Det har gått 20 år siden forskere i Skottland fortalte verden om Dolly-sauen, det første pattedyret som klonet fra en voksen kroppscelle. Det som var spesielt med Dolly er at hennes «foreldre» egentlig var en enkelt celle som stammer fra brystvev fra en voksen moderfugl. Dolly var en nøyaktig genetisk kopi av sauen – en klon.

Dolly fanget folks fantasi, men de av oss i feltet hadde sett henne komme gjennom tidligere undersøkelser. Jeg har jobbet med pattedyrembryoer i over 40 år, med noe arbeid i laboratoriet mitt, spesielt med fokus på forskjellige metoder for kloning av storfe og andre husdyrarter. en av medforfatterne av papiret som kunngjorde Dolly, jobbet i laboratoriet vårt i tre år før de dro til Skottland for å bidra til å skape den berømte klonen.

Dolly var en viktig milepæl, og inspirerte forskere til å fortsette å forbedre kloningsteknologien også som å forfølge nye konsepter innen stamcelleforskning. Sluttspillet var aldri ment å være hærer av genetisk identisk husdyr: I stedet fortsetter forskere å avgrense teknikkene og kombinere dem med andre metoder for å turboladere tradisjonell anima Jeg avlsmetoder så vel som å få innsikt i aldring og sykdom.

Ikke det vanlige sæd + egget

Dolly var en helt normal sau som ble mor til mange normale lam. Hun levde i seks og et halvt år, da hun til slutt ble lagt ned etter at en smittsom sykdom spredte seg gjennom flokken hennes, og smittet både klonede og normalt reproduserte sauer. Hennes liv var ikke uvanlig; det er hennes opprinnelse som gjorde henne unik.

Før tiår med eksperimenter som førte til Dolly, ble det antatt at normale dyr bare kunne produseres ved befruktning av et egg med sæd. Slik fungerer ting naturlig. Disse kjønnscellene er de eneste i kroppen som har sitt genetiske materiale sammen, og i halvparten av mengden av alle andre typer celler. På den måten når disse såkalte haploide cellene kommer sammen ved befruktning, produserer de en celle med full DNA-komplement. Sammenføyet kalles cellen diploid, for to ganger eller dobbelt. To halvdeler utgjør en helhet.

Fra det øyeblikket fremover har nesten alle celler i kroppen samme genetiske sammensetning. Når encelleembryoet dupliserer genetisk materiale, er begge cellene i det nå tocellede embryoet genetisk identiske. Når de i sin tur dupliserer genetisk materiale, er hver celle på firecellestadiet genetisk identisk. Dette mønsteret fortsetter slik at hver av billionene av celler hos en voksen er genetisk nøyaktig den samme – enten det er i en lunge eller et bein eller blodet.

Dolly ble derimot produsert av det som kalles somatisk cellekjerneoverføring. I denne prosessen fjerner forskere det genetiske materialet fra et egg og erstatter det med kjernen til en annen kroppscelle. Det resulterende egget blir en fabrikk for å produsere et embryo som utvikler seg til et avkom. Ingen sæd er på bildet; i stedet for at halvparten av genetisk materiale kommer fra en sædceller og en halv fra et egg, kommer det hele fra en enkelt celle. Det er diploid fra starten.

Lang forskningssti førte til Dolly

Dolly var kulminasjonen av hundrevis av kloningseksperimenter som for eksempel viste at diploide embryonale og fosterceller kunne være foreldre til avkom. Men det var ingen måte å enkelt kjenne alle egenskapene til dyret som ville være resultatet av et klonet embryo eller foster. Forskere kunne fryse noen av cellene i et 16-celleembryo, mens de fortsatte å produsere kloner fra de andre cellene; hvis et ønskelig dyr ble produsert, kunne de tine de frosne cellene og lage flere kopier. Men dette var upraktisk på grunn av lave suksessrater.

Dolly demonstrerte at voksne somatiske celler også kunne brukes som foreldre. Dermed kunne man kjenne kjennetegnene til dyret som ble klonet.

Etter mine beregninger var Dolly den eneste suksessen fra 277 forsøk på somatisk cellekjerneoverføring. Noen ganger produserer kloningsprosessen ved somatisk cellekjerneoverføring fremdeles unormale embryoer, hvorav de fleste dør. Men prosessen har forbedret seg så suksessratene nå er mer som 10 prosent; det er imidlertid svært variabelt, avhengig av hvilken celletype som brukes og arten. biopsiing av hud.

Mer enn gener kan påvirke en klon

Genetikk er bare en del av historien. Selv om kloner er genetisk identiske, vil fenotypene deres – egenskapene de uttrykker – være forskjellige .Det er som naturlig forekommende tvillinger: De deler alle genene sine, men de er egentlig ikke helt like, spesielt hvis de er oppdrettet i forskjellige omgivelser.

Miljø spiller en stor rolle for noen egenskaper. Tilgjengelighet av mat kan påvirke vekten. Sykdommer kan hindre veksten. Slike livsstils-, ernærings- eller sykdomseffekter kan påvirke hvilke gener som slås på eller av hos et individ; disse kalles epigenetiske effekter. Selv om alt genetisk materiale kan være det samme i to identiske kloner, uttrykker de kanskje ikke de samme genene.

Vurder praksisen med å klone vinnende løpshester. Kloner av vinnere vil noen ganger også være vinnere – men de fleste ganger er de ikke. Dette er fordi vinnere er avvikere; de trenger å ha riktig genetikk, men også riktig epigenetikk og riktig miljø for å nå det vinnende potensialet. For eksempel kan man aldri akkurat duplisere livmorforholdene som en vinnende løpshest opplevde da det var et foster i utvikling. Dermed fører kloningsmestre vanligvis til skuffelse. På den annen side vil kloning av en hingst som har en høy andel rasevinnende hester, resultere veldig pålitelig i en klon som på samme måte tillegger vinnere. Dette er en genetisk snarere enn en fenotypisk situasjon.

Selv om genetikken er pålitelig, er det aspekter ved kloningsprosedyren som betyr at epigenetikken og miljøet er suboptimalt. Sæd har for eksempel elegante måter å aktivere eggene de gjødsler på, som vil dø med mindre de blir aktivert riktig; Ved kloning oppnås vanligvis aktivering med et sterkt elektrisk støt. Mange av trinnene med kloning og påfølgende embryonal utvikling gjøres i reagensglass i inkubatorer. Disse forholdene er ikke perfekte erstatninger for den kvinnelige reproduksjonskanalen der befruktning og tidlig embryonal utvikling normalt forekommer.

Noen ganger utvikler unormale fostre seg til term, noe som resulterer i abnormiteter ved fødselen. Den mest slående unormale fenotypen til noen kloner kalles «store avkom syndrom», der kalver eller lam er 30 eller 40 prosent større enn normalt, noe som resulterer i vanskelig fødsel. Problemene stammer fra en unormal morkake. Ved fødselen er disse klonene genetisk. normale, men er for store, og har en tendens til å være hyperinsulinemisk og hypoglykemisk. (Forholdene normaliserer seg over tid når avkommet ikke lenger påvirkes av den unormale morkaken.)

Nylige forbedringer i kloningsprosedyrer har redusert disse abnormiteter, som også forekommer med naturlig reproduksjon, men med en mye lavere forekomst.

Fortsetter videre med kloning

Mange tusen klonede pattedyr har blitt produsert i nesten to dusin arter. Svært få av disse gjelder praktisk applikasjoner, for eksempel kloning av en berømt Angus-okse som heter Fina l Svar (som nylig døde i høy alder) for å produsere mer storfe av høy kvalitet via sæd fra klonen.

Men kloningsforskningslandskapet endrer seg raskt. Drivkraften for å produsere Dolly var ikke å produsere genetisk identiske dyr. Snarere ønsker forskere å kombinere kloningsteknikker med andre metoder for effektivt å endre dyr genetisk – mye raskere enn tradisjonelle dyreoppdrettmetoder som det tar tiår å gjøre endringer i populasjoner av arter som storfe.

Et nylig eksempel er å introdusere det pollede genet (ingen horn) i melkekyr, og dermed eliminere behovet for den smertefulle prosessen med avhorning. En enda mer slående applikasjon har vært å produsere en grisestamme som ikke er i stand til å bli smittet av det veldig smittsomme og svekkende PRRS-viruset. Forskere har til og med laget storfe som ikke kan utvikle Mad Cow Disease. For hver av disse prosedyrene er somatisk cellekjernetransplantasjon en viktig del av prosessen.

Til dags dato har det mest verdifulle bidraget fra disse somatiske cellekjernetransplantasjonseksperimentene vært vitenskapelig informasjon og innsikt. De har forbedret vår forståelse av normal og unormal embryonal utvikling, inkludert aspekter ved aldring og mer. Denne informasjonen hjelper allerede til å redusere fødselsskader, forbedre metoder for å omgå infertilitet, utvikle verktøy for å bekjempe visse kreftformer og til og med redusere noen av de negative konsekvensene av aldring – hos husdyr og til og med hos mennesker. To tiår siden Dolly utvikler viktige applikasjoner seg fortsatt.