Klonowanie organizmów

Klonowanie organizmów


Czym jest klon, co to znaczy klonowanie, zdefiniuje na początek znaczenie tych dwóch słów. Oba te pojęcia wywodzą się z greckiego słowa „klon” oznaczającego gałązkę, odkład lub zraz. W biologii klonem określamy grupę składającą się przynajmniej z dwóch osobników (lub komórek), które są identyczne pod względem genetycznym; klonowanie zaś jest procesem, w wyniku, którego zostaje utworzony klon. Najczęściej klonowanie rozumiane jest jako zabieg eksperymentalny, jednak zachodzi ono samorzutnie na szeroką skalę zarówno w świecie roślin, jak i zwierząt. Klonem będzie każda populacja komórek powstała w wyniku mitotycznych podziałów jednej, wyjściowej komórki macierzystej, pod warunkiem, oczywiście, że nie zaszły w nich jakieś zmiany genetyczne powodujące powstanie różniących się od siebie subpopulacji. Klonami będą grupy zwierząt powstałe w wyniku różnych form rozrodu bezpłciowego. Znany powszechnie z podręczników szkolnych pierwotniak, pantofelek, rozmnażający się bezpłciowo poprzez poprzeczny podział swojego ciała, które stanowi pojedyncza komórka, klonuje się, a powstała z jednego osobnika, w wyniku kolejnych podziałów, populacja pantofelków potomnych stanowi typowy klon. Klonem będzie też potomstwo stułbi powstałe w wyniku innego typu rozrodu bezpłciowego, a mianowicie pączkowania. Klonami będą również grupy osobników powstałe w wyniku fragmentacji całego organizmu, strobilizacji czy też innych rodzajów rozrodu bezpłciowego. Ogromne populacje klonów powstają u wielu gatunków roślin w wyniku rozmnażania wegetatywnego: z bulw, kłączy, cebul, fragmentów łodyg, a nawet liści. Zdolność roślin do tego rodzaju rozmnażania została już dawno przez człowieka zauważona i wykorzystana w praktyce. Większość osób jednak nie wie, że sadząc na polu ziemniaki z oczek bulw lub rozmnażając w domu fiołki afrykańskie z liści, przeprowadza typowy zabieg klonowania.
U ssaków nie występuje zjawisko rozrodu bezpłciowego, nie dochodzi więc do powstawania tą drogą klonów ssaków. Nie oznacza to jednak, że klony u ssaków nie występują; tworzą się one u niektórych gatunków podczas rozwoju zarodkowego, na skutek podziału jednego zarodka na dwa lub więcej zarodków, czego konsekwencją jest powstanie grupy identycznych genetycznie osobników. Zjawisko to, występujące zresztą u wielu grup zwierząt, nosi nazwę poliembrionii. U ssaków zjawisko poliembrionio występuje regularnie u dwóch gatunków pancerników z rodzaju Dasypus. U pancernika peba z jednej blastycysty rozwijają się, w wyniku podziału tarczki zarodkowej, 4 osobniki, zaś u innego od 7 do 12 identycznych gentycznie osobników, co jest prawdopodobnie najliczniejszym klonem, jaki może powstać spontanicznie u ssaków. U innych gatunków ssaków poliembrionia ogranicza się najczęściej do występowania bliźniąt jednojajowych (monozygotycznych, czyli wywodzących się z jednej zapłodnionej komórki jajowej, czyli zygoty). Monozygotyczne bliźnięta pojawiają się sporadycznie u owcy, bydła oraz u niektórych innych gatunków dziko żyjących i tych, które mają wiele młodych, wykrycie monozygotycznych bliźniąt jest praktycznie niemożliwe.
Najbardziej miarodajne dane odnośnie do częstotliwości pojawiania się bliźniąt monozygotycznych dotyczą, oczywiście człowieka.



Metody klonowania ssaków
Opracowanych jest kilka metod klonowania ssaków. Do klonowania zarodków – czyli jeszcze nie zróżnicowanych komórek - stosuje się metody:
 izolacji blastomerów,
 reagregacja blastomerów,
 dzielenie zarodków,
 transplantacja jąder komórkowych.
Ta ostania metoda jest także stosowana do klonowania somatycznego, czyli takiego w którym wykorzystywane są komórki pochodzące z osobników dorosłych. Tą metodą właśnie została sklonowana – jako pierwszy ssak - w 1996 roku owca Dolly.
Klonowanie zarodków metodą izolacji blastomerów
Polega na usunięci osłonki przejrzystej zarodka gdy występuje on w stadium 4-komórkowym – składa się z 4 blastomerów (wykorzystywane też są czasami zarodki składające się z 2, lub 8 blastomerów), a następnie umieszczeniu w pożywce pozbawionej jonów magnezu i wapnia, co powoduje osłabienie połączeń pomiędzy blastomerami i rozdzielenie się ich. Następnie rozdzielne blastomery hoduje się w warunkach in vitro do momentu uzyskania przez nie stadium moruli lub blastocysty. Następnie wszczepie się je do macicy samicy-biorcy. Klonowanie tą metodę jest jednak mało skuteczne. Jest to metoda czysto laboratoryjna.
Klonowanie zarodków metodą dzielenie (bisekcji)
Polega na przecięciu zarodków występujących w stadium moruli lub blastocysty odpowiednie przygotowanym skalpelem. Jest to zabieg stosunkowo prosty, dzieli się zarodek na dwie równe części, i po krótkiej hodowli in vitro przeszczepie się je do samic-biorczyń.
Ograniczeniem tej metody jest możliwość uzyskania tylko dwóch identycznych genetycznie osobników – dzielenie zarodka na 3, 4 i więcej części nie przynosiło rezultatów.
Klonowanie zarodków metodą reagregacji blastomerów (klonowanie chimerowe)
Organizm chimerowy – chimera – jest to organizm złożonych z komórek pochodzących z dwóch lub więcej, organizmów, czyli pochodzący z komórek różniących się pod względem genetycznym i genotypowym. Klonowanie chimerowe opiera się na hipotezie „inside-outside, wg której zewnętrznie położone komórki zarodka wytwarzają trofoblast (odpowiedzialny za implantację w ścianie macicy), a z komórek będących wewnątrz, odizolowanych od środowiska zewnętrznego, rozwinie się ostatecznie przyszły osobnik. W metodzie tej pojedyncze blastomery wyizolowane wcześniej z zarodka klonowanego (zwykle 4 lub 8 komórkowego) otacza się innymi blastomerami – tzn. blastomerami nośnikowymi. Następnie po hodowli in vitro wszczepie się taki już chimerowy zarodek do samicy-biorcy.
Metoda ta mimo że pozwala na uzyskanie większej liczby klonów pozostaje jednak metodą czysto laboratoryjną, ze względu na duże trudności z hodowlą i przeżywalnością agregowanych blastomerów.
Klonowanie metodą transplantacji jąder komórkowych
Jest to najczęściej wykorzystywana metoda klonowania. Jest jedyną która pozwala na sklonowanie dorosłych osobników, oraz umożliwiająca uzyskanie wielu klonów. Ta właśnie metodą sklonowana została owca Dolly. Polega na usunięciu jądra komórkowego z niezapłodnionego oocytu (komórki jajowej) i wszczepieniu jądra z innej komórki – pochodzącej z organizmu jaki chcemy klonować. Jądro można obierać z komórek zarodka, z komórek hodowanych in vitro, a także co najważniejsze w tej metodzie, z dorosłych już osobników. W przypadku Dolly były to komórki pochodzące z wymienia jednej z owiec. Pierwszym etapem tej metody klonowania jest usuniecie jądra z niezapłodnionego oocytu. Zabieg polega na mikrochirurgicznym usunięciu chromosomów ułożonych w płytce metafazowej II podziału mejotycznego. Następnie izoluje się jądra z komórek które chcemy klonować. W przypadku klonowania zarodków będą to blastomery, a przypadku chęci sklonowania dorosłego osobnika będą to komórki pochodzące z różnych tkanek. Kolejnym etapem jest wprowadzenie wyizolowanego jądra do oocytu, z którego wcześniej usunięto jego własne jądro. Zabieg ten można przeprowadzić metodą mikrochirurgiczną – polegającą na bezpośrednim wprowadzeniu jądra do komórki jajowej za pomocą mikromanipulatora, lub metodą niechirurgiczną – za pomocą inaktywowanego wirusa Sendai (wirus z grupy wirusów grypy) albo poprzez elektrofuzję, czyli za pomocą impulsów pola elektrycznego. Oocyt z umieszczonym wcześniej jądrem pod osłonką przejrzysta umieszcza się w roztworze dielektryku pomiędzy dwoma elektrodami. Impulsy prądu stałego powodują fuzję. Ta metoda jest najpowszechniej stosowana na świecie – zastosowano ją także przy klonowaniu Dolly.
Następnie aktywuje się oocyt – czyli pobudza go do rozwoju. W tym celu stosuje się czynniki chemiczne: np. alkohol etylowy, lub fizyczne: np. impulsy prądu stałego. W końcu rozwijający się zarodek wszczepie się do macicy samicy-biorcy. Dolly urodziła się za 277 podejściem.
Chronologia postępów w klonowaniu zwierząt
• (1938) Hans Spemann zaproponował wykorzystanie transferu jądrowego w celu sklonowania organizmu. Pomysł pochodzi z rozważań nad sposobem eksperymentalnego rozstrzygnięcia kontrowersji, czy w procesie różnicowania następuje utrata materiału genetycznego. Gdyby następowała, klonowanie byłoby niemożliwe.
• żaba Rana pipiens (1952) Robert Briggs i Thomas King. Mieli trudności z uzyskaniem klonów z komórek zróżnicowanych, doszli do konkluzji, błędnej, że następuje utrata materiału genetycznego.
• żaba Xenopus laevis (1958, 1962) John B. Gurdon odniósł sukces. Przez wiele lat jednak jego wynik był kwestionowany, zwłaszcza w świetle nieudanych prób klonowania ssaków. Gurdon wielokrotnie udoskonalał eksperyment, by odpowiedzieć na kolejne zarzuty.
• karp: (1963),
• owca: (1996) pierwszy sklonowany ssak: Owca Dolly
Dolly urodziła się 23 lutego 1996 roku jako wynik eksperymentu naukowców Roslin Institute w Edynburgu. Wraz z nią urodziło się także 254 innych sklonowanych organizmów, jednak większość obciążona była mutacjami i błędami genetycznymi, pozostałe były zniekształcone - wszystkie zostały uśmiercone.
W czasie życia owieczki Dolly zebrano dużo informacji na temat rozwoju sklonowanego organizmu. Zaobserwowano między innymi, że wiek materiału genetycznego sklonowanego organizmu jest identyczny z wiekiem dawcy. Tym samym Dolly miała biologicznie 6 lat w chwili urodzenia, tyle ile miała owca-dawczyni. Prawidłowość ta powoduje między innymi, że klon nie jest pozbawiony wad genetycznych wieku starczego dawcy i ma mniejszą odporność na choroby.
Dolly została uśpiona ze względu na nieuleczalną chorobę płuc po 6 latach 14 lutego 2003 roku (owce żyją średnio 11-12 lat). Wcześniej cierpiała także na zwyrodnieniową chorobę stawów. Wydała na świat 6 zdrowych jagniąt. Po śmierci została wypchana i zaprezentowana publiczności w edynburskim muzeum 11 kwietnia 2003.
• 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: (1998) Wakayama i Yanagimachi. W 2002 roku Hochedlinger i Jaenisch sklonowali myszy z limfocytów T i pokazali, że otrzymane osobniki mają rearanażacje genu receptora limfocytu T właściwą dla wyjściowej populacji limfocytów. Powszechnie uważa się to za najsilniejszy dowód, że klonowanie jest możliwe z komórek zróżnicowanych.
• 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)
• człowiek (2004) grupa Shin Yong Moona. Otrzymano pluripotentne komórki macierzyste.
• pies: Snuppy (kwiecień 2005).
Zwierzęta transgeniczne

Za kreatora pierwszych transgenicznych myszy i nazewnictwa uważa się Jona Gordona, ale cofając się myślą, od początku lat osiemdziesiątych znajdziemy transgeniczne stworzenia skonstruowane przez ludzi już 10 lat wcześniej. Za transgeniczny bowiem uznajemy organizm, który został na trwale wzbogacony w gen(y) pochodzący z innego gatunku. Słowo ‘transgeniczne” używamy również do królestwa roślin, często mówi się o niebezpieczeństwie jakie niesie za sobą spożywanie tego typu pokarmów.

Klonowanie ludzi

Wydarzeniem przełomowy w rozwoju biologii eksperymentalnej w ostatnich latach stało się klonowanie dorosłych ssaków. Ponieważ wraz z klonowaniem zwierząt otworzyła się szansa na klonowanie człowieka, rozpoczęła się burzliwa dyskusja na temat moralnych implikacji prowadzonych eksperymentów.
Literatura zawiera wzmianki o produkowaniu istot przypominających człowieka lub ludzkich tkanek. Wzmianki te występują na przykład w Księdze Zosimusa z II wieku naszej ery. Można je również odnaleźć w traktacie z XIV wieku. Genetyczne klonowanie ludzi jest często opacznie rozumiane jako kopiowanie identycznych pod każdym względem ludzi.Z technicznego punktu widzenia, naturalnie urodzone bliźnięta jednojajowe, są klonami, można więc powiedzieć, że już obecnie ludzkość w ok 1.5-3% składa się z klonów. Sztuczne techniki klonowania ludzi, jak i podstawowe problemy techniczne, w zasadzie nie odbiegają od technik i problemów istniejących przy klonowaniu innych ssaków.

Dyskusja etyczna

Przed 25 lat R. B. Potter opublikował książkę Pt. „Bioethics- Bridge to the Future”. Dzieło to zapoczątkowało rozwój nowej dziedziny wiedzy- bioetyki, która stanowi refleksję etyczną nad zagadnieniami biologicznymi. Dlatego też klonowanie prowadzi do tworzenia dorosłych jednostek ludzkich rodzi szereg problemów etycznych, prawnych, religijnych i społecznych. Przy sztucznym klonowaniu ludzi pojawiają się takie kwestie jak:
• czy klon miałby duszę inną od jego wzorca?
• czy wyższe wartości tj. miłość, rodzina, małżeństwo straciłyby na ważności?
• czy klon byłby przedmiotem (jako wytwór techniki), czy też należałoby go uznać za jednostkę ludzką i przyznać mu wszystkie związane z tym prawa?
• kto miałby prawo wychowywać klony i jak miałoby to się odbywać?
• kto miałby prawo regulować zasady „produkcji” klonów (ich liczbę, rodzaje, sposoby pozyskiwania materiału genetycznego itp.)?
• jak świadomość bycia sztucznym klonem wpływałaby na psychikę?
• w jaki sposób masowa produkcja klonów wpłynęłaby na strukturę społeczną?

Zagadnienia prawne

Aktualnie w większości krajów wysokouprzemysłowionych istnieje zakaz prowadzenia badań nad klonowaniem ludzi w celu ich powielania, zezwalają one jednak, w mniejszym lub większym stopniu na badania z klonowaniem tkanek i embrionów ludzkich w celach medycznych. W wielu krajach, ze względu na to, że sprawa ta zaistniała stosunkowo niedawno, nie ma jeszcze żadnych regulacji prawnych na ten temat.
W USA kilkukrotnie (w 1998, 2001 i 2003 rząd, z inicjatywy prezydenta Busha próbował przeforsować w parlamencie ustawę o całkowitym zakazie jakiegokolwiek klonowania ludzi i ich tkanek. Za każdym razem jednak ustawa była odrzucana przez Senat. Powoduje to, że każdy ze stanów USA może sobie uchwalać własne prawo w tym zakresie. Część stanów (zazwyczaj tych, w których legislaturach stanowych większość ma Partia Republikańska) wprowadziła pełen zakaz klonowania, z kolei inne mają mniej lub bardziej liberalne prawo w tym zakresie. W Nevadzie nie istnieją żadne regulacje w tej dziedzinie, co powoduje, że wszystkie firmy zajmujące się badaniami nad klonowaniem ludzi (takie jak np. Clonaid) mają siedziby właśnie tutaj.
Rząd USA wprowadził zakaz finansowania jakichkolwiek badań nad klonowaniem ludzi ze środków federalnych, a także prowadzenia takich badań w ośrodkach badawczych znajdujących się pod kontrolą władz federalnych.
W Wielkiej Brytanii w styczniu 2001 rozpoczęto debatę parlamentarną mającą na celu określenie zasad klonowania embrionów ludzkich w celach medycznych (Human Embryology Act). Debata ta skończyła się formalnym odrzuceniem ustawy, ze wględu na wygranie procesu przez grupę parlamentarzystów w Sądzie Najwyższym, który dopatrzył się luki prawnej, mogącej doprowadzić do legalizacji klonowania w celach reprodukcji ludzi. Poprawiona ustawa została jednak ponownie skierowana przez rząd Blaira do parlamentu i została ostatecznie przegłosowana w marcu 2002. Human Embryology Act dopuszcza wykonywanie eksperymentów nad klonowaniem tkanek i embrionów w celach medycznych, pod warunkiem zatwierdzenia programu badań przez specjalną komisję etyczną. Jak dotąd jedyne pozwolenie na tego rodzaju badania udało się uzskać badaczom z University of Newcastle 11 sierpnia 2004.
W ONZ odbyła się debata na temat wprowadzenia ogólnoświatowego traktatu ustalającego zasady prowadzenia badań nad klonowaniem ludzi. Debata ta została rozpoczęta formalnie z inicjatywy rządu Kostaryki, choć w rzeczywistości najbardziej zainteresowany jest nią rząd USA, który zdaniem Lawrence'a Goldsteina, profesora medycyny molekularnej z University of California San Diego, namówił rząd Kostaryki do jej rozpoczęcia. Rząd USA nie mógł formalnie rozpocząć tej debaty, gdyż w samym USA kwestia ta nie jest wciąż jasno uregulowana.
Jak dotąd debata ta nie zakończyła się żadnymi konkluzjami, ze względu na liczne kontrowersje i brak konsensusu. Żaden z dwóch projektów traktatu - kostarykańsko-amerykański, zakazujący całkowicie jakichkolwiek badań nad klonowaniem ludzi i belgijski, dopuszczający badania nad klonowaniem w celach medycznych, nie miały szansy uzyskać akceptacji wszystkich państw i zostały ostatecznie "odłożone na półkę".



Bibliografia:
1. Zbigniew Chłap, Spotkania z bioetyką, Kielce 1999.
2. Barbara Chyrowicz, Klonowanie człowieka- fantazje- zagrożenia- nadzieje, Lublin 1999.
3. Peter Singer, Deane Wells, Dzieci z probówki, Warszawa 2003.
4. Wielka Encyklopedia Polonica