Klonowanie

1. Klonowanie Piotr Kalisiewicz Spis treści

2. Skąd nazwa - klonowanie • Terminy klon i klonowanie (ang. clone, cloning) wprowadził do biologii J.B.S. Haldane na określenie procesu i produktów transferu jądrowego zastosowanego w swych pionierskich doświadczeniach. • W XIX-wiecznym angielskim, termin clon oznaczał roślinę wyhodowaną z ukorzenionej gałązki, w zgodzie z pierwotnym, greckim - 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. • Spis treści

3. Znaczenia słowa klonowanie • 1. Klonowanie to proces tworzenia organizmów mających taką samą informację genetyczną jak dawca. Szczególnym przypadkiem jest twinning, czyli powstawanie lub otrzymywanie bliźniąt monozygotycznych, gdzie nie można wyróżnić dawcy. • 2. 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. W przypadku klonowania roślin stosuje się procedurę odróżnicowania komórek dawcy do komórek merystematycznych. • 3. 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. Otrzymuje się w ten sposób wiele kopii tego samego genu. Termin klonowanie genów odnosi się też do identyfikacji genów poprzez wykorzystanie procedury klonowania genów. Jeśli pojedynczy fragment genomu jest przenoszony z jednego wektora do drugiego, taki proces określa się mianem subklonowania. • Spis treści

4. Klonowanie – w skrócie • Klonowanie, tworzenie kopii organizmu wielokomórkowego przez przeniesienie jądra komórki somatycznej jednego osobnika do pozbawionej jądra komórki jajowej innego osobnika. W 1996 po raz pierwszy w historii grupa badaczy pod kierownictwem I. Wilmuta z Roślin Institute w Wielkiej Brytanii sklonowali ssaka - owcę nazwaną imieniem Dolly. • Spis treści

5. Jak przebiega proces klonowania • 1) pobranie komórek somatycznych jednego osobnika, ich hodowla in vitro (tak prowadzona, aby komórki znalazły się w fazie spoczynku); • 2) pobranie komórki jajowej innego osobnika, pozbawienie jej jądra komórkowego; • 3) elektrofuzja jądra komórki somatycznej z komórką jajową pozbawioną jądra; • 4) przejęcie funkcji usuniętego jądra w komórce jajowej przez nowe jądro; • 5) mitotyczne podziały komórki jajowej in vitro, powstanie zarodka; • 6) wprowadzenie tak powstałego zarodka do macicy innej samicy; • 7) powstanie z zarodka owcy będącej kopią genetyczną osobnika, z którego pobrano komórkę somatyczną. • Spis treści

6. Dolly • Owca Dolly (ur. 1996, padła 2003) - owca, pierwszy w historii ssak, który przyszedł na świat w skutek sklonowania komórek somatycznych dorosłego osobnika. • W czasie życia owieczki Dolly, zebrano dużo informacji na temat rozwoju sklonowanego organizmu. Zaobserwowano między innymi, że wiek materiału genetycznego sklonowanego organizmu jest identyczny z wiekiem dawcy. Tym samym Dolly miała biologicznie 6 lat w chwili urodzenia, czyli tyle, ile miała owca-dawczyni. Prawidłowość ta powoduje między innymi, że klon nie jest pozbawiony wad genetycznych wieku starczego dawcy i ma mniejszą odporność na choroby. • Dolly została uśpiona ze względu na nieuleczalną chorobę płuc po sześciu latach 14 lutego 2003 roku (owce żyją średnio 11 - 12 lat). Choroba ta, jak dowiedziono, nie była wynikiem klonowania, a jedynie sposobu przetrzymywania Dolly, która trzymana była w środowisku laboratoryjnym. Wcześniej cierpiała także na zwyrodnieniową chorobę stawów. • Spis treści

7. Metody klonowania ssaków • Opracowanych jest kilka metod klonowania ssaków. Do klonowania zarodków – czyli jeszcze nie zróżnicowanych komórek - stosuje się metody: izolacji blastomerów, reagregacja blastomerów, dzielenie zarodków, czy transplantacja jąder komórkowych. Ta ostania metoda jest także stosowana do klonowania somatycznego, czyli takiego w którym wykorzystywane są komórki pochodzące z osobników dorosłych. Tą metodą właśnie została sklonowana – jako pierwszy ssak - w 1996 roku owca Dolly. • Spis treści

8. Pierwsze próby klonowania • Pierwsze próby klonowania podjęte zostały przez Roberta Briggs’a i Thomasa Kinga już w 1956r • Pomimo braku precyzyjnych narzędzi – używali oni własnoręcznie wykonanych mikropipet i igieł preparacyjnych – udało im się przenieść jądra komórkowe pobrane z komórek blastulu do komórek jajowych żab, z których wcześniej usunięty został materiał genetyczny. Otrzymane w ten sposób komórki dzieliły się i różnicowały aż do uzyskania stadium kijanki.Bardzo podobne czynności wykonał twórca owieczki Dolly – Ian Willmut. Do klonowania użył on niezapłodnionego oocytu owcy oraz komórki wymienia pobranej od sześcioletniej owcy. Willmut usunął najpierw materiał genetyczny oocytu a następnie doprowadził do połączenia oocytu z komórką wymienia przez poddanie ich działaniu krótkiego elektrowstrząsu. Powstała po fuzji komórka rozwinęła się w zarodek, który po wszczepieniu do organizmu zastępczej matki, rozwinął się w najbardziej znaną owcę świata – Dolly. Jak na ironię owca, z której pobrano komórkę wymienia, użytą do klonowania, została oddana do rzeźni i najzwyczajniej zjedzona, zanim jeszcze Willmut rozpoczął swoje badania. • Spis treści

9. Zalety klonowania 1)Tworzenie genetycznie zmodyfikowanych narządów zwierzęcych nadających się na przeszczepy dla ludzi. 2)Opracowanie techniki klonowania ma też znaczenie w biotechnologii. Pozwala na stworzenie stada hodowlanego z umiejętnie dobrych osobników. 3)Dzięki klonowaniu być może uda się wskrzesić także niektóre już wymarłe gatunki i podgatunki. Osiągnięcia w klonowaniu stwarzają szansę na zwiększenie liczby osobników, zwłaszcza tych ginących gatunków ssaków, 4)Najistotniejszą zaletą klonowania jest umożliwienie naukowcom wprowadzenie genów do puli genowej gatunków, które liczą już niewiele osobników. Spis treści

10. Wady klonowania • 1)Wytworzenie większej ilości osobników zachwiałoby ideę różnorodności genetycznej osobników w przyrodzie. Jednak weźmy pod uwagę, że to byłoby problemem jedynie wówczas, gdy zachodziłoby na skalę masową, co jest niemożliwe obecnie 2) Klonowanie jest procedurą bardzo kosztowną i na dodatek często trzeba bardzo wielu prób3) Klony mają taki sam wiek genetyczny jak dawcy4) Podatność na choroby. • Spis treści

11. sukcesy w klonowaniu • (1938) Hans Spemann zaproponował wykorzystanie transferu jądrowego w celu sklonowania organizmu. • Żaba Rana pipiens (1952) Robert Briggs i Thomas King. • Żaba Xenopus laevis (1958, 1962) John B. Gurdon odniósł sukces. • Owca: (1996) pierwszy sklonowany ssak: Owca Dolly • Małpa (Rezus): (samica, styczeń 2000) • Świnia: (5 prosiaków z jednej świni, Szkocja - 2000) • Bawół: (samiec, styczeń 2001) • Krowa: Alpha and Beta (samica, 2001) • Kot: Copy Cat "CC" (samica, jesień 2001) • Mysz: (1998) Wakayama i Yanagimachi. • królik: (marzec-kwiecień, 2003) we Francji i Korei Południowej. • muł: Idaho Gem (samiec, maj 2003) i Utah Pioneer (samiec, lipiec 2003) • jeleń: Dewey (2003) • koń: Prometea (samica, 2003) • szczur: Ralph (samiec, 2003) • muszki owocowe (2004) • człowiek (2004) grupa Shin Yong Moona. Otrzymano pluripotentne komórki macierzyste. • pies: Snuppy (kwiecień 2005) • Spis treści

12. Klonowanie terapeutyczne Prowadzi się próby klonowania terapeutycznego u ludzi, które zmierzają do wytworzenia ludzkich zarodków będących źródłem leczniczych komórek. W listopadzie 2001 w Scientific American ukazała się wiadomość o pierwszym w historii sklonowaniu ludzkich zarodków. Do ośmiu komórek jajowych wstrzyknięto komórki pęcherzykowe, w wyniku podziałów trzech z nich powstały zarodki ludzkie - dwa czterokomórkowe i jeden sześciokomórkowy. Nie uzyskano dalszego wzrostu embrionów i spodziewanych blastocyst. Spis treści

13. Klonowanie wymarłych gatunków zwierząt • Klonowanie wymarłych gatunków zwierząt budzi zrozumiałe zainteresowanie, zwłaszcza w świetle filmów fantastycznych takich jak Jurassic Park. Procedury takie pozostają jak na razie w sferze fantastyki, choć niektóre ośrodki rozpoczęły badania nad możliwością takiej procedury. Np. Muzeum Australijskie ogłosiło projekt sklonowania wilka workowatego, z którego jednak się wycofano. Pierwszym etapem projektu miało być otrzymanie biblioteki genowej. Główne trudności ze zrealizowaniem projektu sklonowania wymarłego organizmu: • Brak odpowiedniego DNA. DNA dostępny ze źródeł kopalnych bądź to muzealnych jest bardzo fragmentaryczny i dostępny w znikomych ilościach. Nie jest jasne, czy możliwe jest otrzymanie wystarczającej ilości i jakości by odtworzyć sekwencję kompletnego genomu. • Obecne metody klonowania wykorzystują transfer jądra. Nie jest jasne, czy nagi DNA mógłby być wystarczający. Paradoksalnie, nagi DNA może być lepszym substratem do klonowania, gdyż może łatwiej ulegać reprogramowaniu epigenetycznemu. Zważywszy, że komórki jajowe pewnych organizmów, np. żab, mają aktywne mechanizmy potrafiące odtworzyć chromatynę i otoczkę jądrową, etap ten może być mniej trudny niż myślimy. • Spis treści

14. Klonowanie ludzi • Naturalną konsekwencją sukcesów w klonowaniu ssaków jest idea sklonowania człowieka. Budzi ono jednak głębokie kontrowersje natury etycznej. Wiadomości o sklonowaniu ssaków wywołały panikę wśród prawodawców wielu krajów, którzy zabronili klonowania ludzi, szczególnie w celach reprodukcyjnych. Pierwsze pozornie wiarygodne doniesienie o sukcesie transferu jądrowego u człowieka pojawiło się w 2004 roku z południowokoreańskiej grupy badawczej pod kierunkiem Woo Suk Hwanga, której udało się otrzymać pluripotentne komórki macierzyste, wyprowadzone ze sklonowanych ludzkich blastocyst. Rok później okazało się jednak, że badania te były sfałszowane. • Klonowanie ludzi w celach reprodukcyjnych ma niewielki sens praktyczny, dodatkowo niedoskonałości natury technicznej i mutacje somatyczne w komórkach będącymi donorami materiału genetycznego, powodują, że przy obecnym stanie technologii, ludzki klon najprawdopodobniej cierpiałby na zaburzenia natury genetycznej. Tak więc klonowanie ludzi, przynajmniej na razie, z medycznego punktu widzenia jest nieetyczne, ze względu na zasadę primum non nocere. • Spis treści

15. Spis treści • Przygotowanie • Skąd nazwa – klonowanie • Znaczenia słowa klonowanie • Klonowanie – w skrócie • Jak przebiega proces klonowania • Dolly • Metody klonowania ssaków • Pierwsze próby klonowania • Zalety klonowania • Wady klonowania • Sukcesy w klonowaniu • Klonowanie terapeutyczne • Klonowanie wymarłych gatunków • Klonowanie ludzi