Kopiuj, wklej – czyli solidna dawka wiedzy o klonowaniu.

avatar
Kacper Smoliński 29 wrz, 7 minut czytania

Zastanawiałeś się kiedyś jakby to było mieć drugą wersję samego siebie? Jeśli tak, to trafiłeś we właściwe miejsce.

Klony, bo właśnie o nich będziemy dzisiaj rozmawiać, to organizmy posiadające identyczny materiał genetyczny, każdy z ich fragmentów DNA jest dokładnie taki sam. Pewnie od razu nachodzi cię myśl, gdzie takiego klona można zobaczyć? Nie trzeba wcale daleko szukać, wystarczy się trochę rozejrzeć. Możemy je spotkać na ulicy, w autobusie lub może nawet we własnym domu! A mowa tutaj o bliźniętach jednojajowych, które stanowią jeden z wielu takich przykładów naturalnie występujących w przyrodzie. Jednakże wraz z postępem technologicznym klony mogą również powstawać w warunkach laboratoryjnych. Zanurzmy się więc w tajniki klonowania oraz dowiedzmy się jaka jest różnica pomiędzy ,,klonami naturalnymi” a ,,klonami sztucznymi”.

Jak to się wszystko zaczęło?

Mogłoby się wydawać, że klonowanie to coś zupełnie nowego. Nic bardziej mylnego. Jego historia sięga ponad 100 lat w przeszłość. W 1885 roku Hans Adolf Eduard Driesch wykazał, że wystarczy wstrząsnąć dwukomórkowymi embrionami jeżowca morskiego, aby się rozdzieliły. Po oddzieleniu każda komórka wyrosła na kompletnego jeżowca. W eksperymencie tym udowodniono, że każda komórka we wczesnym zarodku posiada własny, kompletny zestaw genetyczny i jest w stanie wyrosnąć na dojrzałego osobnika.

Następnie inny naukowiec, Hans Spemann, podzielił dwie komórki embrionu salamandry, które były bardziej lepkie niż komórki jeżowca za pomocą kosmyka dziecięcych włosów. Zacisnął pętelkę między dwiema komórkami embrionu do momentu, aż komórki się rozdzieliły. Każda komórka wyrosła na dojrzałą salamandrę. Spemann próbował również podzielić bardziej zawansowane stadia rozwoju zarodków salamandry przy użyciu tej metody, lecz zaobserwował, że komórki z tych zarodków nie rozwijały się już tak efektywnie w dorosłe osobniki. Spemann udowodnił, że embriony bardziej złożonego zwierzęcia również są w stanie stworzyć wiele identycznych organizmów, ale tylko do pewnego etapu rozwoju.

Przez kolejne kilkadziesiąt lat trwały różne eksperymenty, takie jak pierwszy udany transfer jądra z wczesnego zarodka kijanki do ,,pustego” żabiego jaja czyli takiego, z którego wcześniej już usunięto jądro komórkowe. W efekcie powstała komórka, z której rozwinęła się kijanka. Kolejnym był eksperyment J. Derek Bromhall’a, który stworzył pierwszy zarodek ssaka poprzez przeniesienie jądra z komórki zarodka królika do ,,pustej” komórki jajowej królika. Po kilku dniach eksperyment okazał się być sukcesem, gdyż rozwinęła się morula, czyli zaawansowane stadium embrionu. Aż do roku 1996, w którym udało się po raz pierwszy stworzyć ssaka za pomocą przeniesienia jądra komórkowego z komórki somatycznej (owca Dolly). Pomimo tego dokonania, świat faktycznie o stworzeniu owcy Dolly dowiedział się dopiero wiosną 1997 roku. Naukowcy nie spoczęli na laurach i dalej próbowali swoich sił w klonowaniu, tworząc pierwszego naczelnego czy w końcu przechodząc do ludzi, tworząc ludzkie embrionalne komórki macierzyste, które powstały w wyniku transplantacji jądra komórki somatycznej. Postęp technologiczny w zawrotnym tempie idzie do przodu, więc kto wie kiedy możemy spodziewać się jeszcze większych sukcesów [1].

Czym jest właściwie klonowanie?

Znane są cztery metody na wykonanie identycznej genetycznie kopii organizmu w warunkach laboratoryjnych: metoda podziału bliźniaczego, transplantacja jadra komórkowego, izolacja blastomerów oraz agregacja blastomerów, z czego tylko dwie pierwsze metody zyskały największą popularność.

Metoda podziału bliźniaczego to po prostu odwzorowanie naturalnego procesu powstawania bliźniąt jednojajowych. Naturalnie bliźnięta powstają na bardzo wczesnym etapie rozwoju, jednakże istnieje pewna różnica, kiedy dokładnie zapłodniona komórka jajowa dzieli się na dwie części. Może się to stać na etapie dwukomórkowym (dzień 2), we wczesnym stadium blastocysty (dzień 4) lub w późnym stadium blastocysty (dzień 6). Finalnie każda powstała część embrionu dzieli i rozwija się indywidulanie. Rozwinęły się z tego samego zapłodnionego jaja, więc powstałe osobniki są identyczne genetycznie. Wracając do laboratorium, po zainspirowaniu się naturalnym procesem, metoda podziału bliźniaczego przeprowadzana jest na szalce Petriego. Bardzo wczesna zapłodniona komórka jajowa jest rozdzielana ręcznie na dwie pojedyncze komórki, które przez krótki czas dzielą się na szalce Petriego. Zarodki następnie są umieszczane w matce zastępczej, gdzie dochodzi do ich ostatecznego rozwoju. Wszystkie embriony pochodzą z tego samego zapłodnionego jaja co oznacza, że są identyczne genetycznie.

Transplantacja jądra komórkowego, czyli po prostu przeniesienie z jednego miejsca w drugie jądra dowolnej komórki naszego organizmu z wykluczeniem komórek rozrodczych to kolejna metoda szeroko stosowana w klonowaniu. Metoda ta była użyta przy stworzeniu owcy Dolly. Jak wygląda ten proces krok po kroku? Zacznijmy od wyizolowania komórki somatycznej organizmu. Następnie należy usunąć całe jądro komórkowe z komórki jajowej i wprowadzić do niej jądro komórkowe z ówcześnie wyizolowanej komórki somatycznej. Po stymulacji do podziału substancjami chemicznymi dochodzi do wszczepienia zarodka matce zastępczej i oczekiwania na poród [2].

Dlaczego klonujemy?

Klonowanie znalazło szerokie zastosowanie w medycynie. Duża część informacji o chorobach człowieka pochodzi z badań na modelach zwierzęcych, takich jak myszy. Modele zwierzęce bardzo często są modyfikowane genetycznie, aby mogły przenosić w swoich genach mutacje odpowiedzialne za powstawanie chorób. Proces tworzenia takich transgenicznych modeli jest pracochłonny i wymaga kilku pokoleń hodowli. Zastosowanie metod klonowania umożliwiłoby skrócenie czasu potrzebnego do uzyskania takiego modelu i w rezultacie otrzymania populacji identycznych genetycznie zwierząt do badań.

Kolejną sferą zastosowań klonowania jest wytwarzanie komórek macierzystych. Komórki macierzyste są odpowiedzialne za budowanie i naprawiane naszego organizmu. Zrozumienie tego mechanizmu umożliwiło rozpoczęcie eksperymentów nad manipulowaniem komórkami macierzystymi w taki sposób, aby w przyszłości były w stanie naprawiać uszkodzone lub chore narządy i tkanki. Niestety przeniesienie komórek macierzystych z jednej osoby na drugą wiąże się z ryzykiem odrzucenia, gdyż układ immunologiczny biorcy rozpoznaje komórki jako obce i skutecznie zaczyna je niszczyć. W takiej sytuacji idealnym rozwiązaniem wydaje się być możliwość stworzenia identycznych genetycznie komórek macierzystych. Mogłyby one znaleźć szerokie zastosowanie w terapiach medycznych.

Fakty i mity

Jaka jest Twoja pierwsza myśl gdy słyszysz o sklonowaniu jakiegoś osobnika? Najpewniej jest to wizja od razu powstania dokładnej kopii tego osobnika, w tym samym wieku i z tymi samymi doświadczeniami, jednakże rzeczywistość jest zupełnie inna. Należy pamiętać o tym, że klonowanie to sposób na stworzenie zarodka, a nie dorosłego osobnika! Powstały zarodek musi rozwijać się dokładnie tak samo jak ty, a więc potrzebuje matki zastępczej i wystarczająco dużo czasu aby się rozwinąć. Morał z tego taki, że za nim twój klon będzie w tym samym wieku, w którym jesteś teraz ty, to dokładnie o tyle samo czasu ty będziesz już starszy (Ryc.2).

Ryc.2 Porównanie wizji dotyczących klonowania. Lewa strona przedstawia powstałego klona jako identycznego genetycznie osobnika, będącego w tym samym wieku co osobnik pierwotny (błędna wizja). Prawa strona przedstawia powstałego klona jako identycznego genetycznie osobnika, lecz w innym wieku niż osobnik pierwotny (prawidłowa wizja).

Co wpływa na nas bardziej, geny czy środowisko w którym żyjemy? Jest to kolejny aspekt przy klonowaniu, o którym zapominamy. Geny pozwalają określić cechy stałe, natomiast wpływy środowiskowe umożliwiają kształtowanie się wyglądu fizycznego i osobowości. Wracając do bliźniąt jednojajowych, pomimo tego, że są one genetycznie identyczne to i tak mają pewne zauważalne różnice w wyglądzie czy zachowaniu. Tak właśnie działa wzajemna korelacja pomiędzy uwarunkowaniami genetycznymi a wpływem środowiska. W praktyce oznacza to, że nasz własny klon pomimo tego samego materiału genetycznego różniłby się od nas pod wieloma względami.

Czy aby na pewno taki sam materiał genetyczny mam ja i mój klon? Całe to zamieszanie jest wywołane za sprawą organelli komórkowych, a mianowicie mitochondriów. Mitochondria to organella komórkowe odpowiedzialne za wytwarzanie energii, zawierają swój własny materiał genetyczny w postaci kolistego DNA i co najważniejsze są dziedziczone tylko w linii matczynej! Komórki jajowe są wypełnione mitochondriami, które są następnie powielane i przenoszone do nowo powstałych komórek. W sytuacji tworzenia klonu przy użyciu transferu jądra, komórka jajowa, która służy do otrzymania jądra dawcy jest już pierwotnie wypełniona mitochondriami dostarczonymi przez dawcę komórki jajowej. W miarę rozwoju klonu jego komórki będą wypełnione właśnie tymi mitochondriami i ich materiałem genetycznym, a nie mitochondriami dawcy jądrowego DNA. Mitochondrialny DNA ma jednak minimalny wkład w dziedziczenie cech genetycznych.

Jak już wcześniej wspominałem, natura może nas niesamowicie zaskoczyć i dać mnóstwo przykładów naturalnie występujących klonów, nie tylko tych produkowanych w warunkach laboratoryjnych. W przyrodzie wiele organizmów rozmnaża się poprzez klonowanie, w procesie zwanym rozmnażaniem bezpłciowym. Bakterie, drożdże oraz jednokomórkowe pierwotniaki rozmnażają się tworząc kopie DNA i dzieląc się na pół. W świecie zwierząt na przykład rozgwiazda gdy zostanie pokrojona na dwie części, to każda z nich może się zregenerować i utworzyć dwa identyczne genetycznie osobniki.

Sklonowany wcale nie oznacza gorszy! Pomimo, iż klonowanie zwierząt ma wysoki wskaźnik niepowodzeń i wiele takich osobników miało problemy zdrowotne nie oznacza to, że klony są ,,uszkodzone”. Wiele klonów żyje długo i w pełnej sprawności. Idealnym przykładem ,,zdrowych” klonów może być wyścigowy klon muła, który w swym ,,fachu” zajmował trzecie miejsce na świecie. Powodem wysokiego wskaźnika niepowodzeń klonowania może być niedostateczne przywrócenie DNA komórki somatycznej do stanu embrionalnego, czyli takiego z którego będzie mogła przekształcić się w każdy rodzaj komórki organizmu. Takie różnicowanie się komórki polega na odpowiednim ,,włączaniu” i ,,wyłączaniu” genów niezbędnych do prawidłowego funkcjonowania danego typu komórki [3].

Kiedy i czy uda się sklonować człowieka?

Klonowanie ludzi wciąż pozostaje kwestią bardzo kontrowersyjną, wiążącą się z szeregiem pytań i przeszkód etycznych. Znaczna większość naukowców uważa, że stosowanie technik klonowania w odniesieniu do ludzi jest niemoralne. Z drugiej strony zwolennicy sądzą, że może to rozwiązać jeden z globalnych problemów jakim jest niepłodność. Obecnie technologia jaką dysponujemy oraz przepisy skutecznie uniemożliwiają nam urzeczywistnienie tej idei. Do tej pory udało się nam wykorzystać techniki klonowania do tworzenia embrionalnych komórek macierzystych, wykorzystywanych w badaniach i medycynie. Ostateczne pytanie jakie powinniśmy sobie postawić to: Czy jesteśmy w pełni świadomi tego jakie konsekwencje może nieść za sobą sklonowanie człowieka [4]?

Podsumowanie

Zbierając wszystkie informacje razem, o klonowaniu należy myśleć w następujący sposób:

  • Naturalnie występującymi klonami w naturze są bliźnięta jednojajowe.
  • Istnieją dwa różniące się od siebie typy klonowania, klonowanie organizmów oraz genów.
  • Klonowanie to sposób na stworzenie zarodka a nie dorosłego osobnika.
  • Za zmienność nie odpowiadają tylko geny, a także środowisko w jakim osobnik żyje, co oznacza, że klony wcale nie są w 100% identyczne.
  • Klonowanie ma wysoki współczynnik niepowodzeń i za nim dojdzie do sklonowania człowieka (o ile w ogóle dojdzie), to minie trochę czasu.

Źródła:

[1] Vajta, G. Cloning: A Sleeping Beauty Awaiting the Kiss? Cellular Reprogramming 20, 145–156 (2018).

[2] https://www.genome.gov/about-genomics/fact-sheets/Cloning-Fact-Sheet

[3] Genetic Science Learning Center. (2014, July 10) Cloning. Retrieved August 16, 2022, from https://learn.genetics.utah.edu/content/cloning

[4] Häyry, M. Ethics and cloning. British Medical Bulletin 128, 15–21 (2018).

Grafiki zostały wykonane na stronie Biorender.com


Fakty i Mity Genetyki tworzone są przez pasjonatów, specjalistów w swoich dziedzinach.
Ten artykuł czytasz za darmo, bez reklam, bez spamu. Doceń naszą pracę i postaw nam wirtualną kawę 🙂
Dziękujemy! – Wasza Redakcja FiMG

Postaw mi kawę na buycoffee.to


Podziel się: