George Seidel
Minęło 20 lat, odkąd naukowcy w Szkocji powiedzieli światu o owcy Dolly, pierwszej ssak z powodzeniem sklonowany z dorosłej komórki ciała. Cechą charakterystyczną Dolly było to, że jej „rodzice” byli w rzeczywistości pojedynczą komórką pochodzącą z tkanki gruczołu mlecznego dorosłej owcy. Dolly była dokładną kopią genetyczną owiec – klonem.
Dolly uchwyciła ludzką wyobraźnię, ale ci z nas w tej dziedzinie widzieli, jak przeszła przez poprzednie badania. Pracuję z embrionami ssaków od ponad 40 lat, a niektóre prace w moim laboratorium koncentrują się szczególnie na różnych metodach klonowania bydła i innych gatunków zwierząt gospodarskich. W rzeczywistości jeden ze współautorów artykułu ogłaszającego Dolly pracował w naszym laboratorium przez trzy lata przed wyjazdem do Szkocji, aby pomóc w stworzeniu słynnego klona.
Dolly była ważnym kamieniem milowym, inspirującym naukowców do dalszego ulepszania technologii klonowania, a także do poszukiwania nowych koncepcji w badaniach nad komórkami macierzystymi. Końcowa gra nigdy nie miała na celu być armią genetycznie identycznego inwentarza żywego: Zamiast tego naukowcy nadal udoskonalają techniki i łączą je z innymi metodami, aby turbodoładować tradycyjne metody hodowli zwierząt, a także uzyskać wgląd w starzenie się i choroby.
Nie zwykłe plemniki + Jajko Dolly była zupełnie normalną owcą, która została matką wielu normalnych jagniąt. Dożyła sześciu i pół roku, kiedy w końcu została uśpiona po zaraźliwej chorobie rozprzestrzenionej w jej stadzie. infekując zarówno sklonowane, jak i normalnie rozmnażane owce. Jej życie nie było niezwykłe; to pochodzenie uczyniło ją wyjątkową.
Przed dziesięcioleciami eksperymentów, które doprowadziły do powstania Dolly, sądzono, że normalne zwierzęta można wyprodukować tylko poprzez zapłodnienie jaja przez plemnik. Tak właśnie działają rzeczy. Te komórki rozrodcze są jedynymi w organizmie, których materiał genetyczny jest pomieszany i stanowi połowę ilości każdego innego rodzaju komórek. W ten sposób te tak zwane komórki haploidalne łączą się w zapłodnienie, wytwarzają jedną komórkę z pełnym zestawem DNA. Połączone razem, komórka jest określana jako diploidalna, podwójna lub podwójna. Dwie połówki tworzą całość.
Część tej strony jest niedostępne w tym doświadczeniu. Aby uzyskać bogatsze wrażenia, kliknij tutaj.
Od tego momentu prawie wszystkie komórki w tym ciele mają ten sam skład genetyczny. Kiedy jednokomórkowy zarodek powiela swoje materiału, obie komórki zarodka dwukomórkowego są genetycznie identyczne. Kiedy z kolei duplikują swój materiał genetyczny, każda komórka na etapie czterech komórek jest genetycznie identyczna. Ten wzór przebiega tak, że każda z bilionów komórek w dorosły jest genetycznie dokładnie taki sam – czy to w płucach, kościach czy we krwi.
W przeciwieństwie do tego, Dolly została wyprodukowana przez tak zwany transfer jądra komórki somatycznej. W tym procesie naukowcy usuwają materiał genetyczny z jaja i zastępują go jądrem innej komórki ciała. Powstałe jajo staje się fabryką do produkcji zarodka, który przekształca się w potomstwo. Na zdjęciu nie ma plemników; zamiast połowy materiału genetycznego pochodzącego z plemnika i połowy z komórki jajowej, wszystko to pochodzi z pojedynczej komórki. To jest diploidalne od samego początku.
Długa ścieżka badawcza prowadząca do Dolly
Dolly była kulminacją setek eksperymentów z klonowaniem, które na przykład wykazały, że diploidalne komórki embrionalne i płodowe mogą być rodziców potomstwa. Nie było jednak możliwości łatwego poznania wszystkich cech zwierzęcia, które wynikałyby ze sklonowanego zarodka lub płodu. Naukowcy mogli zamrozić kilka komórek zarodka 16-komórkowego, kontynuując produkcję klonów z inne komórki; jeśli wyprodukowano pożądane zwierzę, mogliby rozmrozić zamrożone komórki i zrobić więcej kopii. Było to jednak niepraktyczne ze względu na niskie wskaźniki sukcesu.
Dolly wykazała, że dorosłe komórki somatyczne również mogą być używane jako W ten sposób można było poznać charakterystykę klonowanego zwierzęcia.
Według moich obliczeń Dolly odniosła pojedynczy sukces z 277 prób przeniesienia jądra komórki somatycznej. Czasami proces klonowania przez przeniesienie jądra komórki somatycznej nadal produkuje nienormalne embriony, z których większość umiera szybkość znacznie się poprawiła, więc obecnie wskaźniki sukcesu wynoszą około 10 procent; jest jednak bardzo zmienna, w zależności od typu użytej komórki i gatunku.
Z powodzeniem wykorzystano ponad 10 różnych typów komórek jako „rodziców” do klonowania. Obecnie większość klonowania przeprowadza się przy użyciu komórek uzyskane w wyniku biopsji skóry.
Więcej niż geny mogą wpływać na klona
Genetyka to tylko część historii. Nawet jeśli klony są genetycznie identyczne, ich fenotypy – cechy, które wyrażają – będą być innym.To tak, jak naturalnie występujące identyczne bliźniaki: mają wszystkie swoje geny, ale nie są do końca podobne, zwłaszcza jeśli są hodowane w różnych warunkach.
Środowisko odgrywa ogromną rolę w niektórych cechach. Dostępność żywności może wpływać na wagę. Choroby mogą hamować wzrost. Tego rodzaju skutki stylu życia, odżywiania lub choroby mogą wpływać na to, które geny są włączone lub wyłączone u danej osoby; Nazywa się to efektami epigenetycznymi. Mimo że cały materiał genetyczny może być taki sam w dwóch identycznych klonach, mogą one nie wyrażać wszystkich tych samych genów.
Rozważ praktykę klonowania zwycięskich koni wyścigowych. Klony zwycięzców czasami również wygrywają – ale w większości przypadków nie są. Dzieje się tak, ponieważ zwycięzcy są odstającymi; muszą mieć odpowiednią genetykę, ale także odpowiednią epigenetykę i odpowiednie środowisko, aby osiągnąć ten potencjał. Przykładowo, nigdy nie można dokładnie odtworzyć warunków macicy zwycięskiego konia wyścigowego, którego doświadczył, gdy był rozwijającym się płodem. Dlatego klonowanie mistrzów zwykle prowadzi do rozczarowania. Z drugiej strony, klonowanie ogiera, który jest ojcem dużej części koni wygrywających wyścigi bardzo niezawodnie w klonie, który podobnie jest zwycięzcą buhajów. Jest to sytuacja genetyczna, a nie fenotypowa.
Mimo że genetyka jest wiarygodna, istnieją aspekty procedury klonowania, które oznaczają, że epigenetyka i środowisko są nieoptymalne. Na przykład plemniki mają eleganckie sposoby aktywacji jajeczek, które zapładniają, które umrą, jeśli nie zostaną odpowiednio aktywowane; w przypadku klonowania aktywacja jest zwykle dokonywana przez silny wstrząs elektryczny. etapy klonowania i późniejszego rozwoju embrionalnego przeprowadza się w probówkach w inkubatorach. Warunki te nie są idealnymi substytutami dla żeńskiego układu rozrodczego, w którym zwykle następuje zapłodnienie i wczesny rozwój embrionalny.
Czasami nienormalne płody rozwijają się do porodu, co skutkuje nieprawidłowościami przy urodzeniu. Najbardziej uderzający nieprawidłowy fenotyp niektórych klonów jest określany jako „zespół dużego potomstwa”, w którym cielęta lub jagnięta są o 30 lub 40 procent większe niż normalnie, co powoduje trudności w porodzie. Problemy wynikają z nieprawidłowego łożyska. Po urodzeniu te klony są genetycznie normalne, ale są zbyt duże i mają tendencję do hiperinsulinemii i hipoglikemii. (Warunki normalizują się z upływem czasu, gdy na potomstwo nie ma już wpływu nieprawidłowe łożysko).
Niedawne udoskonalenia procedur klonowania znacznie zmniejszyły te nieprawidłowości, które występują również przy naturalnym rozmnażaniu, ale z dużo mniejszą częstością .
Kontynuacja klonowania
Wiele tysięcy sklonowanych ssaków zostało wyprodukowanych z prawie dwudziestu gatunków. Bardzo niewiele z nich dotyczy zastosowań praktycznych, takich jak klonowanie słynnego byka Angusa o imieniu Final Answer (który niedawno zmarł w podeszłym wieku) w celu wyprodukowania większej ilości wysokiej jakości bydła poprzez nasienie jego klona.
Część tej strony jest niedostępna w tym doświadczeniu. Aby uzyskać bogatsze wrażenia, kliknij tutaj.
Ale krajobraz badań nad klonowaniem szybko się zmienia. Siłą napędową do stworzenia Dolly nie była aby produkować zwierzęta identyczne genetycznie. Badacze chcą raczej łączyć techniki klonowania z innymi metodami, aby skutecznie zmieniać genetycznie zwierzęta – znacznie szybciej niż tradycyjne metody hodowli zwierząt, których zmiany w populacjach gatunków, takich jak bydło, zajmują dziesiątki lat.
Jednym z ostatnich przykładów jest wprowadzenie genu bezrogich (bez rogów) do bydła mlecznego, eliminując w ten sposób potrzebę bolesnego procesu usuwania rogów. Jeszcze bardziej uderzającym zastosowaniem było wytworzenie szczepu świń niezdolnego do zakażenia bardzo conta potężny i wyniszczający wirus PRRS. Naukowcy stworzyli nawet bydło, które nie może rozwinąć choroby szalonych krów. W przypadku każdej z tych procedur przeszczep jądra komórki somatycznej jest istotną częścią procesu.
Do tej pory najcenniejszym wkładem tych eksperymentów z przeszczepem jądra komórek somatycznych były zdobyte informacje naukowe i spostrzeżenia. „Pogłębili naszą wiedzę na temat normalnego i nieprawidłowego rozwoju embrionalnego, w tym aspektów starzenia się i nie tylko. Informacje te już pomagają zmniejszyć wady wrodzone, udoskonalić metody obchodzenia niepłodności, opracować narzędzia do walki z niektórymi nowotworami, a nawet zmniejszyć niektóre z negatywnych konsekwencji starzenia się – u zwierząt gospodarskich, a nawet u ludzi. Dwie dekady od czasu Dolly, ważne zastosowania wciąż ewoluują.
Ten artykuł został napisany przez George’a Seidela, profesora nauk biomedycznych z Colorado State University, dla The Conversation. It. It. został ponownie opublikowany za zgodą.