20 aastat pärast Dollyt

No tere, Dolly. Foto Edinburghi ülikooli Roslini instituudi kaudu

Autor George Seidel, Colorado Riiklik Ülikool

On möödunud 20 aastat, kui Šotimaa teadlased rääkisid maailmale lammastest Dolly - esimene imetaja, kes on täiskasvanud keharakust edukalt kloonitud. Dolly tegi eriliseks see, et tema vanemad olid tegelikult täiskasvanud ute piimanäärmest pärinevad üksikud rakud. Dolly oli selle lamba - klooni täpne geneetiline koopia.

Dolly püüdis inimesi kinni kujutlusvõimest, kuid need, kes meist valdkonnas olid, olid teda varasemate uurimuste kaudu näinud. Olen töötanud imetajate embrüotega üle 40 aasta, mõned tööd on minu laboris keskendunud spetsiaalselt erinevatele veiste ja muude loomaliikide kloonimismeetoditele. Tegelikult töötas üks Dollyt käsitleva paberi kaasautor meie laboris kolm aastat enne Šotimaale minekut, et aidata kuulsat klooni luua.

Dolly oli oluline verstapost, innustades teadlasi jätkama kloonimistehnoloogia täiustamist ja ka tüvirakkude uurimisel uute ideede väljatöötamist. Lõppmäng ei olnud kunagi mõeldud geneetiliselt identsete kariloomade armeeks: Pigem jätkavad teadlased tehnika täiustamist ja ühendavad neid teiste meetoditega traditsiooniliste loomakasvatusmeetodite turbomootoriks, samuti vananemisest ja haigustest ülevaate saamiseks.

Pole tavaline sperma + muna

Dolly oli täiesti normaalne lammas, kellest sai paljude tavaliste tallede ema. Ta elas kuus ja pool aastat, kui ta lõpuks karjast läbi levinud nakkushaiguse nakatati, kloonides ja normaalselt paljunenud lambaid. Tema elu polnud ebaharilik; see oli tema päritolu, mis tegi ta ainulaadseks.

Enne aastakümneid kestnud katseid, mis Dollyni viisid, arvati, et normaalseid loomi saab toota vaid munaraku viljastamise teel spermaga. See kuidas asjad loomulikult toimivad. Need sugurakud on kehas ainsad, mille geneetiline materjal on kõik ülespoole hüpanud ja pool muud tüüpi rakke. Kui need niinimetatud haploidsed rakud viljastumisel kokku tulevad, toodavad nad ühe raku, millel on täielik DNA komplement. Ühendatult nimetatakse lahtrit kahekordseks või kahekordseks diploidseks. Kaks osa moodustavad terviku.

Alates sellest hetkest on peaaegu kõigil selle keha rakkudel sama geneetiline struktuur. Kui üherakuline embrüo dubleerib oma geneetilist materjali, on praeguse kaherakulise embrüo mõlemad rakud geneetiliselt identsed. Kui nad omakorda dubleerivad oma geneetilist materjali, on iga rakk neljarakulises staadiumis geneetiliselt identne. See muster jätkub nii, et täiskasvanu kõik triljonid rakud on geneetiliselt täpselt samad - kas kopsus või luus või veres.

Somaatiliste rakkude tuumaülekandes pärineb kogu DNA ühest täiskasvanud rakus. Pilt Belkorini kaudu

Seevastu Dolly toodeti nn somaatiliste rakkude tuuma siirdena. Selle protsessi käigus eemaldavad teadlased munaraku geneetilise materjali ja asendavad selle mõne muu keharaku tuumaga. Saadud muna saab tehaseks embrüo tootmiseks, millest kujuneb järglane. Ühtegi spermat pole pildil; Poole seemnerakkude ja poole munarakkude geneetilise materjali asemel pärineb see kõik ühest rakust. See on algusest peale diploidne.

Pikk uurimistee viis Dollyni

Dolly oli kulminatsioon sadadele kloonimiskatsetele, mis näitasid näiteks, et diploidsed embrüonaalsed ja looterakud võivad olla järglaste vanemad. Kuid kloonitud embrüost või lootest tulenevaid looma kõiki omadusi polnud hõlpsasti teada. Teadlased võisid külmutada mõned 16-rakulise embrüo rakud, jätkates samal ajal teistest rakkudest kloonide tootmist; kui soovitav loom toodetaks, saaksid nad külmutatud rakud sulatada ja teha veel koopiaid. Kuid see oli madala edukuse tõttu ebapraktiline.

Dolly näitas, et täiskasvanute somaatilisi rakke saab kasutada ka vanematena. Nii võiks teada kloonitava looma omadusi.

Minu arvutuste kohaselt oli Dolly somaatiliste rakkude tuuma ülekandmisel 277 proovist ainus edu. Mõnikord tekitavad kloonimisprotsessid somaatiliste rakkude tuuma siirdamise teel endiselt ebanormaalseid embrüoid, millest enamik sureb. Kuid protsess on oluliselt paranenud, nii et edukuse määr on praegu pigem 10 protsenti; see on aga väga varieeruv, sõltuvalt kasutatud rakutüübist ja liigist.

Rohkem kui 10 erinevat tüüpi rakutüüpi on kloonimisel edukalt kasutatud vanematena. Nendel päevadel kloonitakse enamik rakke, mis on saadud naha biopsia abil.

Rohkem kui geenid võivad klooni mõjutada

Geneetika on ainult osa loost. Isegi kui kloonid on geneetiliselt identsed, on nende fenotüübid - omadused, mida nad väljendavad - erinevad. See on nagu looduslikult esinevad identsed kaksikud: nad jagavad kõiki oma geene, kuid nad pole tegelikult täpselt sarnased, eriti kui neid kasvatatakse erinevates kohtades.

Keskkond mängib teatud omaduste osas tohutut rolli. Toidu kättesaadavus võib kaalu mõjutada. Haigused võivad kasvu pidurdada. Sellised elustiili, toitumise või haiguste mõjud võivad mõjutada seda, millised geenid inimesel sisse või välja lülitatakse; neid nimetatakse epigeneetilisteks efektideks. Ehkki kogu geneetiline materjal võib kahes identses kloonis olla sama, ei pruugi nad kõiki samu geene ekspresseerida.

Võitja kloonimine ei taga järgmise põlvkonna edukust. Fotovestlus / AP Foto / Darron Cummings

Mõelge võidusõiduhobuste kloonimise praktikale. Mõnikord on ka võitjate kloonid - kuid enamasti pole nad seda. Selle põhjuseks on see, et võitjad on ületatud; neil peab olema õige geneetika, aga ka õige epigeneetika ja õige keskkond, et selle võidupotentsiaalini jõuda. Näiteks ei saa kunagi täpselt kopeerida emakahaigusi, kui võidukarika hobune koges, kui see oli arenev loode. Seega toob meistrite kloonimine tavaliselt pettumuse. Teisest küljest annab suure osa rassi võitnud hobuste täku kloonimine väga usaldusväärselt klooni, mis sarnaneb ka võitjatele. See on pigem geneetiline kui fenotüüpne olukord.

Ehkki geneetika on usaldusväärne, on kloonimisprotseduuri teatud aspektide kohaselt epigeneetika ja keskkond optimaalsed. Näiteks on seemnerakkudel viljastatud munarakkude aktiveerimise viisid elegantsed, mis õigesti aktiveerumata surevad; kloonimisega saavutatakse aktiveerimine tavaliselt tugeva elektrilöögi abil. Paljud kloonimise ja sellele järgneva embrüonaalse arengu etapid tehakse inkubaatorites katseklaasides. Need tingimused ei ole naiste reproduktiivse trakti täiuslikud asendajad, kus tavaliselt toimub viljastumine ja embrüonaalne varane areng.

Mõnikord arenevad ebanormaalsed looted tähtajaks, mille tulemuseks on kõrvalekalded sündides. Mõne klooni kõige silmatorkavamat ebanormaalset fenotüüpi nimetatakse „suurte järglaste sündroomiks“, kus vasikad või talled on normaalsest 30–40 protsenti suuremad, mis põhjustab rasket sündi. Probleemid tulenevad ebanormaalsest platsentast. Sündides on need kloonid geneetiliselt normaalsed, kuid on liiga suured ning kipuvad olema hüperinsulineemilised ja hüpoglükeemilised. (Tingimused normaliseeruvad aja jooksul, kui ebanormaalne platsenta ei mõjuta järglasi enam.)

Kloonimisprotseduuride hiljutised täiustused on tunduvalt vähendanud neid kõrvalekaldeid, mis esinevad ka loomuliku paljunemise korral, kuid palju harvemini.

Geneetilise materjali eemaldamine raku tuumast. Pilt vestluse kaudu / AP Foto / Thomas Terry

Jätkates kloonimisega

Ligi kaks tosinat liiki on toodetud tuhandeid kloonitud imetajaid. Neist väga vähesed puudutavad praktilisi rakendusi, näiteks kuulsa anguse pulli, kelle nimi on Lõplik vastus (kes suri hiljuti vanas eas) kloonimist, et saada klooni sperma kaudu rohkem kvaliteetseid veiseid.

Kuid kloonimise uurimise maastik muutub kiiresti. Dolly tootmise tõukejõuks polnud geneetiliselt identsete loomade tootmine. Pigem tahavad teadlased loomade geneetiliseks muutmiseks kloonimistehnikaid kombineerida teiste meetoditega - palju kiiremini kui traditsioonilised loomakasvatusmeetodid, mille liikide, näiteks veiste, populatsioonide muutmiseks kulub aastakümneid.

Üks hiljutine näide on küsitletud (sarvedeta) geeni sissetoomine piimakarjale, välistades seeläbi vajaduse valuliku tuhastamisprotsessi järele. Veelgi silmatorkavam rakendus on sigade tüve tootmine, mis ei ole võimeline nakatuma väga nakkava ja kurnava PRRS-viirusega. Teadlased on isegi teinud veiseid, kellel pole hullu lehma tõbe võimalik välja arendada. Kõigi nende protseduuride puhul on somaatiliste rakkude tuuma siirdamine protsessi oluline osa.

Praeguseks on nende somaatiliste rakkude tuuma siirdamise katsete kõige väärtuslikum panus olnud teaduslik teave ja saadud teadmised. Nad parandasid meie mõistmist embrüonaalsest normaalsest ja ebanormaalsest arengust, sealhulgas vananemise aspektidest ja muust. See teave aitab juba vähendada sünnidefekte, parandada viljatusest kõrvalehoidmise meetodeid, töötada välja vahendeid teatud vähktõve vastu võitlemiseks ja isegi vähendada vananemise negatiivseid tagajärgi - kariloomadel ja isegi inimestel. Kaks aastakümmet Dollyst alates on olulised rakendused alles arenemas.

Colorado osariigi ülikooli biomeditsiini teaduste professor George Seidel

See artikkel avaldati algselt lehel The Conversation. Lugege algset artiklit.