Av George Seidel
Det har gått 20 år sedan forskare i Skottland berättade världen om fåren Dolly, den första däggdjur framgångsrikt klonade från en vuxen kroppscell. Det som var speciellt med Dolly är att hennes ”föräldrar” faktiskt var en enda cell som härstammar från bröstvävnad hos en vuxen tacka. Dolly var en exakt genetisk kopia av det fåret – en klon.
Dolly fångade människors fantasier, men vi i fältet hade sett henne komma genom tidigare forskning. Jag har arbetat med däggdjursembryon i över 40 år, med en del arbeten i mitt laboratorium som specifikt fokuserade på olika metoder för kloning av nötkreatur och andra boskapsarter. Faktum är att en av medförfattarna i tidningen som meddelade Dolly arbetade i vårt laboratorium i tre år innan de åkte till Skottland för att hjälpa till med att skapa den berömda klonen.
Dolly var en viktig milstolpe som inspirerade forskare att fortsätta förbättra kloningstekniken och att driva nya koncept inom stamcellsforskning. att vara arméer med genetiskt identiska boskap: Forskare fortsätter snarare att förfina teknikerna och kombinera dem med andra metoder för att turboladda traditionella djurförädlingsmetoder samt få insikt i åldrande och sjukdom.
Inte den vanliga spermierna + Ägg
Dolly var ett helt normalt får som blev mor till många normala lamm, hon levde i sex och ett halvt år, när hon så småningom blev nedlagd efter att en smittsam sjukdom spridit sig genom flocken. , infekterar klonade och normalt reproducerade får lika. Hennes liv var inte ovanligt, det var hennes ursprung som gjorde henne unik.
Innan decennierna av experiment som ledde till Dolly trodde man att normala djur bara kunde produceras genom befruktning av ett ägg med en sperma. Det är så saker och ting fungerar naturligt. Dessa könsceller är de enda i kroppen som har sitt genetiska material allt sammanblandat och i hälften av mängden av alla andra typer av celler. På det sättet när dessa så kallade haploida celler kommer samman på befruktning producerar de en cell med hela DNA-komplementet. Förenat tillsammans kallas cellen diploid, för två gånger eller dubbelt. Två halvor utgör en helhet.
En del av denna sida är inte tillgänglig i den här upplevelsen. För en rikare upplevelse, klicka här.
Från och med det ögonblicket har nästan alla celler i kroppen samma genetiska sammansättning. När encellsembryot duplicerar sin genetiska båda cellerna i det nu tvåcelliga embryot är genetiskt identiska. När de i sin tur duplicerar sitt genetiska material är varje cell i fyrcellsstadiet genetiskt identisk. Detta mönster fortsätter så att var och en av biljoner celler i en vuxen är genetiskt exakt densamma – oavsett om det är i en lunga eller i ett ben eller i blodet.
Däremot producerades Dolly av det som kallas somatisk cellkärnöverföring. I denna process tar forskare bort det genetiska materialet från ett ägg och ersätter det med kärnan i någon annan kroppscell. Det resulterande ägget blir en fabrik för att producera ett embryo som utvecklas till en avkomma. Inga spermier finns på bilden; istället för att hälften av det genetiska materialet kommer från en sperma och hälften från ett ägg, kommer allt från en enda cell. Det är diploid från början.
Long Research Path Led to Dolly
Dolly var kulmen på hundratals kloningsexperiment som till exempel visade att diploida embryonala och fosterceller kunde vara föräldrar till avkommor. Men det fanns inget sätt att enkelt känna till alla djurets egenskaper som skulle bli resultatet av ett klonat embryo eller foster. Forskare kunde frysa några av cellerna i ett 16-cells embryo medan de fortsatte att producera kloner från de andra cellerna; om ett önskvärt djur producerades kunde de tina de frysta cellerna och göra fler kopior. Men detta var opraktiskt på grund av låga framgångsgrader.
Dolly visade att vuxna somatiska celler också kunde användas som Således kunde man känna till egenskaperna hos det djur som klonas.
Enligt mina beräkningar var Dolly den enda framgången från 277 försök med somatisk cellkärnöverföring. Ibland kloningsprocessen genom somatisk cellkärnöverföring producerar fortfarande onormala embryon, varav de flesta dör. Men pr ocess har förbättrats avsevärt så framgångsgraden nu är mer som 10 procent; det är dock mycket varierande, beroende på vilken celltyp som används och arten.
Mer än tio olika celltyper har framgångsrikt använts som ”föräldrar” för kloning. Dessa dagar görs mest kloning med celler erhållits genom biopsiing av huden.
Mer än gener kan påverka en klon
Genetik är bara en del av berättelsen. Även om kloner är genetiskt identiska kommer deras fenotyper – de egenskaper de uttrycker – att vara annorlunda.Det är som naturligt förekommande identiska tvillingar: De delar alla sina gener men de är inte riktigt exakt lika, speciellt om de uppföds i olika inställningar.
Miljö spelar en stor roll för vissa egenskaper. Mattillgänglighet kan påverka vikten. Sjukdomar kan hämma tillväxten. Denna typ av livsstils-, närings- eller sjukdomseffekter kan påverka vilka gener som slås på eller av hos en individ; dessa kallas epigenetiska effekter. Även om allt genetiskt material kan vara detsamma i två identiska kloner, kanske de inte uttrycker alla samma gener.
Överväg praxis att klona vinnande tävlingshästar. Kloner av vinnare kommer ibland också att vara vinnare – men oftast är de inte. Detta beror på att vinnare är avvikare. De måste ha rätt genetik, men också rätt epigenetik och rätt miljö för att nå den vinnande potentialen. För till exempel kan man aldrig exakt duplicera livmoderförhållandena som en vinnande tävlingshäst upplevde när det var ett foster som utvecklades. Således leder kloningsmästare vanligtvis till besvikelse. Å andra sidan kommer kloning av en hingst som härskar en hög andel rasvinnande hästar mycket tillförlitligt i en klon som på liknande sätt övertar vinnare. Detta är en genetisk snarare än en fenotypisk situation.
Även om genetiken är tillförlitlig finns det aspekter av kloningsförfarandet som betyder att epigenetiken och miljön är suboptimala. Till exempel har spermier eleganta sätt att aktivera äggen de befruktar, vilket kommer att dö såvida de inte aktiveras ordentligt, med kloning görs aktivering vanligtvis av en stark elektrisk chock. stegen för kloning och efterföljande embryonal utveckling görs i provrör i inkubatorer. Dessa förhållanden är inte perfekta ersättare för den kvinnliga reproduktionskanalen där befruktning och tidig embryonal utveckling normalt förekommer.
Ibland utvecklas onormala foster till term, vilket leder till avvikelser vid födseln. Den mest slående onormala fenotypen för vissa kloner kallas ”stora avkommasyndrom”, där kalvar eller lamm är 30 eller 40 procent större än normalt, vilket resulterar i svår födelse. Problemen härrör från en onormal moderkaka. Vid födseln är dessa kloner genetiskt normala, men de är alltför stora och tenderar att vara hyperinsulinemiska och hypoglykemiska. (Förhållandena normaliseras över tiden när avkomman inte längre påverkas av den onormala moderkakan.)
Nya förbättringar av kloningsprocedurer har kraftigt minskat dessa avvikelser, vilket också förekommer med naturlig reproduktion, men med en mycket lägre förekomst .
Fortsätter vidare med kloning
Många tusentals klonade däggdjur har producerats i nästan två dussin arter. Mycket få av dessa handlar om praktiska tillämpningar, som att klona en berömd Angus-tjur med namnet Final Answer (som nyligen dog i ålderdom) för att producera mer högkvalitativt nötkreatur via hans klonspermier.
En del av denna sida är inte tillgänglig i den här upplevelsen. För en rikare upplevelse, klicka här.
Men forskningslandskapet för kloning förändras snabbt. Drivkraften för att producera Dolly var inte att producera genetiskt identiska djur. Snarare vill forskare kombinera kloningstekniker med andra metoder för att effektivt förändra djur genetiskt – mycket snabbare än traditionella djuruppfödningsmetoder som tar decennier att göra förändringar i populationer av arter som nötkreatur.
Ett nytt exempel är att introducera den pollade genen (inga horn) i mjölkkor, vilket eliminerar behovet av den smärtsamma avhorningsprocessen. En ännu mer slående applikation har varit att producera en grisstam som inte kan smittas av mycket konta allvarligt och försvagande PRRS-virus. Forskare har till och med gjort nötkreatur som inte kan utveckla Mad Cow Disease. För vart och ett av dessa förfaranden är somatisk cellkärntransplantation en väsentlig del av processen. De har förbättrat vår förståelse för normal och onormal embryonal utveckling, inklusive aspekter av åldrande och mer. Denna information hjälper redan till att minska fosterskador, förbättra metoder för att kringgå infertilitet, utveckla verktyg för att bekämpa vissa cancerformer och till och med minska några av de negativa konsekvenserna. av åldrande – hos boskap och till och med hos människor. Två årtionden sedan Dolly utvecklas fortfarande viktiga applikationer.
Denna artikel skrevs av George Seidel, professor i biomedicinsk vetenskap, Colorado State University, för The Conversation. har publicerats på nytt med tillstånd.