Det har gått 20 år sedan forskare i Skottland berättade för världen om fåret Dolly, det första däggdjuret som framgångsrikt klonade från en vuxen kroppscell. Det som var speciellt med Dolly är att hennes ”föräldrar” faktiskt var en enda cell som härstammar från bröstvävnad hos en vuxen tacka. Dolly var en exakt genetisk kopia av det fåret – en klon.

Dolly fångade människors fantasi, men vi inom fältet hade sett henne komma igenom tidigare forskning. Jag har arbetat med däggdjursembryon i över 40 år, med en del arbeten i mitt laboratorium som specifikt fokuserar på olika metoder för kloning av nötkreatur och andra boskapsarter. Faktum är att en av medförfattarna till tidningen som tillkännagav Dolly arbetade i vårt laboratorium i tre år innan hon åkte till Skottland för att hjälpa till att skapa den berömda klonen.

Dolly var en viktig milstolpe och inspirerade forskare att fortsätta förbättra kloningsteknologin också för att driva nya koncept inom stamcellsforskning. Slutspelet var aldrig tänkt att vara arméer med genetiskt identiskt boskap: Snarare fortsätter forskare att förfina teknikerna och kombinera dem med andra metoder för att turboladda traditionella anima Jag odlar metoder såväl som att få inblick i åldrande och sjukdom.

Inte det vanliga spermierna + ägget

Dolly var ett helt normalt får som blev mor till många normala lamm. Hon levde i sex och ett halvt år, när hon så småningom blev nedlagd efter att en smittsam sjukdom spred sig genom flocken och smittade klonade och normalt reproducerade får. Hennes liv var inte ovanligt; det är hennes ursprung som gjorde henne unik.

Innan decennierna av experiment som ledde till Dolly trodde man att normala djur bara kunde produceras genom befruktning av ett ägg med en sperma. Så fungerar saker och ting naturligt. Dessa könsceller är de enda i kroppen som har sitt genetiska material, allt ihop och i hälften av mängden av alla andra typer av celler. På det sättet när dessa så kallade haploida celler kommer samman vid befruktning producerar de en cell med hela DNA-komplementet. Förenad tillsammans kallas cellen diploid, för två gånger eller dubbelt. Två halvor utgör en helhet.

Från och med det ögonblicket har nästan alla celler i kroppen samma genetiska sammansättning. När encellsembryot duplicerar sitt genetiska material är båda cellerna i det nu tvåcelliga embryot genetiskt identiska. När de i sin tur duplicerar sitt genetiska material är varje cell i fyrcellsstadiet genetiskt identiskt. Detta mönster fortsätter så att var och en av biljoner celler hos en vuxen är genetiskt exakt densamma – oavsett om det är i en lunga eller i ett ben eller i blodet.

Däremot producerades Dolly med det som kallas somatisk cellkärnöverföring. I denna process tar forskare bort det genetiska materialet från ett ägg och ersätter det med kärnan i någon annan kroppscell. Det resulterande ägget blir en fabrik för att producera ett embryo som utvecklas till en avkomma. Inga spermier finns på bilden; istället för att hälften av det genetiska materialet kommer från en sperma och hälften från ett ägg, kommer allt från en enda cell. Det är diploid från början.

Lång forskningsväg ledde till Dolly

Dolly var kulmen på hundratals kloningsexperiment som till exempel visade diploida embryonala och fosterceller kunde vara föräldrar till avkomma. Men det fanns inget sätt att enkelt känna till alla egenskaper hos djuret som skulle bli resultatet av ett klonat embryo eller foster. Forskare kunde frysa några av cellerna i ett 16-cellsembryo, medan de fortsatte att producera kloner från de andra cellerna; om ett önskvärt djur producerades, kunde de tina de frysta cellerna och göra fler kopior. Men detta var opraktiskt på grund av låga framgångsnivåer.

Dolly visade att vuxna somatiska celler också kunde användas som föräldrar. Således kunde man känna till egenskaperna hos det djur som klonas.

Enligt mina beräkningar var Dolly den enda framgången från 277 försök med somatisk cellöverföring. Ibland producerar kloningen genom somatisk cellkärnöverföring fortfarande onormala embryon, varav de flesta dör. Men processen har förbättrats avsevärt så framgångsgraden är nu mer än 10 procent; Det är dock mycket varierande, beroende på vilken celltyp som används och vilken art. biopsierande hud.

Mer än gener kan påverka en klon

Genetik är bara en del av berättelsen. Även om kloner är genetiskt identiska kommer deras fenotyper – egenskaperna de uttrycker – att vara olika .Det är som naturligt förekommande identiska tvillingar: De delar alla sina gener men de är inte riktigt exakt lika, särskilt om de uppföds i olika inställningar.

Miljö spelar en enorm roll för vissa egenskaper. Mattillgänglighet kan påverka vikten. Sjukdomar kan hämma tillväxten. Denna typ av livsstils-, närings- eller sjukdomseffekter kan påverka vilka gener som slås på eller av hos en individ; dessa kallas epigenetiska effekter. Även om allt genetiskt material kan vara detsamma i två identiska kloner, kanske de inte uttrycker alla samma gener.

Överväg att klona vinnande tävlingshästar. Kloner av vinnare kommer ibland också att vara vinnare – men oftast är de inte. Detta beror på att vinnare är avvikare; de måste ha rätt genetik, men också rätt epigenetik och rätt miljö för att nå den vinnande potentialen. Till exempel kan man aldrig exakt duplicera livmoderförhållandena som en vinnande tävlingshäst upplevde när det var ett foster som utvecklades. Således leder kloning av mästare vanligtvis till besvikelse. Å andra sidan kommer kloning av en hingst som avlar en stor andel rasvinnande hästar mycket tillförlitligt i en klon som på liknande sätt anställer vinnare. Detta är en genetisk snarare än en fenotypisk situation.

Även om genetiken är tillförlitlig finns det aspekter av kloningsförfarandet som betyder att epigenetiken och miljön är suboptimala. Till exempel har spermier eleganta sätt att aktivera äggen de befruktar, som kommer att dö om de inte aktiveras ordentligt; med kloning utförs aktivering vanligtvis av en stark elektrisk chock. Många av stegen för kloning och efterföljande embryonal utveckling görs i provrör i inkubatorer. Dessa förhållanden är inte perfekta ersättare för den kvinnliga reproduktionskanalen där befruktning och tidig embryonal utveckling normalt förekommer.

Ibland utvecklas onormala foster till term, vilket leder till avvikelser vid födseln. Den mest slående onormala fenotypen för vissa kloner kallas ”stora avkommasyndrom”, där kalvar eller lamm är 30 eller 40 procent större än normalt, vilket resulterar i svår födelse. Problemen härrör från en onormal moderkaka. Vid födseln är dessa kloner genetiskt normala men är alltför stora och tenderar att vara hyperinsulinemiska och hypoglykemiska. (Förhållandena normaliseras över tid när avkomman inte längre påverkas av den onormala moderkakan.)

Nya förbättringar av kloningsförfarandena har kraftigt minskat dessa abnormiteter, som också förekommer med naturlig reproduktion, men med mycket lägre incidens.

Fortsätter vidare med kloning

Många tusentals klonade däggdjur har producerats i nästan två dussin arter. Mycket få av dessa berör praktiska applikationer, såsom att klona en berömd Angus-tjur som heter Fina l Svar (som nyligen dog i ålderdom) för att producera mer högkvalitativt nötkreatur via hans klons spermier.

Men kloningsforskningslandskapet förändras snabbt. Drivkraften för att producera Dolly var inte att producera genetiskt identiska djur. Snarare vill forskare kombinera kloningstekniker med andra metoder för att effektivt förändra djur genetiskt – mycket snabbare än traditionella djuruppfödningsmetoder som tar decennier att göra förändringar i populationer av arter som nötkreatur.

Ett nytt exempel är införande av den pollade genen (inga horn) i mjölkkor, vilket eliminerar behovet av den smärtsamma avhorningsprocessen. En ännu mer slående applikation har varit att producera en stam av grisar som inte kan smittas av det mycket smittsamma och försvagande PRRS-viruset. Forskare har till och med gjort nötkreatur som inte kan utveckla Mad Cow Disease. För vart och ett av dessa förfaranden är somatisk cellkärntransplantation en väsentlig del av processen. De har förbättrat vår förståelse av normal och onormal embryonal utveckling, inklusive åldringsaspekter och mer. Denna information hjälper redan till att minska fosterskador, förbättra metoder för att kringgå infertilitet, utveckla verktyg för att bekämpa vissa cancerformer och till och med minska några av de negativa konsekvenserna av åldrande – hos boskap och till och med hos människor. Två årtionden sedan Dolly utvecklas fortfarande viktiga applikationer.