Sono passati 20 anni da quando gli scienziati scozzesi hanno parlato al mondo di Dolly la pecora, il primo mammifero clonato con successo da una cellula del corpo adulto. La particolarità di Dolly è che i suoi “genitori” erano in realtà una singola cellula proveniente dal tessuto mammario di una pecora adulta. Dolly era una copia genetica esatta di quella pecora: un clone.

Dolly ha catturato l’immaginazione delle persone, ma quelli di noi sul campo l’avevano vista superare le ricerche precedenti. Ho lavorato con embrioni di mammiferi per oltre 40 anni, con un po ‘di lavoro nel mio laboratorio incentrato specificamente su vari metodi di clonazione di bovini e altre specie di bestiame. uno dei coautori dell’articolo che annunciava che Dolly ha lavorato nel nostro laboratorio per tre anni prima di andare in Scozia per aiutare a creare il famoso clone.

Dolly è stata una pietra miliare importante, ispirando gli scienziati a continuare a migliorare anche la tecnologia di clonazione per perseguire nuovi concetti nella ricerca sulle cellule staminali. Il finale non è mai stato concepito per essere eserciti di bestiame geneticamente identico: piuttosto, i ricercatori continuano a perfezionare le tecniche e combinarle con altri metodi per turbo l metodi di allevamento e approfondimenti sull’invecchiamento e la malattia.

Non il solito sperma + uovo

Dolly era una pecora perfettamente normale che divenne la madre di numerosi agnelli normali. Ha vissuto fino a sei anni e mezzo, quando alla fine è stata soppressa dopo che una malattia contagiosa si è diffusa nel suo gregge, infettando allo stesso modo pecore clonate e normalmente riprodotte. La sua vita non era insolita; è la sua origine a renderla unica.

Prima dei decenni di esperimenti che hanno portato a Dolly, si pensava che animali normali potessero essere prodotti solo dalla fecondazione di un uovo da parte di uno spermatozoo. È così che funzionano le cose naturalmente. Queste cellule germinali sono le uniche nel corpo che hanno il loro materiale genetico tutto confuso e nella metà della quantità di ogni altro tipo di cellula. In questo modo, quando queste cosiddette cellule aploidi si uniscono durante la fecondazione, producono una cellula con l’intero complemento di DNA. Unite insieme, la cellula è chiamata diploide, per due volte o doppia. Due metà formano un intero.

Da quel momento in poi, quasi tutte le cellule di quel corpo hanno lo stesso corredo genetico. Quando l’embrione di una cellula duplica il suo materiale genetico, entrambe le cellule dell’embrione ora a due cellule sono geneticamente identiche. Quando a loro volta duplicano il loro materiale genetico, ogni cellula allo stadio di quattro cellule è geneticamente identica. Questo schema continua in modo che ciascuna delle trilioni di cellule in un adulto sia geneticamente esattamente la stessa, sia che si trovi in un polmone, in un osso o nel sangue.

Al contrario, Dolly è stato prodotto dal cosiddetto trasferimento nucleare di cellule somatiche. In questo processo, i ricercatori rimuovono il materiale genetico da un uovo e lo sostituiscono con il nucleo di qualche altra cellula del corpo. L’uovo risultante diventa una fabbrica per produrre un embrione che si sviluppa in una prole. Nessuno sperma è nella foto; invece di metà del materiale genetico proveniente da uno spermatozoo e metà da un uovo, proviene tutto da una singola cellula. È diploide fin dall’inizio.

Un lungo percorso di ricerca ha portato a Dolly

Dolly è stato il culmine di centinaia di esperimenti di clonazione che, ad esempio, hanno dimostrato che le cellule embrionali e fetali diploidi potrebbero essere genitori di prole. Ma non c’era modo di conoscere facilmente tutte le caratteristiche dell’animale che sarebbero risultate da un embrione o feto clonato. I ricercatori potrebbero congelare alcune delle cellule di un embrione di 16 cellule, mentre continuano a produrre cloni dalle altre cellule; se fosse prodotto un animale desiderabile, potrebbero scongelare le cellule congelate e fare più copie. Ma questo non era pratico a causa delle basse percentuali di successo.

Dolly ha dimostrato che anche le cellule somatiche adulte potevano essere utilizzate come genitori. Quindi, si potevano conoscere le caratteristiche dell’animale da clonare.

Secondo i miei calcoli, Dolly è stato l’unico successo di 277 tentativi di trasferimento nucleare di cellule somatiche. A volte il processo di clonazione mediante trasferimento nucleare di cellule somatiche produce ancora embrioni anormali, la maggior parte dei quali muoiono. Ma il processo è notevolmente migliorato, quindi le percentuali di successo ora sono più simili al 10 percento; è molto variabile, tuttavia, a seconda del tipo di cellula utilizzato e della specie.

Più di 10 diversi tipi di cellule sono stati utilizzati con successo come “genitori” per la clonazione. Oggigiorno la maggior parte della clonazione viene eseguita utilizzando cellule ottenute da biopsia della pelle.

Più di quanto i geni possano influenzare un clone

La genetica è solo una parte della storia. Anche se i cloni sono geneticamente identici, i loro fenotipi, le caratteristiche che esprimono, saranno diversi .È come gemelli identici presenti in natura: condividono tutti i loro geni ma non sono esattamente uguali, soprattutto se allevati in contesti diversi.

L’ambiente gioca un ruolo enorme per alcune caratteristiche. La disponibilità di cibo può influenzare il peso. Le malattie possono arrestare la crescita. Questi tipi di effetti sullo stile di vita, sulla nutrizione o sulla malattia possono influenzare quali geni vengono attivati o disattivati in un individuo; questi sono chiamati effetti epigenetici. Anche se tutto il materiale genetico può essere lo stesso in due cloni identici, potrebbero non esprimere tutti gli stessi geni.

Considera la pratica della clonazione dei cavalli da corsa vincenti. A volte saranno anche i cloni dei vincitori, ma la maggior parte delle volte non lo sono. Questo perché i vincitori sono valori anomali; devono avere la giusta genetica, ma anche la giusta epigenetica e l’ambiente giusto per raggiungere quel potenziale vincente. Ad esempio, non si possono mai riprodurre esattamente le condizioni uterine sperimentate da un cavallo da corsa vincente quando era un feto in via di sviluppo. Pertanto, la clonazione dei campioni di solito porta alla delusione. D’altra parte, la clonazione di uno stallone che genera un’alta percentuale di cavalli vincitori di una corsa risulterà in modo molto affidabile in un clone che similmente genera vincitori. Questa è una situazione genetica piuttosto che fenotipica.

Anche se la genetica è affidabile, ci sono aspetti della procedura di clonazione che significano che l’epigenetica e l’ambiente non sono ottimali. Ad esempio, gli spermatozoi hanno modi eleganti di attivare gli ovuli che fertilizzano, che moriranno se non attivati adeguatamente; con la clonazione, l’attivazione di solito si ottiene con una forte scossa elettrica. Molte delle fasi della clonazione e del successivo sviluppo embrionale vengono eseguite in provette negli incubatori. Queste condizioni non sono sostituti perfetti per il tratto riproduttivo femminile dove normalmente si verificano la fecondazione e lo sviluppo embrionale precoce.

A volte i feti anormali si sviluppano fino al termine, con conseguenti anomalie alla nascita. Il fenotipo anomalo più evidente di alcuni cloni è definito “sindrome della prole grande”, in cui i vitelli o gli agnelli sono del 30 o 40% più grandi del normale, con conseguente difficoltà alla nascita. I problemi derivano da una placenta anormale. Alla nascita, questi cloni sono geneticamente normali, ma sono eccessivamente grandi e tendono ad essere iperinsulinemiche e ipoglicemiche (le condizioni si normalizzano nel tempo una volta che la prole non è più influenzata dalla placenta anormale)

I recenti miglioramenti nelle procedure di clonazione le hanno notevolmente ridotte anomalie, che si verificano anche con la riproduzione naturale, ma con un’incidenza molto inferiore.

Continuando con la clonazione

Molte migliaia di mammiferi clonati sono stati prodotti in quasi due dozzine di specie. Pochissimi di questi riguardano pratiche applicazioni, come la clonazione di un famoso toro Angus di nome Fina l Risposta (che è morto di recente in età avanzata) per produrre più bestiame di alta qualità attraverso lo sperma del suo clone.

Ma il panorama della ricerca sulla clonazione sta cambiando rapidamente. La forza trainante per la produzione di Dolly non era quella di produrre animali geneticamente identici. Piuttosto, i ricercatori vogliono combinare tecniche di clonazione con altri metodi al fine di cambiare geneticamente gli animali in modo efficiente, molto più rapidamente dei metodi tradizionali di allevamento degli animali che impiegano decenni per apportare cambiamenti nelle popolazioni di specie come il bestiame.

Un esempio recente è introducendo il gene polled (senza corna) nei bovini da latte, eliminando così la necessità del doloroso processo di decornazione. Un’applicazione ancora più sorprendente è stata quella di produrre un ceppo di suini incapace di essere infettato dal virus PRRS molto contagioso e debilitante. I ricercatori hanno persino prodotto bovini che non possono sviluppare la malattia della mucca pazza. Per ciascuna di queste procedure, il trapianto nucleare di cellule somatiche è una parte essenziale del processo.

Ad oggi, il contributo più prezioso di questi esperimenti di trapianto nucleare di cellule somatiche sono state le informazioni scientifiche e le conoscenze acquisite. Hanno migliorato la nostra comprensione dello sviluppo embrionale normale e anormale, inclusi gli aspetti dell’invecchiamento e altro ancora. Queste informazioni stanno già aiutando a ridurre i difetti alla nascita, migliorare i metodi per aggirare l’infertilità, sviluppare strumenti per combattere alcuni tipi di cancro e persino ridurre alcune delle conseguenze negative dell’invecchiamento, nel bestiame e persino nelle persone. Due decenni da Dolly, importanti applicazioni sono ancora in evoluzione.