Jedną z często stosowanych metod klonowania jest podział bliźniaczy. Zapłodniona komórka jajowa ulega bruzdkowaniu – w procesie tym powstają dwie, a następnie kolejne komórki potomne, nazywane blastomerami. Kiedy embrion składa się z dwóch do ośmiu komórek, można je rozdzielić, czyli przeprowadzić bisekcję: za pomocą narzędzi mikrochirurgicznych dzieli się zarodek na dwie części o równej liczbie komórek. Komórki wczesnych stadiów rozwoju, określane mianem totipotencjalnychtotipotencjatotipotencjalnych, mogą się różnicować we wszystkie rodzaje komórek budujących organizm oraz tworzyć trofoblast, z którego wykształci się łożysko. Z czasem tracą one tę właściwość, dlatego bisekcja przeprowadzona na późniejszym etapie rozwoju nie skutkowałaby wytworzeniem prawidłowo rozwijającego się organizmu.

Dzieląc ośmiokomórkowy embrion, otrzymuje się dwa embriony czterokomórkowe, których rozwój przebiega w taki sam sposób, jak przebiegałby rozwój pojedynczego embrionu bez tej ingerencji. Możliwe jest także rozdzielenie tych dwóch zarodków i wszczepienie ich do organizmów dwóch różnych samic lub pozostawienie jednego z nich w organizmie matki i zamrożenie drugiego w celu przechowywania.

Skutkiem zastosowania tej metody są narodziny bliźniąt jednojajowych, które pod względem genetycznym są swoją dokładną kopią, jednak różnią się od organizmów rodzicielskich. Nie można w ten sposób uzyskać większej liczby organizmów niż dwa.

Klonowanie metodą bisekcji zarodków z powodzeniem wykorzystywane jest w przypadku zwierząt hodowlanych, zwłaszcza owiec i bydła, a także świń i koni. W badaniu nad zastosowaniem tej procedury u krów stwierdzono, że ciąża rozwijała się poprawnie w przypadku ok. 28% bliźniaczych zarodków, a dla pojedynczego zarodka z pary wartość ta rosła do 45%.

Podjęto również próby zastosowania tej metody na ssakach naczelnych. Stworzenie genetycznie identycznych małp, które stanowiłyby model wielu chorób występujących u ludzi, mogłoby się przyczynić do rozwoju badań nad leczeniem tych schorzeń. Działanie takie jest jednak kwestionowane etycznie, ponadto bisekcja zarodków ssaków naczelnych charakteryzuje się mniejszą wydajnością niż w przypadku zwierząt hodowlanych.

Izolacja blastomerów to metoda zbliżona do bisekcji zarodków, jednak podczas tego procesu przeprowadza się rozdział embrionu na pojedyncze komórki. Dokonuje się tego najczęściej na etapie dwóch lub czterech komórek, ze względu na zachowanie ich totipotencji, czyli zdolności do różnicowania się w dowolny rodzaj komórek budujących organizm.

Dzięki tej metodzie możliwe jest otrzymanie bliźniąt, trojaczków, czworaczków, a nawet pięcioraczków (odmiennych pod względem genetycznym od rodziców). Z tego powodu jest ona teoretycznie bardziej wydajna od podziału bliźniaczego. Mimo to nie stosuje się jej na szeroką skalę, ze względu na trudności w przeprowadzaniu jej w praktyce. Wykorzystywana jest jedynie eksperymentalnie w badaniach możliwości rozwojowych komórek zarodkowych ssaków. Najlepsze wyniki w klonowaniu tą metodą obserwowano na owcach, w których przypadku już w latach 80. XX w. otrzymano czworaczki.

Badania na myszach wykazały, że komórki embrionalne tych zwierząt zachowują charakter totipotencjalny do stadium czterech komórek. Wyizolowanie blastomerów w stadium ośmiu komórek prowadziło do zaburzeń w tworzeniu epiblastuepiblastepiblastu i endodermyendodermaendodermy zarodka, a izolacja w stadium morulimorulamoruli zaburzała rozwój blastocystyblastocystablastocysty.

Klonowanie chimerowe zarodków oparte jest na agregacji blastomerów. Termin „agregacja” oznacza zbijanie się małych cząstek danej substancji w większe, co oddaje istotę tej metody: polega ona na zebraniu kilku blastomerów w jedną grupę. Ze względu na to, że pochodzą one od różnych zarodków i wspólnie tworzą jeden nowy embrion, każdy z nich daje początek części jego komórek. Powstały organizm, złożony z komórek różniących się pod względem genetycznym i genotypowym, łączy w sobie cechy kilku różnych osobników.

Klonowanie chimerowe zarodków metodą agregacji blastomerów stosowane jest jedynie w laboratoriach, ze względu na niską przeżywalność agregowanych blastomerów. Otrzymane tą drogą zarodki wykorzystywane są m.in. w badaniach przebiegu rozwoju prenatalnegorozwój prenatalnyrozwoju prenatalnego różnych organizmów oraz występujących na tym etapie mutacji genetycznych.

Najbardziej znana metoda klonowania organizmów to transfer jąder komórkowych. Jej istotą jest umieszczenie jądra komórki pochodzącej od osobnika, który ma zostać sklonowany (dawcy), w komórce jajowej. Dawcą jądra komórkowego może być zarówno zarodek, jak i osobnik dorosły. Jądro może zostać pobrane z komórki dowolnej tkanki jego organizmu. Na początku należy pozbawić jądra komórkowego zarówno komórkę jajową, jak i komórkę somatycznąkomórka somatycznakomórkę somatyczną dawcy. Kolejnym krokiem jest wszczepienie jądra z komórki somatycznej dawcy do komórki jajowej, z której usunięto jądro, i umieszczenie komórki jajowej w macicy samicy, która będzie matką klona.

Wadą tej metody jest fakt, że klon żyje krócej od dawcy. Dzieje się tak, ponieważ komórka somatyczna dawcy podlegała w swoim życiu procesom starzenia, takim jak skracanie sekwencji telomerowychsekwencje telomerowesekwencji telomerowych chromosomów. Z tego powodu w przypadku, gdy dawca miał np. 10 lat, komórki klona w momencie narodzin są już dziesięcioletnie (i tym samym telomery klona są krótsze niż u noworodka).

Transfer jąder komórkowych znalazł zastosowanie w klonowaniu wielu gatunków zwierząt w rozmaitych celach:

• cele badawcze – np. sklonowanie owcy Dolly, pierwszego ssaka narodzonego po przeprowadzeniu transferu jąder;

• ochrona bioróżnorodności – próby rozmnażania w warunkach kontrolowanych gatunków zagrożonych wyginięciem, jak w przypadku gaura indyjskiego (Bos gaurus);

• odtwarzanie wymarłych gatunków – za pomocą transferu jąder udało się odtworzyć populację krów z nowozelandzkiej wyspy Enderby; podjęto także próbę sklonowania koziorożca pirenejskiego (Capra pyrenaica pyrenaica), lecz osobnik, który przyszedł na świat, zmarł 7 minut po narodzeniu;

• cele farmakologiczne – tworzenie zwierząt transgenicznych o zdolności do produkcji ważnych substancji i białek, np. antytrombiny czy ludzkich przeciwciał poliklonalnych;

• cele przemysłowe – klonowanie cennych komercyjnie gatunków zwierząt w celu zwiększenia produkcji lub o pożądanych cechach morfologicznych, np. sklonowanie byka Chance (klon o nazwie Second Chance);

• cele komercyjne – np. klonowanie zwierząt domowych, w tym psów oraz kotów, jak w przypadku kota Little Nicky’ego.

Ochrona gatunków

Rozwój technik klonowania zwierząt nie tylko wpłynął na możliwość ochrony gatunków zagrożonych, których populacje są coraz mniej liczne, lecz także daje szansę na przywrócenie gatunków wymarłych, takich jak koziorożec pirenejski (Capra pyrenaica pyrenaica), żaba gęborodna (Rheobatrachus silus) czy inne gatunki zwierząt, których materiał genetyczny został zabezpieczony. Sukcesem zakończyło się odtworzenie populacji krów z wyspy Enderby w Nowej Zelandii, co daje nadzieję na kolejne reintrodukcje gatunków do ich dawnych siedlisk.

Rolnictwo i cele komercyjne

Klonowanie przyczynia się również do selekcji gatunków bydła i innych zwierząt hodowlanych o wysokim potencjale produkcyjnym lub zwiększonej tolerancji na czynniki stresowe i chorobotwórcze. Dzięki metodzie transferu jąder komórkowych udało się wyhodować bydło, u którego nie występują priony odpowiedzialne za chorobę wściekłych krów lub których mleko charakteryzuje się większą zawartością kazeiny. Klonowanie wykorzystuje się także do reprodukcji cennych ras koni.

Medycyna i farmakologia

Dzięki klonowaniu stworzono modele zwierzęce do badań nad chorobami występującymi u ludzi, takimi jak cukrzyca, mukowiscydoza czy zwyrodnienie barwnikowe siatkówki. Modele te mają ogromne znaczenie w analizie rozwoju tych chorób oraz testowaniu nowych leków. Sklonowanie świń pozwoliło na kontrolę badań z użyciem macierzystych komórek nerwowych, m.in. nad próbą naprawy uszkodzenia rdzenia kręgowego, gdyż część populacji, mając identyczny materiał genetyczny, stanowiła idealną grupę kontrolną.

Z kolei klonowanie zwierząt transgenicznych o zmodyfikowanym genomie może być szansą dla osób czekających na przeszczep uszkodzonego narządu. Wydaje się, że najlepszymi dawcami organów (przeszczepów) dla człowieka są świnie. Wykazano, że pozbawienie ich antygenów wykrywanych przez ludzkie przeciwciała zmniejsza ryzyko odrzucenia przeszczepu. Dziedziną medycyny zajmującą się badaniami nad możliwością przeszczepiania narządów między organizmami należącymi do różnych gatunków jest ksenotransplantacjaksenotransplantacjaksenotransplantacja.

Klonowanie człowieka

W przypadku człowieka możliwe są dwa cele klonowania:

• Klonowanie reprodukcyjne – efektem tego rodzaju klonowania byłyby narodziny człowieka o genomie identycznym z genomem dawcy. Nasienie nie byłoby potrzebne, dlatego klonowanie w celach reprodukcyjnych jest rozważane jako forma leczenia niepłodności lub uzyskania potomstwa przez pary homoseksualne. Uniemożliwiają je jednak m.in. obecne regulacje prawne.

• Klonowanie terapeutyczne – to głównie diagnostyka preimplantacyjnadiagnostyka preimplantacyjnadiagnostyka preimplantacyjna oraz hodowla materiału transplantacyjnego (tkanek i, potencjalnie, narządów) na bazie komórek ciała biorcy przeszczepu. W pierwszej metodzie klony zarodków, uzyskanych w wyniku zapłodnienia in vitrozapłodnienie in vitrozapłodnienia in vitro, są poddawane badaniom, by do rozwoju w łonie matki przeznaczać te, które spełniają wcześniej przyjęte kryteria.

Obydwa wymienione terapeutyczne zastosowania klonowania u ludzi implikują uśmiercanie zarodków, które nie spełniają oczekiwań lub są źródłem materiału transplantacyjnego.

Wykorzystanie sklonowanych zwierząt w medycynie czy przemyśle spożywczym oraz próby przywrócenia gatunków wymarłych, jak również wszelkie kwestie dotyczące klonowania ludzi wywołują dyskusje na tle etycznym. Więcej informacji na ten temat znajdziesz w e‑materiale pt. „Obawy etyczne wokół klonowania zwierząt”P6b0seyol„Obawy etyczne wokół klonowania zwierząt”.

Słownik