O. V. SABLINA,
Kandidát biologických vied, SUSC NSU
KLONOVANIE ZVIERAT
Možno žiadny z úspechov biologická veda nevyvolalo v spoločnosti také intenzívne vášne ako klonovanie cicavcov. Ak niektorí ľudia, biológovia aj tí, ktorí nie sú príbuzní „vedám o živote“, nadšene prijali vznikajúcu, aspoň teoretickú, možnosť ľudského klonovania a sú pripravení klonovať zajtra, potom väčšina laikov na túto možnosť, mierne povedané, reagovala. , veľmi ostražitý.
Búrlivé diskusie v médiách viedli k rozšírenému presvedčeniu medzi obyvateľstvom, že takýto výskum je mimoriadne nebezpečný. Toto značne uľahčili „klony“, ktoré „osídlili“ fikcia a kino. Pred niekoľkými rokmi jedna z pseudovedeckých skupín oznámila svoj zámer klonovať Hitlera, aby ho obesila za jeho zločiny. To zase vyvolalo obavy, že diktátori ako Hitler by si mohli zachovať svoju moc tým, že ju prenesú na svoje klony. Vo väčšine týchto myšlienok sú ľudské klony „falošnými ľuďmi“, hlúpymi a zlými, a klonované zvieratá a rastliny hrozia zničením celej biosféry. Tu treba zvlášť poznamenať, že ľudia si často zamieňajú klonovanie a transgenézu, pričom ide o úplne odlišné veci. Klonovanie sa skutočne používa na získanie transgénnych mnohobunkových zvierat, ale v tomto prípade klonovanie nie je cieľom, ale prostriedkom. Klonovanie bez trans genézy je technika široko používaná v projektoch so širokou škálou cieľov.
Ako oprávnené sú tieto obavy a nádeje? Zdá sa, že je veľmi dôležité vytvoriť si pokojný, vyvážený úsudok, pokiaľ ide o vyhliadky a možné dôsledky týchto štúdií. Aby ste to dosiahli, musíte si zodpovedať niekoľko základných otázok, o čo sa pokúsime.
Čo je teda klonovanie? Ako sa klonujú zvieratá? Prečo to vedci robia? Na čo sa dá použiť technika klonovania zvierat? Je klonovanie ľudí prijateľné?
ČO JE KLON?
Grécke slovo κλ w n
znamená strieľať, strieľať. Teraz sa klony nazývajú jednotlivci zvierat alebo rastlín získané o asexuálna reprodukcia a majú úplne identické genotypy. Klony sú medzi rastlinami veľmi rozšírené – všetky odrody vegetatívne rozmnožovaných kultúrnych rastlín (zemiaky, ovocné a bobuľové rastliny, gladioly, tulipány a pod.) sú klony. V súčasnosti vyvinutá technika mikroklonálneho rozmnožovania umožňuje získať v krátkom čase obrovské množstvo geneticky identických exemplárov aj rastlín, ktoré sa v prirodzených podmienkach vegetatívne nerozmnožujú.U zvierat je tento typ reprodukcie oveľa menej bežný. Napriek tomu je známych viac ako 10 000 druhov mnohobunkových živočíchov, ktoré sa rozmnožujú rozdelením jedného organizmu na dve alebo aj niekoľko častí (autofragmentácia), z ktorých vyrastú plnohodnotné organizmy. Tieto nové organizmy sú tiež klony. Prirodzené klony, ktoré vznikajú oddelením časti buniek tela a vyvinú sa z nich plnohodnotný jedinec, sú charakteristické nielen pre také primitívne živočíchy, akými sú špongie či učebnicová hydra. Aj tieto stačia V skutočnosti sa vysoko organizované zvieratá, ako sú hviezdice a červy, môžu rozmnožovať delením. No stavovcom alebo hmyzu táto schopnosť chýba. Avšak klony, ktoré vznikli prirodzene, sa vyskytujú dokonca aj u cicavcov.
Prírodné klony sú takzvané jednovaječné dvojčatá, ktoré pochádzajú z rovnakého oplodneného vajíčka. K tomu dochádza, keď sa embryo v najskorších štádiách štiepenia rozdelí na samostatné blastoméry a vyvinie sa z každej blastoméry. nezávislý organizmus. Napríklad pásavec americký deväťradý rodí vždy štyri jednovaječné dvojčatá. Rozdelenie embrya v štádiu štyroch blastomér na nezávislé embryá je pre tohto cicavca normálnym javom.
Takéto dvojčatá sú akoby oddelenými časťami jedného organizmu a majú rovnaký genotyp, teda sú to klony.
Monozygotné (alebo identické) dvojčatá u ľudí sú tiež klony. Najväčší známy počet jednovaječných dvojčiat narodených ľuďom je päť. Pravdepodobnosť, že človek bude mať dvojčatá, je nízka - medzi bielymi obyvateľmi Európy a Severnej Ameriky je to v priemere asi 1%. Najvzácnejšia pôrodnosť dvojčiat je v Japonsku. IN africký kmeň V Jorube je výskyt dvojčiat 4,5 % všetkých pôrodov a v niektorých oblastiach Brazílie až 10 %, avšak len malá časť z nich je monozygotná. Sú aj rodiny s genetickou predispozíciou na narodenie dvojčiat, ale aj len dvojvaječné.
Simultánna ovulácia je spôsobená určitou poruchou hormonálneho systému, ktorá môže mať genetický charakter. Dôvod, prečo sa embryo delí a vznikajú jednovaječné dvojčatá u ľudí, nie je známy. Frekvencia tohto javu je asi 0,3% vo všetkých ľudských populáciách.
Veľmi zriedkavo sa stáva, že z nejakého neznámeho dôvodu nie je embryo úplne rozdelené. Potom sa narodia zrastené (alebo skôr nerozdelené) takzvané siamské dvojčatá. Asi štvrtina všetkých jednovaječných dvojčiat sú „zrkadlové“ dvojčatá, napríklad jedno z dvojčiat je ľavák, druhé pravák, jedno má vlasy na temene hlavy natočené v smere hodinových ručičiek, druhé proti smeru hodinových ručičiek, jedno má srdce vľavo a pečeň vpravo, druhý to má naopak. Vedci sa domnievajú, že „zrkadlenie“ dvojčiat je dôsledkom rozdelenia embrya na dostatočne neskoré štádium rozvoj.
Zvieracie a ľudské klony sú teda normálne prírodný úkaz. Táto skutočnosť nám okamžite umožňuje odpovedať na niektoré otázky v súvislosti s klonovaním ľudí: klony sú úplne normálni, plnohodnotní ľudia, odlišní od všetkých ostatnýchiní ľudia len preto, že majú genetického dvojníka. Sú to nezávislé, autonómne organizmy, hoci majú identické genotypy. Preto sú akékoľvek nádeje na dosiahnutie nesmrteľnosti prostredníctvom klonovania úplne neopodstatnené. Z rovnakého dôvodu klony nemôžu niesť žiadnu zodpovednosť za činy spáchané ich „genetickým originálom“.
EXPERIMENTÁLNE KLONOVANIE ZVIERAT
Klonovanie je umelá produkcia klonov zvierat (v prípade klonovania rastlín sa často používajú pojmy „vegetatívne rozmnožovanie“ a „kultúra meristémov“). Keďže vyššie zvieratá sa nedokážu vegetatívne rozmnožovať, na získanie klonu možno v zásade použiť tri metódy:
zdvojnásobiť sadu chromozómov v neoplodnenom vajíčku, čím sa získa diploidné vajíčko, a prinútiť ho, aby sa vyvinul bez oplodnenia;
umelo získať jednovaječné dvojčatá rozdelením embrya, ktoré sa začalo vyvíjať;
odstrániť jadro z vajíčka, nahradiť ho diploidným jadrom somatickej bunky a tiež prinútiť vyvinúť takúto „zygotu“.
Vedci využili všetky tieto tri možnosti na klonovanie zvierat.
Prvú metódu nemožno použiť na všetky zvieratá. Späť v 30. rokoch. XX storočia B.L. Astaurovovi sa podarilo pomocou tepelných efektov aktivovať neoplodnené vajíčko priadky morušovej pre vývoj a zároveň zablokovať prechod prvého meiotického delenia. Prirodzene, jadro zostalo diploidné. Vývoj takéhoto diploidného vajíčka končí vyliahnutím lariev, ktoré presne opakujú genotyp matky. Prirodzene, získali sa len samice. Chov samíc sa, žiaľ, ekonomicky nevypláca, keďže pri vyššej spotrebe potravy produkujú kukly horšej kvality. V.A. Strunnikov vylepšil túto metódu vyvinutím metódy na získanie klonov priadky morušovej pozostávajúcej iba z jedincov mužského pohlavia. Na to bolo jadro vajíčka vystavené gama lúčom a vysokej teplote. To spôsobilo, že jadrá neboli schopné oplodnenia. Jadro spermie, ktoré preniklo do takéhoto vajíčka, sa zdvojnásobilo a začalo sa deliť. To viedlo k vývoju samca, ktorý opakoval genotyp otca. Je pravda, že výsledné klony sú nevhodné pre priemyselnú serikultúru, ale používajú sa pri šľachtení na dosiahnutie efektu heterózy. To umožňuje výrazne urýchliť a uľahčiť produkciu mimoriadne produktívneho potomstva. Teraz sú tieto metódy široko používané v serikultúre v Číne a Uzbekistane.
Žiaľ, úspech s priadkou morušovou je výnimkou – týmto spôsobom nie je možné získať klony od iných zvierat. Výskumníci sa pokúsili odstrániť jeden z pronukleov z oplodneného vajíčka a zdvojnásobiť počet chromozómov druhého tým, že ich ošetrili látkami, ktoré ničia vretienkové mikrotubuly. Výsledné diploidné bunky boli homozygotné pre všetky gény (obsahujúce buď dva materské alebo dva otcovské genómy). Takéto zygoty sa začali fragmentovať, ale vývoj sa zastavil skoré štádium a ukázalo sa, že je nemožné týmto spôsobom získať klony cicavcov. Uskutočnili sa pokusy transplantovať pronukleá z jedného oplodneného vajíčka do druhého. Ukázalo sa, že takto získané embryá sa vyvíjali normálne len vtedy, ak jedno pronukleus bolo jadrom vajíčka a druhé spermie. Tieto experimenty ukázali, že normálny vývoj embryí cicavcov si vyžaduje dva rôzne genómy – materský a otcovský. Faktom je, že pri tvorbe zárodočných buniek prebieha genomický imprinting – metylácia úsekov DNA, čo vedie k vypínaniu metylovaných génov. Toto vypnutie zostáva doživotne. Keďže v mužských a ženských zárodočných bunkách sú vypnuté rôzne gény, pre normálny vývoj tela sú potrebné oba genómy – musí existovať jedna pracovná kópia génu.
Druhý spôsob - delenie embrya v raných štádiách štiepenia - sa v embryológii používa už veľmi dlho, aj keď hlavne pre morských ježkov a žaby. Práve týmto spôsobom boli získané údaje o schopnosti blastomérov izolovaných z embrya dať vznik plnohodnotnému organizmu. Klony jednovaječných dvojčiat cicavcov boli získané oveľa neskôr, ale pri selekcii hospodárskych zvierat na získanie veľkého počtu potomkov od obzvlášť cenných rodičov sa už používa umelá separácia embryí a ich následná implantácia do „náhradných matiek“. V roku 1999 bola pomocou tejto metódy klonovaná opica. Hnojenie sa uskutočnilo in vitro. Embryo v osembunkovom štádiu bolo rozdelené na štyri časti a každá dvojbunková časť bola implantovaná do maternice inej opice. Tri embryá sa nevyvinuli, no zo štvrtého sa narodila opica, ktorá dostala meno Tetra (Štvrťrok).
Najznámejšie klonované zviera, ovca Dolly, bolo klonované treťou metódou – prenosom genetického materiálu somatickej bunky do vaječnej bunky bez vlastného jadra.
Metóda prenosu jadra bola vyvinutá už v 40. rokoch. XX storočia Ruský embryológ G.V. Lopašov, ktorý pracoval so žabími vajíčkami. Je pravda, že dospelé žaby nedostal. Neskôr sa Angličanovi J. Gurdonovi podarilo prinútiť žabie vajíčka s cudzím jadrom, aby sa vyvinuli na dospelých jedincov. Bol to vynikajúci úspech – veď do vajíčka transplantoval jadrá diferencovaných buniek dospelého organizmu. Použil bunky plávajúcej membrány a bunky črevného epitelu. Ale nie viac ako 2% takýchto vajec sa vyvinulo do dospelosti a žaby, ktoré z nich vyrástli, sa líšili menšie veľkosti a znížená vitalita v porovnaní s ich normálnymi rovesníkmi.
Transplantácia jadra do cicavčieho vajíčka je oveľa náročnejšia, keďže je asi 1000-krát menšie ako žabie vajce. V 70. rokoch 20. storočia u nás v Ústave cytológie a genetiky v Novosibirsku sa o to pokúsil na myšiach úžasný vedec L.I. Korochkin. Žiaľ, v jeho práci sa pre problémy s financovaním nepokračovalo. Zahraniční vedci pokračovali vo výskume, no operácia nukleárnej transplantácie sa ukázala byť pre myšie vajíčka príliš traumatická. Preto sa experimentátori vybrali inou cestou – jednoducho začali spájať vajíčko bez vlastného jadra s celou neporušenou somatickou bunkou.
Skupina výskumníkov z Rosslynského inštitútu v Škótsku vedená J. Wilmutom, ktorý klonoval Dolly, použila na spojenie buniek elektrický impulz. Odstránili jadrá zo zrelých vajíčok, potom pomocou mikro pipety zaviedli somatickú bunku izolovanú z mliečnej žľazy ovce pod membránu vajíčka. Pomocou elektrického výboja sa bunky spojili a podnietilo sa v nich delenie. Potom, po 6-dňovej kultivácii v umelých podmienkach, bolo embryo, ktoré sa začalo vyvíjať v štádiu morula, implantované do maternice špeciálne upravenej ovce iného plemena (fenotypicky dobre odlišnej od darcu genetického materiálu). Narodenie ovečky Dolly sa stalo obrovskou senzáciou a niektorí vedci pochybovali, že ide skutočne o klon. Špeciálne štúdie DNA však ukázali, že Dolly je skutočný klon.
Následne sa zlepšila technika klonovania cicavcov. Skupine vedcov z univerzity v Honolulu pod vedením Riuza Yanagimachiho sa pomocou mikropipety, ktorú vynašli, podarilo preniesť jadro somatickej bunky priamo do vajíčka. To im umožnilo zaobísť sa bez elektrického impulzu, ktorý nebol pre živé bunky ani zďaleka bezpečný. Okrem toho používali menej diferencované bunky - boli to kumulové bunky (somatické bunky obklopujúce vajíčko a sprevádzať ju pri pohybe cez vajcovod). Doteraz boli pomocou tejto metódy klonované iné cicavce – krava, prasa, myš, mačka, pes, kôň, mulica, opica.
PREČO KLONOVAŤ ZVIERATÁ?
Napriek obrovskému pokroku zostáva klonovanie cicavcov zložitým a nákladným postupom. Prečo vedci nezastavia tieto experimenty? V prvom rade preto, že je to... zaujímavé. A nie je len zvedavé, či to vyjde alebo nie, už teraz je jasné, čo sa stane. Klonovanie cicavcov je mimoriadne dôležité pre základnú vedu. Ide o jedinečný nástroj, ktorý vám umožní preskúmať jednu z najzložitejších a najzaujímavejších otázok biológie – ako a akými spôsobmi sú informácie zaznamenané sekvenciou nukleotidov v DNA implementované v dospelom jedinečnom organizme, ako presná interakcia tisícov génov, z ktorých každý sa „zapne“ a „vypne“ „presne v čase a v bunke, kde je to potrebné. Je známe, že niektoré gény fungujúce v najskorších štádiách embryogenézy sú počas ďalšieho vývoja a diferenciácie buniek nenávratne vypnuté.
Ako sa to stane? Je možné prinútiť diferencovanú bunku, aby podstúpila reverznú diferenciáciu? Vo všeobecnosti nie je možné odpovedať na poslednú otázku bez klonovania. Samotná skutočnosť, že klonovanie cicavcov je úspešné, naznačuje, že je možná reverzná diferenciácia. Nie všetko je však také jednoduché. Zvieratá sú často klonované z nediferencovaných embryonálnych kmeňových buniek alebo z buniek kumulu. V iných prípadoch sa mohli použiť aj kmeňové bunky. Najmä ovca Dolly bola naklonovaná z bunky mliečnej žľazy gravidnej ovce a počas gravidity sa vplyvom hormónov začnú množiť kmeňové bunky mliečnej žľazy, takže je pravdepodobné, že experimentátori zaberú presne kmeňová bunka, stúpa. Verí sa, že presne to sa stalo Dolly. To môže vysvetľovať aj veľmi nízku efektivitu klonovania – veď kmeňových buniek je v tkanive málo.
Ale, samozrejme, ak by metóda klonovania nemala jasne viditeľné praktické výsledky, výskum by nebol taký intenzívny. Aký druh praktické využitie možno z klonovaných zvierat? Po prvé, klonovanie vysoko produktívnych domácich zvierat môže byť použité na získanie veľkého množstva elitných kráv, cenných kožušinových zvierat, športových koní atď. v krátkom čase. Niektorí vedci sa domnievajú, že klonovanie nebude nikdy široko používané v chove zvierat, pretože postup je taký drahý. Podmienkou výberu bola navyše vždy genetická diverzita, pričom klonovanie replikáciou jedného genotypu túto diverzitu zužuje. Avšak, keďže sexuálnej reprodukcie klonovanie nevyhnutne spojené s rekombináciou, ktorá ničí kombinácie alel, môže pomôcť zachovať jedinečné genotypy. Klonovanie delením embryí, ktoré sa začali fragmentovať, sa už používa pri selekcii veľkých dobytka.
Vedci vkladajú zvláštne nádeje do klonovania divokých zvierat, ktorým hrozí vyhynutie. Už sa vytvárajú „mrazené zoologické záhrady“ - vzorky buniek takýchto zvierat, skladované zmrazené pri teplote tekutého dusíka (-196 ° C). V Amerike sa už narodili dve teľatá divokého býka bantengského, klonované z buniek zvieraťa, ktoré zomrelo v roku 1980. Jeho bunky boli zmrazené a uskladnené v tekutom dusíku viac ako 20 rokov. Naklonovaný bol aj ďalší druh divokého býka, gaur, európska divoká ovca a divoké africké stepné mačky.
Klonovanie mačiek je obzvlášť zaujímavý a dôležitý experiment uskutočnený v Audubon Institute of Nature (USA). Tam boli získané dva samičie klony od jednej darcovskej mačky a jeden samčí klon od mačky menom Jazz. Jazz zase vznikol z embrya, ktoré bolo 20 rokov držané zmrazené v tekutom dusíku, a potom bolo prenesené do termínu a normálne sa narodilo. domáca mačka. V roku 2005 obe klonované mačky spolu porodili osem mačiatok. Otcom všetkých ôsmich bol klonovaný kocúr Jazz. Táto skúsenosť ukázala, že klony boli schopné normálnej reprodukcie. Malo by sa však chápať, že je nepravdepodobné, že by klonovanie „vzkriesilo“ vyhynutý druh. Môže však pomôcť zachovať genofond, ak sa výsledné klony použijú pri krížení so zvieratami chovanými v zoologických záhradách. Toto použitie klonov môže pomôcť vyhnúť sa negatívne dôsledky inbríding, ktorý je nevyhnutný pri malom počte druhov.
Tu by sa malo povedať o nádeji na klonovanie už vyhynutých zvierat - mamuta, tasmánskeho vačkovca, zebry quagga. Optimisti naznačujú, že je možné použiť DNA týchto zvierat, zachovanú buď v permafroste alebo v konzervovanom tkanive. Pokus o naklonovanie tasmánskeho vlka vačnatého, ktorého posledný exemplár uhynul v zoologickej záhrade v roku 1936, však zlyhal. Nie je to prekvapujúce, keďže vedci nemali k dispozícii žiadne živé bunky, ale iba vzorky tkaniva uložené v alkohole. DNA z nich bola izolovaná, ale ukázalo sa, že je príliš poškodená a v súčasnosti existujúce metódy neumožňujú klonovanie zvierat“) bez dostatočného počtu živých buniek. Z rovnakého dôvodu je nepravdepodobné, že sa niekedy podarí naklonovať mamuta. V každom prípade všetky pokusy o kultiváciu mamutích buniek, ktoré ležali tisícročia v permafroste, boli neúspešné. Navyše si treba uvedomiť, že aj keby sa podarilo získať a vypestovať jeden klon mamuta alebo kvagy, nebolo by to vzkriesenie druhu. Nie je možné získať druh z jedného alebo dokonca niekoľkých exemplárov. Predpokladá sa, že na udržateľnú existenciu a reprodukciu druhu je potrebných aspoň niekoľko stoviek jedincov. Preto je fosílna DNA alebo DNA z tkanív konzervovaných v alkohole dostatočná na analýzu alebo dokonca transgenézu, ale nestačí na klonovanie. Aj keď sú známe prípady, že druh prežil po katastrofálnom poklese počtu. Jedným z takýchto druhov je gepard. Genetická analýza ukazuje, že v jeho histórii existoval bod, keď jeho populácia bola 7-10 jedincov. Gepardy síce prežili, ale následky príbuzenského kríženia zostali – častá neplodnosť, mŕtvo narodené deti a iné ťažkosti s reprodukciou. Ďalším takýmto druhom je človek. V evolučnej histórii človeka boli najmenej dve epizódy prechodu prudký pokles počet druhov a pre amerických Indiánov ešte viac (osídlenie Ameriky prišlo z východnej Sibíri pozdĺž Beringovej šije vo veľmi malých skupinách - 7-10 ľudí). Preto je ľudská genetická diverzita malá, čo má za následok fenotypovú diverzitu – mnohé gény sú v homozygotnom stave.
Samozrejme, klonovanie je nevyhnutnou metódou na získanie transgénnych zvierat. Hoci sa používajú aj iné spôsoby produkcie transgénnych zvierat, práve klonovanie umožňuje získať zvieratá s požadovanými vlastnosťami pre praktické potreby. V tom istom Roslinovom inštitúte v Edinburghu, kde sa Dolly narodila, boli získané klonované ovce Polly a Molly. Na ich klonovanie sa použili geneticky modifikované bunky, kultivované v umelé podmienky. Tieto bunky okrem zvyčajných ovčích génov niesli ľudský gén pre faktor IX zrážania krvi.
Genetický konštrukt obsahoval promótor exprimovaný v bunkách mliečnej žľazy. Preto sa proteín kódovaný týmto génom vylúčil do mlieka. Polly bola prvým transgénnym cicavcom, ktorý bol klonovaný. Jej narodenie otvorilo nové perspektívy v liečbe niektorých ľudských chorôb. Mnohé choroby totiž súvisia s nedostatkom určitého proteínu – faktora zrážanlivosti alebo hormónu. Doteraz sa takéto lieky dali získať len z darcovskej krvi. Ale množstvo hormónu v krvi je veľmi malé! Okrem toho je používanie krvných produktov plné infekčných chorôb - nielen AIDS, ale aj vírusovej hepatitídy, ktoré nie sú menej nebezpečné. A transgénne zvieratá môžu byť starostlivo vybrané a testované a chované na tých najčistejších alpských pastvinách. Vedci vypočítali, že na poskytnutie liečivého proteínu všetkým (!) pacientom s hemofíliou na Zemi bude potrebné nie príliš veľké stádo transgénnych zvierat - 35-40 kráv. Zároveň je potrebné vykonať transgenézu a klonovanie iba dvoch zvierat - samice a samca, a tie, ktoré sa prirodzene rozmnožujú, odovzdajú požadovaný gén svojim potomkom. Navyše, keďže u samcov gén v mliečnej žľaze nefunguje vôbec a u samíc funguje iba počas laktácie a produkt sa okamžite vylučuje z tela s mliekom, tento cudzí gén nepredstavuje pre zvieratá žiadne nepríjemnosti ani nežiaduce následky. . Teraz sa ako takéto bioreaktory používajú ovce, kozy, králiky a dokonca aj myši. Pravdaže, kravy produkujú podstatne viac mlieka, ale aj oveľa pomalšie sa rozmnožujú a začínajú laktovať neskôr. Existujú aj iné možnosti použitia transgénnych klonov na vedecké aj praktické účely, ale tým sa tu nebudeme zaoberať.
ŤAŽKOSTI A PROBLÉMY VZNIKAJÚCE PRI Klonovaní Cicavcov
Napriek pôsobivým úspechom sa zatiaľ nedá povedať, že by sa klonovanie stalo bežnou laboratórnou technikou. Toto je stále veľmi zložitý postup, ktorý často nevedie k očakávanému výsledku. Aké ťažkosti vznikajú pri klonovaní zvierat?
V prvom rade ide o nízku efektivitu klonovania. Postupy používané pri klonovaní cicavcov sú pre bunky veľmi traumatické. Nie všetky bunky ich dokážu bezpečne prežiť. Nie všetky embryá, ktoré sa začnú vyvíjať, prežijú do narodenia. Na získanie Dolly teda bolo treba operovať 40 oviec na extrakciu vajec (pozri obr. 5). Zo 430 vajíčok sa získalo 277 diploidných „zygotov“, z ktorých sa len 29 začalo vyvíjať a boli implantované „náhradným“ matkám. Z nich sa do narodenia dožilo len jedno embryo – Dolly. Bolo to na získanie klonovaného koňa Promethea Asi 840 embryí bolo „skonštruovaných“, z ktorých iba 17 sa vyvinulo natoľko, aby sa dali implantovať „matkám“. Štyri z nich sa začali vyvíjať, ale iba jeden Promethea prežil do narodenia.
Ďalším veľkým problémom je zdravie narodených klonov. Spravidla sa pri hlásení narodenia ďalšieho klonu zdôrazňuje jeho výborný zdravotný stav. Mnohé klonované zvieratá, ktoré boli pri narodení úplne zdravé, sa totiž dožili dospelosti a porodili normálne potomstvo. Neskôr však preukázali porušenia zo strany rôznych systémov orgánov. Dolly sa teda narodila zdravá a porodila niekoľko zdravých jahniat, no potom začala rýchlo starnúť a žila o polovicu dlhšie ako obyčajná ovca. Transgénne Polly a Molly, tiež klonované v Roslynskom inštitúte, žili ešte kratšie. Klonované stepné mačky sa úspešne rozmnožili. Pravda, zatiaľ neexistujú žiadne údaje o ich očakávanej dĺžke života. Ale gaurský býk, ktorý sa pri narodení tiež zdal zdravý, žil len dva dni kvôli črevnej chorobe. Otázku zdravia klonov ešte nemožno považovať za definitívne vyriešenú - výsledky rôznych výskumníkov sú protichodné. Podľa niektorých údajov majú mnohé klony slabú imunitu, sú náchylné na prechladnutie a gastrointestinálne ochorenia a starnú 2-3 krát rýchlejšie ako ich genetickí rodičia. Výskum japonských vedcov ukázal, že fungovanie približne 4 % génov u klonovaných myší je vážne narušené.
Ale možno najviac znepokojujúce bolo, že klony môžu byť celkom odlišné od originálu. Tiež V.A. Strunnikov ďalej priadka morušová zistilo sa, že napriek rovnakým genotypom sa členovia toho istého klonu ukázali byť rozdielni v mnohých charakteristikách. V niektorých klonoch sa táto diverzita ukázala byť ešte väčšia ako v bežných, geneticky heterogénnych populáciách. Pred pár rokmi sa v USA narodila ďalšia klonovaná mačka, ktorá dostala meno Sisi (Cs, CopyCat). Jej genetická matka bola kaliko mačka Rainbow (Dúha). Ukázalo sa, že Sisi je iná ako jej matka - dvojfarebná. Analýza DNA však ukázala, že je skutočne klonom Rainbow. Rozdiely sú spôsobené tým, že gén červenej farby sa nachádza na X chromozóme. U žien sa jeden z chromozómov X inaktivuje na začiatku embryogenézy. X chromozómy sú inaktivované náhodne; U heterozygotnej mačky sú tie bunky, kde je inaktivovaný „nie červený“ chromozóm X, červené. Klon bol získaný z jedinej somatickej bunky, v ktorej už bol jeden z chromozómov X inaktivovaný. Ukázalo sa, že Sisiin „červený“ chromozóm X bol inaktivovaný. U cicavcov obsahuje chromozóm X asi 5 % všetkých génov a klony sa môžu navzájom líšiť v dosť veľkom počte charakteristík. Mimochodom, tento jav je známy aj pre prirodzené klony – jednovaječné dvojčatá. Boli popísané dve sestry – jednovaječné dvojčatá, z ktorých jedna bola zdravá a druhá mala hemofíliu. Je známe, že hemofília sa u žien vyskytuje extrémne zriedkavo, iba v prípade homozygotov™. U heterozygotov je približne polovica „zdravých“ X chromozómov inaktivovaná, ale zvyšná polovica postačuje na normálne zrážanie krvi. Spomínané dvojčatá zrejme vznikli v dôsledku delenia embrya v štádiu, keď už boli inaktivované chromozómy X a u jednej zo sestier bol normálny chromozóm inaktivovaný vo všetkých bunkách tela. Výsledkom bol rozvoj ochorenia u heterozygota.
Rozdielnosť klonov môže mať aj iné dôvody. Všetky umelo vyrobené klonované embryá sa nevyvíjajú za rovnakých podmienok ako pôvodné. Iní sú vek náhradnej matky, jej hormonálny stav, výživa atď. A tieto faktory sú počas embryogenézy veľmi dôležité. Príčinou rozdielov medzi klonom a originálom môžu byť aj variácie vo fenotypovom prejave génov (expresivita a penetrácia), rozdiely v mitochondriálnom genóme (klony nemajú rovnaké mitochondrie ako originál), rozdiely vo vzorci inaktivácia (imprinting) niektorých génov v embryogenéze, neodstrániteľné rozdiely v jadrách somatických a zárodočných buniek (napríklad neúplná dediferenciácia jadra somatických buniek umiestneného vo vajíčku).
PROBLÉM ĽUDSKÉHO KLONOVANIA
Práve možnosť umelého klonovania ľudí vyvolala v spoločnosti silné emócie. Počet najpolárnejších vyhlásení (ich rozsah od „do konca budúceho storočia bude populácia planéty pozostávať z klonov“ až po „nejaký druh sci-fi románu, zaujímavý, ale absolútne nereálny“) je nevyčísliteľný. Niektorí ľudia sa už rozhodli udržať svoje bunky v stave hlbokého zmrazenia, aby po vypracovaní techniky klonovania mohli byť vzkriesené ako klon, čím si zabezpečia nesmrteľnosť. Iní uvažujú o prekonaní neplodnosti klonovaním alebo pestovaním „náhradných dielov“ pre seba – orgánov na transplantáciu. Iní chcú ľudstvu prospieť tým, že ho zaplnia klonmi géniov. Ako oprávnené sú tieto hodnotenia a snahy? Pokúsme sa pokojne, „bez hnevu alebo zaujatosti“ odpovedať na niektoré otázky, ktoré vyvstávajú v súvislosti s pojmom „klonovanie ľudí“.
Otázka jedna: Je možné klonovanie ľudí? Odpoveď je jasná: áno, samozrejme, je to technicky možné.
Otázka druhá: prečo klonovať človeka? Existuje niekoľko odpovedí s rôznym stupňom realizmu:
1. Dosiahnutie osobnej nesmrteľnosti. O tejto perspektíve netreba vážne diskutovať o absurdnosti týchto nádejí.
2. Rastúcich brilantných jedincov. Hlavnou pochybnosťou je: budú skvelé? Táto vlastnosť je príliš zložitá a hoci genetická zložka pri jej formovaní je nepochybná, veľkosť tejto zložky sa môže meniť a vplyv environmentálnych faktorov môže byť veľký a nepredvídateľný. A - dôležitá otázka- budú vďační tým, ktorí vytvorili svojich dvojníkov, porušujúc prirodzené ľudské právo na vlastnú jedinečnosť? Koniec koncov, jednovaječné dvojčatá majú niekedy problémy spojené s týmto aspektom.
3. Vedecký výskum. Je pochybné, že existujú nejaké vedecké problémy, ktoré by sa dali vyriešiť výlučne pomocou ľudských klonov (o etických aspektoch o tom trochu neskôr).
4. Použitie klonovania na lekárske účely. Práve o tomto probléme by sa malo vážne diskutovať.
Predpokladá sa, že klonovaním možno prekonať neplodnosť – ide o takzvané reprodukčné klonovanie. Neplodnosť je skutočne mimoriadne dôležitý problém, mnohé bezdetné rodiny súhlasia s najdrahšími procedúrami, aby mohli mať dieťa.
Vynára sa však otázka – čo zásadne nové môže poskytnúť klonovanie v porovnaní napr. mimotelové oplodnenie pomocou darcovských zárodočných buniek? Úprimná odpoveď by bola nič. Klonované dieťa nebude mať genotyp, ktorý je kombináciou genotypov manžela a manželky. Geneticky bude takéto dievča jej monozygotnou sestrou Nebude mať gény svojej matky ani gény svojho otca. Rovnakým spôsobom bude klonovaný chlapec svojej matke geneticky cudzí. Inými slovami, bezdetná rodina nebude môcť získať úplne geneticky „vlastné“ dieťa pomocou klonovania, rovnako ako pri použití darcovských zárodočných buniek („deti zo skúmavky“ získané pomocou vlastných zárodočných buniek manžela a manželky sa geneticky nelíšia od „obyčajné“ „deti“). A prečo v tomto prípade taký zložitý a hlavne veľmi riskantný zákrok? A ak si pamätáte, aká je účinnosť klonovania, predstavte si, koľko vajíčok je potrebné získať, aby sa narodil jeden klon, ktorý navyše môže byť chorý, so skrátenou dĺžkou života, koľko embryí, ktoré už začali naživo zomrie, potom sa vyhliadka na ľudské reprodukčné klonovanie stane desivou. Vo väčšine krajín, kde je klonovanie ľudí technicky možné, je reprodukčné klonovanie zakázané zákonom.
Terapeutické klonovanie zahŕňa získanie embrya, jeho pestovanie do veku 14 dní a následné použitie embryonálnych kmeňových buniek na liečebné účely. Vyhliadky na liečbu pomocou kmeňových buniek sú ohromujúce – vyliečenie mnohých neurodegeneratívnych chorôb (napríklad Alzheimerova, Parkinsonova choroba), obnovenie stratených orgánov a s klonovaním transgénnych buniek aj liečba mnohých dedičných chorôb. Ale priznajme si to: v skutočnosti to znamená vychovať brata alebo sestru a potom ich zabiť, aby sa ich bunky použili ako liek. A ak nie je zabité novonarodené dieťa, ale dvojtýždňové embryo, na situácii to nič nemení. A hoci obmedzené používanie terapeutického klonovania nie je vo väčšine krajín zakázané, je zrejmé, že ľudstvo pravdepodobne nepôjde touto cestou. Vedci preto hľadajú iné spôsoby, ako získať kmeňové bunky.
S cieľom získať ľudské embryonálne kmeňové bunky čínski vedci vytvorili hybridné embryá klonovaním jadier ľudských kožných buniek do králičích vajec. Takýchto embryí bolo získaných viac ako 100, ktoré sa niekoľko dní vyvíjali v umelých podmienkach a následne z nich boli získané kmeňové bunky. Nevyhnutne sa vynára otázka, čo by sa stalo, keby sa takéto embryo vložilo do maternice náhradnej matky a dostalo sa mu príležitosť na vývoj. Experimenty s inými živočíšnymi druhmi naznačujú, že je nepravdepodobné, že by sa vyvinul životaschopný plod. Vedci dúfajú, že tento spôsob získavania kmeňových buniek bude eticky prijateľnejší ako klonovanie ľudských embryí.
Ale našťastie sa ukazuje, že embryonálne kmeňové bunky sa dajú získať oveľa jednoduchšie, bez toho, aby sa uchyľovali k eticky pochybným manipuláciám. Každý novorodenec má vo svojom pupočníkovej krvi obsahuje pomerne veľa kmeňových buniek. Ak sa tieto bunky izolujú a potom uchovávajú zmrazené, môžu sa v prípade potreby použiť. Teraz je možné vytvoriť takéto banky kmeňových buniek. Treba však mať na pamäti, že kmeňové bunky môžu stále predstavovať prekvapenia, vrátane nepríjemných. Najmä existujú dôkazy, že kmeňové bunky môžu ľahko získať malígne vlastnosti. S najväčšou pravdepodobnosťou je to spôsobené tým, že v umelých podmienkach sú odstránené z prísnej kontroly tela. Ale kontrola „sociálneho správania“ buniek v tele je nielen prísna, ale aj veľmi zložitá a viacúrovňová. Ale, samozrejme, možnosti využitia kmeňových buniek sú také pôsobivé, že výskum v tejto oblasti a vyhľadávania dostupný zdroj kmeňové bunky budú pokračovať.
A nakoniec posledná otázka: je klonovanie ľudí prijateľné?
Samozrejme, ľudské klonovanie je určite neprijateľné, kým sa neprekonajú technické ťažkosti a nízka efektivita klonovania a kým nebude zaručená normálna životaschopnosť klonov. Napriek tomu, že sa z času na čas objavia správy, že sa niekde narodili klonované deti, dodnes neexistuje jediný zdokumentovaný spoľahlivý prípad úspešného klonovania ľudí. Senzačná správa o klonovaní ľudských embryí s veľmi vysokou účinnosťou od juhokórejského vedca Woo-Suk Hwana sa nepotvrdila; Kým sa klonovanie stane rutinným a bezpečným postupom, musí prejsť ešte dlhá cesta. Zmysel otázky je iný – je klonovanie ľudí v zásade prípustné? Aké dôsledky môže mať použitie tohto spôsobu rozmnožovania?
Jedným z veľmi reálnych dôsledkov klonovania môže byť porušenie pomeru pohlaví u potomstva. Nie je žiadnym tajomstvom, že veľmi veľa rodín v mnohých krajinách by chcelo mať radšej chlapca ako dievča. Už v Číne viedla možnosť prenatálnej diagnostiky pohlavia a antikoncepčné opatrenia k situácii, keď v niektorých oblastiach medzi deťmi výrazne prevládajú chlapci. Čo budú títo chlapci robiť, keď príde čas na založenie rodiny?
Ďalší negatívny dôsledok široké uplatnenie klonovanie – zníženie ľudskej genetickej diverzity. Je to už malé - podstatne menej ako napríklad aj u tak malých druhov ako sú veľké opice. Dôvod toho - prudký pokles veľkosť populácie druhu, ktorá sa vyskytla najmenej dvakrát za posledných 200 tisíc rokov. Dôsledkom je veľké množstvo dedičných chorôb a defektov spôsobených prechodom mutantných alel do homozygotného stavu. Ďalší pokles diverzity by mohol ohroziť existenciu ľudí ako druhu. Pravda, spravodlivo by sa malo povedať, že také široké rozšírenie klonovania by sa sotva dalo očakávať ani v ďalekej budúcnosti.
Nakoniec by sme nemali zabúdať na dôsledky, ktoré ešte nedokážeme predvídať.
Na záver musím povedať toto. Rýchly rozvoj biológie a medicíny vyvolal pre človeka mnoho nových otázok, ktoré tu nikdy predtým nevznikli a ani nemohli vzniknúť – prípustnosť klonovania či eutanázie; možnosti resuscitácie vyvolali otázku hranice medzi životom a smrťou; hrozba preľudnenia Zeme si vyžaduje kontrolu pôrodnosti. Ľudstvo sa s takýmito problémami nikdy nestretlo, a preto si nevypracovalo žiadne etické usmernenia týkajúce sa nich. Preto teraz nie je možné dať jasné a presné odpovede na to, čo je možné a čo nie. Treba si uvedomiť ešte jednu vec: niektoré diela môžete legálne zakázať, ale ľudská povaha je taká, že ak je niečo (napríklad klonovanie ľudí) technicky možné, skôr či neskôr sa to aj napriek akýmkoľvek zákazom podarí. Preto je potrebná široká diskusia o takýchto problémoch, aby sa vytvoril uvedomelý postoj k problémom, na ktoré v súčasnosti nie je možné dať jednoznačnú odpoveď.
"Biológia pre školákov". - 2014. - č. 1. - s. 18-29.
I. KLONOVANIE – ETICKÝ PROBLÉM
Klonovací mechanizmus ako postup genetického inžinierstva vo všeobecnosti nie je príliš zložitý. Bežná bunka živého organizmu, bez toho, aby sme zachádzali do detailov, je takzvaná cytoplazma, v ktorej pláva jadro. Jadro obsahuje vývojový program tela - súbor génov prijatých od rodičov. Zárodočné bunky, na rozdiel od iných buniek tela, sú len polovičné. Ženské vajíčko, schopné produkovať embryo, teda pred oplodnením obsahuje neúplnú sadu génov, vo svojom jadre nie je žiadna mužská sada génov, presnejšie povedané, chromozómy. Táto okolnosť naznačila genetikom pomerne jednoduchú experimentálnu schému
Z reprodukčného vajíčka zvieraťa sa odoberie jadro a namiesto neho sa zavedie jadro z akejkoľvek obyčajnej (nesexuálnej) bunky organizmu darcu. Takéto jadro obsahuje kompletnú genetickú informáciu o svojom tele a teraz, ak umelo vytvorenú bunku (cytoplazma z jedného organizmu a jadro z druhého) sa zasadí do reprodukčného orgánu adoptívnej matky, potom organizmus z nej narodený bude genetickou kópiou (klonom) toho, z ktorého bolo jadro odobraté. Takýmto produktom ľudských rúk bola ovca Dolly, o ktorej sa už veľa napísalo a povedalo. Jeho tvorcami je skupina biológov vedená Ianom Wilmutom z Roslyn Institute v Edinburghu (Škótsko).
Samozrejme, ide o veľký vedecký úspech. Hodnota vyvinutej metodiky je v tom, že otvorila možnosť prvotného posúdenia originality a užitočnosti už vytvoreného organizmu a následne rozhodnutia o vhodnosti vytvorenia identickej kópie. Predtým bola táto technika použiteľná len na vytváranie kópií embryí, teda na vývoj hodnotných organizmov; čo nebolo jasné. Prvá publikácia v časopise Nature však nedáva konečnú odpoveď na otázku: je možné získať kópie založené na bunkách (jadrách) dospelého organizmu. Jednak je popísaný jediný pozitívny výsledok, ktorý zatiaľ nepotvrdili ani samotní autori, ani nikto iný. Po druhé, článok neodpovedá na množstvo ďalších otázok. A hlavne: autori práce nevedia s určitosťou povedať, z ktorého jadra bola Dolly bunka získaná. Na klonovanie sme odobrali bunky z epitelu mliečnej žľazy, teda vemena dospelej gravidnej ovce. Môže ísť o veľmi špecifickú a vzácnu bunku v tele, ktorá sa objavuje v mliečnej žľaze počas tehotenstva. Treba mať tiež na pamäti, že produkcia Dolly z jadra somatickej bunky (ak k tomu naozaj došlo) výrazne mení naše chápanie mechanizmov vývoja organizmov a zmien v genetickom materiáli sprevádzajúcich tento proces. Prinajmenšom donedávna sa verilo, že rôzne druhy mutácií, ktoré sa hromadia v genóme, by mali zasahovať do procesu klonovania.
Rekonštrukcia, technicky nie zložitá operácia, najčastejšie vykonávané bežnými mechanickými nástrojmi, len veľmi malými. Vyžaduje si to však veľa skúseností a zručností. Koniec koncov, veľkosť bunky je pomerne malá - do 1020 mikrónov a jadro je ešte menšie. Škótski experimentátori použili najmä elektrický výboj na spojenie jadra a vajíčka. V iných fázach experimentu existujú určité jemnosti. Ale sú technicky prekonateľné.
Stále nie je možné s istotou povedať, nakoľko spoľahlivý je navrhovaný prístup. Wilmut vykonal asi 300 jadrových transplantácií z epiteliálnych buniek, ale získala sa len jedna normálna dospelá ovca, geneticky podobná jadrovému darcovi. Nedá sa vylúčiť, že po tejto ceste s ďalšími stovkami transplantácií nebude možné získať ani jednu kópiu. Je alarmujúce, že okolo tohto diela je príliš veľký humbuk. Je možné, že je v tom prvok sebapropagácie.
Skúsenosti s Dolly ukázali, že v dospelom organizme môžu byť jednotlivé bunky zachované a môže sa z nich vyvinúť celý živý organizmus. A hlavné bude hľadanie týchto špecifických buniek. Pri posudzovaní budúcich vyhliadok na klonovanie treba mať na pamäti ešte jeden problém: génové kópie možno odstaviť len asexuálne. Nedá sa tiež vylúčiť, že výsledná genetická kópia nebude vôbec schopná splodiť potomstvo. Možno si však predstaviť, že v budúcnosti bude možné pomocou dobre zavedenej a lacnej technológie klonovania získať stáda elitných oviec a kráv. Pravdepodobne tak bude možné napraviť situáciu s ohrozenými druhmi zvierat zapísanými v Červenej knihe, napríklad transplantáciou jadra zamrznutej mamutej bunky do vajíčka slona zo zoologickej záhrady. V Rusku už dlho existujú špecialisti, ktorí sú potenciálne schopní riešiť problémy embryogenetiky. Žiaľ, v posledných rokoch mnohí z nich pracujú v zahraničí a, mimochodom, sú tam veľmi cenení. A predsa máme v tomto smere isté úspechy, ktoré sú spojené predovšetkým s prenosom génov v jadrách zygot a embryonálnych buniek a následnou produkciou celých organizmov z nich. Takéto experimenty sa vykonávajú v Ruskej akadémii poľnohospodárskych vied aj v Ruskej akadémii vied. Nášmu inštitútu sa napríklad nedávno v Rusku po prvý raz podarilo získať myš, ktorej jeden z génov bol cielene zničený (hovorí sa tomu génový knockout). Takýto experiment nie je v zásade o nič menej zložitý ako klonovanie myši pomocou embryonálnych buniek. V prvej fáze sme dostali chiméru, teda organizmus, v ktorom niektoré bunky pochádzajú od jedného páru rodičov a niektoré od druhého páru.
Získanie chimér - ovčie kozy - áno skutočný fakt. V tomto prípade sa používa nasledujúca technika - prenos celých embryonálnych buniek jedného druhu organizmu do skorých embryí iného druhu. Nedávno bol opísaný čiastočný embryonálny vývoj hybridu pozostávajúceho z prasačieho jadra preneseného do kravského vajca. Teraz je teda ťažké si naplno predstaviť fantastické možnosti, ktoré moderná molekulárna genetika a embryogenetika prináša.
Hlavnou intrikou v tomto probléme je klonovanie ľudí? Tu však musíme mať na pamäti, že nie až tak veľmi technické problémy, rovnako ako etické, psychologické. Po prvé: v procese klonovania môžu byť chyby, čo je prijateľné v prípade zvierat a neprijateľné v prípade klonovania ľudí. Ďalej si treba uvedomiť, že len 50 percent človeka ako jednotlivca sa formuje pod vplyvom génov, zvyšok do značnej miery určujú životné podmienky. Reprodukovať úplne materiál a sociálne pomery vývoj, v ktorom sa vytvoril genetický originál, je nemožný. Namiesto génia môžete skončiť s úspešným recidivistom, namiesto talentovaného vedca môžete skončiť s neschopným obchodníkom. A hoci sú všetky negatívne aspekty zrejmé, zakázať prácu klonovania ľudí je nemožné. Veľké peniaze dokážu vyriešiť všetko. Potrebné podrobná analýza situácie a jasná právna úprava.
Preto bez čakania na skutočné úspechy vedcov v tomto smere by ste mali premýšľať o vývoji legálne dokumenty reguláciu takýchto činností. Prezident Clinton, ako viete, okamžite po uverejnení článku na túto tému zaviedol zákaz takýchto experimentov. Diskutuje sa o tom aj v našej Dume, v Európskej etickej komisii.
V Anglicku už 6 rokov platí zákon, podľa ktorého je zakázané pracovať s jadrami a bunkami ľudských embryí. Na prácu škótskych vedcov sa však tento zákon nevzťahuje, pretože použili bunkové jadrá dospelých oviec. Faktom je, že keď sa pripravoval zakazujúci zákon, nikto si nevedel predstaviť, že je niečo také možné. Teraz je v Anglicku rozruch, ku ktorému dokonca náboženské organizácie. Objavili sa varovania pred uverejnením článku o Dolly v časopise. Keď teoreticky diskutujeme o výhodách vytvárania génových kópií, máme na mysli také humánne vyhliadky, ako je použitie klonovania na vytvorenie duplicitných genetických orgánov na účely transplantácie bez rizika ich odmietnutia.
Najvýznamnejšie objavy v biológii 20. storočia
Rovnako ako v koniec XIX storočia, objavy fyziky röntgenového žiarenia a rádioaktivity podnietili rozvoj prírodných vied v nasledujúcom storočí a úspechy molekulárnej biológie na konci 20. storočia zrejme určia...
Klonovanie zvierat
Vo svojom experimente Campbell a jeho kolegovia extrahovali bunku z ovčieho embrya v ranom štádiu vývoja (v štádiu embryonálneho disku) a pestovali bunkovú kultúru, to znamená, že dosiahli...
Hlavné problémy genetiky a úloha reprodukcie vo vývoji živých vecí
Pojem „klon“ pochádza z gréckeho slova „klon“, čo znamená vetvička, výhonok, rez a primárne súvisí s vegetatívnym rozmnožovaním. Klonovanie rastlín z odrezkov, pukov alebo hľúz do poľnohospodárstvo...
Základy biotechnológie a jej výskumná a výrobná základňa
Vlastnosti klonovania
Klon je identické dvojča inej osoby, oneskorené v čase. V podstate ani nehovoríme o klonovaní, ale o získaní kópie jednotlivca, keďže pojem „klonovanie“ znamená získanie určitého počtu jednotlivcov...
Aplikačné oblasti genetického inžinierstva
Vedci na celom svete sa už niekoľko desaťročí po sebe snažia študovať ľudský genóm, kde sú uložené všetky jeho dedičné informácie. Prvou etapou tohto globálneho výskumu bolo vytvorenie projektu Human Genome Project v roku 1990...
Klonovanie rastlín, na rozdiel od klonovania zvierat, je bežný proces, ktorému čelí každý záhradník alebo záhradník. Koniec koncov, rastlina sa často rozmnožuje výhonkami, odrezkami, úponkami atď. Toto je príklad klonovania...
Proces a problémy klonovania
Pokusy s klonovaním ľudí prebiehajú už mnoho rokov. V roku 1993 vedec z Južnej Kórey (Kyungji University) vytvoril ľudský klon, rozmnožil ho na 4 bunky a zničil. Jediný spôsob, ako zistiť, či bol experiment úspešný, je...
Rozmnožovanie je jednou zo základných vlastností živých organizmov. Spôsoby a formy rozmnožovania organizmov
Produkovanie identických potomkov prostredníctvom nepohlavného rozmnožovania sa nazýva klonovanie. V prirodzených podmienkach sa klony objavujú len zriedka. Známy príklad prirodzeného klonovania...
Moderná biotechnológia
Klonovanie je súbor metód používaných na získanie klonov. Klonovanie mnohobunkových organizmov zahŕňa prenos jadier somatických buniek do oplodneného vajíčka s odstráneným pronukleom. J...
Súčasné problémy klonovanie. Ich etická podstata
Možno jedným z najvýraznejších úspechov genetiky za posledné obdobie je experiment s klonovaním oviec, ktorý 23. februára 1997 úspešne ukončili vedci z Roslyn University v Škótsku pod vedením Iana Wilmuta. Pre to...
Transformácia baktérií ako základ genetického inžinierstva a molekulárneho klonovania
Molekulárne klonovanie (molekulárne klonovanie alebo klonovanie génov) - klonovanie molekúl DNA (vrátane génov, fragmentov génov, súborov génov, sekvencií DNA, ktoré neobsahujú gény)...
Ľudské embryo (6 dní po oplodnení) |
Pluripotentné zárodočné bunky pochádzajúce z ľudskej pupočníkovej krvi |
Kmeňové bunky ľudskej kostnej drene (elektrónová mikrofotografie) |
Červené krvinky sú prvé špecializované bunky pochádzajúce z ľudských kmeňových buniek |
Kolónie nediferencovaných ľudských embryonálnych kmeňových buniek pri 20-násobnom zväčšení |
V októbri 2001 spoločnosť Pokročilá bunková technológia(AST, USA) sa po prvý raz podarilo získať klonované ľudské embryo pozostávajúce zo 6 buniek. To znamená, že klonovanie embryí na lekárske účely (nazývané terapeutické klonovanie) je hneď za rohom.
Účelom takéhoto klonovania je získať ľudské blastocysty (duté sférické štruktúry pozostávajúce z približne 100 buniek), ktoré obsahujú vnútornú bunkovú hmotu. Po extrakcii z blastocyst sa vnútorné bunky môžu vyvinúť v kultúre a premeniť sa na kmeňové bunky, ktoré sa zase môžu zmeniť na akékoľvek diferencované ľudské bunky: nervové, svalové, hematopoetické, žľazové bunky atď.
Medicínske aplikácie kmeňových buniek sú veľmi sľubné a mimoriadne rozmanité. Možno ich použiť napríklad na liečbu cukrovky obnovením populácie odumretých alebo poškodených buniek pankreasu, ktoré produkujú inzulín. Môžu sa použiť aj na výmenu nervové bunky s poraneniami mozgu alebo miechy. V tomto prípade nehrozí odmietnutie transplantátu a iné nežiaduce komplikácie, ktoré sprevádzajú klasické operácie transplantácie buniek, tkanív a orgánov.
V poslednom čase sa termín „terapeutické klonovanie“ používa aj na označenie klonovania embryí určených na implantáciu do maternice ženy, ktorá potom môže porodiť klonované dieťa. Je to odôvodnené tým, že takéto klonovanie umožní neplodným párom mať deti. S liečbou ako takou to však nemá nič spoločné. Väčšina vedcov, ktorí sa zaoberajú klonovaním na lekárske účely, sa preto domnieva, že čas na „reprodukčné“ klonovanie ešte nenastal – stále je potrebné vyriešiť mnoho zložitých biologických, lekárskych a etických problémov.
Klonovanie označuje produkciu embrya buď nahradením jadra vajíčka jadrom somatickej bunky, alebo partenogenézou, t.j. pri delení neoplodneného vajíčka. V oboch prípadoch si klonovanie vyžaduje životaschopné vajíčka, ktoré možno získať len od darcov.
Na inzerát od firmy AST so žiadosťou o poskytnutie materiálu na vedecký výskum Na oblasť klonovania zareagovalo mnoho žien, z ktorých sa po dôkladnom zdravotnom a psychickom vyšetrení vybralo 12 darcov. Je zaujímavé, že väčšina potenciálnych darcov uviedla, že by sa odmietli zúčastniť experimentov s reprodukčným klonovaním.
Darcom podávali špeciálne injekcie hormónov, aby sa počas ovulácie neuvoľnilo jedno, ale asi 10 vajíčok. Fibroblasty boli použité ako zdroj jadier na transplantáciu do vajíčok. Fibroblasty boli získané z biopsií kože anonymných darcov, vrátane pacientov cukrovka, ako aj pacienti s poranením miechy. Po izolácii fibroblastov sa z nich získali bunkové kultúry.
V prvých experimentoch boli použité jadrá fibroblastov. Po transplantácii jadra sa však vajíčko začalo deliť, proces bol rýchlo ukončený a nevznikli ani dve samostatné bunky. Po sérii neúspechov sa americkí výskumníci rozhodli využiť prístup T. Wakayamu a R. Yanagimachiho (tzv. havajská metóda), pomocou ktorej sa podarilo získať prvú klonovanú myš.
Táto metóda spočíva v transplantácii celej ovariálnej bunky do vajíčka namiesto jadra somatickej bunky (fibroblastu). Ovariálne bunky poskytujú výživu vyvíjajúcemu sa vajíčku a sú s ním tak pevne spojené, že zostávajú na jeho povrchu aj po ovulácii. Tieto bunky sú také malé, že namiesto jadra možno použiť celú bunku.
V tomto prípade však vznikli značné ťažkosti. Trvalo viac ako 70 experimentov, kým sa podarilo získať deliace sa vajíčko. Z 8 vajíčok, do ktorých boli zavedené ovariálne bunky, dve tvorili štvorbunkové embryo a jedno šesťbunkové embryo. Potom sa ich rozdelenie zastavilo.
Partenogenetický prístup je založený na skutočnosti, že vajíčko sa nestane haploidným okamžite, ale až v dosť neskorom štádiu dozrievania. Ak by sa takéto takmer zrelé vajíčko podarilo aktivovať, t.j. stimulované na delenie sa mohli získať blastocysty a kmeňové bunky. Nevýhodou tohto prístupu je, že výsledné kmeňové bunky budú len geneticky príbuzné darcovi vajíčka. Týmto spôsobom je nemožné získať kmeňové bunky pre iných ľudí - bude potrebná transplantácia jadier do vajíčka.
Predtým boli úspešné pokusy aktivovať vajíčka myší a králikov pomocou rôznych látok resp elektrický prúd. Ešte v roku 1983 E. Robertson získal kmeňové bunky z partenogenetického myšacieho embrya a ukázal, že môžu tvoriť rôzne tkaniny vrátane svalovej a nervovej.
S ľudským embryom sa všetko ukázalo byť komplikovanejšie. Z 22 chemicky aktivovaných vajíčok len 6 po piatich dňoch vytvorilo niečo, čo pripomínalo blastocysty. V týchto blastocystách však nebola žiadna vnútorná bunková hmota...
Existujú tri typy klonovania cicavcov: embryonálne klonovanie, klonovanie zrelej DNA (reprodukčné klonovanie, Roslinova metóda) a terapeutické (biomedicínske) klonovanie.
O embryonálne klonovanie bunky, ktoré sú výsledkom delenia oplodneného vajíčka, sa delia a pokračujú vo vývoji na samostatné embryá. Takto môžete získať jednovaječné dvojčatá, trojčatá atď. až 8 embryí vyvíjajúcich sa v normálnych organizmoch. Táto metóda sa už dlho používa na klonovanie zvierat. rôzne druhy, ale jeho použiteľnosť na ľudí nebola dostatočne preskúmaná.
Klonovanie DNA pozostáva z prenosu jadra somatickej bunky do neoplodneného vajíčka, z ktorého bolo predtým odstránené jej vlastné jadro. Takúto bunkovú operáciu prvýkrát vykonal genetik G. Spemann v 20. rokoch 20. storočia.
Po odstránení jadra, vajíčka rôzne cesty nútený vstúpiť do štádia G0 bunkového cyklu. V tomto stave je bunka v pokoji, čo je veľmi dôležité pri jej príprave na transplantáciu nového jadra. Prenos jadra sa uskutočňuje buď transplantáciou, ako je opísané vyššie, alebo fúziou vajíčka s inou bunkou, ktorá obsahuje jadro.
Každé laboratórium používa svoje vlastné modifikácie spoločné prístupy. Najznámejšia je Roslinova metóda, pomocou ktorej sa podarilo získať ovečku Dolly.
Pre úspech operácie prenosu jadra je dôležitá synchronizácia bunkových cyklov darcovských buniek a vajíčka. Túto metódu vyvinuli a používali I. Wilmut a K. Campbell. Najprv sa darcovské bunky (pri klonovaní oviec z vemena) umiestnili do kultivačného média, kde sa začali deliť. Potom sa jeden z nich vybral a umiestnil do vyčerpaného média, v dôsledku čoho sa hladujúca bunka dostala do štádia G0 bunkového cyklu. Po odstránení jadra z vajíčka bolo toto ihneď umiestnené vedľa bunky darcu a po 1–8 hodinách bola pomocou elektrického impulzu indukovaná bunková fúzia a aktivácia vývoja embrya.
Tento postup však prežije len niekoľko buniek. Prežívajúca bunka sa umiestnila do vajcovodu ovce a nechala sa vyvíjať približne 6 dní, potom sa preniesla do maternice, kde embryonálny vývoj pokračoval. Ak by všetko išlo dobre, nakoniec by sa zrodila klonovaná ovca – presná genetická kópia ovce, z ktorej bola odobratá darcovská bunka.
Kvôli vysokému riziku vzniku genetických defektov a rakoviny je mnoho vedcov a osobností verejného života proti použitiu tejto metódy na klonovanie ľudí. Vo väčšine krajín je ľudské reprodukčné klonovanie zakázané.
Novinkou a najúčinnejšou je vyššie spomínaná havajská metóda reprodukčného klonovania. V júni 1998 sa skupine vedcov na Havajskej univerzite podarilo prvýkrát naklonovať myš, čím sa vytvorili tri generácie geneticky identických klonov. Napriek tomu, že genetika a štruktúra myších buniek sú lepšie študované ako u iných zvierat, klonovanie myši bola náročná úloha. Je to spôsobené tým, že myšacie vajíčko sa začne deliť takmer okamžite po oplodnení. Nie je teda náhoda, že Roslin použil na klonovanie ovcu: jej vajíčko sa začne deliť len niekoľko hodín po oplodnení.
Wakayama a Yanagimuchi dokázali prekonať tento problém a získali myšacie klony s ešte vyšším výnosom (3 zo 100 pokusov) ako Wilmut (1 z 277 pokusov). Wakayama pristupoval k problému synchronizácie buniek inak ako Wilmut. Bunky vemena používané Wilmutom museli byť umelo nútené do fázy G0. Wakayama od samého začiatku používal tri typy buniek – Sertoliho bunky, mozgové bunky a bunky vaječníkov – ktoré samy osebe sú buď vždy vo fáze G0 (prvé dva typy buniek), alebo takmer vždy vo fáze G0 alebo G1. Okrem toho sa darcovské bunky použili v priebehu niekoľkých minút po izolovaní z myši namiesto toho, aby boli udržiavané v kultúre.
Po odstránení jadra z vajíčka sa doň vstreklo jadro darcovskej bunky. Po asi 1 hodine začala bunka normálne fungovať s novým jadrom. Po ďalších 5 hodinách bola bunka umiestnená do špeciálneho média, ktoré stimulovalo bunkové delenie podobne, ako sa to deje pri prirodzenom oplodnení. Médium zároveň obsahovalo špeciálnu látku – cytochalazín B – ktorá bránila vývoju polárnych teliesok. V dôsledku toho sa z vajíčka vyvinulo embryo, ktoré sa potom mohlo transplantovať do maternice nastávajúcej matky.
Aby sa zabezpečila životaschopnosť klonov, Wakayama získal klony klonov, ako aj normálne potomstvo od klonových rodičov, a do času publikácie získal viac ako 50 klonov.
Biomedicínske klonovanie popísané vyššie. Od reprodukčného klonovania sa líši len tým, že vajíčko s transplantovaným jadrom sa vyvinie v umelom prostredí, následne sa z blastocysty odstránia kmeňové bunky a odumrie samotné preembryo. Kmeňové bunky možno v mnohých prípadoch použiť na regeneráciu poškodených alebo chýbajúcich orgánov a tkanív, ale postup ich získavania vyvoláva mnohé morálne a etické problémy a v mnohých krajinách zákonodarcovia diskutujú o možnosti zakázať biomedicínske klonovanie. Napriek tomu výskum v tejto oblasti pokračuje a tisíce nevyliečiteľne chorých pacientov (Parkinsonova a Alzheimerova choroba, cukrovka, roztrúsená skleróza, reumatoidná artritída, rakovina, ako aj tí s poranením miechy) sa tešia z ich pozitívnych výsledkov.
Vedci v Spojených štátoch dospeli k záveru, že klonovanie ľudí pravdepodobne nie je možné. Po vykonaní niekoľkých stoviek experimentov na opiciach sa zistilo, že štruktúra vajíčok primátov, medzi ktoré patria aj ľudia, takmer znemožňuje ich klonovanie. Doteraz sa nepodarilo naklonovať žiadnu opicu. Klonovanie ľudí nemusí byť uskutočniteľné, informuje BBC. Dôvody sú v biológii.
K TEJTO TÉME
Americkí vedci prišli na to, že klonovanie je nemožné. Podľa nich zlyhali stovky pokusov o vytvorenie klonu opice. Faktom je, že štruktúra vajíčok primátov vrátane ľudí takmer znemožňuje ich klonovanie, tvrdia vedci.
Niektoré zvieratá, ako napríklad myši a ovce, boli úspešne klonované, no stále viac zjavné znaky skutočnosť, že nie všetky druhy sa dajú umelo rozmnožiť.
Štúdia publikovaná v časopise Science pridáva k argumentu pre tých, ktorí neveria tvrdeniam Clonaida, že vytvorili prvé ľudské klony.
Pripomeňme, že táto spoločnosť, vytvorená prívržencami ufologického kultu Raelitov, informovala o klonovaní ľudí, ale neposkytla o tom presvedčivé dôkazy.
Väčšina vedcov súhlasí s tým, že pokusy o vytvorenie ľudského klonu sú nebezpečné a morálne pochybné. Mnoho zvieracích klonov sa narodilo s jednou alebo druhou abnormalitou. Málokedy sa narodili zdravé.
Vedci z University of Pittsburgh School of Medicine sa pokúsili naklonovať opicu rhesus pomocou technológie použitej na vytvorenie klonu slávnej ovce Dolly.
Po stovkách pokusov sa im nikdy nepodarilo dosiahnuť tehotenstvo v nosiči klonu. Iným skupinám vedcov sa tiež nepodarilo naklonovať opice.
U primátov sa zdá, že keď sa klonované bunky delia, DNA sa do nových buniek neprenesie správne. Niektoré bunky skončia buď s príliš veľkým alebo príliš malým množstvom DNA a nie sú životaschopné.
Vedci sa domnievajú, že pokusy o klonovanie iných primátov vrátane ľudí sa zdajú byť odsúdené na neúspech.
"To potvrdzuje fakt, že šarlatáni, ktorí hlásili klonovanie ľudí, nikdy nerozumeli bunkovej biológii natoľko, aby uspeli," povedal pre magazín Sceince vedúci tímu doktor Gerald Schatten.
Klonovanie
Komerčné klonovanie
V posledných desaťročiach minulého storočia došlo k prudkému rozvoju jedného z najzaujímavejších odvetví biologickej vedy – molekulárnej genetiky. Už začiatkom 70. rokov 20. storočia vznikol nový smer v genetike – genetické inžinierstvo. Na základe jej metodiky sa začali vyvíjať rôzne druhy biotechnológií a vznikali geneticky modifikované organizmy. Mať príležitosť génová terapia niektoré ľudské choroby. Vedci dodnes urobili v oblasti klonovania zvierat zo somatických buniek mnohé objavy, ktoré sa úspešne využívajú v praxi.
Myšlienka klonovania Homo sapiens predstavuje pre ľudstvo problémy, ktorým nikdy predtým nečelilo. Veda sa rozvíja tak, že každý nový krok so sebou prináša nielen nové, dovtedy nepoznané príležitosti, ale aj nové nebezpečenstvá.
Čo je klonovanie ako také? V biológii, metóde získavania niekoľkých rovnakých organizmov prostredníctvom nepohlavného (vrátane vegetatívneho) rozmnožovania, nám hovorí encyklopédia Krugosvet. Presne toľko druhov rastlín a niektorých živočíchov sa v prírode v priebehu miliónov rokov rozmnožuje. Teraz sa však výraz „klonovanie“ zvyčajne používa v užšom zmysle a znamená kopírovanie buniek, génov, protilátok a dokonca aj mnohobunkových organizmov do laboratórne podmienky. Vzorky, ktoré sa objavujú v dôsledku nepohlavného rozmnožovania, sú z definície geneticky identické, možno u nich však pozorovať dedičnú variabilitu spôsobenú náhodnými mutáciami alebo umelo vytvorenú laboratórnymi metódami. Pojem „klon“ ako taký pochádza z gréckeho slova „klon“, čo znamená vetvička, výhonok, odrezok a týka sa predovšetkým vegetatívneho rozmnožovania. Klonovanie rastlín z odrezkov, pukov alebo hľúz v poľnohospodárstve je známe už tisíce rokov. O vegetatívne rozmnožovanie a počas klonovania sa gény nerozdeľujú medzi potomkov, ako je to v prípade sexuálneho rozmnožovania, ale sú zachované vo svojej celistvosti. Len u zvierat sa všetko deje inak. Ako živočíšne bunky rastú, dochádza k ich špecializácii, to znamená, že bunky strácajú schopnosť implementovať všetky genetické informácie vložené do jadra mnohých generácií.
Toto je klonovacia schéma, ktorú poskytol lekár Eddie Lawrence (založená na materiáloch ruskej leteckej služby).
Čo znamená reprodukčné klonovanie? Ide o umelú reprodukciu v laboratórnych podmienkach geneticky presnej kópie akéhokoľvek živého tvora. Terapeutické klonovanie zase znamená rovnaké reprodukčné klonovanie, ale s obmedzenou dobou rastu embrya alebo, ako hovoria odborníci, „blastocysty“ na 14 dní. Po dvoch týždňoch sa proces rozmnožovania buniek preruší. Takéto bunky budúcich orgánov sa nazývajú „embryonálne kmeňové bunky“.
Asi pred polstoročím boli objavené vlákna DNA. Štúdium DNA viedlo k objavu procesu umelého klonovania zvierat.
Možnosť klonovania embryí stavovcov bola prvýkrát preukázaná začiatkom 50. rokov minulého storočia pri pokusoch na obojživelníkoch. Experimenty s nimi ukázali, že sériové jadrové transplantácie a kultivácia buniek in vitro túto schopnosť do určitej miery zvyšujú. Po získaní patentu v roku 1981 sa objavilo prvé klonované zviera - myš. Začiatkom 90. rokov sa výskum vedcov obrátil na veľké cicavce. Rekonštruované vajcia od veľkých domácich zvierat, kráv alebo oviec sa najskôr nekultivujú. in vitro, a in vivo- vo zviazanom vajcovode ovce - medziprodukt (prvý) príjemca. Odtiaľ sú vyplavené a transplantované do maternice konečného (druhého) príjemcu - kravy alebo ovce, kde prebieha ich vývoj až do narodenia dieťaťa. Pred časom médiá šokovali správy o vzhľade škótskej ovečky Dolly, ktorá podľa jej tvorcov predstavuje presnú kópiu jej genetickej hmoty. Neskôr sa objavil americký goby Jefferson a druhý goby chovaný francúzskymi biológmi.
Zrazu bola skupina vedcov z Rockefellerovej a Havajskej univerzity postavená pred problém klonovania myší v šiestej generácii. Podľa výsledkov výskumu existujú dôkazy, že u pokusných zvierat sa vyvinie určitá skrytá vada, jednoznačne získaná počas procesu klonovania. Boli predložené dve verzie tohto javu. Jedným z nich je, že koniec chromozómu by sa s každou generáciou musel „opotrebovať“, skrátiť, čo by mohlo viesť k degenerácii, teda k nemožnosti ďalšieho plodenia a predčasnému starnutiu klonov. Druhou verziou je zhoršenie celkového zdravotného stavu klonovaných myší s každým novým klonovaním. Táto verzia však ešte nebola potvrdená. Všetky tieto údaje sú alarmujúce a upozorňujú na skutočnosť, že rovnakému „osudu“ sa nemusia vyhnúť ani iné cicavce (vrátane ľudí).
Mnoho ľudí však vníma klonovanie ako niečo pozitívne aspekty a rovnako veľa ľudí to používa. Biotechnologická spoločnosť Genetic Savings & Clone, ktorá má štvorročné skúsenosti s klonovaním mačiek, už podľa Genoterra.ru pracuje na objednávkach od šiestich klientov, ktorí by chceli vidieť klony svojich miláčikov po ich smrti. Toto potešenie ich bude stáť 50 000 dolárov. Tento týždeň spoločnosť predstavila svoju štvrtú klonovanú mačku verejnosti na Medzinárodnej výstave mačiek v Houstone v USA. Táto mačka dostala prezývku Peaches, ktorej jadrovým darcom je mačka Mango. Vo všeobecnosti sú podobné, ale klon má na chrbte svetlú škvrnu. Takéto rozdiely v klonoch sú nevyhnutné, pretože mitochondriálna DNA zostáva v enukleovanom vajíčku príjemcu, ktorý sa líši od darcu. Významnú úlohu vo vývoji zvierat zohrávajú aj rôzne faktory prostredia. Spoločnosť plánuje začať s klonovaním psov v roku 2005.
Spoločnosť Genetic Savings & Clone navyše nedávno licencovala novú, vylepšenú verziu procesu klonovania a demonštrovala výsledok – dve klonované mačiatka menom Tabouli a Baba Ganoush. Nový proces, nazývaný prenos chromatínu, prenáša genetický materiál oveľa opatrnejšie a úplnejšie z bunky darcu do vajíčka, z ktorého by mal vyrásť klon. Kľúčom je otvorenie jadrovej membrány a odstránenie proteínov kožných buniek, ktoré sú pre tento proces nepotrebné (ktorý sa zvyčajne používa pri klonovaní). Tento typ klonovania má podľa článku na Genoterra.ru za následok úspešnosť viac ako 8 percent. Zdá sa, že „prečistený“ chromatín produkuje klonované embryá podobnejšie pôvodnému organizmu, ako ukazujú mačiatka, ktoré sú podobné prototypu nielen vzhľadom, ale zdá sa, že aj povahou.
Ale návrat milovaného zvieraťa do domu je ilúzia, pretože definícia „presne to isté“ sa vzťahuje iba na genetickú sadu, inak to bude stále iné stvorenie.
V roku 2002 sa vytvorila takmer úplná ľudská genetická mapa. Spoločnosť Clonaid (súčasť náboženskej sekty Raelian Movement) zároveň oznámila, že po prvý raz na svete naklonovala človeka. Počas tejto doby sa podľa spoločnosti narodili tri klonované deti, ale neboli pre to predložené žiadne vážne dôkazy. Clonaid žiada od kohokoľvek, aby zaplatil 200 000 dolárov za právo vytvoriť si vlastnú kópiu.
Aké sú praktické výhody klonovania?
Rozvoj biotechnológie na získanie veľké množstvá kmeňové bunky počas terapeutického klonovania umožnia lekárom opraviť a liečiť mnohé z nich nevyliečiteľné choroby, ako je cukrovka (závislá od inzulínu), Parkinsonova choroba, Alzheimerova choroba (starecká demencia), ochorenie srdcového svalu (infarkt myokardu), ochorenie obličiek, ochorenie pečene, ochorenie kostí, ochorenie krvi a iné.
Nová medicína bude založená na dvoch hlavných procesoch: rast zdravého tkaniva z kmeňových buniek a transplantácia takéhoto tkaniva na miesto poškodeného alebo chorého tkaniva. Spôsob tvorby zdravých tkanív je založený na dvoch zložitých biologických procesoch - prvotné klonovanie ľudských embryí do štádia objavenia sa „kmeňových“ buniek a následná kultivácia vzniknutých buniek a kultivácia potrebných tkanív a príp. , orgány v živných médiách.
Ľudia oddávna snívali o tom, že budú pestovať iba kvalitnú a chutnú zeleninu a ovocie, chovať kravy s dobrou dojivosťou, ovce s veľkým strihom vlny či vynikajúce nosnice a mať domáce zvieratá – presné kópie obľúbených, ktoré majú už zastarané. Len nedávno však tento zdravý záujem podporili úspechy vedcov pri klonovaní zvierat a rastlín. Je však skutočne možné tento sen ľudstva realizovať pomocou metód klonovania?
Objavenie sa na poliach transgénnych odrôd rastlín, ktoré sú odolné voči hmyzu, herbicídom a vírusom, znamená novú éru v poľnohospodárskej výrobe. Rastliny vytvorené genetickými inžiniermi budú nielen schopné uživiť rastúcu populáciu planéty, ale stanú sa aj hlavným zdrojom lacných liekov a materiálov.
Rastlinná biotechnológia donedávna citeľne zaostávala, no v súčasnosti trh zaznamenáva neustály nárast podielu transgénnych rastlín s novými užitočnými vlastnosťami. Toto sú údaje uvedené v článku „Biotechnológia rastlín“: „Klonované rastliny v USA už v roku 1996 zaberali plochu 1,2 milióna hektárov, ktorá sa v roku 1998 zvýšila na 24,2 milióna hektárov. Keďže hlavné transgénne formy kukurice, sóje a bavlny s odolnosťou voči herbicídom a hmyzu sa osvedčili, je dôvod očakávať, že plocha pod klonovanými rastlinami sa v budúcnosti niekoľkonásobne zväčší.
História genetického inžinierstva rastlín sa začína v roku 1982, kedy boli prvýkrát získané geneticky transformované rastliny. Transformačná metóda bola založená na prirodzenej schopnosti baktérie Agrobacterium tumefaciens geneticky modifikovať rastliny. S pomocou kultivácie rastlinných buniek a pletív, ktoré zaručujú rastlinu bez vírusov, boli vyvinuté klinčeky, chryzantémy, gerbery a iné všade predávané okrasné rastliny. Kúpiť si môžete aj kvety exotických rastlín orchideí, ktorých výroba klonov má už priemyselný základ. Niektoré odrody jahôd, malín a citrusových plodov boli vyšľachtené pomocou techník klonovania. Predtým trvalo 10-30 rokov, kým sa vyvinula nová odroda, ale teraz sa vďaka použitiu metód tkanivových kultúr toto obdobie skrátilo na niekoľko mesiacov. Práca súvisiaca s výrobou liečivých a technických látok založených na pestovaní rastlinných pletív, ktoré nie je možné získať syntézou, sa považuje za veľmi sľubnú. Izochinolínový alkaloid berberín sa teda už podobným spôsobom získava z bunkových štruktúr čučoriedky a ginsenosid sa získava zo ženšenu.
Je známe, že akýkoľvek pokrok v rastlinnej biotechnológii bude závisieť od vývoja genetických systémov a nástrojov, ktoré umožnia efektívnejšie riadenie transgénov.
Čo sa týka zvierat, už od začiatku 19. storočia sa vedci snažia vyriešiť otázku, či zúženie funkcií jadra diferencovanej bunky je nezvratný proces. Následne bola vyvinutá technika klonovania jadier. Najväčší úspech pri klonovaní embryí obojživelníkov dosiahol anglický biológ John Gurdon. Použil metódu sériových jadrových transplantácií a potvrdil svoju hypotézu o postupnej strate potencie s postupujúcim vývojom. Iní výskumníci dosiahli podobné výsledky.
Napriek týmto úspechom, uvádza vo svojom článku Russian Medical Server, problém klonovania obojživelníkov zostáva dodnes nevyriešený. Teraz môžeme usúdiť, že tento model vedci na takéto štúdie príliš úspešne nezvolili, keďže klonovanie cicavcov sa ukázalo ako jednoduchšia záležitosť. Netreba zabúdať, že vtedajší vývoj mikroskopickej techniky a mikromanipulačnej techniky ešte neumožňoval manipuláciu s embryami cicavcov a transplantáciu jadra. Objem vajíčka obojživelníka je približne 1000-krát väčší ako objem placentárneho oocytu, a preto boli obojživelníky také atraktívne na štúdium raných vývojových procesov.
V súčasnosti prebieha základný výskum problému klonovania myší. Úplný embryonálny vývoj a narodenie zdravých a fertilných klonálnych myší sa dosiahlo iba transplantáciou jadier kumulových buniek, Sertoliho buniek, fibroblastov na konci chvosta, embryonálnych kmeňových buniek a fetálnych gonádových buniek. V týchto prípadoch počet novonarodených myší nepresiahol 3 %. celkový počet zrekonštruované oocyty.
Klonovanie domácich zvierat sa ukázalo byť viac náročná úloha než sa očakávalo. V roku 2001 spoločnosť Genetic Savings and Clone oznámila narodenie prvej klonovanej mačky na svete. Táto spoločnosť, ktorej sídlo sa nachádza na módnom sanfranciskom predmestí Saosalito, sa špecializuje na „zvečnenie“ domácich miláčikov – mačiek a psov. Napriek tomu, že prvá klonovaná mačka na svete bola „vyrobená ako uhlíková kópia“, farbou sa nepodobá ani na svoju prirodzenú matku (darcu DNA), ani na svoju adoptovanú (ktorá niesla embryo). Vedci to vysvetľujú tým, že sfarbenie srsti len čiastočne závisí od genetických informácií, ktoré ovplyvňujú aj vývojové faktory.
Avšak, inšpirovaná počiatočným úspechom, spoločnosť začala komerčné klonovanie prvej série klonovaných mačiek na komerčnú objednávku. Cena služby je 50 tisíc dolárov.
„Pred rokom sme povedali, že do roka spustíme komerčné služby, a teraz uplynul rok,“ hovorí Ben Carlson, hovorca spoločnosti Genetic Savings & Clone, „a zatiaľ nie je možné predpovedať, ako dlho na dosiahnutie dobrých výsledkov bude potrebné vylepšiť technológiu."
Naklonovať psov sa zatiaľ vôbec nepodarilo. Majú podľa vedcov veľmi zložitý reprodukčný cyklus a ich vajíčka sa ťažko získavajú a rastú.
Dnes nie je hlavnou činnosťou GSC klonovanie (zatiaľ nie je komerčne dostupné), ale skôr skladovanie vzoriek DNA zvierat. Takáto biopsia v USA stojí od 100 do 500 dolárov v závislosti od parametrov domáceho maznáčika.
Odborníci však varujú, že majitelia, ktorí dôverujú firme, že ich miláčikov naklonuje, môžu byť sklamaní. Lásku ku konkrétnej mačke alebo psovi spravidla určujú jej zvyky a charakter, ktorý s génmi nemá veľa spoločného. Poznamenávajú, že vonkajšie faktory nemajú menší vplyv na vývoj zvieraťa ako dedičnosť.
Klonovanie ovečky Dolly v roku 1996 Ianom Wilmutom a jeho kolegami z Roslinského inštitútu v Edinburghu vyvolalo rozruch po celom svete. Dolly bola počatá z mliečnej žľazy ovce, ktorá už dávno zomrela, a jej bunky boli uložené v tekutom dusíku. Technika, ktorou bola Dolly vytvorená, je známa ako prenos jadra, čo znamená, že sa odstráni jadro neoplodneného vajíčka a na jeho miesto sa umiestni jadro zo somatickej bunky. Z 277 vajíčok transplantovaných cez jadro sa len z jedného vyvinulo relatívne zdravé zviera. Tento spôsob rozmnožovania je „asexuálny“, pretože na stvorenie dieťaťa nevyžaduje jedno z každého pohlavia. Wilmutov úspech sa stal medzinárodnou senzáciou.
V decembri 1998 sa stalo známe o úspešných pokusoch o klonovanie dobytka, keď Japonci I. Kato, T. Tani a spol. sa podarilo získať 8 zdravých teliat po prenose 10 rekonštruovaných embryí do maternice príjemcov kráv.
Je zrejmé, že požiadavky chovateľov hospodárskych zvierat na kópie ich zvierat sú oveľa skromnejšie ako požiadavky tých, ktorí chcú klonovať svojich domácich miláčikov. Klon by dal rovnaké množstvo mlieka ako „klonická matka“, ale akú má farbu a charakter – aký je v tom rozdiel? Na základe toho novozélandskí biológovia nedávno urobili nový dôležitý krok v klonovaní kráv. Na rozdiel od svojich amerických kolegov z Kalifornie sa obmedzili na reprodukciu len jedného znaku klonovaného zvieraťa. V ich prípade schopnosť kravy produkovať mlieko s zvýšený obsah bielkoviny. Ako je typické vo všetkých klonovacích experimentoch, percento prežívajúcich embryí bolo veľmi nízke. Zo 126 transgénnych klonov prežilo len 11 a len deväť z nich malo požadovanú schopnosť. Takže vyhliadky na rozvoj tejto oblasti klonovania, ako sa hovorí, sú „zrejmé“.
Koncom roku 2000 - začiatkom roku 2001 celý vedecký svet sledoval pokus výskumníkov z americkej spoločnosti AST naklonovať ohrozený druh byvola Bos gaurus (giaur), ktorý bol kedysi rozšírený v Indii a juhozápadnej Ázii. Somatické jadrové darcovské bunky (kožné fibroblasty) sa získali z post mortem biopsie od býka vo veku 5 rokov a po dvoch pasážach v kultúre. dlho(8 rokov) boli skladované kryokonzervované v tekutom dusíku. Celkovo boli dosiahnuté štyri tehotenstvá. Na potvrdenie genetického pôvodu plodov boli dva z nich selektívne odstránené. Cytogenetická analýza potvrdila prítomnosť normálneho karyotypu charakteristického pre giaours v bunkách, ale ukázalo sa, že všetka mitochondriálna DNA pochádza z vajíčok darcovských kráv iného druhu (Bos taurus).
Žiaľ, podľa skúseností amerických vedcov bolo jedno z tehotenstiev po 200 dňoch prerušené a v dôsledku ďalšieho sa narodilo teľa, ktoré o 48 hodín neskôr uhynulo Zástupcovia spoločnosti uviedli, že sa to stalo „v dôsledku infekčných klostrídií enteritída, ktorá nesúvisí s klonovaním“.
Realizácia plného potenciálu, ktorý je súčasťou Nová technológia klonovanie na záchranu ohrozených druhov zvierat môže byť možné len s rozumným prístupom k riešeniu vznikajúcich problémov. Stojí za zmienku, že v dôsledku klonovania sa veľmi často objavuje rôzne patológie plody: hypertrofovaná placenta, hydroalantois, placentómy, zväčšené cievy pupočnej šnúry, opuch membrány. Klony, ktoré zomreli v priebehu niekoľkých dní po narodení, sa vyznačujú prítomnosťou patológie srdca, pľúc, obličiek a mozgu. Takzvaný „syndróm veľkého mláďaťa“ je tiež bežný u novorodencov.
Klonované zvieratá nežijú dlho a majú zníženú schopnosť bojovať s chorobami. Ukázali to experimenty, ktorých výsledky zverejnili vedci z Tokijského národného inštitútu pre infekčné choroby, uvádza Newsru.com Na experimenty vybrali 12 klonovaných myší a rovnaký počet narodených prirodzene. Klony začali umierať po 311 dňoch života. Desať z nich zomrelo skôr, než vydržali 800 dní. V tom istom čase zomrela iba jedna „normálna“ myš. Väčšina klonov zomrela na akútny zápal pľúc a ochorenie pečene. Zdá sa, že oni imunitný systém nemohol bojovať s infekciami a produkovať dostatočné množstvo potrebné protilátky, podľa japonských vedcov.
Dôvody slabosti klonov je podľa nich potrebné dôkladne preštudovať a môžu byť spojené s poruchami na genetickej úrovni a nedostatkami súčasnej reprodukčnej technológie.
Vedci však vo svojom výskume neprestávajú. Mnoho ľudí vidí široké vyhliadky na klonovanie. Napríklad vedci z britskej spoločnosti PPL Therapeutics, ktorí vo Virgínii úspešne naklonovali päť prasiatok, ktorých orgány a tkanivá možno použiť na transplantáciu chorým ľuďom, sa domnievajú, že klinické skúšky takýchto operácií by sa mohli začať v najbližších štyroch rokoch.
Ako však mnohí odborníci poznamenávajú, pred rozsiahlymi transplantáciami orgánov z ošípaných na ľudí musí spoločnosť a vedecký svet ešte vyriešiť množstvo zložitých etických problémov, ako je „správnosť“ transplantácie zvieracích orgánov do ľudského tela alebo náhrady. orgány jedného druhu živých bytostí s orgánmi iného typu.
Na druhej strane sa mnohí vedci domnievajú, že veľmi skoro začne klonovanie hospodárskych zvierat prinášať ovocie. Mlieko z klonovaných kráv, mäso z potomstva klonovaných kráv a ošípaných sa môžu objaviť v predaji už v r. ďalší rok. V skutočnosti ani teraz v USA, kde spoločnosti zaoberajúce sa chovom hospodárskych zvierat vytvorili už asi sto klonov najlepších predstaviteľov elitných plemien, neexistuje oficiálny zákaz takýchto aktivít.
Existuje však neformálna požiadavka od Úradu pre potraviny a liečivá (FDA), aby sa s predajom takýchto produktov neponáhľali. Americká Národná akadémia vied posilnila presvedčenie, že takéto produkty sú pre zdravie bezpečné. Ako informovali Mednovosti, závery komisie, ktorá sa zaoberala klonovaním kráv a ošípaných, obsahovali odporúčania na nejaký dodatočný výskum, no vo všeobecnosti považovali vedci predaj produktov z klonovaných zvierat a ich potomkov za bezpečný. Samozrejme, nehovoríme o zabíjaní klonovaných zvierat na mäso. V súčasnosti ide o veľmi nákladný proces, ktorý zvyčajne stojí viac ako 20 000 dolárov. Zvieratá z prvej alebo druhej generácie klonovaných potomkov sa však môžu použiť na mäso. Odborníci FDA sa však obávajú, že keď sú zvieratá klonované, majitelia môžu byť v pokušení vyladiť svoje gény, aby zlepšili svoje vlastnosti. Vedci sa toho obávajú oveľa viac ako samotného klonovania, pri ktorom zostávajú gény zvieraťa nezmenené.
V Japonsku je však od roku 1999 povolené dopĺňať dobytok mliečnych a mäsových plemien pomocou techniky „replikácie“ oplodnených vajec. Komerčné klonovanie v klasickom zmysle slova je však zakázané, to znamená „použitie somatickej (nereprodukčnej) bunky“. Je ale veľká pravdepodobnosť, že Japonsko sa aj napriek tomu stane prvou krajinou na svete, kde sa na pultoch obchodov objaví mäso z klonovaných zvierat.
Tak či onak, možnosti klonovania otvárajú nové perspektívy pre záhradkárov, chovateľov hospodárskych zvierat, medicínu, hoci v súčasnosti je jeho využitie limitované nevyriešenými technologickými a biologickými problémami. Okrem toho nám chýbajú poznatky o štruktúre genómov hospodárskych zvierat, ktoré sú nevyhnutné pre ich cielenú zmenu. Produkty z klonovaných zvierat musí najskôr schváliť príslušná vládna agentúra zodpovedná za používanie potravín a liečivých zdrojov, ktorá zakazuje predaj mlieka alebo mäsa z geneticky modifikovaných a klonovaných zvierat, kým nebudú zavedené všetky potrebné nariadenia. Experimenty sa ešte musia vykonať na testovanie bezpečnosti výsledného mlieka pre ľudí. Nech už je to akokoľvek, skôr či neskôr sa však po poliach a lúkach budú túlať stáda klonovaných a geneticky modifikovaných kráv a milovaní štekajúci a mrnčiaci miláčikovia budú celé desaťročia tešiť pohľadom svojich majiteľov a verne sa im pozerať do očí.
