Informacje podstawowe
Klonowanie - w potocznym rozumieniu proces tworzenia idealnej kopii z oryginału.
Klon - w biologii są to org. mające identyczny lub prawie identyczny materiał genetyczny, np. powstałe w procesie rozmnażania wegetatywnego, takie jak kolonie bakterii, jednokomórkowców, odrośla i rozmnóżki roślin etc.
Termin klonowanie jest używany w kilku znaczeniach:
Klonowanie to proces tworzenia organizmów mających taką samą informację genetyczną jak dawca.
*Szczególny przypadek - twinning, czyli powstawanie lub otrzymywanie bliźniąt monozygotycznych (patrz. jednojajowych), gdzie nie można wyróżnić dawcy.
Klonowanie organizmów oznacza procedurę otrzymywania organizmów o takiej samej informacji genetycznej, z reguły poprzez procedurę transferu jądra z komórki somatycznej do komórki jajowej pozbawionej uprzednio jądra.*(patrz. techniki klonowania).
Klony otrzymane w procesie transferu jądrowego nie są w 100% genetycznie identyczne z dawcami. W trakcie tego procesu wymienia się bowiem tylko materiał genetyczny zawarty w jądrze komórkowym pozostawiając DNA mitochondrialny biorcy. Mitochondrialne RNA ma jednak minimalny wkład w dziedziczenie cech genetycznych.
Klonowanie genów - w genetyce i biologii molekularnej proces wyosobniania genu. Polega na łączeniu fragmentów materiału genetycznego z wektorem molekularnym i ich namnażaniu w innym organizmie.
Etymologia
W XIX-wiecznym angielskim, termin clon oznaczał roślinę wyhodowaną z ukorzenionej gałązki, w zgodzie z pierwotnym, greckim (ὁ κλωνος - gałązka, odrośl), rozumieniem słowa. Metodę tę stosuje się od starożytności do propagacji roślin o pożądanych cechach. M. in. w ten właśnie sposób od tysiącleci utrzymuje się jednorodność odmian winogron stosowanych przy produkcji wina. Proces ten po polsku nazywa się szczepieniem.
Historia klonowania
Lata 20. XX w.
Nieudane eksperymenty niemieckiego embriologa H. Seemanna ze klonowaniem traszki
1944 Kanadyjski bakteriolog O.T. Afery udowadnia, że zawarty w jądrze komórkowym kwas dezoksyrybonukleinowy (DNA) zawiera informacje genetyczną decydującą o dziedziczeniu
Lata 70. XX w.
J.Gurdon z uniwersytetu w Oksfordzie otrzymuje kijanki będące klonami kijanek żaby szponiastej.
Lata 80. XX w.
Opracowanie techniki klonowania ssaków metodą dzielenia bardzo wczesnych ( złożonych z 2-8 komórek) zarodków.
1996 Narodziny owcy Dolly
2001 Wielka Brytania została pierwszym krajem, gdzie zezwolono na klonowanie ludzkich zarodków, w celu badań nad komórkami macierzystymi z nich pochodzącymi. W Singapurze i Stanach Zjednoczonych też jest zgoda na takie badania, choć administracja George'a Bush'a zakazała federalnego finansowania badań. Badania są prowadzone, finansowane z pieniędzy prywatnych.
Rodzaje klonowania
A) Klonowanie reprodukcyjne
Celem jest tu powoływanie do istnienia nowej istoty ludzkiej obdarzonej tym samym genotypem co osoba dawcy jądra. Urodzone w rezultacie tego dziecko byłoby bliźniaczym bratem dawcy, z tym, że o całe pokolenie albo i więcej od niego młodszym. Warto zwrócić uwag na to, że posiadanie tego samego genotypu nie oznacza bynajmniej, że sklonowany człowiek będzie identyczny również pod względem psychiki. Nawet jednojajowe bliźnięta, różnią się nieraz zarówno temperamentem, zainteresowaniami, jak również innymi cechami osobowymi.
B) Klonowanie w celach doświadczalnych
Wobec niezwykłych osiągnięć, jakie genetycy uzyskali dzięki doświadczeniom na sklonowanych embrionach zwierzęcych, niektórzy badacze nie odczuwają oporów moralnych przed przeniesieniem tych doświadczeń na embriony ludzkie. Do zatarcia wrażliwości na wartość ludzkiego życia począwszy już od fazy embrionalnej przyczynił się stosunkowo wysoki poziom społecznej zgody na aborcje. Obok doświadczeń prowadzonych w celach medycznych formułowane są teoretyczne pomysły doprowadzenia do powstania nowego gatunku istot rozumnych, nadludzi albo też wyprodukowania istot pośrednich między człowiekiem i zwierzęciem. Prezydent Clinton, mimo że osobiście mało wrażliwy na nietykalność życia ludzkiego zwrócił się w 1998 roku do Państwowej Komisji Biotycznej z sugestią wprowadzenia zakazu klonowań międzygatunkowych (konkretnie, była to reakcja na doniesienia o wyprodukowaniu żywego embrionu w wyniku zlania jądra ludzkiego z komórką jajową krowy).
C) Klonowanie produkcyjne
Niesłusznie nazwane nieraz terapeutycznym!!!
PRODUKCYJNE Polega na tym, że powołuje się do życia nowe istoty ludzkie metodą klonowania, a uzyskanym w ten sposób zarodkom po kilku dniach przerywa się rozwój i przechowuje jako rezerwuar komórek, które będą użyte przy leczeniu dawcy jądra.
TERAPEUTYCZNE Chodzi tu o produkowanie embrionów o tym samym co dawca jądra wyposażeniu genetycznym z myślą o użyciu ich przy leczeniu owego dawcy jądra (doprowadza t w końcu do śmierci embrionów). Próby powoływania do życia nowych istot ludzkich wyłącznie w celu użycia ich do czyjejś terapii zaczęły się wkrótce po wypracowaniu technik zapłodnienia in vitro.
Klonowanie terapeutyczne polega na pobraniu jądra komórkowego z dorosłej komórki ciała, np. skóry pacjenta z uszkodzeniem rdzenia kręgowego, i wprowadzeniu go do komórki jajowej pozbawionej wcześniej własnego jądra (tzw. transfer jądra z komórki somatycznej, SNCT). Z rozwijającego się zarodka można łatwo pobrać komórki macierzyste, które ze względu na swój pierwotny stan, mogą teoretycznie przekształcić się w każdą komórkę organizmu (są totipotencjalne).
Zanim komórki macierzyste stałyby się skutecznym lekiem naukowcy muszą uporać się z wieloma trudnościami, m.in. w tej chwili nie potrafimy wydajnie różnicować je w poszczególne komórki organizmu, a wszczepienie komórek z najwcześniejszych etapów rozwoju może być przyczyną powstania potworniaków - nowotworów zawierających komórki ze wszystkich listków zarodkowych. Powstałe guzy są bezładną mieszaniną różnych typów komórek, np. nabłonka urzęsionego oskrzeli, mięśni gładkich, utkania naskórka.
Metody Klonowania:
Metoda podziału bliźniaczego - bisekcji:
Polega na mikrochirurgicznym przecięciu zarodka, gdy znajduje się on w stadium od dwóch do ośmiu komórek. Jest to możliwe, ponieważ na początku rozwoju embrionalnego komórki posiadają zdolności multipotencjalne (mogą przejmować i zastępować funkcje brakujących komórek, włącznie z odbudowaniem brakujących). Po krótkiej hodowli in vitro przeszczepia się je do samic-biorczyń.
W ten sposób powstają bliźnięta jednojajowe, które są klonami dla siebie nawzajem.
Metoda izolacji blastomerów (komórki powstłe w wyniku podziału zygoty w czasie bruzdkowania):
Polega na usunięci osłonki przejrzystej zarodka, składajacego się z 4 blastomerów (wykorzystywane też są czasami zarodki składające się z 2, lub 8 blastomerów), a następnie umieszczeniu w pożywce pozbawionej jonów magnezu i wapnia, co powoduje osłabienie połączeń pomiędzy blastomerami i rozdzielenie się ich. Rozdzielone blastomery hoduje się w warunkach in vitro
Klonowanie tą metodę jest jednak mało skuteczne. Jest to metoda czysto laboratoryjna.
Klonowania zarodków metodą reagregacji blastomerów - klonowanie chimerowe:
chimera - jest to organizm złożonych z komórek pochodzących z dwóch lub więcej, organizmów, czyli pochodzący z komórek różniących się pod względem genetycznym i genotypowym.
W metodzie tej pojedyncze blastomery wyizolowane wcześniej z zarodka klonowanego (zwykle 4 lub 8 komórkowego) otacza się innymi blastomerami nośnikowymi. Opiera się to na hipotezie „inside-outside”, zgodnie z którą komórki położone na zewnątrz zarodka wytwarzają trofoblast (odpowiedzialny za implantację w ścianie macicy), natomiast z komórek wewnątrz rozwija się przyszły osobnik.
Jest to wyłącznie laboratoryjna ze względu na małą przeżywalność i trudność w hodowli agregowanych blastomerów.
Metoda transplantacji jąder komórkowych: *(obowiązuje na kartkówkę!!!)
Jako jedyna pozwala na sklonowanie dorosłych osobników.
usuniecie jądra z niezapłodnionego oocytu (komórki jajowej)
izoluja jądra z komórek, które chcemy klonować (w przypadku klonowania zarodków będą to blastomery, a przypadku w sklonowania dorosłego osobnika będą to komórki pochodzące z różnych tkanek)
wszczepieniu jądra do komórki - (jądro można pochodzić z komórek zarodka, z komórek hodowanych in vitro, i z dorosłych już osobników. Zabieg ten można przeprowadzić metodą mikrochirurgiczną - polegającą na bezpośrednim wprowadzeniu jądra do komórki jajowej za pomocą mikromanipulatora, lub metodą niechirurgiczną - za pomocą inaktywowanego wirusa Sendai (wirus z grupy wirusów grypy), albo poprzez elektrofuzję, czyli za pomocą impulsów pola elektrycznego.
Owca Dolly
Owieczka Dolly (ur. 5 lipca 1996, zm. 14 lutego 2003) była pierwszym sklonowanym ssakiem. Została sklonowana z komórek somatycznych dorosłego osobnika metodą transferu jąder komórkowych, przez Iana Wilmuta i Keitha Campbella (naukowcy z Instytutu Roslin w Edynburgu, w Szkocji)
Przebieg klonowania- metoda transplantacji jądra:
Najpierw pobrano jądro z komórki dorosłej owcy (jądro z komórki gruczołu mlekowego dorosłej owcy rasy Finn-Dorset)
Potem wprowadzono to jądro do komórki jajowej, bez własnego jądra (pobranej od owcy rasy Scottish Blackface)
A następnie wszczepiono ten embrion zastępczej matce - owcy.
Niestety trudnym było samo pobranie komórek macierzystych z dorosłej owcy. Był to problem, który mógłby zwarzyć na powodzeniu lub nie powodzeniu całego eksperymentu. Na szczęście znaleziono rozwiązanie umożliwiające dalsze badania. Mianowicie jeśli dowolną komórkę dorosłego organizmu pozbawi się substancji odżywczych, to na skutek usunięcia pewnych białek, komórka uzyskuje ponownie właściwości totipotencjalne (staje się komórką macierzystą).
W toku badań zmarnowano 300 komórek jajowyc, a jeśli już dochodziło do zapłodnienia, część owiec rodziło się martwych (10) lub zdeformowanych (5).
2001- pięcioletnia Dolly zaczęła cierpieć na zapalenie stawów w lewej tylniej nodze - zwykle pojawia się ono u zwierząt przynajmniej dziesięcioletnich i w przedniej kończynie. Jednak stwierdzono że wiąże się to z nadwaga owcy. Także późniejsze badania różnych sklonowanych zwierząt dowiodły, że 77% z nich nie miało żadnych problemów ze zdrowiem.
Dolly została uśpiona 14 lutego 2003 z powodu postępującego raka płuc. Owce rasy Finn Dorset dożywają zwykle 12-15 lat, Dolly zmarła mając sześć.
Teorie na temat jej śmierci:
Sekcja zwłok wykazała, że cierpiała ona na formę raka płuc (Jaagsiekte), wywołanego przez retrowirusa JSRV - dość powszechna choroba u owiec. Wiec śmierć Dolly nie miała związku z klonowaniem tym bardziej że chorobe ta wykryto też u innych owiec mających kontakt z Dolly.
Przyczyna śmierci mogło być przedwczesne starzenie, będące wynikiem klonowania. W momencie swoich narodzin teoretycznie miała już 6 lat. Już gdy miała rok badania ujawniły iż jej telomery są krótsze niż u więkrzości owiec w jej wieku. Jednak badania w kolejnych latach na większych grupach sklonowanych zwierząt obaliły tę teorię, w wyniku czego naukowcy domniemają, że krótsze telomery w przypadku Dolly mogły być wynikiem różnic gatunkowych.