KlonowanieklonowanieKlonowanie to proces generowania organizmów mających taką samą informację genetyczną jak dawca. Komórki lub całe organizmy identyczne genetycznie (tzn. o identycznym genotypie) nazywane są klonamiklonyklonami.

Klony komórek powstają w wyniku podziału w hodowli in vitro jednej, wyjściowej komórki, np. komórki organizmu jednokomórkowego (drożdże, pierwotniaki, bakterie) lub pojedynczej komórki somatycznej (bądź grupy komórek) organizmu o bardziej złożonej budowie (eukarionta).

W biologii molekularnej „klon” oznacza odrębną jednostkę genetyczną, składającą się z komórki gospodarza (zazwyczaj komórka bakteryjna lub drożdżowa) oraz wektora genetycznego ze wstawionym (zrekombinowanym) DNA – taki klon jest ostatecznym produktem klonowania DNA.

Wbrew powszechnemu przekonaniu klony mogą powstawać drogą naturalną, niewymagającą zastosowania technik laboratoryjnych. Wegetatywne rozmnażanie się roślin i bezpłciowe rozmnażanie się niektórych zwierząt to nic innego jak naturalne klonowanie – sposób na zwiększenie liczby osobników. Podobnie jest w populacjach komórek bakteryjnych. Naturalnymi klonami są także bliźnięta jednojajowe.

W 1885 r. Hans Adolf Eduard Driesch wykazał, że w wyniku wstrząśnięcia i rozdzielenia dwukomórkowego embrionu jeżowca morskiego powstają dwie oddzielne komórki, a z każdej z nich rozwija się kompletny organizm. Udowodniono w ten sposób, że każda komórka na wczesnym etapie rozwoju zarodkowego ma własny, kompletny zestaw genetyczny.

W 1935 r. Hans Spemann zaproponował doświadczenie mające polegać na usunięciu jądra komórkowego niezapłodnionej komórki jajowej i zastąpieniu go jądrem z komórki rozwiniętego zarodka.

W 1952 r. Robert Briggs i Thomas King ogłosili, że udało im się wyhodować kilkadziesiąt zarodków żaby lamparciej (Rana pipiens) i kilkadziesiąt kijanek dzięki technice transferu jądrowego z komórek jelita kijanki do jaj pozbawionych własnego jądra.

Udane sztuczne klonowanie organizmów wielokomórkowych jako pierwszy przeprowadził John Gurdon w 1958 r. W procesie tym badacz wykorzystał zróżnicowane komórki zarodków i kijanek żaby szponiastej (Xenopus laevis).

Pierwszym ssakiem z sukcesem sklonowanym z dorosłych komórek somatycznych była owca Dolly, która przyszła na świat w 1996 r. Zwierzę przeżyło niecałe 7 lat, lecz wydało żywe potomstwo – sześcioro jagniąt.

Uzyskiwanie klonów zwierzęcych jest trudne, ponieważ zróżnicowane komórki zwierzęce nie dzielą się w hodowli oraz słabo rozwijają się w tkanki nowego, potomnego organizmu.

Klonowanie zwierząt przeprowadza się z wykorzystaniem dwóch metod: rozdziału komórek zarodka lub transferu jąder komórkowych. Pierwsza metoda polega na rozdziale blastomerów w stadium 2, 4 i 8 komórek. Druga metoda polega na transplantacji jąder komórkowych uzyskanych z zarodka w stadium moruli lub blastuli bądź na pobraniu jądra komórkowego z komórki dojrzałego zwierzęcia i przeniesieniu go do komórki jajowej, uprzednio pozbawionej jądra. Po implantacji jądra taką komórkę jajową wszczepia się do macicy zwierzęcia, gdzie następuje jej dalszy rozwój.

Od momentu zapłodnienia do narodzin w organizmie ssaka zachodzą liczne podziały: zapłodniona komórka jajowa dzieli się na dwie komórki, z których każda dzieli się na dwie kolejne komórki itd. Do pewnego etapu jest możliwe rozdzielenie dzielących się komórek i spowodowanie, że każda z nich rozwinie się w niezależny organizm. Tak powstałe organizmy to identyczne pod względem genetycznym klony. Eksperymentalnie udaje się to w stadium 4–8 blastomerów, później komórki nie są już w stanie wytworzyć całego organizmu, ponieważ w trakcie rozwoju zachodzi także różnicowanieróżnicowanie komórek, dyferencjacja, cytodyferencjacjaróżnicowanie. Podczas podziału komórek zarodka uzyskuje się pary lub czwórki komórek, z których może rozwinąć się cały organizm.

RpoPwbBOVqImo1

Owca Dolly to owca o dużej ramie ciała osadzonej na dość krótkich nogach. Jej wełna jest jednolita, średnio gruba, umaszczenie kremowe. Pysk owcy jest wąski. Ma brązowe małe oczy. Niewielkie szpiczaste uszy.

Podczas rozwoju zarodka wyłączane są całe grupy genów i następuje specjalizacja komórek. W pełni wyspecjalizowane komórki występują w tkankach dojrzałego organizmu – są one wysoce przystosowane do pełnienia określonych funkcji i wiele z nich nie może się już dzielić. Do początku 1997 r. (gdy opublikowano pracę o sklonowaniu owcy Dolly) naukowcy uważali, że proces ten jest nieodwracalny i nie można sprawić, by zróżnicowana komórka zaczęła funkcjonować w innej roli niż ta, która została jej przypisana w dorosłym organizmie.

Klonowanie metodą izolacji blastomerówmetoda izolacji blastomerówmetodą izolacji blastomerów to rodzaj klonowania metodą rozdziału komórek zarodka. Polega ono na tym, że przy izolacji komórek zarodka pobiera się pojedyncze komórki, a nie pary lub czwórki blastomerów. Dzięki temu możliwe jest otrzymanie bliźniąt, trojaczków, czworaczków, a nawet pięcioraczków.

Do komórki jajowej (na ogół niezapłodnionej) wprowadza się jądro z innej komórki, np. jądra komórkowe pobrane z komórek kilkudniowego zarodka wprowadza się do innych komórek jajowych, pozbawionych własnego jądra. Rozwiną się z nich zwierzęta, które będą klonami. Metodę tę po raz pierwszy zastosowano u żab, gdyż rozwijają się one poza organizmem matki, co znacznie ułatwiło prowadzenie doświadczeń. Stwierdzono, że można klonować jądra komórek zarodkowych, ale bardzo rzadko udawało się przenieść jądra innych komórek – np. nabłonka jelita dorosłej żaby – do komórki jajowej i wyhodować kijanki.

W procesie klonowania owiec możliwe było uzyskanie klonów z zarodków kilkukomórkowych zarówno przez rozdzielenie ich na pojedyncze komórki, jak i przez przenoszenie ich jąder komórkowych do niezapłodnionych komórek jajowych (oocytów). Próby klonowania starszych komórek zarodków, bardziej zróżnicowanych, kończyły się niepowodzeniem.

Kluczowe znaczenie w historii klonowania miały narodziny owcy Dolly w 1996 r. Owca ta przyszła na świat w szkockim Instytucie Roslin pod Edynburgiem, gdzie naukowcy pracowali pod kierunkiem Iana Wilmuta i Keitha Campbella. Owca Dolly była klonem, który powstał przez pobranie jądra komórkowego z komórki gruczołu mlecznego dorosłej owcy, a następnie przeniesienie go do oocytu. To, że jądro komórki pobranej z dorosłego zwierzęcia może być zdolne do sterowania rozwojem zarodka, budziło początkowo wątpliwości. Inaczej mówiąc: nie było pewności, czy Dolly jest naprawdę klonem powstałym z komórki dojrzałego organizmu (Dolly była jedyną udaną próbą spośród prawie 300 przeprowadzonych). Ponad rok po ogłoszeniu narodzin Dolly jej twórcy udowodnili, że rzeczywiście jest ona klonem.

Wkrótce po sklonowaniu owcy uczeni z Uniwersytetu Hawajskiego w Mānoa uzyskali kilkadziesiąt klonów myszy, tym razem przez pobranie jąder z komórek pęcherzykowych, które normalnie otaczają komórkę jajową. W tym przypadku sukcesem zakończyło się ponad 1% prób – nie wszystkie przebadane komórki myszy (np. komórki nerwowe, komórki Sertolego) umożliwiały pełny rozwój uzyskanego zarodka. Pierwsza mysz sklonowana z dojrzałych komórek narodziła się w 1997 r. w laboratorium naukowca Ryuzo Yanagimachiego na Hawajach.

Natomiast uczeni japońscy z zespołu doktora Yukio Tsunody z Uniwersytetu Kindai w 1998 r. donieśli o sklonowaniu cieląt. W wyniku zastosowania komórek pęcherzykowych i komórek wyściółki jajowodu uzyskali bardzo wysoką wydajność klonowania: z dziesięciu zaimplantowanych klonów urodziło się ośmioro cieląt, z czego czworo padło zaraz po porodzie. Prawdopodobnie tylko w części przypadków udaje się odtworzyć stan jądra komórkowego identyczny z zarodkiem. Wydaje się, że przyczyną śmierci zwierząt może być niezupełne odblokowanie ekspresji niektórych genów.

R1evgewndr6Ea

Zdjęcie przedstawia makaka królewskiego. Jego sierść ma odcień szary na brzuchu i brązowy na reszcie ciała. Makak królewski ma jasnobrązowe, migdałowe tęczówki. Małpa ze zdjęcia pokazuje fotografowi jasnoróżowy język. Ma duże owalne małżowiny uszne. Pysk małpy nie jest owłosiony.

Zdecydowana większość zwierząt (myszy, krów i owiec) klonowanych z komórek pobranych z dojrzałych organizmów to samice, co wynika z faktu, że komórki związane z komórką jajową (pęcherzykowe czy wyściółka jajnika) oraz komórki gruczołu mlecznego występują tylko u samic.

Dopiero w połowie 1999 r. udało się otrzymać samca sklonowanego z komórek pobranych z ogona dojrzałej myszy.

Doświadczenia nad klonowaniem zwierząt mają duże znaczenie w wielu dziedzinach.

Słownik