Minęło 20 lat, odkąd naukowcy ze Szkocji powiedzieli światu o owcy Dolly, pierwszym z udanych sklonowanych ssaków z komórki ciała dorosłego. Co było wyjątkowe w Dolly, to fakt, że jej „rodzice” byli w rzeczywistości pojedynczą komórką pochodzącą z tkanki gruczołu mlecznego dorosłej owcy. Dolly była dokładną kopią genetyczną tej owcy – klonem.

Dolly uchwyciła ludzką wyobraźnię, ale ci z nas w terenie widzieli, jak przeszła przez poprzednie badania. Pracuję z embrionami ssaków od ponad 40 lat, a niektóre prace w moim laboratorium koncentrują się szczególnie na różnych metodach klonowania bydła i innych gatunków zwierząt gospodarskich. jeden ze współautorów artykułu ogłaszającego, że Dolly pracował w naszym laboratorium przez trzy lata przed wyjazdem do Szkocji, aby pomóc w stworzeniu słynnego klona.

Dolly była ważnym kamieniem milowym, inspirującym naukowców do dalszego ulepszania technologii klonowania. aby rozwijać nowe koncepcje w badaniach nad komórkami macierzystymi. Gra końcowa nigdy nie miała być armią genetycznie identycznego inwentarza żywego: Zamiast tego naukowcy nadal udoskonalają techniki i łączą je z innymi metodami, aby turbodoładować tradycyjną animę l metod hodowli, a także zdobądź wgląd w starzenie się i choroby.

To nie zwykła sperma + jajko

Dolly była zupełnie normalną owcą, która stała się matką wielu normalnych jagniąt. Przeżyła sześć i pół roku, kiedy w końcu została uśpiona po tym, jak choroba zakaźna rozprzestrzeniła się w jej stadzie, zarażając zarówno sklonowane, jak i normalnie rozmnażane owce. Jej życie nie było niezwykłe; to jej pochodzenie uczyniło ją wyjątkową.

Przed dziesięcioleciami eksperymentów, które doprowadziły do powstania Dolly, uważano, że normalne zwierzęta można wyprodukować tylko przez zapłodnienie komórki jajowej przez plemnik. Tak to działa naturalnie. Te komórki rozrodcze są jedynymi w organizmie, których materiał genetyczny jest pomieszany i stanowi połowę ilości wszystkich innych komórek. W ten sposób, gdy te tak zwane komórki haploidalne łączą się podczas zapłodnienia, wytwarzają jedną komórkę z pełnym zestawem DNA. Połączone razem, komórka jest określana jako diploidalna, dwukrotnie lub podwójna. Dwie połówki tworzą całość.

Od tego momentu prawie wszystkie komórki w tym ciele mają ten sam skład genetyczny. Kiedy zarodek jednokomórkowy powiela swój materiał genetyczny, obie komórki zarodka dwukomórkowego są genetycznie identyczne. Kiedy z kolei duplikują swój materiał genetyczny, każda komórka na etapie czterech komórek jest genetycznie identyczna. Ten wzorzec trwa tak, że każda z bilionów komórek u osoby dorosłej jest genetycznie dokładnie taka sama – czy to w płucach, kości czy we krwi.

W przeciwieństwie do tego, Dolly został wyprodukowany w wyniku tak zwanego transferu jądra komórki somatycznej. W tym procesie naukowcy usuwają materiał genetyczny z jaja i zastępują go jądrem innej komórki ciała. Powstałe jajo staje się fabryką do produkcji zarodka, który przekształca się w potomstwo. Na zdjęciu nie ma plemników; zamiast połowy materiału genetycznego pochodzącego z plemnika i połowy z komórki jajowej, wszystko to pochodzi z pojedynczej komórki. Jest to diploidalne od samego początku.

Długa ścieżka badawcza doprowadziła do Dolly

Dolly była kulminacją setek eksperymentów klonowania, które na przykład wykazały, że diploidalne komórki embrionalne i płodowe mogą być rodzicami potomstwo. Ale nie było sposobu, aby łatwo poznać wszystkie cechy zwierzęcia, które wynikałyby ze sklonowanego zarodka lub płodu. Badacze mogli zamrozić kilka komórek zarodka z 16 komórek, jednocześnie wytwarzając klony z innych komórek; jeśli wyprodukowano pożądane zwierzę, mogliby rozmrozić zamrożone komórki i wykonać więcej kopii. Było to jednak niepraktyczne z powodu niskich wskaźników sukcesu.

Dolly wykazała, że dorosłe komórki somatyczne również mogą być wykorzystywane jako rodzice. W ten sposób można było poznać charakterystykę klonowanego zwierzęcia.

Według moich obliczeń Dolly była jedynym sukcesem z 277 prób przeniesienia jądra komórki somatycznej. Czasami proces klonowania poprzez transfer jądra komórki somatycznej nadal prowadzi do powstania nieprawidłowych zarodków, z których większość umiera. Ale proces znacznie się poprawił, więc obecnie wskaźniki sukcesu sięgają około 10 procent; jest jednak bardzo zmienna, w zależności od typu użytej komórki i gatunku.

Z powodzeniem wykorzystano ponad 10 różnych typów komórek jako „rodziców” do klonowania. Obecnie większość klonowania przeprowadza się przy użyciu komórek uzyskanych przez biopsja skóry.

Więcej niż geny mogą wpływać na klon

Genetyka to tylko część historii. Nawet jeśli klony są genetycznie identyczne, ich fenotypy – cechy, które wyrażają – będą inne .To jak naturalnie występujące identyczne bliźnięta: mają wszystkie swoje geny, ale nie są do końca podobne, zwłaszcza jeśli są hodowane w różnych warunkach.

Środowisko odgrywa ogromną rolę w niektórych cechach. Dostępność żywności może wpływać na wagę. Choroby mogą hamować wzrost. Tego rodzaju skutki stylu życia, odżywiania lub choroby mogą wpływać na to, które geny są włączone lub wyłączone u danej osoby; Nazywa się to efektami epigenetycznymi. Mimo że cały materiał genetyczny może być taki sam w dwóch identycznych klonach, mogą one nie wyrażać wszystkich tych samych genów.

Rozważ praktykę klonowania zwycięskich koni wyścigowych. Klony zwycięzców czasami również wygrywają, ale w większości przypadków tak nie jest. Dzieje się tak, ponieważ zwycięzcy są odstającymi; muszą mieć odpowiednią genetykę, ale także właściwą epigenetykę i odpowiednie środowisko, aby osiągnąć ten zwycięski potencjał. Na przykład, nigdy nie można dokładnie odtworzyć warunków macicy, jakich doświadczał zwycięski koń wyścigowy, gdy był rozwijającym się płodem. Dlatego klonowanie bohaterów zwykle prowadzi do rozczarowania. Z drugiej strony, klonowanie ogiera, który jest ojcem dużej części koni wygrywających wyścigi, da bardzo niezawodny klon, który podobnie jest ojcem zwycięzców. Jest to raczej sytuacja genetyczna niż fenotypowa.

Mimo że genetyka jest wiarygodna, istnieją aspekty procedury klonowania, które oznaczają, że epigenetyka i środowisko są nieoptymalne. Na przykład plemniki mają eleganckie sposoby aktywacji zapłodnionych jajeczek, które umrą, jeśli nie zostaną odpowiednio aktywowane; przy klonowaniu aktywacja jest zwykle dokonywana przez silny wstrząs elektryczny. Wiele etapów klonowania i późniejszego rozwoju embrionalnego odbywa się w probówkach w inkubatorach. Warunki te nie są idealnymi substytutami dla żeńskiego układu rozrodczego, w którym zwykle następuje zapłodnienie i wczesny rozwój embrionalny.

Czasami nienormalne płody rozwijają się do porodu, co skutkuje nieprawidłowościami przy urodzeniu. Najbardziej uderzającym nieprawidłowym fenotypem niektórych klonów jest „zespół dużego potomstwa”, w którym cielęta lub jagnięta są o 30 lub 40 procent większe niż normalnie, co powoduje trudności w porodzie. Problemy wynikają z nieprawidłowego łożyska. Przy urodzeniu klony te są genetycznie normalne, ale są zbyt duże i mają tendencję do hiperinsulinemii i hipoglikemii (warunki normalizują się z czasem, gdy na potomstwo nie ma już wpływu nieprawidłowe łożysko).

Niedawne usprawnienia procedur klonowania znacznie zmniejszyły te nieprawidłowości, które również występują przy naturalnym rozmnażaniu, ale z dużo mniejszą częstością.

Kontynuacja klonowania

Wiele tysięcy sklonowanych ssaków zostało wyprodukowanych przez prawie dwa tuziny gatunków. Bardzo niewiele z nich dotyczy praktycznych zastosowań, takich jak klonowanie słynnego byka Angusa o imieniu Fina l Odpowiedz (który niedawno zmarł w podeszłym wieku), aby wyprodukować więcej wysokiej jakości bydła poprzez nasienie klona.

Ale krajobraz badań nad klonowaniem szybko się zmienia. Siłą napędową produkcji Dolly nie było wyprodukowanie genetycznie identycznych zwierząt. Raczej badacze chcą łączyć techniki klonowania z innymi metodami, aby skutecznie zmieniać genetycznie zwierzęta – znacznie szybciej niż tradycyjne metody hodowli zwierząt, których zmiany w populacjach gatunków takich jak bydło zajmuje dziesięciolecia.

Jednym z ostatnich przykładów jest wprowadzenie genu bezrogich (bez rogów) do bydła mlecznego, eliminując tym samym potrzebę bolesnego procesu usuwania rogów. Jeszcze bardziej uderzającym zastosowaniem było wyhodowanie szczepu świń niezdolnego do zarażenia bardzo zaraźliwym i wyniszczającym wirusem PRRS. Naukowcy stworzyli nawet bydło, które nie może rozwinąć choroby szalonych krów. W przypadku każdej z tych procedur przeszczep jądra komórki somatycznej jest istotną częścią procesu.

Do tej pory najcenniejszym wkładem tych eksperymentów z przeszczepem jądra komórek somatycznych były zdobyte informacje naukowe i spostrzeżenia. Pogłębili naszą wiedzę na temat normalnego i nieprawidłowego rozwoju embrionalnego, w tym aspektów starzenia i nie tylko. Informacje te już teraz pomagają zmniejszyć wady wrodzone, udoskonalić metody obchodzenia niepłodności, opracować narzędzia do walki z niektórymi nowotworami, a nawet zmniejszyć niektóre negatywne konsekwencje starzenia się – u zwierząt gospodarskich, a nawet u ludzi. Dwie dekady od czasu Dolly, ważne aplikacje wciąż ewoluują.