Je to už 20 let, co vědci ve Skotsku řekli světu o ovci Dolly, prvním úspěšně naklonovaném savci z dospělé tělesné buňky. Zvláštní na Dolly bylo, že její „rodiče“ byly ve skutečnosti jedinou buňkou pocházející z prsní tkáně dospělé ovce. Dolly byla přesnou genetickou kopií této ovce – klonu.

Dolly zachytila představivost lidí, ale ti z nás v této oblasti ji viděli přicházet prostřednictvím předchozího výzkumu. Pracuji s embryi savců již více než 40 let, přičemž některé práce v mé laboratoři se konkrétně zaměřují na různé metody klonování skotu a jiných druhů hospodářských zvířat. jeden ze spoluautorů příspěvku oznamujícího, že Dolly pracovala v naší laboratoři tři roky před odjezdem do Skotska, aby pomohla vytvořit slavný klon.

Dolly byl důležitý milník, který inspiroval vědce k dalšímu zlepšování technologie klonování. aby se sledovaly nové koncepty ve výzkumu kmenových buněk. Endgame nikdy neměl být armádou geneticky identických hospodářských zvířat: Výzkumníci spíše pokračují v zdokonalování technik a jejich kombinování s jinými metodami k přeplňování tradičních zvířat Metody chovu a získávání poznatků o stárnutí a nemocích.

Ne obvyklé spermie + vejce

Dolly byla naprosto normální ovce, která se stala matkou mnoha normálních jehňat. Dožila se šesti a půl roku, kdy byla nakonec potlačena poté, co se její stádo rozšířilo nakažlivou chorobou, která infikovala klonované i normálně reprodukované ovce. Její život nebyl neobvyklý; díky jejímu původu byla jedinečná.

Před desítkami let experimentů, které vedly k Dolly, se předpokládalo, že normální zvířata lze vyprodukovat pouze oplodněním vajíčka spermatem. Takhle věci přirozeně fungují. Tyto zárodečné buňky jsou jediné v těle, u nichž je jejich genetický materiál neuspořádaný a v polovičním množství než všechny ostatní druhy buněk. Tímto způsobem, když se tyto takzvané haploidní buňky spojí při oplodnění, produkují jednu buňku s úplným doplňkem DNA. Buňka, která je spojena dohromady, se nazývá diploidní, a to dvakrát nebo dvakrát. Dvě poloviny tvoří celek.

Od té chvíle mají téměř všechny buňky v těle stejnou genetickou výbavu. Když jednobuněčné embryo duplikuje svůj genetický materiál, jsou obě buňky nyní dvoubuněčného embrya geneticky identické. Když zase duplikují svůj genetický materiál, každá buňka ve fázi čtyř buněk je geneticky identická. Tento vzorec pokračuje tak, že každý z bilionů buněk u dospělého člověka je geneticky úplně stejný – ať už je to v plicích, v kosti nebo v krvi.

Naproti tomu Dolly byla vyrobena takzvaným jaderným přenosem somatických buněk. V tomto procesu vědci odstraňují genetický materiál z vajíčka a nahrazují jej jádrem nějaké jiné tělesné buňky. Výsledné vejce se stává továrnou na produkci embrya, které se vyvine do potomka. Na obrázku nejsou žádné spermie; namísto poloviny genetického materiálu pocházejícího ze spermií a poloviny z vajíčka, vše pochází z jedné buňky. Je to od začátku diploidní.

Dlouhá cesta výzkumu vedla k Dolly

Dolly bylo vyvrcholením stovek klonovacích experimentů, které například ukázaly, že diploidní embryonální a fetální buňky mohou být rodiči potomek. Neexistoval však způsob, jak snadno poznat všechny vlastnosti zvířete, které by byly výsledkem klonovaného embrya nebo plodu. Vědci mohli zmrazit několik buněk 16-buněčného embrya a pokračovat v produkci klonů z ostatních buněk; pokud bylo vyrobeno žádoucí zvíře, mohli rozmrazit zmrazené buňky a pořídit další kopie. To však bylo nepraktické kvůli nízké míře úspěšnosti.

Dolly prokázala, že jako rodiče lze použít i dospělé somatické buňky. Dalo by se tedy poznat vlastnosti klonovaného zvířete.

Podle mých výpočtů byla Dolly jediným úspěchem z 277 pokusů o jaderný přenos somatických buněk. Někdy proces klonování jaderným přenosem somatických buněk stále produkuje abnormální embrya, z nichž většina umírá. Ale proces se výrazně zlepšil, takže úspěšnost je nyní více než 10 procent; je velmi variabilní, v závislosti na použitém typu buňky a druhu.

Více než 10 různých typů buněk bylo úspěšně použito jako „rodičů“ pro klonování. V dnešní době se většina klonování provádí pomocí buněk získaných biopsie kůže.

Klon může ovlivnit více než geny

Genetika je jen částí příběhu. I když jsou klony geneticky identické, jejich fenotypy – vlastnosti, které vyjadřují – se budou lišit .Je to jako přirozeně se vyskytující identická dvojčata: Sdílejí všechny své geny, ale nejsou si úplně totožní, zvláště pokud jsou chováni v různých podmínkách.

Prostředí hraje u některých charakteristik obrovskou roli. Dostupnost jídla může ovlivnit váhu. Nemoci mohou zastavit růst. Tyto druhy vlivu na životní styl, výživu nebo nemoci mohou ovlivnit, které geny se u jednotlivce zapínají a vypínají; tyto se nazývají epigenetické účinky. Přestože veškerý genetický materiál může být stejný ve dvou identických klonech, nemusí exprimovat všechny stejné geny.

Zvažte postup klonování vítězných dostihových koní. Klony vítězů někdy také vyhrají – ale většinou to tak není. Je to proto, že vítězové jsou odlehlé hodnoty; k dosažení tohoto vítězného potenciálu potřebují správnou genetiku, ale také správnou epigenetiku a správné prostředí. Například nikdy nelze přesně duplikovat podmínky dělohy, které vítězný dostihový kůň zažil, když se jednalo o vyvíjející se plod. Klonování šampionů tedy obvykle vede ke zklamání. Na druhou stranu, klonování hřebce, který zplodí vysoký podíl dostihových koní, bude velmi spolehlivě mít za následek klon, který podobně zplodí vítěze. Jedná se spíše o genetickou než fenotypovou situaci.

Přestože je genetika spolehlivá, existují některé aspekty postupu klonování, které znamenají, že epigenetika a prostředí jsou neoptimální. Například spermie mají elegantní způsoby aktivace vajíček, která oplodňují, která zemřou, pokud nebudou aktivována správně; při klonování se aktivace obvykle provádí silným úrazem elektrickým proudem. Mnoho kroků klonování a následného embryonálního vývoje se provádí ve zkumavkách v inkubátorech. Tyto podmínky nejsou dokonalou náhražkou ženského reprodukčního traktu, kde obvykle dochází k oplodnění a časnému embryonálnímu vývoji.

Někdy se abnormální plody vyvinou do termínu, což vede k abnormalitám při narození. Nejvýraznější abnormální fenotyp některých klonů se nazývá „syndrom velkých potomků“, kdy telata nebo jehňata jsou o 30 nebo 40 procent větší než obvykle, což vede k obtížnému porodu. Problémy pramení z abnormální placenty. Při narození jsou tyto klony geneticky normální, ale jsou příliš velké a bývají hyperinzulinemické a hypoglykemické. (Podmínky se normalizují v průběhu času, jakmile potomci již nebudou ovlivňováni abnormální placentou.)

Nedávná vylepšení klonovacích postupů je značně snížila abnormality, ke kterým dochází také při přirozené reprodukci, ale s mnohem nižším výskytem.

Pokračování klonování

U téměř dvou desítek druhů bylo vyrobeno mnoho tisíc klonovaných savců. Jen velmi málo z nich se týká praktických aplikace, jako je klonování slavného Angusova býka jménem Fina l Odpověď (který nedávno zemřel ve stáří) za účelem produkce více kvalitního skotu prostřednictvím spermatu svého klonu.

Ale prostředí klonovacího výzkumu se rychle mění. Hnací silou výroby Dolly nebylo produkovat geneticky identická zvířata. Výzkumníci spíše chtějí kombinovat klonovací techniky s jinými metodami, aby mohli účinně měnit zvířata geneticky – mnohem rychleji než tradiční metody chovu zvířat, jejichž změny v populacích druhů, jako je dobytek, trvají desítky let.

Jedním nedávným příkladem zavedení genu Polled (bez rohů) do mléčného skotu, čímž se eliminuje potřeba bolestivého procesu odrohování. Ještě pozoruhodnější aplikací byla produkce kmene prasat, která nejsou schopna být infikována velmi nakažlivým a oslabujícím virem PRRS. Vědci dokonce vyrobili dobytek, který nemůže vyvinout nemoc šílených krav. U každého z těchto postupů je jaderná transplantace somatických buněk podstatnou součástí procesu.

Nejcennějším přínosem těchto experimentů s jadernou transplantací somatických buněk byly dosud získané vědecké informace a poznatky. Zlepšili naše chápání normálního a abnormálního embryonálního vývoje, včetně aspektů stárnutí, a dalších. Tyto informace již pomáhají snižovat vrozené vady, zlepšovat metody obcházení neplodnosti, vyvíjet nástroje pro boj s určitými druhy rakoviny a dokonce snižovat některé negativní důsledky stárnutí – u hospodářských zvířat a dokonce iu lidí. Dvě desetiletí od Dolly se důležité aplikace stále vyvíjejí.