Klonowanie zwierząt
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?
że komórki somatyczne mają jądra diploidalne, a gamety – haploidalne;
że DNA obecne w jądrze komórkowym zawiera kompletną instrukcję budowy i funkcjonowania organizmu;
że rozmnażanie wegetatywne pozwala tworzyć kopie genetyczne organizmu macierzystego.
Prześledzisz historię klonowania.
Wyjaśnisz metody klonowania.
Ocenisz przydatność klonowania ludzkich komórek;
Określisz, jakie są wady i zalety oraz nadzieje i obawy związane z klonowaniem ssaków.
Przedstawisz znaczenie klonowania organizmów.
1. Klonowanie w naturze
Klonowanie organizmów polega na tworzeniu ich identycznych genetycznie kopii. Klonami występującymi naturalnie w przyrodzie są m.in.:
organizmy powstałe z podziału pojedynczej komórki, tj. bakterie, protisty czy niektóre grzyby;
osobniki powstałe z fragmentów rośliny macierzystej na skutek rozmnażania przez fragmentację (wegetatywnego);
zwierzęta powstałe przez pączkowanie (drożdże, stułbia);
potomstwo zwierząt powstałe w wyniku poliembrionii, czyli rozdzielenia się komórek zarodka we wczesnym stadium rozwoju lub wskutek bezpośredniego podziału zygoty.
W naturze taki proces zachodzi niekiedy np. 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 dlatego mają identyczny genotyp, co skutkuje bardzo dużym podobieństwem fizycznym. 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. Dziecko posiada więc zmieniony w stosunku do rodziców zestaw genów, a dodatkowo część materiału genetycznego ulega wymieszaniu w trakcie powstawania gamet w procesie crossing‑overcrossing‑over. To zapewnia odmienność genetyczną każdego z potomków.
Zmienność genetyczna w hodowli nie zawsze jest zjawiskiem pożądanym. Wielu hodowców wolałoby mieć kopie wyjątkowych osobników zamiast zdawać się na kaprysy procesu płciowego. Na przykład właściciel krowy dającej rekordowo dużą ilość mleka zapewne ucieszyłby się z wielu kopii swojej czempionki.
Pierwsze próby klonowana zwierząt podjęto na przełomie XIX i XX w. Polegały one na dzieleniu zarodka składającego się z 2‑8 komórek. Niestety, uzyskane w ten sposób zarodki bliźniacze często umierały. W 1903 r. sukcesem zakończyły się próby Hansa SpemannaHansa Spemanna, który podzielił zarodek salamandry na 2 części. Z każdej z nich rozwinęła się kijanka. 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, urodził się pierwszy sklonowany ssak – owca Dolly. Rok później udało się sklonować mysz domową, w 2001 r. kota, którego nazwano CopyCat, a w 2005 r. psa Snuppy'ego. W 2020 roku naukowcy sklonowali konia Przewalskiego, gatunek zagrożony wyginięciem.
Wymień komórki ciała człowieka, które z pewnością nie nadają się do klonowania.
3. Metody klonowania zwierząt
W klonowaniu zwierząt wykorzystuje się dwie metody:
metoda transplantacji jąder komórkowych jest najczęściej stosowaną metodą klonowania zwierząt. Polega ona na zastąpieniu jądra komórki jajowej jednego osobnika jądrem komórki somatycznejkomórki 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.
rozdzielenie komórek zarodka to metoda polegająca na oddzieleniu poszczególnych komórek budujących zarodek na wczesnych etapach jego rozwoju. Dzięki temu z każdej komórki otrzymuje się organizm potomny. Metoda ta pozwala uzyskać większą liczbę klonów jednocześnie, a otrzymane osobniki są identyczne genetycznie względem siebie. Klonowanie przebiega w kilku etapach:
Komórki tworzące zarodek rozdziela się, a następnie hoduje w warunkach laboratoryjnych.
Każda komórka rozwija się w identyczny zarodek.
Zarodki składające się z kilkunastu komórek wprowadza się do macic matek zastępczych.
W rezultacie rodzą się zwierzęta o takim samym materiale genetycznym.
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 dwóch 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.
Oczywiście sklonowanie owcy udało się nie za pierwszym razem. Jądra komórkowe łączono z komórkami jajowymi aż 277 razy, w wyniku czego tylko 29 zarodków 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 się odbyć w odpowiedniej fazie cyklu komórkowego.
Bazując na dostępnych źródłach informacji 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. Klonowanie było 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 siedmiu 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 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 np. w przypadku krowy rasy Enderby Island. Materiał genetyczny został pobrany od ostatniego żyjącego osobnika. Dzięki temu udało się zrekonstruować stado liczące kilkanaście sztuk. Klonowanie nie oznacza jednak sukcesu w uratowaniu gatunku, ponieważ sklonowane osobniki mają bardzo małą zmienność genetyczną. W związku z tym są m.in. mniej odporne na zmieniające się warunki otoczenia oraz są bardziej podatne na choroby.
Odtworzono również gatunek nubijskiego kota pustynnego, a otrzymane osobniki są zdolne do rozrodu.
Ogromny 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.
W komórce jajowej, do 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 innych gatunków.
6. Obawy etyczne wokół klonowania zwierząt i człowieka
Dzięki intensywnie rozwijającym się działom biotechnologii i genetyki udało się sklonować wiele zwierząt, jednak niezależnie od zastosowanej metody klonowania wydajność tych procesów była niewielka. Do najczęstszych problemów, które pojawiają się podczas klonowania, zalicza się:
zaburzenia funkcji łożyska;
nieudane zapłodnienie i zagnieżdżenie zarodka;
zaburzenia przebiegu ciąży;
wady płodów;
zaburzenia związane z niedorozwojem układu oddechowego, cukrzycę, niewydolność wątroby.
Między innymi z tego powodu wielu ludzi ma obawy etyczne związane z klonowaniem zwierząt na potrzeby produkcji żywności. Obawiają się również konsekwencji zdrowotnych spożywania mięsa czy mleka klonów.
Klonowanie człowieka, ze względu na zasady etyczne oraz problemy występujące podczas klonowania zwierząt, jest zakazane. Podejmuje się jedynie próby klonowania komórek zarodkowych człowieka. Wyróżnia się:
klonowanie terapeutyczne, polegające na klonowaniu niezróżnicowanych komórek zarodka w celach leczniczych. Przeszczepia się je w miejsce uszkodzonych tkanek lub produkuje się z nich tkanki i narządy wykorzystywane w leczeniu niektórych chorób.
klonowanie reprodukcyjne, polegające na powielaniu komórek zarodka w celu uzyskania kilku zarodków, z których każdy rozwinie się w dorosły organizm.
Obecnie klonowanie reprodukcyjne nie jest przeprowadzane ze względów etycznych. Wykorzystanie ludzkich zarodków w pracach doświadczalnych budzi duże zastrzeżenia natury moralnej i etycznej. Wszelkie zabiegi na zarodkach są decydowaniem o życiu lub śmierci. Dlatego w wielu krajach wprowadzono całkowity zakaz wykonywania doświadczeń związanych z klonowaniem człowieka. Jednak pomimo wielu kontrowersji w niektórych krajach prowadzi się badania nad klonowaniem terapeutycznym. Wprawdzie badania te prowadzone są pod ścisłą kontrolą instytucji rządowych, jednak bardzo trudno jest wykluczyć nadużycia i podejmowanie prób klonowania reprodukcyjnego. Dlatego też wiele osób domaga się całkowitego zakazu prowadzenia prac badawczych związanych z klonowaniem człowieka.
Podsumowanie
Pierwsze próby klonowania zwierząt odbyły się na przełomie XIX i XX w.
Najbardziej znanym przykładem sklonowanego ssaka jest owca Dolly urodzona w 1996 r.
W klonowaniu zwierząt wykorzystuje się dwie metody: transplantacji jąder komórkowych oraz rozdzielenie komórek zarodka.
Naturalnymi klonami są organizmy powstałe na drodze podziału wegetatywnego oraz bliźnięta jednojajowe.
Klonowanie organizmów prowadzi do powstania osobników o identycznej informacji genetycznej.
Klonowaniu poddano wiele gatunków ssaków: zarówno hodowlanych, jak i dziko żyjących.
Wyróżnia się klonowanie terapeutyczne oraz reprodukcyjne.
Dzięki klonowaniu istnieje szansa na przywrócenie do życia wymarłych gatunków zwierząt oraz zwiększenie liczebności gatunków, które wolno się rozmnażają.
Do najczęstszych problemów, które pojawiają się podczas klonowania, należą: zaburzenia funkcji łożyska, nieudane zapłodnienie i zagnieżdżenie zarodka, zaburzenia przebiegu ciąży, wady płodów oraz zaburzenia związane z niedorozwojem układu oddechowego, cukrzycę, niewydolność wątroby.
Klonowanie reprodukcyjne budzi obawy natury etycznej, dlatego nie jest obecnie przeprowadzane.
Praca domowa
Słownik
organizm powstały w wyniku krzyżówki międzygatunkowej, np. muł – potomek klaczy i samca osła
(ur. 23.05.1954 w Birmingham w Wielkiej Brytanii, zm. 05.10.2012 w Derbyshire w Wielkiej Brytanii) brytyjski biolog, który razem z Ianem Wilmutem sklonował owcę Dolly
proces polegający na wzajemnej wymianie odpowiadających sobie odcinków chromatyd chromosomów homologicznych. Rezultatem crossing‑over jest przetasowanie genów pochodzenia matczynego i ojcowskiego, prowadzące do powstania nowych, przypadkowych kombinacji alleli w ramach jednego chromosomu. Crossing‑over zachodzi w profazie I mejozy
organizmy identyczne pod względem genetycznym
każda komórka budująca ciało organizmu z wyjątkiem komórek płciowych, posiadająca w jądrze komórkowym podwójny zestaw chromosomów oznaczany symbolem 2n
(ur. 27.06.1869 w Stuttgarcie w Niemczech, zm. 09.09.1941 we Freiburgu w Breisgau w Niemczech) niemiecki biolog, laureat Nagrody Nobla z medycyny; prowadził badania nad rozwojem zarodkowym zwierząt
(ur. 07.07.1944 w Hampton Lucy w Wielkiej Brytanii, zm. 10.09.2023) szkocki embriolog, kierownik zespołu, który sklonował owcę Dolly
Zadania
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. | □ | □ |