Co to jest klon i na czym polega klonowanie?

Klon
KLON [gr.], biol. osobniki bądź komórki o jednakowym składzie genet., a także cząsteczki DNA o tej samej sekwencji nukleotydów. Klony osobników roślin czy zwierząt otrzymuje się przez rozmnażanie wegetatywne, np. przez podział 1 osobnika; klony komórkowe bakterii lub innych organizmów jednokomórkowych otrzymuje się w wyniku kolejnych podziałów komórkowych z 1 wyjściowej komórki; klony komórkowe z organizmów wielokomórkowych otrzymuje się z hodowli in vitro pojedynczych komórek somatycznych. Mianem klonu określa się niekiedy także namnożone, określone odcinki DNA (np. pojedyncze geny) na drodze replikacji DNA in vivo lub in vitro (→ klonowanie DNA).

Klonowanie
Jest to proces oparty na przenoszeniu (transferze) jąder komórkowych - tej samej technice, którą od wielu lat stosują naukowcy do kopiowania zwierząt z komórek zarodkowych. W tym celu potrzebne są dwie komórki. Pierwsza z nich - biorca - jest na ogół niezapłodnionym oocytem pobranym od zwierzęcia tuż po owulacji. Takie komórki jajowe powinny rozwijać się po odpowiedniej stymulacji. Drugą z nich jest dawca jądra. To ona ma zostać skopiowana. Badacz, patrząc w silnie powiększający mikroskop, przytrzymuje oocyt dzięki przyssaniu go do końca małej pipety i za pomocą niezwykle cienkiej mikropipety usuwa z niego chromosomy, twory w kształcie parówki, zawierające DNA komórki (w tym stadium nie znajdują się one w wyodrębnionym jądrze). Następnie komórka-dawca wraz ze swoim jądrem jest łączona z oocytem. Niektóre ze zrekonstruowanych w ten sposób oocytów zaczynają się rozwijać tak jak normalne zarodki i jeśli przeszczepi się je do macicy matki zastępczej, urodzą się młode.

W naszych doświadczeniach z hodowanymi komórkami podjęliśmy odpowiednie kroki, by dawca i biorca do siebie pasowali. Przede wszystkim staraliśmy się skoordynować cykle duplikacji DNA i produkcji mRNA, cząsteczki, która powstaje na matrycy DNA i steruje wytwarzaniem białek. Zdecydowaliśmy się wykorzystać komórki-dawców, których DNA nie ulegał replikacji w chwili transferu [ramka na stronie 36]. Dlatego też pracowaliśmy na komórkach, które zmusiliśmy do wejścia w fazę spoczynkową, obniżając stężenia składników odżywczych w podłożu hodowlanym. Dodatkowo dostarczaliśmy impulsy prądu elektrycznego do oocytu po przeniesieniu komórki dawcy, aby zachęcić komórki do zlania się oraz by pobudzić oocyt do rozwoju, naśladując stymulację, którą w normalnych warunkach zapewnia plemnik.

Zaraz po tym jak narodziny Megan i Morag dowiodły, że potrafimy wytworzyć żywe klony wywodzące się z hodowli komórkowych otrzymanych z zarodków, złożyliśmy zgłoszenia patentowe i rozpoczęliśmy kolejne eksperymenty. Chcieliśmy się przekonać, czy możliwe jest uzyskanie kopii z bardziej zróżnicowanych komórek hodowanych. Współpracując z PPL Therapeutics, także z okolic Edynburga, przebadaliśmy fibroblasty płodowe (komórki występujące licznie w tkance łącznej) i komórki pobrane z wymienia owcy, która była w połowie czwartego miesiąca ciąży. Wybraliśmy taką samicę, ponieważ w tym stadium ciąży obserwuje się gwałtowny wzrost komórek gruczołu mlecznego, co oznacza, że mogą przeżyć i namnażać się dobrze w hodowli. Ponadto fakt, iż mają one stabilny układ chromosomów, wskazuje z kolei, że zachowają całą swoją informację genetyczną. Zakończone sukcesem klonowanie Dolly z hodowanych komórek pochodzących z gruczołu mlecznego owcy oraz innych jagniąt z hodowli fibroblastów dowiodło, że metoda opracowana w Roślin Institute jest solidna i powtarzalna.

Wszystkie sklonowane w naszych eksperymentach osobniki wyglądały, czego się zresztą spodziewaliśmy, raczej jak owca, od której pochodziło jądro komórkowe, a nie jak matki zastępcze czy dawczynie oocytu. Dzięki testom genetycznym udowodniliśmy w sposób niebudzący żadnych wątpliwości, że Dolly rzeczywiście jest klonem dorosłego zwierzęcia. Najprawdopodobniej pochodzi ona od w pełni zróżnicowanej komórki gruczołu mlecznego. Nie możemy mieć, co do tego jednak całkowitej pewności, ponieważ hodowle zawierały także nieco mniej zróżnicowanych komórek spotykanych w niewielkich ilościach w gruczole mlecznym. Tymczasem w innych laboratoriach zastosowano podobną w zasadniczych punktach technikę do stworzenia zdrowych klonów bydła i myszy z hodowanych komórek, w tym również pochodzących od samic niebędących w ciąży.

Choć klonowanie metodą przenoszenia jąder komórkowych jest powtarzalne, ma także pewne ograniczenia. Niektóre otrzymane w ten sposób cielęta i jagnięta są niezwykle duże, ale zjawisko to występuje także, gdy zarodki hoduje się in vitro przed ciążą. Co ważniejsze, transfer jąder nie jest techniką wydajną. John B. Gurdon, pracujący obecnie w University of Cambridge, przeprowadzając prawie 30 lat temu doświadczenia nad przenoszeniem jąder komórkowych u żab, stwierdził, że liczba zarodków przeżywających do stadium kijanki była mniejsza, gdy komórki-dawców pobierano od zwierząt znajdujących się w bardziej zaawansowanym stadium rozwoju. Uzyskaliśmy podobne wyniki w naszych pierwszych eksperymentach na ssakach. We wszystkich dotychczas opisanych badaniach nad klonowaniem notuje się konsekwentnie bardzo duży odsetek zgonów w czasie rozwoju zarówno zarodkowego, jak i płodowego. Dane pochodzące z różnych laboratoriów wskazują, że zaledwie 1-2% osobników przeżywa do porodu. Niestety, nawet te zwierzęta, które przetrwały do swoich narodzin, giną wkrótce po nich.

Przyczyny tych strat nie są znane, ale mogą odzwierciedlać złożoność procesu przeprogramowania genetycznego niezbędnego, by urodziło się zdrowe potomstwo. Jeżeli nawet tylko jeden gen kodujący istotne białko wykazuje w krytycznym okresie nieodpowiednią ekspresję lub wcale ona nie zachodzi, to skutek czasami bywa fatalny. Przeprogramowanie może jednak wymagać regulacji tysięcy genów w procesie, który do pewnego stopnia byłby przypadkowy. Usprawnienia techniczne takie jak stosowanie różnych komórek-dawców mogą poprawić wyniki.
Umiejętność tworzenia zwierząt z hodowanych komórek pozwala na zastosowanie niektórych stosunkowo prostych sposobów do uzyskiwania zwierząt genetycznie zmodyfikowanych, czyli transgenicznych. Są one nie tylko istotne dla badań naukowych, ale mogą też produkować ludzkie białka cenne z medycznego punktu widzenia. Standardowa technika otrzymywania zwierząt transgenicznych jest niesłychanie powolna i niewydajna. Obejmuje ona mikroiniekcję konstruktu genetycznego - sekwencji DNA zawierającej pożądany gen - do olbrzymiej liczby zapłodnionych oocytów. Tylko niewiele z nich pobierze ten DNA i będzie on ulegał ekspresji u otrzymanego w ten sposób potomstwa. Następnie zwierzęta krzyżuje się, by przekazywały konstrukt dalej [patrz: William H. Velander, Henryk Luboń, William N. Drohan, „Transgeniczne zwierzęta jako fabryki leków- "; Świat Nauki, marzec 1997].

W przypadku komórek w hodowli wystarcza prosty zabieg chemiczny, aby pobrały one konstrukt DNA. Gdy wykorzysta się je następnie jako dawców jąder, to całe sklonowane potomstwo będzie zawierało ów konstrukt. Badacze w Roślin Institute i PPL Therapeutics wykorzystali już tę metodę do tworzenia transgenicznych zwierząt w sposób bardziej wydajny, niż jest to możliwe z zastosowaniem mikroiniekcji.

Wprowadziliśmy do genu owcy ludzki gen kodujący czynnik IX, białko biorące udział w procesie krzepnięcia krwi i stosowane w leczeniu hemofilii typu B. W doświadczeniu tym przenieśliśmy gen oporności na antybiotyk do komórek dawcy wraz z genem kodującym czynnik IX, by po dodaniu do hodowli śmiertelnej dawki antybiotyku neomycyny można było zabić tylko te komórki, które nie pobrały DNA. Jednak mimo tego dodatkowego genu odsetek zarodków, które po przeniesieniu jądra rozwijały się do momentu narodzin, był podobny do uzyskiwanego przez nas poprzednio.

Pierwsza transgeniczna owca wyprodukowana w ten sposób, Dolly, narodziła się latem 1997 roku. Podobnie jak inne transgeniczne klony Dolly wydziela ludzkie białko do swojego mleka. Obserwacje te wskazują, że gdy techniki pozyskiwania komórek jajowych z różnych gatunków zwierząt zostaną udoskonalone, klonowanie pozwoli na wprowadzanie precyzyjnych zmian do genu dowolnego ssaka i stworzenie wielu jego kopii mających daną modyfikację.

Komórki z hodowli pochodzące z gruczołu mlecznego mogą mieć szczególną przewagę nad innymi, jeśli wykorzysta się je jako dawców. Do niedawna jedynym praktycznym sposobem oceny, czy konstrukt DNA spowoduje wydzielanie białka do mleka, było wprowadzenie go do samic myszy, a następnie zbada- nie ich mleka. Powinno się jednak udać sprawdzanie komórek gruczołu mlecznego bezpośrednio w hodowli. To przyspieszy proces znajdowania dobrych konstruktów i komórek, do których się one włączyły, czego efektem jest wydajna sekrecja pożądanego białka.

Klonowanie daje wiele innych możliwości. Jedną z nich jest tworzenie genetycznie zmodyfikowanych narządów zwierzęcych nadających się na przeszczepy dla ludzi. Obecnie umierają rokrocznie tysiące pacjentów, którzy oczekują na transplantację serca, wątroby czy nerki. Narząd pochodzący od świni przeszczepiony człowiekowi zostanie szybko zniszczony przez superśilną- " reakcję immunologiczną. Jest ona wywoływana przez białka znajdujące się na powierzchni komórek świni po uprzednim zmodyfikowaniu ich przez enzym zwany transferazą a galaktozylu. To pozwala sądzić, że przeszczep narządu genetycznie zmienionej świni pozbawionej tego enzymu byłby tolerowany, jeśli lekarze dodatkowo podawaliby pacjentom leki działające hamująco na inne, mniej nasilone reakcje immunologiczne.

Inną obiecującą dziedziną jest bardzo szybkie otrzymywanie dużych zwierząt z defektami genetycznymi naśladującymi ludzkie choroby, takie jak mukowiscydoza. Choć prace prowadzone na myszach dostarczyły pewnych informacji, ich związane z mukowiscydozą geny znacznie różnią się od ludzkich. Uważa się, że owce będą bardziej przydatne w badaniach tego schorzenia, gdyż ich płuca są budową bardziej zbliżone do ludzkich. Co więcej, ponieważ owce żyją przez wiele lat, naukowcy mogą oceniać długoterminowe efekty terapii.

Tworzenie zwierząt z uszkodzeniami genetycznymi stwarza problemy natury etycznej. Wydaje się jednak jasne, że społeczeństwo na ogół popiera badania na zwierzętach pod warunkiem, że prace dotyczą poważnej choroby i dba się, by stworzenia te niepotrzebnie nie cierpiały.

Zwierzęta z precyzyjnie zaaranżowaną konstytucją genetyczną można by także wykorzystać w bezpośredni sposób, czyli w opartych na komórkach terapiach poważnych chorób, m.in. choroby Parkinsona, cukrzycy i dystrofii mięśniowej. Nie znamy obecnie w pełni skutecznego leczenia owych chorób. W każdym z tych schorzeń w wyniku patologicznego procesu zostają zniszczone specyficzne populacje komórek, które same nie mogą się naprawić ani odnowić. Dlatego też bada się kilka nowych metod, które pozwoliłyby na dostarczenie nowych komórek - albo pobranych od pacjenta i następnie hodowanych, albo też ofiarowanych przez innych ludzi czy wyizolowanych ze zwierząt.

Klonowanie człowieka
- możliwości i zagrożenia inżynierii genetycznej
Motto:
- "Początkiem mądrości jest bojaźń Pana;
Wszyscy, którzy ją okazują, są prawdziwie mądrzy.
Chwała Jego trwa na wieki- ".
(Ps. 111,10)

W marcu 1997 roku środki masowego przekazu podały wiadomość z dziedziny inżynierii genetycznej o rewolucyjnym znaczeniu: wyklonowano pierwszego ssaka z dorosłej komórki. Dokonał tego zespół brytyjskich genetyków z Roślin Institute w Edynburgu pod kierownictwem dra Jana Wilmuta. Dotychczas klonowanie wykorzystywano w przypadku roślin użytkowych, aby osiągnąć lepsze rezultaty w rolnictwie.

Klon stanowi wierną kopię żywego lub martwego organizmu, a istota klonowania polega na wszczepieniu jądra komórki (z informacją genetyczną) z dowolnej części ciała danego osobnika do pozbawionej jądra żeńskiej komórki jajowej. Owca Dolly, która faktycznie przyszła na świat 5 lipca 1996 roku, wyprodukowana przez brytyjskich genetyków, powstała z połączenia jądra komórki pobranej z sutka dorosłej owcy z komórką jajową drugiej owcy, a następnie wszczepienia tego zarodka matce zastępczej. Metoda ta pozwala na wyhodowanie nieograniczonej liczby replik (identycznych egzemplarzy) danego organizmu. Szkoccy odkrywcy przyznają, iż na tej samej zasadzie klonowanie ludzi jest teoretycznie możliwe.
Amerykański embriolog John Gearhart z John Hopkins University w stanie Maryland hoduje w laboratorium długo żyjące komórki pobrane z ludzkiego embrionu usuniętego podczas aborcji. Są to tzw. komórki niezróżnicowane, dzięki którym w trakcie dalszego rozwoju powstają różne tkanki. Istnieją, zatem możliwości, a jednocześnie nieznane do końca zagrożenia manipulowania ludzkim dziedzictwem genetycznym.

Granice inżynierii genetycznej
Brytyjski naukowiec Jonathan Slack wyhodował embriona żaby bez głowy, blokując geny kontrolujące rozwój tej części ciała. Uczony zapowiada, że te same metody zmian genetycznych można zastosować również wobec ludzkich embrionów i planuje w przyszłości hodowanie na - "części zamienne- " ludzkich klonów bez głów, a więc pozbawionych mózgu i centralnego układu nerwowego. Ludzki embrion uzyskany w wyniku klonowania, w którym od samego początku zablokowane zostałyby geny odpowiedzialne za powstanie mózgu, nie byłby według niego człowiekiem, lecz tylko zespołem żywych organów do transplantacji.

Gdzie jest, zatem dopuszczalna granica manipulacji genetycznych? Czy istnieją jakieś bariery natury etyczno-moralnej? Czy powoływanie do życia embrionów dla celów eksperymentalnych jest uzasadnione? Jak prawnicy czy etycy zakwalifikują istotę bez głowy, swoisty - "worek z wybranymi organami- "?

Inżynieria genetyczna stanowi dziedzinę, która stale się rozwija i nieuchronnie, także w sposób pozytywny, wkracza w nasze życie. Badania i stosowane techniki zmian genetycznych obejmują: terapię genową (polegającą na zastosowaniu genetycznie zmienionych komórek somatycznych w leczeniu chorych z nieprawidłowościami pojedynczego genu, np. hemoglobinopatie, wrodzone niedobory immunologiczne), diagnostykę defektów genetycznych zarodka przed wszczepieniem w macicy. Umożliwiają również - "wymianę- " patologicznych genów zarodka, zastosowanie - "produktów genowych- " (obecnie używanych), np. insulina, czynnik VIII krzepnięcia, hormon wzrostu.
Wątpliwości natomiast mogą budzić inne eksperymenty genetyczne, jak klonowanie oraz chimeryzm, polegający na połączeniu gamety ludzkiej ze zwierzęcą.

Czy chciałbyś być sklonowany?
Klonowanie ma oczywiście wiele zalet. Dzięki temu stanie się możliwe masowe powstawanie zwierząt transgenicznych, w których płynie krew ratująca ludzkie życie. Klonowane organizmy będą mogły posłużyć również za bank organów dla człowieka. W mleku owiec znajdują się proteiny zwalczające pewną odmianę raka. Opracowanie techniki klonowania ma też znaczenie w biotechnologii. Pozwala na stworzenie stada hodowlanego z umiejętnie dobrych osobników.

Prawdo podobnie mało, kto zdaje sobie sprawę, ile ras zwierząt gospodarskich, takich jak bydło, konie, owce, świnie i kozy, już wyginęło lub jest zagrożonych wymarciem. Według listy zagrożonych zwierząt spośród 1433 ras zwierząt gospodarskich, których liczebność populacji jest znana, 390 czyli 27%, jest zagrożone wyginięciem.

Dzięki klonowaniu być może uda się wskrzesić także niektóre już wymarłe gatunki i podgatunki, na przykład bucardo - żyjącego do niedawna w Hiszpanii nominotypowego podgatunku koziorożca pirenejskiego. Ostatni jego przedstawiciel, samica, zginęła na początku ub.r., gdy upadające drzewo zmiażdżyło mu głowę. Naukowcom hiszpańskim udało się na szczęście zachować niektóre z tkanek tego zwierzęcia. Osiągnięcia w klonowaniu stwarzają szansę na zwiększenie liczby osobników, zwłaszcza tych ginących gatunków ssaków, które trudno rozmnażają się w ogrodach zoologicznych. Prawdopodobnie w ten sposób uda się zachować je do chwili odtworzenia ich naturalnych środowisk u przeprowadzenia skutecznej reintrodukcji.
Najistotniejszą zaletą klonowania jest umożliwienie naukowcom wprowadzenie genów do puli genowej gatunków, które liczą już niewiele osobników.

Klonowanie mogłoby być również okazją do otworzenia słynnych postaci historycznych, co przecież byłoby niesamowitym eksperymentem. Byłoby to możliwe wówczas, gdybyśmy mogli pobrać materiał genetyczny ze szczątków zmarłej osoby. Wprawdzie po upływie tysięcy lat DNA pozostaje prawie niezmienione, białka jednak i pozostałe części komórek są całkowicie odwodnione. Mimo to elementy DNA, pobrane z mumii Egipcjan zmarłych przed czterema tysiącami lat, nadawałyby się do klonowania. Podobne szanse mamy w przypadku zwłok zakonserwowanych w lodzie - na przykład mumii znalezionych w grobowcu Peru. Oznacza to, że moglibyśmy otworzyć zmumifikowaną w formalinie egipską księżniczkę. Mogłoby to być niezwykłą okazją do poznania historii.

Pomimo tych wielu zalet klonowanie już zostało zabronione w wielu krajach. Jednym z powodów takiej decyzji może być to, że jak przestrzegają naukowcy 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 ( i nie będzie możliwe przez najbliższe parę lat) ze względu na wysokie koszty. Głównym argumentem przeciwników klonowania jest to, że jak głoszą oficjalne publikacje nie ma fizycznego problemu, sklonować człowieka. Czy mamy prawo ingerować w dzieło stworzenia człowieka, manipulacji jego cechami w celu wytworzenia kopii Religia i moralność zapewne zabrania nam tego.

Jak już wspomniałem można by było narodzić po raz kolejny postacie historyczne. A gdyby ta technologia znalazła się w rękach terrorystów mogło by skończyć tragicznie. Mogliby sklonować Lenina, który mogły doprowadzić nawet do wojny.

I nawet, jeśli klonowanie miało by same zalety to i tak bym nie chciał być sklonowany, ponieważ wole być oryginalny.