Klonowanie -Cloning

Wiele organizmów, w tym osiki , rozmnaża się przez klonowanie, często tworząc duże grupy organizmów o tym samym DNA . Jednym z przedstawionych tutaj przykładów jest trzęsąca się osika .

Klonowanie to proces wytwarzania pojedynczych organizmów o identycznym lub praktycznie identycznym DNA , w sposób naturalny lub sztuczny. W naturze niektóre organizmy wytwarzają klony poprzez rozmnażanie bezpłciowe . W dziedzinie biotechnologii klonowanie to proces tworzenia sklonowanych organizmów (kopii) komórek i fragmentów DNA ( klonowanie molekularne ).

Etymologia

Ukuty przez Herberta J. Webbera termin klon wywodzi się od starożytnego greckiego słowa κλών ( klōn ), twig , które jest procesem tworzenia nowej rośliny z gałązki. W botanice używano terminu lusus . W ogrodnictwie klon ortograficzny był używany do początku XX wieku; ostatnie e weszło do użytku, aby wskazać, że samogłoska to „długie o” zamiast „krótkiego o”. Odkąd termin ten wszedł do popularnego leksykonu w bardziej ogólnym kontekście, klon pisowni był używany wyłącznie.

Naturalne klonowanie

Klonowanie to naturalna forma rozmnażania, która umożliwia rozprzestrzenianie się form życia przez setki milionów lat. Jest to metoda rozmnażania stosowana przez rośliny, grzyby i bakterie, a także sposób rozmnażania się kolonii klonów . Przykłady tych organizmów obejmują rośliny jagodowe , leszczyny , drzewa Pando , drzewo kawowe Kentucky , Myrica i amerykańską gumę słodką.

Klonowanie molekularne

Klonowanie molekularne odnosi się do procesu tworzenia wielu cząsteczek. Klonowanie jest powszechnie stosowane do amplifikacji fragmentów DNA zawierających całe geny , ale może być również stosowane do amplifikacji dowolnej sekwencji DNA, takiej jak promotory , sekwencje niekodujące i losowo pofragmentowany DNA. Jest używany w szerokiej gamie eksperymentów biologicznych i praktycznych zastosowań, od genetycznego pobierania odcisków palców po produkcję białek na dużą skalę. Czasami termin klonowanie jest błędnie używany w odniesieniu do identyfikacji lokalizacji chromosomalnej genu związanego z określonym fenotypem będącym przedmiotem zainteresowania, na przykład w klonowaniu pozycyjnym . W praktyce lokalizacja genu w chromosomie lub regionie genomowym niekoniecznie umożliwia wyizolowanie lub amplifikację odpowiedniej sekwencji genomowej. Aby amplifikować jakąkolwiek sekwencję DNA w żywym organizmie, sekwencja ta musi być połączona z początkiem replikacji , czyli sekwencją DNA zdolną do kierowania propagacją siebie i dowolnej powiązanej sekwencji. Potrzebnych jest jednak szereg innych cech i istnieje wiele wyspecjalizowanych wektorów do klonowania (mały fragment DNA, do którego można wstawić obcy fragment DNA), które umożliwiają produkcję białek , znakowanie powinowactwa , wytwarzanie jednoniciowego RNA lub DNA oraz wiele innych narzędzi biologii molekularnej.

Klonowanie dowolnego fragmentu DNA obejmuje zasadniczo cztery etapy

  1. fragmentacja - rozerwanie nici DNA
  2. ligacja – sklejanie fragmentów DNA w pożądanej kolejności
  3. transfekcja – wstawianie nowo powstałych fragmentów DNA do komórek
  4. skrining/selekcja – selekcja komórek, które pomyślnie transfekowano nowym DNA

Chociaż te etapy są niezmienne wśród procedur klonowania, można wybrać szereg alternatywnych dróg; są one podsumowane jako strategia klonowania .

Początkowo DNA będące przedmiotem zainteresowania należy wyizolować, aby uzyskać segment DNA o odpowiedniej wielkości. Następnie stosuje się procedurę ligacji, w której zamplifikowany fragment wprowadza się do wektora (kawałka DNA). Wektor (który często jest kolisty) linearyzuje się za pomocą enzymów restrykcyjnych i inkubuje z interesującym fragmentem w odpowiednich warunkach z enzymem zwanym ligazą DNA . Po ligacji wektor z wstawką będącą przedmiotem zainteresowania transfekuje się do komórek. Dostępnych jest wiele alternatywnych technik, takich jak chemiczna sensybilizacja komórek, elektroporacja , iniekcja optyczna i biolistyka . Na koniec hoduje się transfekowane komórki. Ponieważ wyżej wymienione procedury mają szczególnie niską wydajność, istnieje potrzeba zidentyfikowania komórek, które zostały pomyślnie stransfekowane konstruktem wektora zawierającym pożądaną sekwencję insercyjną w wymaganej orientacji. Nowoczesne wektory do klonowania obejmują selekcyjne markery oporności na antybiotyki , które umożliwiają wzrost tylko komórkom, w których wektor został transfekowany. Dodatkowo, wektory do klonowania mogą zawierać znaczniki selekcji koloru, które zapewniają selekcję niebiesko-białą (komplementacja czynnika alfa) na pożywce X-gal . Niemniej jednak te etapy selekcji nie dają absolutnej gwarancji, że wstawka DNA jest obecna w uzyskanych komórkach. Konieczne jest dalsze badanie powstałych kolonii, aby potwierdzić, że klonowanie zakończyło się sukcesem. Można to osiągnąć za pomocą PCR , analizy fragmentów restrykcyjnych i/lub sekwencjonowania DNA .

Klonowanie komórek

Klonowanie organizmów jednokomórkowych

Klonowanie kolonii linii komórkowych za pomocą pierścieni klonujących

Klonowanie komórki oznacza uzyskanie populacji komórek z pojedynczej komórki. W przypadku organizmów jednokomórkowych, takich jak bakterie i drożdże, proces ten jest niezwykle prosty i zasadniczo wymaga jedynie zaszczepienia odpowiedniej pożywki. Jednak w przypadku kultur komórkowych z organizmów wielokomórkowych klonowanie komórek jest żmudnym zadaniem, ponieważ komórki te nie będą łatwo rosnąć w standardowych pożywkach.

Przydatna technika hodowli tkankowej stosowana do klonowania różnych linii komórkowych obejmuje użycie pierścieni klonujących (cylindrów). W tej technice zawiesina pojedynczych komórek, które zostały wystawione na działanie środka mutagennego lub leku stosowanego do kierowania selekcją , jest wysiewana w dużym rozcieńczeniu w celu utworzenia izolowanych kolonii, z których każda powstaje z pojedynczej i potencjalnie klonalnej odrębnej komórki. Na wczesnym etapie wzrostu, gdy kolonie składają się tylko z kilku komórek, nad pojedynczą kolonią umieszcza się sterylne pierścienie polistyrenowe (pierścienie klonujące), które zostały zanurzone w tłuszczu, i dodaje niewielką ilość trypsyny . Sklonowane komórki są zbierane z wnętrza pierścienia i przenoszone do nowego naczynia w celu dalszego wzrostu.

Klonowanie komórek macierzystych

Transfer jądra komórki somatycznej , popularnie znany jako SCNT, może być również wykorzystywany do tworzenia embrionów do celów badawczych lub terapeutycznych. Najbardziej prawdopodobnym celem jest produkcja zarodków do wykorzystania w badaniach nad komórkami macierzystymi . Proces ten jest również nazywany „klonowaniem badawczym” lub „klonowaniem terapeutycznym”. Celem nie jest tworzenie sklonowanych istot ludzkich (zwanych „klonowaniem reprodukcyjnym”), ale raczej zbieranie komórek macierzystych, które można wykorzystać do badania rozwoju człowieka i potencjalnego leczenia chorób. Chociaż stworzono klonalną ludzką blastocystę, linie komórek macierzystych nie zostały jeszcze wyizolowane ze źródła klonalnego.

Klonowanie terapeutyczne uzyskuje się poprzez tworzenie embrionalnych komórek macierzystych w nadziei na leczenie chorób takich jak cukrzyca i choroba Alzheimera. Proces rozpoczyna się od usunięcia jądra (zawierającego DNA) z komórki jajowej i wstawienia jądra z dorosłej komórki, która ma zostać sklonowana. W przypadku osoby z chorobą Alzheimera jądro z komórki skóry tego pacjenta umieszcza się w pustym jajku. Przeprogramowana komórka zaczyna rozwijać się w zarodek, ponieważ komórka jajowa reaguje z przeniesionym jądrem. Zarodek stanie się genetycznie identyczny z pacjentem. Zarodek utworzy następnie blastocystę, która ma potencjał do utworzenia/stania się dowolną komórką w ciele.

Powodem, dla którego SCNT jest używany do klonowania, jest to, że komórki somatyczne można łatwo pozyskać i hodować w laboratorium. Ten proces może dodawać lub usuwać określone genomy zwierząt gospodarskich. Kluczową kwestią do zapamiętania jest to, że klonowanie jest osiągane, gdy oocyt zachowuje swoje normalne funkcje i zamiast używać genomów plemników i komórki jajowej do replikacji, jądro komórki somatycznej dawcy jest wstawiane do oocytu. Oocyt będzie reagował na jądro komórki somatycznej w taki sam sposób, jak na jądro plemnika.

Proces klonowania określonego zwierzęcia hodowlanego przy użyciu SCNT jest względnie taki sam dla wszystkich zwierząt. Pierwszym krokiem jest pobranie komórek somatycznych od zwierzęcia, które ma zostać sklonowane. Komórki somatyczne można było wykorzystać natychmiast lub przechowywać w laboratorium do późniejszego wykorzystania. Najtrudniejszą częścią SCNT jest usunięcie matczynego DNA z komórki jajowej w metafazie II. Po wykonaniu tej czynności jądro somatyczne można wstawić do cytoplazmy jaja. W ten sposób powstaje zarodek jednokomórkowy. Zgrupowane komórki somatyczne i cytoplazma jaja są następnie wprowadzane do prądu elektrycznego. Miejmy nadzieję, że ta energia pozwoli sklonowanemu zarodkowi rozpocząć rozwój. Pomyślnie rozwinięte zarodki są następnie umieszczane w zastępczych biorcach, takich jak krowa lub owca w przypadku zwierząt gospodarskich.

SCNT jest postrzegana jako dobra metoda produkcji zwierząt hodowlanych przeznaczonych do spożycia. Udało mu się sklonować owce, bydło, kozy i świnie. Kolejną korzyścią jest to, że SCNT jest postrzegane jako rozwiązanie problemu klonowania zagrożonych gatunków, które są bliskie wyginięcia. Jednak naprężenia wywierane zarówno na komórkę jajową, jak i wprowadzone jądro mogą być ogromne, co we wczesnych badaniach prowadziło do dużej utraty powstałych komórek. Na przykład sklonowana owca Dolly urodziła się po użyciu 277 jaj do SCNT, co dało 29 żywotnych embrionów. Tylko trzy z tych zarodków przeżyły do ​​narodzin, a tylko jeden dożył dorosłości. Ponieważ procedura nie mogła być zautomatyzowana i musiała być wykonywana ręcznie pod mikroskopem , SCNT wymagało bardzo dużych zasobów. Biochemia zaangażowana w przeprogramowanie zróżnicowanego jądra komórki somatycznej i aktywację komórki jajowej biorcy również nie była dobrze poznana. Jednak do 2014 r. naukowcy zgłaszali skuteczność klonowania od siedmiu do ośmiu na dziesięć, aw 2016 r. koreańska firma Sooam Biotech produkowała 500 sklonowanych embrionów dziennie.

W SCNT nie wszystkie informacje genetyczne komórki dawcy są przenoszone, ponieważ mitochondria komórki dawcy, które zawierają ich własne mitochondrialne DNA , pozostają w tyle. Powstałe komórki hybrydowe zachowują te struktury mitochondrialne, które pierwotnie należały do ​​komórki jajowej. W konsekwencji klony takie jak Dolly, które narodziły się z SCNT, nie są idealnymi kopiami dawcy jądra.

Klonowanie organizmów

Klonowanie organizmu (zwane również klonowaniem reprodukcyjnym) odnosi się do procedury tworzenia nowego organizmu wielokomórkowego, genetycznie identycznego z innym. Zasadniczo ta forma klonowania jest bezpłciową metodą rozmnażania, w której nie dochodzi do zapłodnienia ani kontaktu między gametami. Rozmnażanie bezpłciowe jest zjawiskiem naturalnie występującym u wielu gatunków, w tym u większości roślin i niektórych owadów. Naukowcy dokonali kilku znaczących osiągnięć w zakresie klonowania, w tym bezpłciowego rozmnażania owiec i krów. Istnieje wiele etycznych debat na temat tego, czy klonowanie powinno być stosowane. Jednak klonowanie lub rozmnażanie bezpłciowe jest powszechną praktyką w świecie ogrodnictwa od setek lat.

Ogrodniczy

Rozmnażanie roślin z sadzonek , takich jak winorośl, to starożytna forma klonowania.

Termin klon jest używany w ogrodnictwie w odniesieniu do potomków pojedynczej rośliny, które powstały w wyniku rozmnażania wegetatywnego lub apomiksji . Wiele odmian roślin ogrodniczych to klony pochodzące od jednego osobnika, pomnożone przez jakiś proces inny niż rozmnażanie płciowe. Na przykład niektóre europejskie odmiany winogron reprezentują klony, które były rozmnażane przez ponad dwa tysiące lat. Inne przykłady to ziemniaki i banany.

Szczepienie można uznać za klonowanie, ponieważ wszystkie pędy i gałęzie pochodzące z przeszczepu są genetycznie klonem jednego osobnika, ale ten szczególny rodzaj klonowania nie podlega kontroli etycznej i jest ogólnie traktowany jako zupełnie inny rodzaj operacji.

Wiele drzew, krzewów , winorośli , paproci i innych bylin zielnych tworzy w sposób naturalny kolonie klonalne . Części pojedynczej rośliny mogą zostać oddzielone w wyniku fragmentacji i rosnąć, aby stać się oddzielnymi klonalnymi osobnikami. Typowym przykładem jest rozmnażanie wegetatywne klonów gametofitów mchów i wątrobowców za pomocą gemmae . Niektóre rośliny naczyniowe, np. mniszek lekarski i niektóre trawy żyworodne , również tworzą nasiona bezpłciowo, określane jako apomiksja , w wyniku czego powstają klonalne populacje genetycznie identycznych osobników.

Partenogeneza

Pochodzenie klonalne występuje w naturze u niektórych gatunków zwierząt i jest określane jako partenogeneza (rozmnażanie samego organizmu bez partnera). Jest to bezpłciowa forma rozmnażania, którą można znaleźć tylko u samic niektórych owadów, skorupiaków, nicieni, ryb (na przykład rekina młota ) i jaszczurek, w tym warana z Komodo i kilku whiptails . Wzrost i rozwój następuje bez zapłodnienia przez samca. U roślin partenogeneza oznacza rozwój zarodka z niezapłodnionej komórki jajowej i jest składowym procesem apomiksji. U gatunków stosujących system determinacji płci XY potomstwo zawsze będzie płci żeńskiej. Przykładem jest mała mrówka ognista ( Wasmannia auropunctata ), która pochodzi z Ameryki Środkowej i Południowej, ale rozprzestrzeniła się w wielu środowiskach tropikalnych.

Sztuczne klonowanie organizmów

Sztuczne klonowanie organizmów można również nazwać klonowaniem reprodukcyjnym .

Pierwsze kroki

Hans Spemann , niemiecki embriolog , otrzymał Nagrodę Nobla w dziedzinie fizjologii lub medycyny w 1935 roku za odkrycie efektu znanego obecnie jako indukcja embrionalna, wywieranego przez różne części zarodka, który kieruje rozwojem grup komórek w określone tkanki i narządy . W 1924 roku on i jego uczennica, Hilde Mangold , jako pierwsi dokonali transferu jądra komórki somatycznej za pomocą embrionów płazów , co było jednym z pierwszych kroków w kierunku klonowania.

Metody

Klonowanie reprodukcyjne na ogół wykorzystuje „ przeniesienie jądra komórki somatycznej ” (SCNT) w celu stworzenia zwierząt, które są genetycznie identyczne. Proces ten polega na przeniesieniu jądra z dorosłej komórki dawcy (komórki somatycznej) do komórki jajowej, z której usunięto jądro, lub do komórki z blastocysty, z której usunięto jądro. Jeśli komórka jajowa zacznie się normalnie dzielić, zostanie przeniesiona do macicy zastępczej matki. Takie klony nie są ściśle identyczne, ponieważ komórki somatyczne mogą zawierać mutacje w swoim jądrowym DNA. Ponadto mitochondria w cytoplazmie również zawierają DNA, a podczas SCNT ten mitochondrialny DNA pochodzi w całości z komórki jajowej dawcy cytoplazmatycznego, dlatego genom mitochondrialny nie jest taki sam jak genom komórki dawcy jądra, z którego został wyprodukowany. Może to mieć ważne implikacje dla międzygatunkowego transferu jądra, w którym niezgodności jądrowo-mitochondrialne mogą prowadzić do śmierci.

Sztuczne dzielenie zarodków lub bliźniacze zarodki , technika tworzenia bliźniąt monozygotycznych z jednego zarodka, nie jest traktowana w taki sam sposób, jak inne metody klonowania. Podczas tej procedury zarodek dawcy jest dzielony na dwa różne zarodki, które następnie można przenieść za pomocą transferu zarodków . Optymalnie przeprowadza się go na etapie od 6 do 8 komórek, gdzie można go wykorzystać jako rozszerzenie IVF w celu zwiększenia liczby dostępnych zarodków. Jeśli oba zarodki zakończą się sukcesem, powstają bliźnięta monozygotyczne (identyczne) .

Owca Dolly

Wypychane ciało owcy Dolly
Klon Dolly

Dolly , owca Finn-Dorset , była pierwszym ssakiem, któremu udało się sklonować z dorosłej komórki somatycznej. Dolly powstała poprzez pobranie komórki z wymienia jej 6-letniej biologicznej matki. Embrion Dolly powstał poprzez pobranie komórki i włożenie jej do komórki jajowej owcy. Potrzeba było 435 prób, zanim zarodek się powiódł. Zarodek został następnie umieszczony wewnątrz samicy owcy, która przeszła normalną ciążę. Została sklonowana w Instytucie Roslin w Szkocji przez brytyjskich naukowców Sir Iana Wilmuta i Keitha Campbella i mieszkała tam od urodzenia w 1996 roku do śmierci w 2003 roku, kiedy miała sześć lat. Urodziła się 5 lipca 1996 r., ale została ogłoszona światu dopiero 22 lutego 1997 r. Jej wypchane szczątki umieszczono w Muzeum Królewskim w Edynburgu , będącym częścią szkockich muzeów narodowych .

Dolly była publicznie znacząca, ponieważ wysiłek wykazał, że materiał genetyczny z określonej dorosłej komórki, zaprojektowany do ekspresji tylko odrębnego podzbioru jej genów, można przeprojektować, aby wyhodować zupełnie nowy organizm. Przed tą demonstracją John Gurdon wykazał, że jądra ze zróżnicowanych komórek mogą dać początek całemu organizmowi po przeszczepie do pozbawionego jądra jaja. Jednak ta koncepcja nie została jeszcze zademonstrowana w systemie ssaków.

Pierwsze klonowanie ssaków (w wyniku którego powstał Dolly) miało wskaźnik powodzenia 29 zarodków na 277 zapłodnionych jaj, co dało trzy jagnięta po urodzeniu, z których jedno przeżyło. W eksperymencie bydlęcym z udziałem 70 sklonowanych cieląt jedna trzecia cieląt padła dość młodo. Pierwszy pomyślnie sklonowany koń, Prometea , wykonał 814 prób. Warto zauważyć, że chociaż pierwszymi klonami były żaby, żadna dorosła sklonowana żaba nie została jeszcze wyprodukowana z somatycznej dorosłej komórki dawcy jądra.

Pojawiły się wczesne twierdzenia, że ​​Dolly ma patologie przypominające przyspieszone starzenie. Naukowcy spekulowali, że śmierć Dolly w 2003 roku była związana ze skracaniem telomerów , kompleksów DNA-białko, które chronią końcówki liniowych chromosomów . Jednak inni badacze, w tym Ian Wilmut , który kierował zespołem, który z powodzeniem sklonował Dolly, twierdzą, że przedwczesna śmierć Dolly z powodu infekcji dróg oddechowych nie była związana z problemami z procesem klonowania. Pomysł, że jądra nie starzeją się nieodwracalnie, okazał się prawdziwy w 2013 roku w przypadku myszy.

Dolly została nazwana na cześć performerki Dolly Parton , ponieważ sklonowane komórki pochodziły z komórki gruczołu sutkowego , a Parton jest znana z dużego dekoltu.

Sklonowane gatunki

Nowoczesne techniki klonowania obejmujące transfer jądra zostały pomyślnie przeprowadzone na kilku gatunkach. Godne uwagi eksperymenty obejmują:

  • Kijanka : (1952) Robert Briggs i Thomas J. King pomyślnie sklonowali żaby lampartów północnych : trzydzieści pięć kompletnych zarodków i dwadzieścia siedem kijanek ze stu czterech udanych transferów jądrowych.
  • Karp : (1963) W Chinach embriolog Tong Dizhou wyprodukował pierwszą na świecie sklonowaną rybę , wprowadzając DNA z komórki samca karpia do jaja samicy karpia. Opublikował odkrycia w chińskim czasopiśmie naukowym.
  • Danio pręgowany : pierwszy sklonowany kręgowiec (1981) przez George'a Streisingera ( Streisinger, George; Walker, C.; Dower, N.; Knauber, D.; Singer, F. (1981), "Production of clones of homozygous diploidal danio pręgowany ( Brachydanio rerio)", Nature , 291 (5813): 293–296, Bibcode : 1981Natur.291..293S , doi : 10.1038/291293a0 , PMID  7248006 , S2CID  4323945)
  • Owca : oznaczony jako pierwszy sklonowany ssak (1984) z wczesnych komórek embrionalnych przez Steena Willadsena . Megan i Morag sklonowały ze zróżnicowanych komórek embrionalnych w czerwcu 1995 r., a Dolly z komórki somatycznej w 1996 r.
  • Myszy: (1986) pomyślnie sklonowano mysz z wczesnej komórki embrionalnej. Radzieccy naukowcy Chaylakhyan , Veprencev, Sviridova i Nikitin sklonowali mysz „Masza”. Badania zostały opublikowane w czasopiśmie Biofizika tom ХХХII, numer 5 z 1987 roku.
  • Małpa rezus : Tetra (styczeń 2000) z podziału zarodka, a nie transferu jądra. Bardziej przypomina sztuczne formowanie bliźniąt.
  • Świnia: pierwsze sklonowane świnie (marzec 2000). Do 2014 roku BGI w Chinach produkowało rocznie 500 sklonowanych świń w celu testowania nowych leków.
  • Gaur : (2001) był pierwszym sklonowanym gatunkiem zagrożonym wyginięciem.
  • Bydło: Alpha i Beta (samce, 2001) i (2005) Brazylia
  • Kot: CopyCat „CC” (samica, koniec 2001 r.), Little Nicky , 2004 r., był pierwszym kotem sklonowanym w celach komercyjnych
  • Szczur: Ralph , pierwszy sklonowany szczur (2003)
  • Mule : Idaho Gem , John mule urodzony 4 maja 2003 r., był pierwszym klonem rodziny koni.
  • Koń: Prometea , samica rasy Haflinger urodzona 28 maja 2003 r., była pierwszym klonem konia.
  • Pies: Snuppy , samiec charta afgańskiego był pierwszym sklonowanym psem (2005). W 2017 roku firma Sinogene Biotechnology stworzyła pierwszego na świecie klona psa edytującego geny, Apple. W 2015 roku firma Sooam Biotech z Korei Południowej sklonowała do tej pory 700 psów dla swoich właścicieli, w tym dwa psy myśliwskie Łajka z Jakucji , które są poważnie zagrożone z powodu krzyżowania.
  • Wilk : Snuwolf i Snuwolffy , dwie pierwsze sklonowane samice wilków (2005).
  • Bawół wodny : Samrupa był pierwszym sklonowanym bawołem wodnym. Urodził się 6 lutego 2009 roku w indyjskim Karnal National Diary Research Institute, ale zmarł pięć dni później z powodu infekcji płuc.
  • Koziorożec pirenejski (2009) był pierwszym wymarłym zwierzęciem, które zostało sklonowane z powrotem do życia; klon żył siedem minut, zanim umarł z powodu wad płuc.
  • Wielbłąd: (2009) Injaz był pierwszym sklonowanym wielbłądem.
  • Koza pashmina : (2012) Noori jest pierwszą sklonowaną kozą pashmina. Naukowcy z wydziału nauk weterynaryjnych i hodowli zwierząt na Uniwersytecie Nauk i Technologii Rolniczych w Kaszmirze z powodzeniem sklonowali pierwszą kozę pashmina (Noori) przy użyciu zaawansowanych technik reprodukcyjnych pod kierownictwem Riaza Ahmada Shaha.
  • Koza: (2001) Naukowcom z Northwest A&F University udało się sklonować pierwszą kozę, która wykorzystuje komórkę dorosłej samicy.
  • Żaba lęgowa żołądkowa : (2013) Żaba lęgowa żołądkowa Rheobatrachus silus , uważana za wymarłą od 1983 r., Została sklonowana w Australii, chociaż zarodki zmarły po kilku dniach.
  • Macaque monkey: (2017) Pierwsze udane klonowanie gatunku naczelnych przy użyciu transferu jądrowego , wraz z narodzinami dwóch żywych klonów o nazwach Zhong Zhong i Hua Hua . Przeprowadzono w Chinach w 2017 r. i zgłoszono w styczniu 2018 r. W styczniu 2019 r. naukowcy w Chinach poinformowali o stworzeniu pięciu identycznych sklonowanych małp z edytowanymi genami , przy użyciu tej samej techniki klonowania, którą zastosowano w przypadku owiec Zhong Zhong, Hua Hua i Dolly , oraz technikę edycji genów Crispr - Cas9 rzekomo stosowaną przez He Jiankui do stworzenia pierwszych ludzkich dzieci zmodyfikowanych genetycznie Lulu i Nana . Klony małp zostały stworzone do badania kilku chorób medycznych.
  • Fretka czarnogłowa : (2020) W 2020 roku zespół naukowców sklonował samicę o imieniu Willa, która zmarła w połowie lat 80. i nie pozostawiła żyjących potomków. Jej klon, samica o imieniu Elizabeth Ann, urodziła się 10 grudnia. Naukowcy mają nadzieję, że wkład tego osobnika złagodzi skutki chowu wsobnego i pomoże fretkom czarnogłowym lepiej radzić sobie z zarazą. Eksperci szacują, że genom tej samicy zawiera trzy razy większą różnorodność genetyczną niż jakakolwiek współczesna fretka czarnogłowa.

Klonowanie ludzi

Klonowanie człowieka to stworzenie genetycznie identycznej kopii człowieka. Termin ten jest ogólnie używany w odniesieniu do sztucznego klonowania ludzi, czyli reprodukcji ludzkich komórek i tkanek. Nie odnosi się do naturalnego poczęcia i porodu bliźniąt jednojajowych . Możliwość klonowania ludzi budzi kontrowersje . Te obawy etyczne skłoniły kilka krajów do uchwalenia przepisów dotyczących klonowania ludzi i jego legalności. W tej chwili naukowcy nie mają zamiaru klonować ludzi i wierzą, że ich wyniki powinny wywołać szerszą dyskusję na temat praw i przepisów, których świat potrzebuje, aby uregulować klonowanie.

Dwa powszechnie omawiane typy teoretycznego klonowania ludzi to klonowanie terapeutyczne i klonowanie reprodukcyjne . Klonowanie terapeutyczne obejmowałoby klonowanie komórek ludzkich do użytku w medycynie i przeszczepach i jest aktywnym obszarem badań, ale nie jest stosowane w praktyce medycznej nigdzie na świecie od 2021 r. Badane są dwie powszechne metody klonowania terapeutycznego transfer jądra komórki somatycznej , a ostatnio indukcja pluripotencjalnych komórek macierzystych . Klonowanie reprodukcyjne wymagałoby stworzenia całego sklonowanego człowieka, zamiast tylko określonych komórek lub tkanek.

Kwestie etyczne klonowania

Istnieje wiele stanowisk etycznych dotyczących możliwości klonowania, zwłaszcza klonowania ludzi . Chociaż wiele z tych poglądów ma pochodzenie religijne, kwestie związane z klonowaniem są również rozpatrywane z perspektywy świeckiej. Perspektywy dotyczące klonowania ludzi są teoretyczne, ponieważ klonowanie ludzi w celach terapeutycznych i reprodukcyjnych nie jest wykorzystywane komercyjnie; zwierząt jest obecnie klonowanych w laboratoriach i przy produkcji zwierzęcej.

Zwolennicy wspierają rozwój klonowania terapeutycznego w celu generowania tkanek i całych narządów do leczenia pacjentów, którzy w inny sposób nie mogą otrzymać przeszczepów, aby uniknąć konieczności stosowania leków immunosupresyjnych i powstrzymać skutki starzenia. Zwolennicy klonowania reprodukcyjnego uważają, że rodzice, którzy w inny sposób nie mogą się rozmnażać, powinni mieć dostęp do tej technologii.

Przeciwnicy klonowania obawiają się, że technologia nie jest jeszcze wystarczająco rozwinięta, aby była bezpieczna i że może być podatna na nadużycia (prowadzące do pokolenia ludzi, od których pobierane byłyby narządy i tkanki), a także obawy dotyczące tego, w jaki sposób sklonowane osoby mogłyby się zintegrować z rodzinami i całym społeczeństwem.

Grupy religijne są podzielone, a niektóre sprzeciwiają się technologii jako uzurpującej sobie „miejsce Boga” iw zakresie, w jakim wykorzystuje się embriony, niszcząc ludzkie życie; inne wspierają potencjalne korzyści ratujące życie wynikające z klonowania terapeutycznego.

Grupy zwierząt sprzeciwiają się klonowaniu zwierząt ze względu na liczbę sklonowanych zwierząt, które przed śmiercią cierpią na wady rozwojowe, i chociaż żywność ze sklonowanych zwierząt została zatwierdzona przez amerykańską FDA, jej stosowaniu sprzeciwiają się grupy zainteresowane bezpieczeństwem żywności.

Klonowanie wymarłych i zagrożonych gatunków

Klonowanie, a dokładniej rekonstrukcja funkcjonalnego DNA wymarłych gatunków, od dziesięcioleci było marzeniem. Możliwe implikacje tego zostały udramatyzowane w powieści Carnosaur z 1984 roku i powieści Jurassic Park z 1990 roku . Najlepsze obecnie techniki klonowania mają średni wskaźnik sukcesu wynoszący 9,4 procent (a nawet 25 procent) podczas pracy ze znanymi gatunkami, takimi jak myszy, podczas gdy klonowanie dzikich zwierząt zwykle kończy się sukcesem poniżej 1 procenta.

Powstało kilka banków tkanek, w tym „ Frozen zoo ” w zoo w San Diego , do przechowywania zamrożonych tkanek najrzadszych i najbardziej zagrożonych gatunków na świecie. Nazywa się to również „klonowaniem konserwującym”.

W 2001 roku krowa o imieniu Bessie urodziła sklonowanego azjatyckiego gaura , zagrożonego gatunku, ale cielę zmarło po dwóch dniach. W 2003 roku pomyślnie sklonowano banteng , a następnie trzy afrykańskie żbiki z rozmrożonego zamrożonego zarodka. Sukcesy te dały nadzieję, że podobne techniki (wykorzystujące zastępcze matki innego gatunku) mogą zostać wykorzystane do klonowania wymarłych gatunków. Przewidując taką możliwość, próbki tkanek ostatniego bucardo ( koziorożca pirenejskiego ) zamrożono w ciekłym azocie natychmiast po jego śmierci w 2000 r. Naukowcy rozważają również klonowanie zagrożonych gatunków, takich jak panda wielka i gepard .

W 2002 roku genetycy z Muzeum Australijskiego ogłosili, że zreplikowali DNA wilka workowatego (tygrysa tasmańskiego), wymarłego wówczas od około 65 lat, przy użyciu reakcji łańcuchowej polimerazy . Jednak 15 lutego 2005 r. muzeum ogłosiło, że wstrzymuje projekt po tym, jak testy wykazały, że DNA okazów zostało zbyt mocno zdegradowane przez środek konserwujący ( etanol ). W dniu 15 maja 2005 roku ogłoszono, że projekt wilka workowatego zostanie wznowiony, przy nowym udziale naukowców z Nowej Południowej Walii i Wiktorii .

W 2003 roku po raz pierwszy sklonowano wymarłe zwierzę, wspomnianego wyżej koziorożca pirenejskiego, w Centrum Technologii Żywności i Badań w Aragonii, używając zakonserwowanego zamrożonego jądra komórkowego próbek skóry z 2001 roku i komórek jajowych kóz domowych. Koziorożec zmarł wkrótce po urodzeniu z powodu wad fizycznych w płucach.

Jednym z najbardziej oczekiwanych celów klonowania był kiedyś mamut włochaty , ale próby wydobycia DNA z zamrożonych mamutów zakończyły się niepowodzeniem, chociaż wspólny zespół rosyjsko-japoński pracuje obecnie nad tym celem. W styczniu 2011 roku Yomiuri Shimbun poinformował, że zespół naukowców kierowany przez Akirę Iritaniego z Uniwersytetu w Kioto oparł się na badaniach dr Wakayamy, mówiąc, że wydobędą DNA ze zwłok mamuta, które zostały zachowane w rosyjskim laboratorium i włożyć go do komórek jajowych słonia azjatyckiego w nadziei na wyprodukowanie zarodka mamuta. Naukowcy powiedzieli, że mają nadzieję na wyprodukowanie małego mamuta w ciągu sześciu lat. Zauważono jednak, że rezultatem, jeśli to możliwe, byłaby raczej hybryda słonia i mamuta niż prawdziwy mamut. Innym problemem jest przetrwanie zrekonstruowanego mamuta: przeżuwacze polegają na symbiozie ze specyficzną mikroflorą w żołądkach w celu trawienia.

Naukowcy z University of Newcastle i University of New South Wales ogłosili w marcu 2013 r., że niedawno wymarła żaba wylęgająca się w żołądku będzie przedmiotem próby klonowania w celu wskrzeszenia gatunku.

Wiele takich projektów „De-extinction” jest opisanych w projekcie Revive and Restore Fundacji Long Now .

Długość życia

Po ośmioletnim projekcie obejmującym zastosowanie pionierskiej techniki klonowania, japońscy naukowcy stworzyli 25 pokoleń zdrowych sklonowanych myszy o normalnej długości życia, wykazując, że klony nie są z natury krótsze niż zwierzęta urodzone naturalnie. Inne źródła zauważyły, że potomstwo klonów jest zwykle zdrowsze niż oryginalne klony i nie do odróżnienia od zwierząt wyprodukowanych w sposób naturalny.

Niektórzy twierdzili, że owca Dolly mogła starzeć się szybciej niż zwierzęta urodzone naturalnie, ponieważ zmarła stosunkowo wcześnie jak na owcę w wieku sześciu lat. Ostatecznie jej śmierć została przypisana chorobie układu oddechowego, a teoria „zaawansowanego starzenia” jest kwestionowana.

Szczegółowe badanie opublikowane w 2016 r. i mniej szczegółowe badania przeprowadzone przez innych sugerują, że gdy sklonowane zwierzęta przeżyją pierwszy miesiąc lub dwa, są ogólnie zdrowe. Jednak wczesna utrata ciąży i utrata noworodków są nadal większe w przypadku klonowania niż w przypadku naturalnego poczęcia lub rozrodu wspomaganego (IVF). Obecne badania próbują przezwyciężyć te problemy.

Historia

W kulturze popularnej

Sontaranie w Doctor Who to sklonowana rasa wojowników.

Dyskusje na temat klonowania w popularnych mediach często przedstawiają ten temat negatywnie. W artykule w czasopiśmie Time z 8 listopada 1993 r. klonowanie zostało przedstawione w negatywny sposób, modyfikując Stworzenie Adama Michała Anioła , aby przedstawiał Adama z pięcioma identycznymi rękami. Wydanie Newsweeka z 10 marca 1997 r. Również krytykowało etykę klonowania ludzi i zawierało grafikę przedstawiającą identyczne dzieci w zlewkach.

Koncepcja klonowania, zwłaszcza klonowania ludzi, pojawiła się w wielu różnych dziełach science fiction. Wczesnym fikcyjnym przedstawieniem klonowania jest Proces Bokanovsky'ego , który pojawia się w dystopijnej powieści Aldousa Huxleya z 1931 r. Nowy wspaniały świat . Proces ten stosuje się do zapłodnionych ludzkich komórek jajowych in vitro , powodując ich podział na identyczne genetyczne kopie oryginału. Po ponownym zainteresowaniu klonowaniem w latach pięćdziesiątych XX wieku temat ten był dalej badany w takich pracach, jak opowiadanie Poula Andersona UN-Man z 1953 roku , w którym opisano technologię zwaną „egzogenezą”, oraz książka Gordona Rattraya Taylora The Biological Time Bomb , która spopularyzował termin „klonowanie” w 1963 roku.

Klonowanie to powracający temat w wielu współczesnych filmach science fiction, począwszy od filmów akcji, takich jak Anna to the Infinite Power , The Boys from Brazil , Jurassic Park (1993), Alien Resurrection (1997), The 6th Day (2000), Resident Evil (2002), Star Wars: Episode II – Attack of the Clones (2002), The Island (2005) i Moon (2009) do komedii, takich jak film Woody'ego Allena Sleeper z 1973 roku .

Proces klonowania jest różnie przedstawiany w fikcji. Wiele prac przedstawia sztuczne tworzenie ludzi metodą hodowania komórek z próbki tkanki lub DNA; replikacja może być natychmiastowa lub zachodzić poprzez powolny wzrost embrionów ludzkich w sztucznych łonach . W długo emitowanym brytyjskim serialu telewizyjnym Doctor Who , Czwarty Doktor i jego towarzyszka Leela zostali sklonowani w ciągu kilku sekund z próbek DNA („ Niewidzialny wróg ”, 1977), a następnie – w pozornym hołdzie dla filmu Fantastyczna podróż z 1966 roku - skurczył się do mikroskopijnych rozmiarów, aby wejść do ciała Doktora i walczyć z obcym wirusem. Klony w tej historii są krótkotrwałe i mogą przetrwać tylko kilka minut, zanim wygasną. Filmy science fiction, takie jak Matrix i Gwiezdne wojny: część II - Atak klonów, zawierały sceny hodowli ludzkich płodów na skalę przemysłową w mechanicznych zbiornikach.

Klonowanie ludzi z części ciała jest również częstym tematem w science fiction. Klonowanie jest silnie związane z konwencjami science fiction sparodiowanymi w Sleeper Woody'ego Allena , którego fabuła koncentruje się wokół próby sklonowania zamordowanego dyktatora z jego bezcielesnego nosa. W opowiadaniu Doctor Who z 2008 roku „ Journey's End ”, duplikat Dziesiątego Doktora spontanicznie wyrasta z jego odciętej ręki, która została odcięta podczas walki na miecze we wcześniejszym odcinku.

Innym przykładem jest film Girl Next z 2021 roku , w którym kobieta zostaje uprowadzona, odurzona i poddana praniu mózgu, aby stała się posłuszną, żywą lalką erotyczną. Później udowodniono, że jest klonem klona przeznaczonego do zabójstwa handlarzy.

Po śmierci swojej ukochanej 14-letniej Coton de Tulear o imieniu Samantha pod koniec 2017 roku, Barbra Streisand ogłosiła, że ​​sklonowała psa i teraz „czeka, aż [dwa sklonowane szczenięta] podrosną, aby [ona] mogła zobacz, czy mają brązowe oczy [Samanthy] i jej powagę”. Operacja kosztowała 50 000 dolarów za pośrednictwem firmy ViaGen zajmującej się klonowaniem zwierząt .

Klonowanie i tożsamość

Science fiction wykorzystało klonowanie, najczęściej i konkretnie klonowanie ludzi , do podniesienia kontrowersyjnych kwestii tożsamości. A Number to sztuka angielskiego dramatopisarza Caryla Churchilla z 2002 roku , która porusza temat klonowania i tożsamości człowieka, zwłaszcza natury i wychowania . Akcja osadzona w niedalekiej przyszłości skupia się na konflikcie między ojcem (Salter) a jego synami (Bernard 1, Bernard 2 i Michael Black) – z których dwóch to klony pierwszego. Numer został zaadaptowany przez Caryl Churchill dla telewizji, w koprodukcji pomiędzy BBC i HBO Films .

W 2012 roku powstał japoński serial telewizyjny „Bunshin”. Główna bohaterka opowieści, Mariko, jest kobietą studiującą opiekę nad dziećmi na Hokkaido. Dorastała zawsze pełna wątpliwości co do miłości matki, która nie była do niej podobna i która zmarła dziewięć lat wcześniej. Pewnego dnia znajduje w domu krewnego część rzeczy należących do jej matki i udaje się do Tokio, aby odkryć prawdę o jej narodzinach. Później odkryła, że ​​jest klonem.

W serialu telewizyjnym Orphan Black z 2013 roku klonowanie jest wykorzystywane jako badanie naukowe dotyczące adaptacji behawioralnej klonów. W podobnym duchu książka „The Double” autorstwa noblisty José Saramago bada emocjonalne doświadczenia człowieka, który odkrywa, że ​​jest klonem.

Klonowanie jako zmartwychwstanie

Klonowanie było używane w fikcji jako sposób na odtworzenie postaci historycznych. W powieści Iry Levina Chłopcy z Brazylii z 1976 roku i jej adaptacji filmowej z 1978 roku Josef Mengele wykorzystuje klonowanie do tworzenia kopii Adolfa Hitlera .

W powieści Michaela Crichtona Jurassic Park z 1990 roku , która dała początek serii filmów fabularnych Jurassic Park , firma bioinżynieryjna InGen opracowuje technikę wskrzeszania wymarłych gatunków dinozaurów poprzez tworzenie sklonowanych stworzeń przy użyciu DNA wyekstrahowanego ze skamielin . Sklonowane dinozaury są wykorzystywane do zaludniania parku dzikiej przyrody Parku Jurajskiego dla rozrywki odwiedzających. Plan idzie katastrofalnie źle, gdy dinozaury uciekają ze swoich wybiegów. Pomimo selektywnego klonowania jako samic, aby uniemożliwić im rozmnażanie się, dinozaury rozwijają zdolność rozmnażania się poprzez partenogenezę .

Klonowanie na potrzeby wojny

Wykorzystanie klonowania do celów wojskowych zostało również zbadane w kilku pracach fikcyjnych. W Doctor Who obca rasa odzianych w zbroje, wojowniczych istot zwanych Sontarans została przedstawiona w serialu „ The Time Warrior ” z 1973 roku. Sontaranie są przedstawiani jako przysadziste, łyse stworzenia, które zostały genetycznie zmodyfikowane do walki. Ich słabym punktem jest „odpowietrznik próbny”, małe gniazdo z tyłu szyi, które jest związane z procesem klonowania. Koncepcja klonowanych żołnierzy hodowanych do walki została ponownie omówiona w „ Córce Doktora ” (2008), kiedy DNA Doktora zostało użyte do stworzenia wojowniczki o imieniu Jenny .

Film Gwiezdne wojny z 1977 roku został osadzony na tle historycznego konfliktu zwanego Wojnami Klonów . Wydarzenia tej wojny nie zostały w pełni zbadane, aż do prequelowych filmów Atak klonów (2002) i Zemsta Sithów (2005), które przedstawiają wojnę kosmiczną prowadzoną przez potężną armię ciężko opancerzonych żołnierzy-klonów , która prowadzi do powstania Imperium Galaktyczne . Sklonowani żołnierze są „wytwarzani” na skalę przemysłową, genetycznie uwarunkowani pod kątem posłuszeństwa i skuteczności bojowej. Okazuje się również, że popularna postać Boba Fett powstała jako klon Jango Fetta , najemnika, który służył jako szablon genetyczny dla żołnierzy-klonów.

Klonowanie w celu eksploatacji

Powracającym podtematem powieści o klonowaniu jest wykorzystywanie klonów jako źródła narządów do przeszczepów . Powieść Kazuo Ishiguro Never Let Me Go z 2005 roku i adaptacja filmowa z 2010 roku są osadzone w alternatywnej historii , w której sklonowani ludzie są stworzeni wyłącznie w celu zapewnienia dawstwa narządów naturalnie urodzonym ludziom, pomimo faktu, że są oni w pełni świadomi i samo- świadomy. Film The Island z 2005 roku obraca się wokół podobnej fabuły, z tym wyjątkiem, że klony nie są świadome powodu swojego istnienia.

Wykorzystywanie ludzkich klonów do niebezpiecznych i niepożądanych prac zostało zbadane w brytyjskim filmie science fiction Moon z 2009 roku . W futurystycznej powieści Atlas chmur i późniejszym filmie , jeden z wątków fabularnych skupia się na genetycznie zmodyfikowanym klonie fabrykanta o imieniu Sonmi ~ 451, jednym z milionów wychowanych w sztucznym „zbiorniku łona”, przeznaczonym do służby od urodzenia. Jest jedną z tysięcy stworzonych do pracy fizycznej i emocjonalnej ; Sama Sonmi pracuje jako kelnerka w restauracji. Później odkrywa, że ​​jedyne źródło pożywienia dla klonów, zwane „mydłem”, jest wytwarzane z samych klonów.

W filmie My , w pewnym momencie przed latami 80., rząd USA tworzy klony każdego obywatela Stanów Zjednoczonych z zamiarem wykorzystania ich do kontrolowania ich oryginalnych odpowiedników, podobnych do lalek voodoo . To się nie udaje, ponieważ byli w stanie skopiować ciała, ale nie byli w stanie skopiować dusz tych, których sklonowali. Projekt zostaje porzucony, a klony są uwięzione, dokładnie odzwierciedlając działania ich naziemnych odpowiedników od pokoleń. W dzisiejszych czasach klony przeprowadzają niespodziewany atak i udaje im się dokończyć masowe ludobójstwo swoich nieświadomych odpowiedników.

W serii A Certain Magical Index i A Certain Scientific Railgun jeden z esperów, Mikoto Misaka , nieświadomie zebrał DNA, tworząc 20 000 dokładnych, ale nie równie potężnych klonów do eksperymentu. Były używane przez Accelerator jako cel do ćwiczeń, tylko po to, aby awansować, ponieważ wielokrotne zabicie oryginału jest niemożliwe. Eksperyment zakończył się, gdy Toma Kamijo uratował i udaremnił eksperyment. Pozostałe klony zostały rozproszone po całym świecie, aby przeprowadzić dalsze eksperymenty, aby wydłużyć ich żywotność, z wyjątkiem co najmniej 10, które pozostały w Academy City, i ostatniego klona, ​​który nie był w pełni rozwinięty, gdy eksperyment został przerwany.

Zobacz też

Notatki

Bibliografia

Dalsza lektura

  • Guo, Owen. „Największe na świecie centrum klonowania zwierząt ustawione na 16 rok w sceptycznych Chinach” . The New York Times , 26 listopada 2015 r
  • Lerner, K. Lee. „Klonowanie zwierząt”. The Gale Encyclopedia of Science , pod redakcją K. Lee Lerner i Brenda Wilmoth Lerner, wyd. 5, Gale, 2014. Science in Context, link
  • Dutchen, Stephanie (11 lipca 2018). „Powstanie klonów” . Harvard Medical School.

Linki zewnętrzne