(klonowanie chimerowe).

Klonowanie
Ilona Smolaga kl. 2b
W potocznym rozumieniu proces tworzenia
idealnej kopii z oryginału.
W biologii mianem klonu określa się organizmy
mające identyczny lub prawie identyczny
materiał genetyczny. Klonami są więc organizmy
powstałe w procesie rozmnażania
wegetatywnego, takie jak kolonie bakterii,
jednokomórkowców, odrośla i rozmnóżki roślin
etc.
Termin klonowanie jest używany w kilku
znaczeniach:
• Klonowanie to proces
tworzenia organizmów
mających taką samą
informację genetyczną jak
dawca. Szczególnym
przypadkiem jest twinning,
czyli powstawanie lub
otrzymywanie bliźniąt
monozygotycznych, gdzie nie
można wyróżnić dawcy.
•
Klonowanie organizmów -oznacza procedurę otrzymywania
organizmów o takiej samej informacji genetycznej, z reguły
poprzez procedurę transferu jądra z komórki somatycznej do
komórki jajowej pozbawionej uprzednio jądra. W przypadku
klonowania roślin stosuje się procedurę odróżnicowania
komórek dawcy do komórek merystematycznych.
•
Klonowanie genów - w
genetyce i biologii molekularnej
proces wyosobniania genu.
Polega na łączeniu fragmentów
materiału genetycznego z
wektorem molekularnym i ich
namnażaniu w innym
organizmie. Otrzymuje się w
ten sposób wiele kopii tego
samego genu. Termin
klonowanie genów odnosi się
też do identyfikacji genów
poprzez wykorzystanie
procedury klonowania genów.
Jeśli pojedynczy fragment
genomu jest przenoszony z
jednego wektora do drugiego,
taki proces określa się mianem
subklonowania.
Opanowano obecnie
metody klonowania
wielu gatunków roślin
i zwierząt. W
przypadku zwierząt
zazwyczaj stosuje
się technikę polegającą
na przeniesieniu
jądra komórki
somatycznej pobranej
z klonowanego
osobnika, do komórki
jajowej pozbawionej
jądra.
Proces ten tworzy
funkcjonalną zygotę.
Zygota ta może, jeśli
się jej na to pozwoli,
rozwinąć w żywego
osobnika. Dawca
komórki jajowej z
reguły pochodzi z
tego samego gatunku.
Transfer jądra do
komórki jajowej
innego gatunku
rzadko
jest skuteczny.
Klony otrzymane w
procesie transferu
jądrowego nie są w 100%
genetycznie identyczne z
dawcami.
W trakcie tego procesu wymienia się bowiem
tylko materiał genetyczny zawarty w jądrze
komórkowym pozostawiając RNA mitochondrialny
biorcy. Mitochondrialne RNA ma jednak minimalny
wkład w dziedziczenie cech genetycznych.
Chronologia postępów w klonowaniu
zwierząt
 (1938) Hans Spemann zaproponował wykorzystanie transferu jądrowego w
celu sklonowania organizmu. Pomysł pochodzi z rozważań nad sposobem
eksperymentalnego rozstrzygnięcia kontrowersji, czy w procesie
różnicowania następuje utrata materiału genetycznego. Gdyby
następowała, klonowanie byłoby niemożliwe.
 żaba: Rana pipiens (1952) Robert Briggs i Thomas King. Mieli trudności z
uzyskaniem klonów z komórek zróżnicowanych, doszli do konkluzji,
błędnej, że następuje utrata materiału genetycznego.
 żaba: Xenopus laevis (1958, 1962) John B. Gurdon odniósł sukces. Przez
wiele lat jednak jego wynik był kwestionowany, zwłaszcza w świetle
nieudanych prób klonowania ssaków. Gurdon wielokrotnie udoskonalał
eksperyment, by odpowiedzieć na kolejne zarzuty.
 karpi: (1963) informacja kontrowersyjna
 owca: (1996) pierwszy sklonowany ssak: Owca Dolly
 małpa (Rezus): (samica, styczeń 2000)
 świnia: (5 prosiaków z jednej świni, Szkocja - 2000)
 bawół: (samiec, styczeń 2001)
 krowa: Alpha and Beta (samica, 2001)
 kot: CopyCat "CC" (samica, jesień 2001)
 mysz: (1998) Wakayama i Yanagimachi. W 2002 roku Hochedlinger i
Jaenisch sklonowali myszy z limfocytów T i pokazali, że otrzymane
osobniki mają rearanżacje genu receptora limfocytu T właściwą dla
wyjściowej populacji limfocytów. Powszechnie uważa się to za najsilniejszy
dowód, że klonowanie jest możliwe z komórek zróżnicowanych.
 królik: (marzec-kwiecień, 2003) we Francji i Korei Południowej.
 muł: Idaho Gem (samiec, maj 2003) i Utah Pioneer (samiec, lipiec 2003)
 jeleń: Dewey (2003)
 koń: Prometea (samica, 2003)
 szczur: Ralph (samiec, 2003)
 muszki owocowe (2004)
 Człowiek (2004) grupa Shin Yong Moona, ogłosiła otrzymano
pluripotentnych komórek macierzystych. Wynik ten okazał się oszustwem.
 pies: Snuppy (kwiecień 2005)
Klonowanie wymarłych gatunków zwierząt budzi zrozumiałe zainteresowanie,
zwłaszcza w świetle filmów fantastycznych takich jak Jurassic Park. Procedury
takie pozostają jak na razie w sferze fantastyki, choć niektóre ośrodki rozpoczęły
badania nad możliwością takiej procedury.
Np. Muzeum Australijskie ogłosiło projekt sklonowania wilka workowatego,
niestety niedawno się z tego projektu wycofało. Pierwszym etapem projektu
miało być otrzymanie biblioteki genowej .
Główne trudności ze zrealizowaniem projektu
sklonowania wymarłego organizmu:
• brak odpowiedniego DNA. DNA dostępny ze źródeł
kopalnych bądź to muzealnych jest bardzo
fragmentaryczny i dostępny w znikomych ilościach. Nie
jest jasne, czy możliwe jest otrzymanie wystarczającej
ilości i jakości by odtworzyć sekwencję kompletnego
genomu.
• obecne metody klonowania
wykorzystują transfer jądra. Nie
jest jasne, czy nagi DNA mógłby być
wystarczający. Paradoksalnie, nagi
DNA może być lepszym substratem
do klonowania, gdyż może łatwiej
ulegać reprogramowaniu
epigenetycznemu. Zważywszy, że
komórki jajowe pewnych
organizmów, np. żab, mają aktywne
mechanizmy potrafiące odtworzyć
chromatynę i otoczkę jądrową, etap
ten może być mniej trudny niż
myślimy.
• kwestia wyboru
donora komórki
jajowej – większość
transferu jądrowego
pomiędzy różnymi
gatunkami się nie
powodzi.
Metody klonowania ssaków
Opracowanych jest kilka metod klonowania ssaków. Do klonowania
zarodków – czyli jeszcze nie zróżnicowanych komórek – stosuje się
metody: izolacji blastomerów, reagregacja blastomerów, dzielenie
zarodków, czy transplantacja jąder komórkowych. Ta ostania
metoda jest także stosowana do klonowania somatycznego, czyli
takiego w którym wykorzystywane są komórki pochodzące z
osobników dorosłych. Tą metodą właśnie została sklonowana – jako
pierwszy ssak - w 1996 roku owca Dolly.
lonowanie zarodków metodą izolacji
blastomerów.
• Polega na usunięci osłonki przejrzystej
zarodka gdy występuje on w stadium 4komórkowym – składa się z 4 blastomerów
(wykorzystywane też są czasami zarodki
składające się z 2, lub 8 blastomerów), a
następnie umieszczeniu w pożywce
pozbawionej jonów magnezu i wapnia, co
powoduje osłabienie połączeń pomiędzy
blastomerami i rozdzielenie się ich. Następnie
rozdzielne blastomery hoduje się w
warunkach in vitro do momentu uzyskania
przez nie stadium moruli lub blastocysty.
Następnie wszczepie się je do macicy samicybiorcy.
Klonowanie tą metodę jest jednak mało
skuteczne. Jest to metoda czysto
laboratoryjna.
lonowanie zarodków metodą dzielenie
(bisekcji).
• Polega na przecięciu zarodków
występujących w stadium moruli lub
blastocysty odpowiednie przygotowanym
skalpelem. Jest to zabieg stosunkowo
prosty, dzieli się zarodek na dwie równe
części, i po krótkiej hodowli in vitro
przeszczepie się je do samic-biorczyń.
Ograniczeniem tej metody jest możliwość
uzyskania tylko dwóch identycznych
genetycznie osobników – dzielenie zarodka
na 3, 4 i więcej części nie przynosiło
rezultatów.
lonowanie zarodków metodą reagregacji
blastomerów (klonowanie chimerowe).
• Organizm chimerowy – chimera – jest to
organizm złożonych z komórek pochodzących z
dwóch lub więcej, organizmów, czyli pochodzący
z komórek różniących się pod względem
genetycznym i genotypowym.
Klonowanie chimerowe opiera się na hipotezie
„inside-outside, wg której zewnętrznie położone
komórki zarodka wytwarzają trofoblast
(odpowiedzialny za implantację w ścianie
macicy), a z komórek będących wewnątrz,
odizolowanych od środowiska zewnętrznego,
rozwinie się ostatecznie przyszły osobnik.
W metodzie tej pojedyncze blastomery
wyizolowane wcześniej z zarodka
klonowanego (zwykle 4 lub 8 komórkowego)
otacza się innymi blastomerami – tzn.
blastomerami nośnikowymi. Następnie po
hodowli in vitro wszczepie się taki już
chimerowy zarodek do samicy-biorcy. Metoda
ta mimo że pozwala na uzyskanie większej
liczby klonów pozostaje jednak metodą czysto
laboratoryjną, ze względu na duże trudności
z hodowlą i przeżywalnością agregowanych
blastomerów.
lonowanie metodą transplantacji jąder
komórkowych.
• Jest to najczęściej wykorzystywana metoda
klonowania. Jest jedyną która pozwala na
sklonowanie dorosłych osobników, oraz
umożliwiająca uzyskanie wielu klonów. Ta
właśnie metodą sklonowana została owca
Dolly.
Polega na usunięciu jądra komórkowego z
niezapłodnionego oocytu (komórki jajowej) i
wszczepieniu jądra z innej komórki –
pochodzącej z organizmu jaki chcemy
klonować. Jądro można obierać z komórek
zarodka, z komórek hodowanych in vitro, a
także co najważniejsze w tej metodzie, z
dorosłych już osobników. W przypadku Dolly
były to komórki pochodzące z wymienia
jednej z owiec.
Pomimo braku precyzyjnych narzędzi – używali oni własnoręcznie
wykonanych mikropipet i igieł preparacyjnych – udało im się przenieść
jądra komórkowe pobrane z komórek blastulu do komórek jajowych żab, z
których wcześniej usunięty został materiał genetyczny. Otrzymane w ten
sposób komórki dzieliły się i różnicowały aż do uzyskania stadium
kijanki.
Pierwsze próby klonowania podjęte zostały przez Roberta Briggs’a i
Thomasa Kinga już w 1956r
Bardzo podobne
czynności wykonał
twórca owieczki Dolly –
Ian Willmut. Do
klonowania użył on
niezapłodnionego oocytu
owcy oraz komórki
wymienia pobranej od
sześcioletniej owcy.
lonowanie ludzi
Jest to tworzenie genetycznie identycznej kopii
jednostki ludzkiej, lub w drugim znaczeniu, hodowanie
wybranych tkanek ludzkich z pojedynczych komórek
somatycznych. Termin klonowanie odnosi się w tym
kontekście tylko do sztucznego powielania ludzi. Z
technicznego punktu widzenia, naturalnie urodzone
bliźnięt jednojajowe, są klonami, można więc
powiedzieć, że już obecnie ludzkość w ok 1,5-3%
składa się z klonów.
Klonowanie ludzi w celach reprodukcyjnych
ma niewielki sens praktyczny, dodatkowo
niedoskonałości natury technicznej i mutacje
somatyczne w komórkach będącymi
donorami materiału genetycznego,
powodują, że przy obecnym stanie
technologii, ludzki klon najprawdopodobniej
cierpiałby na zaburzenia natury genetycznej.
Tak więc klonowanie ludzi, przynajmniej na
razie, z medycznego punktu widzenia jest
nieetyczne, ze względu na zasadę primum
non nocere.
Z moralnego punktu widzenia nie należy
ingerować w największy cud natury
jakim jest życie. Mogło by to zachwiać
równowagę w przyrodzie.