Klonowanie

Klonowanie (gr. gałązka, odrośl) - proces tworzenia idealnej kopii z oryginału.

W biologii termin klonowanie jest używany w dwóch znaczeniach:
Klonowanie genów - które polega na pobieraniu materiału genetycznego z jednego organizmu i wprowadzanie go do innego (np. metodą PCR). Klonować można w tym sensie zarówno całe genotypy jaki i pojedyncze geny. Zazwyczaj jest czynione w celu udowodnienia, że określony fragment DNA istotnie koduje daną cechę (np: chorobę dziedziczną) lub w celu modyfikacji pewnych cech organizmu, o którego wszczepia się klonowane geny.

Klonowanie organizmów - polega na tworzeniu dokładnych kopii organizmów wielkokomórkowych. W sensie biologicznym za klony uważa się wielkomorkówe orgazmy, które powstały na podstawie kodu genetycznego innego, rozwiniętego już organizmu, ale nie poprzez krzyżowanie garniturów chromosomalnych rodziców. Klonowanie jest możliwe, bo prawie każda komórka organizmu wielokomórkowego zawiera taki sam zestaw genów. Klonowanie może mieć miejsce zarówno w sposób nautralny jak i sztuczny. Np: wiele roślin potrafi rozmnażać się przez pączkowanie, które jest formą klonowania. Klonowanie nazwa się też czasem prokreacją aseksualną, gdyż w tym procesie uczestniczy tylko jeden osobnik.

Klon – to populacja identycznych pod względem genetycznym organizmów, komórek, wirusów lub cząsteczek DNA. Populacja taka pochodzi z namnożenia pojedynczej komórki, organizmu, wirusa czy cząsteczki DNA. Wszystkie elementy klonu – zarówno wirusy, komórki, jak i cząsteczki – są niemal identyczne z wirusami, komórkami czy cząsteczkami, które zainicjowały powstanie klonu (mówimy „niemal” dlatego, że podczas powstawania kolejnych pokoleń, koniecznych do wytworzenia klonu, mogą zachodzić nowe mutacje). Wszystkie elementy klonu są również podobne do siebie (z tym samym zastrzeżeniem). W stosunku do wirusów i komórek znaczy to tyle, że ich genomy mają taką samą sekwencję nukleotydową. Klonowanie komórek i wirusów jest więc sposobem na klonowanie cząsteczek DNA.

Klonowanie wirusów rozpoczyna się przez zainfekowanie pojedynczej komórki jedną cząstką wirusa. Wirus namnaża się i jego potomstwo infekuje nowe komórki. W praktyce można przeprowadzić wiele cykli infekcyjnych bez konieczności mieszania wirusów potomnych z innymi fagami. Klony wirusowe są widoczne jako oddzielne przejrzyste obszary („łysinki”) w warstwie nie zakażonych komórek bakteryjnych („murawce”) rosnących na szalce Petriego. Przejrzyste obszary powstają dlatego, że wszystkie zainfekowane komórki otaczające pierwszą ofiarę są martwe.

Klony komórek uzyskuje się wówczas, gdy pojedyncze komórki namnażają się osobno. Klony komórek bakteryjnych lub komórek ssaków otrzymuje się łatwo, wysiewając komórki w dużym rozcieńczeniu na właściwą pożywkę. Rosnąc i namnażając się, każda z nich tworzy oddzielną wielokomórkową kolonię. Ze względów praktycznych komórki hoduje się zarówno na powierzchni półpłynnego materiału zawierającego składniki pokarmowe, jak i wewnątrz niego lub pod nim. Zazwyczaj materiałem tym jest galaretowaty agar pochodzący z wodorostów.

KLONOWANIE ZWIERZĄT

Transgeniczne myszy można otrzymać kilkoma metodami, jedna z nich jest jednak najbardziej skuteczna. Sklonowany gen wstrzykuje się do jądra zapłodnionej komórki jajowej. Następnym etapem jest jej implantacja w macicy myszy. Odcinek obcego DNA zostaje wbudowany do genomu na tyle wcześnie, że będzie obecny zarówno w komórkach linii płciowej, jak i w komórkach somatycznych. Następne pokolenie odziedziczy go razem ze wszystkimi innymi genami. Transgeniczne dzieci oraz ich potomstwo poddaje się szczegółowej analizie pod kątem czasu i miejsca ekspresji transgenu i ewentualnych zaburzeń powodowanych przez nowy DNA. Zazwyczaj transgen zawiera podstawowe elementy regulatorowe. Często wygodnie jest elementy regulatorowe badanego genu połączyć zamiast z nim, z innym genem – takim, którego produkt jest łatwo wykrywalny. Jest to prosty sposób umożliwiający badanie mechanizmów kontrolnych organizmu. W innych przypadkach bardziej interesujący niż funkcjonowanie sekwencji regulatorowej jest wpływ określonego białka na transgeniczne organizmy. Wówczas badaną sekwencję kodującą łączy się zazwyczaj z taką regulatorową sekwencją DNA, która zapewni jej ekspresję (zamiast z sekwencją regulatorową normalnie towarzyszącą tej sekwencji kodującej). Dzięki metodom klonowania molekularnego konstruowanie takich „mieszanych” genów nie przedstawia specjalnych trudności.

KLONOWANIE WYGINIETYCH GATUNKÓW ZWIERZĄT

Klonowanie wyginiętych gatunków zwierząt było od lat marzeniem wielu naukowców. Obiektem nad którym pracowano dotąd najwięcej był Mamut, którego kilkaście sztuk przetrwało w stanie niemal nienaruszonym, w lodach Syberii i Alaski. Jak dotąd jednak (koniec r. 2004) nie udało się nikomu sklonować tego gatunku, glównie z powodu ogromnych trudności przy pozyskaniu odpowiedniej ilości pełnowartościowego DNA mamutów.

Oprócz możliwości pozyskania DNA, podstawowym problemem przy klonowaniu wyginiętych gatunków, jest też znalezienie odpowiedniego dawcy komórki jajowej. Bardzo długo panował pogląd, że klonowanie jest możliwe tylko z użyciem komórki jajowej od samicy tego samego gatunku co klonowany osobnik. Jednak, w 2000 r, krowa o imieniu Bessie urodziła klon innego gatunku: bawoła azjatyckiego, co udwodniło, że niekoniecznie trzeba stosować komórkę jajową tego samego gatunku i wystarczy komórka od samicy gatunku blisko spokrewnionego.
Otworzyło to drogę do prób sklonowania bucardo - wyginiętego niedawno gatunku hiszpańskich, górskich jeleni, które są obecnie w toku. Istnieją też projekty sklonowania Wielkiej pandy (z wykorzystaniem komórek jajowych zwykłej pandy) i ocelota (z wykorzystaniem komórek jajowych lisa).

W 2002 r, genetycy z Australian Museum ogłosili, że dokonali replikacji całego DNA Tygrysa tasmańskiego, ze zwłok zwierzęcia, które zdechło 65 lat temu.
Klonowanie wyginiętych zwierząt jest interesujące z naukowego punktu widzenia - choćby po to aby się przekonać jak takie zwierzę naprawdę wyglądało. Jednakże próby trwałego odtworzenia całego gatunku metodą klonowania wydają się niewykonalne, ze względu na to, że aby gatunek mógł się rzeczywiście namnażać, potrzeba co najmniej dziesięciu osobników o różnym genotypie.

KLONOWANIE ROŚLIN

Żywność transgeniczna to produkty spożywcze zmienione metodami inżynierii genetycznej, czyli wyprodukowane przez zmianę materiału genetycznego - DNA żywej komórki. Mówiąc prościej, w warunkach laboratoryjnych część DNA jednego organizmu zostaje wprowadzona do DNA drugiego organizmu, a następnie - przez tradycyjną hodowlę - w wyniku tego zabiegu powstaje nowy organizm o zmienionych cechach.

Ta część DNA, którą wprowadzamy, ma więc na celu modyfikację - czyli poprawę pewnych cech gatunkowych. Bakterie, rośliny, zwierzęta otrzymane w wyniku takiej "manipulacji" są nazywane organizmami modyfikowanymi genetycznie (GMO - genetically modified organism) lub transgenicznymi (transgenic).

Prace trwały wiele lat, ale pierwszym produktem żywnościowym otrzymanym z wykorzystaniem metod inżynierii genetycznej i wprowadzonym na rynek USA w 1994 był pomidor. Wcześniej, w 1990 roku w Wielkiej Brytanii do przetwórstwa zostały wprowadzone modyfikowane drożdże piekarskie. Obecnie w niektórych krajach (m.in. USA, Chiny) na dużą skalę uprawiane są modyfikowane genetycznie soja, kukurydza, rzepak. W Polsce pierwsze doświadczenia polowe z transgenicznymi roślinami były prowadzone w 1997 r. Dotyczyły kukurydzy, ziemniaków i buraków pastewnych. W sierpniu 1997 r. wysiano również transgeniczny rzepak.

Porządek chronologiczny najsłynniejszych udanych i nieudanych prób klonowania zwierząt:
- żaba: (1962) Nieudania
- Karp: (1963) Pierwsze udane klonowanie zwierzęcia
- Owca: (1996) słynna Owca Dolly
- Małpa (Rezus): (samica, Styczeń 2000)
- świnia: (5 prosiaków z jednej świni, Szkocja - 2000)
- bawół: (samiec, January 2001)
- krowa: Alpha and Beta (samica, 2001)
- Kot: CopyCat "CC" (samica, jesień 2001)
- mysz: ponad tuzin (do 2002
- królik: (marzec-kwiecień, 2003) we Francji i Korei Południowej. Hybrybda człowiek-królik (tylko stan embrionalny), Chiny 2003.
- muł: Idaho Gem (samiec, maj 2003) i Utah Pioneer (samiec, lipiec 2003)
- jeleń: Dewey (2003)