Klonowanie ssaków
Owca Dolly to pierwszy sklonowany ssak. Czy inne zwierzęta też można klonować? Technika ta daje mnóstwo nowych możliwości, ale niesie też ryzyko. Czy to oznacza, że należy zaprzestać badań w tym kierunku?
komórki somatyczne posiadają jądra diploidalne, a gamety – haploidalne;
DNA obecne w jądrze komórkowym zawiera kompletną instrukcję budowy i funkcjonowania organizmu;
rozmnażanie wegetatywne pozwala tworzyć kopie genetyczne organizmu macierzystego.
przedstawiać historię klonowania;
wyjaśniać techniki klonowania;
oceniać przydatność klonowania ludzkich komórek;
wymieniać wady i zalety oraz nadzieje i obawy związane z klonowaniem ssaków.
1. Klonowanie w naturze
Klonowanie organizmów polega na tworzeniu ich identycznych genetycznie kopii. W naturze taki proces ma niekiedy miejsce na przykład podczas rozwoju ludzkiego zarodka. Wówczas, w ciągu pierwszych dwóch tygodni rozwoju zygoty, dochodzi do rozdzielenia się zarodka i niezależnego rozwoju każdej z jego części w odrębny organizm. Dzieci, które rodzą się z takiej ciąży, pochodzą z jednej pary gamet i w związku z tym posiadają identyczny genotyp, co skutkuje bardzo dużym podobieństwem fizycznym i psychicznym. Bliźnięta jednojajowe (monozygotyczne) są więc własnymi kopiami – klonamiklonami. Zjawisko narodzin takich bliźniąt u człowieka jest jednak dość rzadkie i dotyczy ok. 0,35% wszystkich ciąż.
Podaj argumenty potwierdzające tezę, że pelargonie rozmnażane przez sadzonki są klonami.
2. Krótka historia klonowania ssaków
W przypadku rozrodu płciowego potomstwo dziedziczy po 50% genów od każdego rodzica. Geny zarodka tworzą nową genetyczną (i fenotypową) jakość, dlatego dziecko nie jest w połowie kopią ojca i w połowie matki. Zmieniony w stosunku do rodziców zestaw genów zapewnia odmienność genetyczną każdego z potomków oraz daje szanse na przetrwanie w niesprzyjających warunkach przynajmniej części populacji. Stanowi też jeden z warunków ewolucji.
Zmienność genetyczna w hodowli nie zawsze jest zjawiskiem pożądanym, więc idealne kopie wyjątkowych osobników na pewno szybko znalazłyby uznanie. Na przykład właściciel krowy dającej rekordowo dużą ilość mleka, zamiast zdawać się na kaprysy procesu płciowego, zapewne wolałby mieć w hodowli wiele kopii takiej czempionki.
Pierwsze próby klonowana zwierząt były podejmowane na przełomie XIX i XX w. Polegały one na dzieleniu zarodka składającego się z 2‑8 komórek. Niestety, uzyskane w ten sposób zarodki bliźniacze wykazywały dużą śmiertelność. W 1901 r. sukcesem zakończyły się próby Hansa SpemannaHansa Spemanna, który podzielił zarodek salamandry na 2 części. Z każdej z nich rozwinął się w pełni sprawny osobnik. Doświadczenie to pokazało, że komórki zarodkowe we wczesnych fazach podziału zachowują informacje genetyczne niezbędne do stworzenia kompletnego organizmu. Później podejmowano wiele prób z zarodkami myszy i żab, jednak nie doprowadziły one do powstania zwierząt będących klonami.
Dopiero w 1996 r., po zmianie techniki tworzenia zarodków, urodziło się pierwsze sklonowane zwierzę – owca Dolly. Dwa lata później udało się sklonować mysz, następnie małpę rezusa. Na początku XXI w., w wyniku namnażania organizmów, naukowcy uzyskali świnię i 5 identycznych prosiaków; ponadto: bawoła, krowę, królika, a nawet kota, którego nazwano CopyCat. Kolejne z powodzeniem sklonowane zwierzęta to jeleń, pies Snuppy i wilk. Sklonowany wielbłąd powstał z komórek wyizolowanych z jajników samicy zabitej na mięso 4 lata wcześniej. Obecnie w Arabii Saudyjskiej program klonowania wielbłądów jest pod specjalnym nadzorem i opieką rządu. Dotyczy to wielbłądów biorących udział w wyścigach. Hodowcy klonują je, by zagwarantować sobie zwycięstwa i wysokie dochody. Z podobnych powodów klonowane są na przykład najszybciej biegające konie.
Wymień komórki ciała człowieka, które z pewnością nie nadają się do klonowania.
Wymień organella komórkowe, które przechowują informację genetyczną.
3. Klonowanie metodą transplantacji jąder komórkowych
Najczęściej stosowaną metodą klonowania zwierząt jest tzw. metoda transplantacji jąder komórkowych. Polega ona na zastąpieniu jądra komórki jajowej jednego osobnika jądrem komórki somatycznej drugiego. Klonowanie przebiega w kilku etapach. Z komórki jajowej biorcy usuwa się jądro komórkowe. Z wybranej tkanki (np. skóry) innego organizmu tego samego gatunku (dawcy) izoluje się komórkę diploidalną, z której pobiera się jądro komórkowe i przenosi do przygotowanego wcześniej jaja. Następnie poddaje się je szokowi elektrycznemu, w wyniku którego zaczyna się ono dzielić i tworzy zbudowany z kilku komórek zarodek. Wszystko to odbywa się in vitro, czyli poza organizmem. Aby umożliwić dalszy rozwój zarodka, musi on zostać wszczepiony do macicy matki zastępczej – samicy tego samego gatunku, co klon, lub bardzo blisko z nim spokrewnionego.
Wyjaśnij, dlaczego jądro przenoszone do komórki jajowej musi pochodzić z komórki somatycznej dawcy.
4. Owca Dolly
Owca Dolly została sklonowana przez Iana WilmutaIana Wilmuta i Keitha CampbellaKeitha Campbella z komórek samic 2 ras, o głowie czarnej i białej. Od owcy czarnogłowej pobrano komórkę jajową i usunięto z niej jądro komórkowe. Zastąpiono je jądrem pobranym z komórki gruczołu mlekowego owcy białej. Następnie otrzymaną w ten sposób zygotę stymulowano do podziałów. Po 6 dniach kilkukomórkowy zarodek został umieszczony w macicy matki zastępczej, która urodziła zdrową Dolly.
Próba sklonowania owcy nie powiodła się oczywiście za pierwszym razem. Połączenie jądra komórkowego z komórką jajową przeprowadzano 277 razy, w wyniku czego tylko 29 komórek jajowych zaczęło się prawidłowo rozwijać. Zostały one wprowadzone do macic 13 różnych matek zastępczych, jednak tylko jeden zarodek zagnieździł się i podjął dalszy rozwój. Jedną z przyczyn tylu nieudanych prób klonowania mógł być moment usunięcia jądra z komórki jajowej – zabieg ten musi odbyć się w odpowiedniej fazie cyklu komórkowego.
Przeczytaj wywiad z profesorem K. Campbellem (patrz Bibliografia) i wyjaśnij, dlaczego mimo wielu prób klonowanie często nie przynosi pożądanych rezultatów.
5. Klonowanie wymarłych i ginących gatunków
Klonowanie daje szansę na odtworzenie gatunków wymarłych, jeśli tylko zachował się ich materiał genetyczny. Tak stało się w przypadku jednego z podgatunków koziorożca pirenejskiego bucardo, który w ostatnich latach został wytępiony. Było to możliwe, ponieważ skórę jednego osobnika tego podgatunku przechowywano od 1999 r. w stanie zamrożonym, uczeni dysponowali więc kompletnym materiałem genetycznym. Dawczyniami komórek jajowych zostały kozy domowe, blisko spokrewnione z bucardo, a matkami zastępczymi – samice bastardybastardy będące krzyżówkami bucardo i samca kozy. Zarodki (klony) wszczepiono 208 kozom, z czego u 7 rozwinęła się ciąża, ale tylko jedna owca urodziła jagnię bucardo. Niestety, zwierzę z powodu wad rozwojowych płuc żyło zaledwie 7 minut. Przedwczesne zakończenie ciąży u pozostałych kóz tłumaczy się tym, że środowisko rozwoju zarodków było niewystarczająco podobne do tego, które stwarzają samice właściwego gatunku. Dlatego m.in. inne wymarłe gatunki, których DNA dysponujemy, na razie nie pojawią się ponownie na Ziemi.
Obecnie klonowanie daje szansę na utrzymanie szczególnie rzadkich gatunków zagrożonych wyginięciem oraz zwiększenie liczebności gatunków, które bardzo wolno się rozmnażają. Zastosowano je na przykład w przypadku krowy rasy Enderby Island. Materiał genetyczny został pobrany od ostatniego żyjącego osobnika. Dzięki temu udało się zrekonstruować stado liczące kilkanaście sztuk. Odtworzono również gatunek nubijskiego kota pustynnego, a otrzymane osobniki są zdolne do rozrodu. Wielki problem, związany z klonowaniem gatunków zagrożonych wyginięciem, stanowi zdobycie komórki jajowej. Aby pobrać gametę od samicy pandy wielkiej, trzeba ją uśpić, a to może się dla niej skończyć tragicznie. Matką zastępczą pand może być tylko samica innych niedźwiedziowatych. Wykorzystanie matek innego gatunku do noszenia ciąży pandy zasadniczo zmniejsza szanse powodzenia.
Nieprędko też zostanie sklonowany mamut. W zachowanych szczątkach tego zwierzęcia nie odnaleziono jeszcze kompletnego materiału genetycznego.
W komórce jajowej, której wszczepiono jądro komórkowe obcego gatunku, są obecne dwa rodzaje DNA: obcy, zawarty w jądrze, oraz własny, występujący w mitochondriach komórki jajowej. DNA jądrowe pełni w komórkach funkcję nadrzędną. Okazuje się jednak, że kwasy nukleinowe pochodzące z komórek różnych gatunków nie są zdolne do współdziałania przy niektórych procesach, co uniemożliwia obecnie wykorzystanie w klonowaniu dawczyń komórek jajowych innego gatunku.
Podsumowanie
Klonowanie organizmów prowadzi do powstania osobników o identycznej informacji genetycznej.
Naturalnymi klonami są organizmy powstałe w drodze podziału wegetatywnego oraz bliźnięta jednojajowe.
Pierwsze próby klonowania zwierząt odbyły się na przełomie XIX i XX w.
Klonowaniu poddano wiele gatunków ssaków zarówno hodowlanych, jak i dziko żyjących.
Najbardziej znanym przykładem sklonowanego ssaka jest owca Dolly urodzona w 1996 r.
1. Jakie trudności trzeba pokonać, by klonowanie zwierząt hodowlanych stało się powszechną praktyką?
2. Opisz, w jaki sposób sklonowano owcę Dolly.
Słowniczek
organizm powstały w wyniku krzyżówki międzygatunkowej, np. muł – potomek klaczy i samca osła
Keith Campbell
Był brytyjskim biologiem, który razem z Ianem Wilmutem sklonował owcę Dolly.
organizmy identyczne pod względem genetycznym
Hans Spemann
Był niemieckim biologiem, laureatem Nagrody Nobla z medycyny. Prowadził badania nad rozwojem zarodkowym zwierząt.
Ian Wilmut
Jest szkockim embriologiem, kierownikiem zespołu, który sklonował owcę Dolly.
Zadania
W opisie historii klonowania ssaków uzupełnij luki odpowiednimi słowami.
Pierwsze próby klonowania ssaków miały miejsce pod koniec ................................ wieku. W pierwszych eksperymentach rozdzielano ............... Inną metodą klonowania ssaków jest transfer jądra komórkowego z komórki ............ do komórki .............
Oceń poniższe zdania i zaznacz odpowiedź Prawda lub Fałsz.
| Prawda | Fałsz | |
| Metoda transplantacji jąder komórkowych jest jedną z najczęściej stosowanych metod klonowania. | □ | □ |
| Klony to organizmy o bardzo podobnej, ale nie identycznej informacji genetycznej. | □ | □ |
| Klony powstałe drogą transferu jąder komórkowych są tej samej płci co dawca jądra. | □ | □ |
| Jądro do transferu pobiera się z komórki haploidalnej. | □ | □ |
| Owca Dolly została sklonowana metodą transplantacji komórek macierzystych. | □ | □ |
Wskaż poprawne zakończenie zdania.
Klony to organizmy identyczne pod względem genetycznym z organizmem
- dawcy jądra komórkowego.
- biorcy jądra komórkowego.
- matki zastępczej.
- dawcy i biorcy jądra komórkowego.
Oceń poniższe zdania i zaznacz odpowiedź Prawda lub Fałsz.
| Prawda | Fałsz | |
| Obecnie potrafimy sklonować mamuty. | □ | □ |
| Klonowanie daje możliwość powielenia osobników posiadających szczególną cechę. | □ | □ |
| Klonowanie jest szansą na ocalenie rzadkich gatunków. | □ | □ |
| Klonowanie daje szansę na odtworzenie gatunków wymarłych. | □ | □ |