Wszystko o klonowaniu

Klonowanie od wielu lat przysparza wielu pracy naukowcom a nam zwykłym „zjadaczom chleba” przynosi pytania związane z wątpliwościami, czy proces klonowania rozpoczęty na zwierzętach, a przeniesiony na organizmy ludzkie nie objawi się jakąś tragedią. Oto kilka informacji dotyczących istoty samego klonowania i sukcesów w tej dziedzinie.

Klonowanie (gr. gałązka, odrośl) - proces tworzenia idealnej kopii z oryginału. W biologii termin klonowanie jest używany w dwóch znaczeniach:
• Klonowanie genów - które polega na pobieraniu materiału genetycznego z jednego organizmu i wprowadzanie go do innego np. metodą PCR (łańcuchowa reakcja polimeryzacji, metoda powielania łańcuchów DNA in vitro, polegająca na sekwencji wielokrotnego podgrzewania i oziębiania próbki). Klonować można w tym sensie zarówno całe genotypy, jak i pojedyncze geny. Zazwyczaj jest to czynione w celu udowodnienia, że określony fragment DNA istotnie koduje daną cechę (np.: chorobę dziedziczną) lub w celu modyfikacji pewnych cech organizmu, do którego wszczepia się klonowane geny.
• Klonowanie organizmów polega na tworzeniu dokładnych kopii organizmów wielokomórkowych. W sensie biologicznym za klony uważa się wielkomorkówe orgazmy, które powstały na podstawie kodu genetycznego innego, rozwiniętego już organizmu, ale nie poprzez krzyżowanie garniturów chromosomalnych rodziców. Klonowanie jest możliwe, bo prawie każda komórka organizmu wielokomórkowego zawiera taki sam zestaw genów. Klonowanie może mieć miejsce zarówno w sposób naturalny jak i sztuczny. Np: wiele roślin potrafi rozmnażać się przez pączkowanie, które jest formą klonowania. Klonowanie nazywa się też czasem prokreacją aseksualną, gdyż w tym procesie uczestniczy tylko jeden osobnik.


W ramach biotechnologii rozwinięto już wiele technik sztucznego klonowania roślin i zwierząt. W przypadku zwierząt zazwyczaj stosuje się technikę polegającą na wymianie całego DNA zawartego w jądrze wybranej komórki somatycznej pobranej z klonowanego osobnika, do komórki jajowej osobnika tego samego gatunku, tworząc w ten sposób sztuczną zygotę. Zygotę tę można następnie rozwinąć do żywego osobnika wszczepiając ją do narządów rodnych innego osobnika, lub przeprowadzając jej sztuczną inkubację.
Istnieją kontrowersje, czy otrzymane w ten sposób klony są istotnie w 100% identyczne genetycznie z ich wzorcami. W trakcie tego procesu wymienia się bowiem tylko materiał genetyczny zawarty w jądrze komórkowym ignorując fakt występowania mitochondrialnego DNA. Najbardziej powszechny pogląd na ten temat głosi jednak, że mitochondrialne DNA jest wtórne w stosunku do DNA zawartego w jądrach i nie ma minimalny wpływ na dziedziczenie cech genetycznych.
W przypadku roślin i bakterii, sztuczne klonowanie przeprowadza się często metodami reprodukcji wegetatywnej. Polega ona na hodowaniu roślin nie z nasion, lecz poprzez sadzonki otrzymywane przez odrywanie wybranych części klonowanej rośliny, które są zdolne w odpowiednich warunkach do samodzielnego rozwinięcia w pełną roślinę. Tego rodzaju metody klonowania były stosowane od tysiącleci. M.in. w ten właśnie sposób od tysiącleci utrzymuje się jednorodność odmian winogron stosowanych przy produkcji wina.
Kilka lat temu urodziła się owieczka Dolly - pierwszy ssak stworzony przez naukowców na drodze klonowania, czyli kopiowania materiału genetycznego komórki somatycznej dorosłego organizmu. Od tej pory biologom udało się sklonować inne zwierzęta oraz trochę udoskonalić szczegóły techniczne.
Porządek chronologiczny najsłynniejszych udanych i nieudanych prób klonowania zwierząt:
• żaba: (1962) Nieudana
• karp: (1963) Pierwsze udane klonowanie zwierzęcia
• owca: (1996) słynna Owca Dolly
• małpa (Rezus): (samica, styczeń 2000)
• świnia: (5 prosiaków z jednej świni, Szkocja - 2000)
• bawół: (samiec, styczeń 2001)
• krowa: Alpha and Beta (samica, 2001)
• kot: CopyCat "CC" (samica, jesień 2001)
• mysz: ponad tuzin (do 2002)
• królik: (marzec-kwiecień, 2003) we Francji i Korei Południowej.
• muł: Idaho Gem (samiec, maj 2003) i Utah Pioneer (samiec, lipiec 2003)
• jeleń: Dewey (2003)
• koń: Prometea (samica, 2003)
• szczur: Ralph (samiec, 2003)
• muszki owocowe (2004)

Klonowanie ciągle jest wielką zagadką biologiczną. Ciągle nie wiemy, dlaczego niektóre gatunki zwierząt są szczególnie oporne na klonowanie. Japońscy naukowcy już dwa lata temu sklonowali myszy, ale do dzisiaj nikomu nie udało się sklonować szczura... Nie mamy też pojęcia, co na poziomie molekularnym dzieje się z klonowanymi genami, ponieważ komórka jajowa musi je jakoś przeprogramować, żeby mogły pokierować rozwojem zarodka... Naukowcy jeszcze nie rozumieją tych wszystkich zjawisk i dlatego klonowanie zwierząt ciągle ma bardzo niewielką wydajność. Techniczne ulepszanie procesu klonowania odbywa się na oślep i większość osiągnięć wynika ze szczęśliwego zbiegu okoliczności.
Niedawno udowodniono, że klonowanie jest najskuteczniejsze, gdy klonowana komórka somatyczna jest w tej samej fazie cyklu komórkowego, co komórka jajowa, do której wprowadza się materiał genetyczny. Owca Dolly powstała z komórki sztucznie wprowadzonej w tzw. fazę G0 cyklu życiowego - fazę uśpienia, w której komórka przestaje się dzielić. Komórki jajowe też znajdują się w podobnym stadium uśpienia... Ale kilka lat temu Ian Wilmut (naukowiec) wcale o tym nie myślał - po prostu bezskutecznie próbował klonować różne komórki i w końcu z rozpaczy wpadł na pomysł, żeby wykorzystać komórki hodowane w pożywce zawierającej mało czynników wzrostowych (takie komórki przestają się dzielić i wycofują się w fazę G0). Tak rozpoczęła się historia klonowania.


Owca Dolly powstała z dojrzałej komórki, pobranej z ciała innej sześcioletniej owcy. Dojrzałej, a więc takiej, gdzie informacja zapisana w jądrze komórkowym już raz została odczytana. Wcześniej sądzono, że coś takiego jest możliwe tylko z komórkami zarodka. Dlaczego? Dlatego, że w procesie różnicowania komórek zaszły, wydawałoby się nieodwracalne zmiany w ich DNA. Duża część DNA zostaje zasłonięta przez białka czyniąc dostępnymi jedynie te jego fragmenty, które dana komórka wykorzystuje do pełnienia swych funkcji. Aby klonowanie się powiodło Wilmut musiał więc nakłonić DNA wyspecjalizowanej komórki do pozbycia się blokujących go białek. W tym celu wstrzymał na tydzień dopływ składników odżywczych. Okazało się, że wygłodzenie doprowadza do zmian w białkowym rusztowaniu, reaktywacji uśpionych genów i powrotu do stanu zarodkowego całej komórki.

Procedura klonowania Dolly przebiegała następująco:
* pobranie jądra komórkowego z komórki wymienia dorosłej owcy
* połączenie tegoż jądra z pozbawioną uprzednio jądra komórką jajową
* wszczepienie tak spreparowanej komórki jajowej matce zastępczej.

Kluczowy był etap drugi. By się powiódł, Keith Campbell - współpracownik Wilmuta zastosował mały "elektrotrick". Po umieszczeniu jądra komórki wymienia w oocycie całość poddał trwającemu mikrosekundy elektrowstrząsowi. Miało to dwa skutki:
- na powierzchni styku wytworzyły się pory ułatwiające połączenie obu struktur,
- do wnętrza oocytu przedostały się jony wapnia, co komórka odczytała jako efekt zapłodnienia i sygnał do rozpoczęcia rozwoju.

Dolly urodziła się za 277 podejściem. Część co bardziej zszokowanych naukowców powątpiewało, czy rzeczywiście jest ona klonem. Ich zdaniem Willmut mógł wyhodować ją nie z jakiejś obecnej w wymieniu niezróżnicowanej komórki. Na szczęście uczony miał w zamrażarce część oryginalnych komórek wymienia. Stosując metodę genetycznego odcisku palca wykazał, że DNA tych komórek i komórek Dolly są identyczne i żadne nie przypomina ani DNA białej owcy - dawczyni komórki jajowej, ani DNA owcy o czarnym pysku - matki zastępczej Dolly.
Do czego wykorzystamy klonowanie, kiedy prędzej czy później uda się pokonać kłopoty techniczne? Naukowcy nie zdecydują się w ten sposób leczyć bezpłodności, bo prościej jest udoskonalić już istniejące metody leczenia, które nie budzą takich wątpliwości etycznych (np. ICSI - wstrzyknięcie plemnika do komórki jajowej przy pomocy mikromanipulatora). Czy klonowanie pozwoli przywrócić do życia dziecko, które zginęło w wypadku samochodowym? Też nie: osobowość człowieka nie zależy tylko od genów. Większe znaczenie praktyczne będzie miało klonowanie transgenicznych zwierząt.

Klonowanie ludzi jest sprawą bardzo kontrowersyjną z etycznego punktu widzenia. W większości krajów świata klonowanie ludzi w celu "produkcji" identycznych, dorosłych osobników jest zakazane. Mimo to, kilka zespołów naukowych na świecie ogłosiło zamiar pracy na uzyskaniem tego rodzaju ludzkich klonów. Jak dotąd jednak (koniec 2004 r.) nie ma wiarygodnych dowodów na to, że komuś to się udało. W kilkunastu krajach (w tym wciąż w USA) można jednak przeprowadzać klonowanie w celu hodowli ludzkich embrionów, z których pobiera się następnie tkanki potrzebne przy leczeniu niektórych chorób.
Znakomity badacz Wilmut twierdzi, że klonowanie ludzkich komórek powinno zostać wykorzystane przez lekarzy do produkcji zastępczych narządów, które można byłoby wszczepić pacjentom czekającym np. na przeszczep wątroby albo serca. Narządy stworzone na drodze klonowania nie byłyby odrzucane przez organizm biorcy, bo sklonowana komórka wytwarzałaby dokładnie takie same białka jak organizm, z którego została pobrana. Takie zastępcze narządy byłyby wytwarzane w laboratorium z pojedynczych komórek - oczywiście nie ma mowy o żadnym wytwarzaniu płodów przeznaczonych tylko do pobrania tkanek; wszystko przypominałoby zwykłą hodowlę komórkową. Ale wciąż budzą się kontrowersyjne dyskusje: czy klonowanie ludzkich komórek w celu ratowania życia śmiertelnie chorych pacjentów jest usprawiedliwione moralnie?

Również i ja jestem przekonana, że klonowanie może przynieść medycynie możliwości leczenia wielu chorób, ale wydaje mi się, że jeśli rozpocznie się ten proces na większą skalę, na świecie nie zabraknie tych, którzy pragnąc zła potrafiliby to wykorzystać i zaszkodzić ludzkości.