassing is het produceren van een varkensstam die niet kan worden geïnfecteerd door de zeer conta gious en slopende PRRS-virus. Onderzoekers hebben zelfs vee gemaakt dat geen gekkekoeienziekte kan krijgen. Voor elk van deze procedures is somatische celkerntransplantatie een essentieel onderdeel van het proces.
Tot op heden is de meest waardevolle bijdrage van deze somatische celkerntransplantatie-experimenten de wetenschappelijke informatie en verkregen inzichten. Ze hebben ons begrip van normale en abnormale embryonale ontwikkeling verbeterd, inclusief aspecten van veroudering, enzovoort. Deze informatie helpt al om geboorteafwijkingen te verminderen, methoden te verbeteren om onvruchtbaarheid te omzeilen, hulpmiddelen te ontwikkelen om bepaalde vormen van kanker te bestrijden en zelfs enkele van de negatieve gevolgen te verminderen. van veroudering – bij vee en zelfs bij mensen. Twee decennia sinds Dolly zijn er nog steeds belangrijke toepassingen in ontwikkeling.
Dit artikel is geschreven door George Seidel, hoogleraar biomedische wetenschappen, Colorado State University, voor The Conversation. is opnieuw gepubliceerd met toestemming.