Det har været 20 år siden forskere i Skotland fortalte verden om fåret Dolly, det første pattedyr med succes klonet fra en voksen kropscelle. Hvad der var specielt ved Dolly er, at hendes “forældre” faktisk var en enkelt celle, der stammer fra brystvæv af en voksen moderfugl. Dolly var en nøjagtig genetisk kopi af det får – en klon.

Dolly fangede folks forestillinger, men de af os i marken havde set hende komme igennem tidligere undersøgelser. Jeg har arbejdet med pattedyrembryoner i over 40 år med noget arbejde i mit laboratorium, der specifikt fokuserer på forskellige metoder til kloning af kvæg og andre husdyrarter. Faktisk en af medforfatterne på papiret, der annoncerede Dolly, arbejdede i vores laboratorium i tre år, inden de tog til Skotland for at hjælpe med at skabe den berømte klon.

Dolly var en vigtig milepæl, der inspirerede forskere til også at fortsætte med at forbedre kloningsteknologien. for at forfølge nye koncepter inden for stamcelleforskning. Slutspillet var aldrig meningen at være hære af genetisk identisk husdyr: I stedet for fortsætter forskere med at forfine teknikkerne og kombinere dem med andre metoder til turboladning af traditionel anima l avlsmetoder såvel som at få indsigt i aldring og sygdom.

Ikke det sædvanlige sæd + æg

Dolly var et helt normalt får, der blev mor til mange normale lam. Hun levede i seks og et halvt år, da hun til sidst blev lagt ned, efter at en smitsom sygdom spredte sig gennem flokken og inficerede både klonede og normalt reproducerede får. Hendes liv var ikke usædvanligt; det er hendes oprindelse, der gjorde hende unik.

Før årtier med eksperimenter, der førte til Dolly, troede man, at normale dyr kun kunne produceres ved befrugtning af et æg med en sædceller. Sådan fungerer tingene naturligt. Disse kimceller er de eneste i kroppen, der har deres genetiske materiale sammenblandet og i halvdelen af mængden af enhver anden form for celle. På den måde når disse såkaldte haploide celler kommer sammen ved befrugtning, producerer de en celle med det fulde komplement af DNA. Forbundet sammen betegnes cellen diploid, to gange eller dobbelt. To halvdele udgør en helhed.

Fra det øjeblik fremad har næsten alle celler i kroppen samme genetiske sammensætning. Når et-celleembryoet duplikerer dets genetiske materiale, er begge celler i det nu to-celleembryo genetisk identiske. Når de til gengæld duplikerer deres genetiske materiale, er hver celle på firecellestadiet genetisk identisk. Dette mønster fortsætter, så hver af de billioner celler hos en voksen er genetisk nøjagtig den samme – hvad enten det er i en lunge eller en knogle eller i blodet.

I modsætning hertil blev Dolly produceret af det, der kaldes somatisk cellekerneoverførsel. I denne proces fjerner forskere det genetiske materiale fra et æg og erstatter det med kernen i en anden kropscelle. Det resulterende æg bliver en fabrik til at producere et foster, der udvikler sig til et afkom. Ingen sæd er på billedet; i stedet for halvdelen af det genetiske materiale, der kommer fra en sæd, og halvdelen fra et æg, kommer det hele fra en enkelt celle. Det er diploid fra starten.

Lang forskningssti førte til Dolly

Dolly var kulminationen på hundreder af kloningseksperimenter, der for eksempel viste diploide embryonale og føtale celler kunne være forældre til afkom. Men der var ingen mulighed for let at kende alle dyrets egenskaber, der ville være resultatet af et klonet embryo eller foster. Forskere kunne fryse nogle få af cellerne i et 16-celleembryo, mens de fortsatte med at producere kloner fra de andre celler; hvis der blev produceret et ønskeligt dyr, kunne de optø de frosne celler og lave flere kopier. Men dette var upraktisk på grund af lave succesrater.

Dolly demonstrerede, at voksne somatiske celler også kunne bruges som forældre. Man kunne således kende kendetegnene ved det dyr, der klones.

Efter mine beregninger var Dolly den eneste succes fra 277 forsøg på somatisk cellekernoverførsel. Undertiden producerer kloningsprocessen ved somatisk cellekernoverførsel stadig unormale embryoner, hvoraf de fleste dør. Men processen er meget forbedret, så succesraterne nu er mere som 10 procent; det er dog meget variabelt afhængigt af den anvendte celletype og arten.

Mere end 10 forskellige celletyper er med succes anvendt som “forældre” til kloning. I disse dage foretages mest kloning ved hjælp af celler opnået ved biopsierende hud.

Mere end gener kan påvirke en klon

Genetik er kun en del af historien. Selv mens kloner er genetisk identiske, vil deres fænotyper – de egenskaber, de udtrykker – være forskellige .Det er som naturligt forekommende identiske tvillinger: De deler alle deres gener, men de er ikke rigtig nøjagtigt ens, især hvis de opdrættes i forskellige indstillinger.

Miljø spiller en stor rolle for nogle karakteristika. Fødevaretilgængelighed kan påvirke vægten. Sygdomme kan hæmme væksten. Denne slags livsstils-, ernærings- eller sygdomseffekter kan påvirke, hvilke gener der tændes eller slukkes hos et individ; disse kaldes epigenetiske effekter. Selvom alt genetisk materiale kan være det samme i to identiske kloner, udtrykker de muligvis ikke alle de samme gener.

Overvej den praksis at klone vindende løbsheste. Kloner af vindere vil undertiden også være vindere – men de fleste gange er de ikke. Dette skyldes, at vindere er outliers; de skal have den rigtige genetik, men også den rigtige epigenetik og det rette miljø for at nå det vindende potentiale. For eksempel kan man aldrig nøjagtigt duplikere livmoderbetingelserne, som en vindende væddeløbshest oplevede, da det var et foster under udvikling. Således fører kloning af mestre normalt til skuffelse. På den anden side vil kloning af en hingst, der har en stor andel af race-vindende heste, resultere meget pålideligt i en klon, der ligeledes vinder vindere. Dette er en genetisk snarere end en fænotypisk situation.

Selvom genetikken er pålidelig, er der aspekter af kloningsproceduren, der betyder, at epigenetikken og miljøet er suboptimale. For eksempel har sæd elegante måder at aktivere de æg, de befrugter på, som dør, medmindre de aktiveres korrekt. ved kloning udføres aktivering normalt ved et stærkt elektrisk stød. Mange af trinene med kloning og efterfølgende embryonal udvikling udføres i reagensglas i inkubatorer. Disse forhold er ikke perfekte erstatninger for den kvindelige reproduktive kanal, hvor befrugtning og tidlig embryonal udvikling normalt forekommer.

Nogle gange udvikler unormale fostre sig til term, hvilket resulterer i abnormiteter ved fødslen. Den mest slående unormale fænotype af nogle kloner kaldes “store afkom syndrom”, hvor kalve eller lam er 30 eller 40 procent større end normalt, hvilket resulterer i en vanskelig fødsel. Problemerne stammer fra en unormal placenta. Ved fødslen er disse kloner genetisk normale, men er for store og har tendens til at være hyperinsulinæmisk og hypoglykæmisk. (Betingelserne normaliseres over tid, når afkom ikke længere er påvirket af den unormale moderkage.)

Nylige forbedringer i kloningsprocedurer har i høj grad reduceret disse abnormiteter, som også forekommer ved naturlig reproduktion, men med en meget lavere forekomst.

Fortsætter videre med kloning

Mange tusinder af klonede pattedyr er blevet produceret i næsten to dusin arter. Meget få af disse vedrører praktisk applikationer, såsom kloning af en berømt Angus-tyr ved navn Fina l Svar (som for nylig døde i en gammel alder) for at producere mere kvæg af høj kvalitet via hans klons sæd.

Men forskningslandskabet til kloning ændrer sig hurtigt. Drivkraften til at producere Dolly var ikke at producere genetisk identiske dyr. Snarere ønsker forskere at kombinere kloningsteknikker med andre metoder for effektivt at ændre dyr genetisk – meget hurtigere end traditionelle dyreavlmetoder, der tager årtier at foretage ændringer i populationer af arter som kvæg.

Et nylig eksempel er introduktion af det pollede (ingen horn) gen i malkekvæg, hvorved behovet for den smertefulde afhorningsproces elimineres. En endnu mere slående anvendelse har været at producere en svinestamme, der ikke er i stand til at blive inficeret af den meget smitsomme og svækkende PRRS-virus. Forskere har endda lavet kvæg, der ikke kan udvikle Mad Cow Disease. For hver af disse procedurer er nuklear transplantation af somatisk celle en væsentlig del af processen. De har forbedret vores forståelse af normal og unormal embryonal udvikling, herunder aldringsaspekter og mere. Disse oplysninger hjælper allerede med at reducere fosterskader, forbedre metoder til at omgå infertilitet, udvikle værktøjer til at bekæmpe visse kræftformer og endda mindske nogle af de negative konsekvenser af aldring – hos husdyr og endda hos mennesker. To årtier siden Dolly udvikler vigtige applikationer sig stadig.