Het is 20 jaar geleden dat wetenschappers in Schotland de wereld vertelden over Dolly het schaap, het eerste zoogdier met succes gekloond van een volwassen lichaamscel. Het bijzondere aan Dolly is dat haar ‘ouders’ eigenlijk een enkele cel waren die afkomstig was van het borstweefsel van een volwassen ooi. Dolly was een exacte genetische kopie van dat schaap – een kloon.

Dolly sprak tot de verbeelding van mensen, maar degenen onder ons in het veld hadden haar zien aankomen door eerder onderzoek. Ik werk al meer dan 40 jaar met zoogdierembryo’s, met wat werk in mijn laboratorium dat zich specifiek richtte op verschillende methoden om vee en andere diersoorten te klonen. een van de coauteurs van het artikel waarin werd aangekondigd dat Dolly drie jaar in ons laboratorium werkte voordat hij naar Schotland ging om te helpen bij het maken van de beroemde kloon.

Dolly was een belangrijke mijlpaal en inspireerde wetenschappers om ook de kloontechnologie te blijven verbeteren om nieuwe concepten in stamcelonderzoek na te streven. Het eindspel was nooit bedoeld als legers van genetisch identiek vee: onderzoekers gaan door met het verfijnen van de technieken en combineren ze met andere methoden om traditionele anima l fokmethoden en inzicht verwerven in veroudering en ziekte.

Niet het gebruikelijke sperma + ei

Dolly was een volkomen normaal schaap dat de moeder werd van talrijke normale lammeren. Ze leefde zes en een half jaar, toen ze uiteindelijk werd ingeslapen nadat een besmettelijke ziekte zich door haar kudde had verspreid en zowel gekloonde als normaal voortgebrachte schapen infecteerde. Haar leven was niet ongebruikelijk; het is haar oorsprong die haar uniek maakte.

Vóór de decennia van experimenten die tot Dolly leidden, dacht men dat normale dieren alleen konden worden voortgebracht door bevruchting van een eicel door een sperma. Dat is hoe dingen van nature werken. Deze kiemcellen zijn de enigen in het lichaam waarvan het genetisch materiaal door elkaar is gegooid en in de helft van de hoeveelheid van elke andere soort cel. Op die manier, wanneer deze zogenaamde haploïde cellen bij de bevruchting samenkomen, produceren ze één cel met het volledige complement van DNA. Samengevoegd, wordt de cel diploïde genoemd, voor tweemaal of dubbel. Twee helften vormen een geheel.

Vanaf dat moment hebben bijna alle cellen in dat lichaam dezelfde genetische samenstelling. Wanneer het eencellige embryo zijn genetisch materiaal dupliceert, zijn beide cellen van het nu tweecellige embryo genetisch identiek. Wanneer ze op hun beurt hun genetisch materiaal dupliceren, is elke cel in het viercellige stadium genetisch identiek. Dit patroon gaat door zodat elk van de biljoenen cellen in een volwassene genetisch exact hetzelfde is, of het nu in een long, een bot of het bloed is.

Daarentegen werd Dolly geproduceerd door wat somatische celkernoverdracht wordt genoemd. In dit proces verwijderen onderzoekers het genetisch materiaal uit een ei en vervangen het door de kern van een andere lichaamscel. Het resulterende ei wordt een fabriek om een embryo te produceren dat zich ontwikkelt tot een nakomeling. Er is geen sperma op de foto; in plaats van de helft van het genetische materiaal afkomstig van een sperma en de helft van een eicel, komt het allemaal uit een enkele cel. Het is vanaf het begin diploïde.

Lang onderzoekspad leidde tot Dolly

Dolly was het hoogtepunt van honderden kloneringsexperimenten die bijvoorbeeld aantoonden dat diploïde embryonale en foetale cellen ouders zouden kunnen zijn van nakomelingen. Maar er was geen manier om gemakkelijk alle kenmerken van het dier te kennen die het resultaat zouden zijn van een gekloond embryo of foetus. Onderzoekers zouden een paar cellen van een 16-cel embryo kunnen invriezen, terwijl ze klonen van de andere cellen gaan produceren; als er een gewenst dier werd geproduceerd, konden ze de bevroren cellen ontdooien en meer kopieën maken. Maar dit was onpraktisch vanwege de lage slagingspercentages.

Dolly toonde aan dat volwassen somatische cellen ook als ouders kunnen worden gebruikt. Zo kon men de kenmerken kennen van het dier dat wordt gekloond.

Volgens mijn berekeningen was Dolly het enige succes van 277 pogingen tot overdracht van somatische celkern. Soms produceert het proces van klonen door somatische celkernoverdracht nog steeds abnormale embryo’s, waarvan de meeste afsterven. Maar het proces is enorm verbeterd, dus de slagingspercentages zijn nu meer als 10 procent; het is echter zeer variabel, afhankelijk van het gebruikte celtype en de soort.

Meer dan 10 verschillende celtypen zijn met succes gebruikt als “ouders” voor klonen. Tegenwoordig wordt het meeste klonen gedaan met behulp van cellen die zijn verkregen door biopsie van de huid.

Meer dan genen kunnen een kloon beïnvloeden

Genetica is slechts een deel van het verhaal. Zelfs als klonen genetisch identiek zijn, zullen hun fenotypes – de kenmerken die ze uitdrukken – anders zijn .Het is als van nature voorkomende identieke tweelingen: ze delen al hun genen, maar ze zijn niet echt hetzelfde, vooral als ze in verschillende omgevingen worden grootgebracht.

Omgeving speelt een grote rol bij sommige kenmerken. De beschikbaarheid van voedsel kan het gewicht beïnvloeden. Ziekten kunnen de groei belemmeren. Dit soort levensstijl-, voeding- of ziekte-effecten kunnen van invloed zijn op welke genen bij een individu worden in- of uitgeschakeld; dit worden epigenetische effecten genoemd. Ook al is al het genetische materiaal hetzelfde in twee identieke klonen, het kan zijn dat ze niet allemaal dezelfde genen tot expressie brengen.

Overweeg het klonen van winnende renpaarden. Klonen van winnaars zullen soms ook winnaars zijn, maar meestal niet. Dit komt doordat winnaars uitschieters zijn; ze hebben de juiste genetica nodig, maar ook de juiste epigenetica en de juiste omgeving om dat winnende potentieel te bereiken. Men kan bijvoorbeeld nooit de baarmoedercondities exact dupliceren die een winnend renpaard ervoer toen het een zich ontwikkelende foetus was. Het klonen van kampioenen leidt dus meestal tot teleurstelling. Aan de andere kant zal het klonen van een hengst die een groot aantal racewinnende paarden verwekt zeer betrouwbaar resulteren in een kloon die op dezelfde manier winnaars voortbrengt. Dit is eerder een genetische dan een fenotypische situatie.

Hoewel de genetica betrouwbaar is, zijn er aspecten van de kloonprocedure die betekenen dat de epigenetica en de omgeving niet optimaal zijn. Sperma heeft bijvoorbeeld elegante manieren om de eitjes die ze bevruchten te activeren, die zullen afsterven tenzij ze correct worden geactiveerd; bij klonen wordt activering meestal bereikt door een sterke elektrische schok. Veel van de stappen van klonen en de daaropvolgende embryonale ontwikkeling worden uitgevoerd in reageerbuizen in incubatoren. Deze omstandigheden zijn geen perfecte vervanging voor het vrouwelijke voortplantingsstelsel waar normaal gesproken bevruchting en vroege embryonale ontwikkeling plaatsvinden.

Soms ontwikkelen abnormale foetussen zich tot voldragen, wat resulteert in afwijkingen bij de geboorte. Het meest opvallende abnormale fenotype van sommige klonen wordt het ‘grote nageslachtsyndroom’ genoemd, waarbij kalveren of lammeren 30 of 40 procent groter zijn dan normaal, wat resulteert in een moeilijke geboorte. De problemen komen voort uit een abnormale placenta. Bij de geboorte zijn deze klonen genetisch normaal, maar zijn overdreven groot en neigen hyperinsulinemisch en hypoglycemisch te zijn. (de omstandigheden normaliseren in de loop van de tijd zodra het nageslacht niet langer wordt beïnvloed door de abnormale placenta.)

Recente verbeteringen in de kloonprocedures hebben deze sterk verminderd. afwijkingen, die ook voorkomen bij natuurlijke voortplanting, maar met een veel lagere incidentie.

Doorgaan met klonen

Vele duizenden gekloonde zoogdieren zijn geproduceerd in bijna twee dozijn soorten. Zeer weinig hiervan betreffen praktisch toepassingen, zoals het klonen van een beroemde Angus-stier genaamd Fina l Antwoord (die onlangs op hoge leeftijd stierf) om meer vee van hoge kwaliteit te produceren via het sperma van zijn kloon.

Maar het landschap van klonenonderzoek verandert snel. De drijvende kracht achter het produceren van Dolly was niet het produceren van genetisch identieke dieren. Onderzoekers willen eerder kloontechnieken combineren met andere methoden om op efficiënte wijze dieren genetisch te veranderen – veel sneller dan traditionele methoden voor het fokken van dieren, die tientallen jaren nodig hebben om veranderingen door te voeren in populaties van soorten zoals vee.

Een recent voorbeeld is het introduceren van het hoornloze gen (geen hoorns) in melkvee, waardoor het pijnlijke proces van onthoornen overbodig wordt. Een nog opvallender toepassing was het produceren van een varkensstam die niet besmet kan worden door het zeer besmettelijke en slopende PRRS-virus. Onderzoekers hebben zelfs vee gemaakt dat geen gekkekoeienziekte kan krijgen. Voor elk van deze procedures is somatische celkerntransplantatie een essentieel onderdeel van het proces.

Tot op heden is de meest waardevolle bijdrage van deze somatische celkerntransplantatie-experimenten de wetenschappelijke informatie en verkregen inzichten. Ze hebben ons begrip van normale en abnormale embryonale ontwikkeling verbeterd, inclusief aspecten van veroudering, en meer. Deze informatie helpt al bij het verminderen van geboorteafwijkingen, het verbeteren van methoden om onvruchtbaarheid te omzeilen, het ontwikkelen van instrumenten om bepaalde kankers te bestrijden en zelfs bij het verminderen van enkele van de negatieve gevolgen van veroudering – bij vee en zelfs bij mensen. Twee decennia sinds Dolly zijn er nog steeds belangrijke applicaties in ontwikkeling.