Jak zrobić klona?

Jak zrobić klona? Avatar 24 stycznia, 2016 Łukasz Sakowski bioetyka Biologia genetyka klon klonowanie Pojęcie klona rozumiane jest często w sposób fantastyczny czy fantastycznonaukowy, wykreowany przez różne filmy, książki i gry komputerowe. Dobrze jest rozumieć czym (lub kim) są klony naprawdę, jak i po co powstają. Czy sklonować można tylko dorosłego osobnika czy zarodek? Czy klony występują także naturalnie, powstając bez udziału człowieka czy jedynie nasza współczesna biotechnologia może stworzyć czyjąś kopię? I czy klony faktycznie są w stu procentach jednakowe? A może możliwe jest istnienie klona o zupełnie innym umaszczeniu czy cechach charakteru, niż u pierwowzoru? Czym szczególnym różni się klon męski od żeńskiego? No i co z klonowaniem wymarłych gatunków? klon www.theguardian.com Czym jest klon? Dobrze, wyjaśnijmy więc na początek czym jest klon. We wstępie napisałem już, że jego fantastyczna definicja nie odpowiada rzeczywistej. Nie jest to jakiś zmaterializowany „byt astralny” czy coś w tym guście. Współcześnie za kopię uznajemy organizm o identycznym genomie (informacji genetycznej, DNA) względem osobnika, na którym się wzorowaliśmy. Przy tym pamiętamy, że DNA mitochondrialne dziedziczymy tylko od matki, więc nie ma możliwości stworzyć męskiego klona w 100% odpowiadającego pierwowzorowi, a przynajmniej nie z dorosłego osobnika. Jak stworzyć klona z dorosłego organizmu? Chcąc stworzyć klon rozwiniętej już osoby czy zwierzęcia, musimy pobrać od niej i wyizolować genom z komórek somatycznych, czyli jakichkolwiek komórek poza rozrodczymi, gdyż te nie zawierają pełnego zestawu chromosomów. Wykorzystać można na przykład komórki skóry. Pobieramy więc z niej DNA i izolujemy. Teraz potrzebujemy oocyt (zwany potocznie komórką jajową), z którego usuwamy jądro komórkowe (mające już po podziałach mejotycznych połowę DNA). Następnie wszczepiamy do naszego oocytu pobrane jądro z DNA ze skóry i stymulujemy komórkowe podziały zarodkowe np. poprzez użycie niewielkiego impulsu elektrycznego. klonowanie Klonowanie, Wikimedia Ponieważ oocyt możemy na dzień dzisiejszy pobrać wyłącznie od samicy, a jak już napisałem, DNA mitochondrialne dziedziczone jest też tylko od samicy (bo plemnik i tak „gubi” po drodze swoje nieliczne mitochondria), to klonując osobnika męskiego w sposób opisany we wcześniejszym akapicie (z komórek somatycznych np. skóry), musimy pamiętać, że nie będzie on klonem w 100%, gdyż będzie posiadał kilkadziesiąt mitochondrialnych genów po dawczyni oocytu. Tym sposobem nie uzyskamy więc identycznego w 100% klona płci męskiej, w przeciwieństwie do klona płci żeńskiej, ponieważ ów oocyt pobrać możemy także od dawczyni DNA. Mając już gotowy zarodek – klon dorosłego osobnika – dzięki usunięciu haploidalnego jądra (z połową informacji genetycznej) i wszczepieniu na jego miejsce kompletnego genomu z komórek skóry dawcy (pierwowzoru) oraz pobudzeniu do podziałów impulsem elektrycznym, możemy go w odpowiednim stadium (na etapie wylęgłej z osłonki przejrzystej blastocysty) zaimplantować do samicy z czego, jeśli wszystko pójdzie prawidłowo, rozwinie się normalna ciąża i urodzony zostanie zdrowy osobnik. W tym momencie warto wyjaśnić dokładniej kwestię rodzicielstwa w opisywanej metodzie klonowania. W przypadku klona płci żeńskiej: pierwszą matką jest dawczyni DNA ze skóry, drugą dawczyni oocytu (komórki jajowej), trzecią surogatka, która donosiła ciążę. Można też wykorzystać DNA i oocyt lub DNA i donoszenie ciąży lub oocyt i donoszenie ciąży wyłącznie przy użyciu jednej samicy, przez co liczba rodziców takiego klona zmniejsza się do dwóch. Gdyby natomiast pobrać DNA i oocyt od jednej samicy, a następnie tej samej samicy zaimplantować zarodek – klon, to może go ona prawidłowo donosić i urodzić. W ten sposób otrzymujemy klona za pomocą jednego tylko rodzica. U klonów męskich jest inaczej – samiec nie da oocytu ani nie donosi ciąży, w związku z czym potrzebujemy tutaj co najmniej dwójki rodziców (samiec – dawca DNA i samica – dawczyni oocytu i surogatka). owca Dolly Wypchana Dolly, fot. Toni Barros W powyższy sposób uzyskano pierwszego klona ssaka, sławną owcę Dolly, o której większość z Was zapewne słyszała lub czytała. Udało się tego dokonać pod koniec XX wieku w Szkocji, nieopodal Edynburgu w Instytucie Roślin. DNA owcy pobrano z gruczołu mlekowego (stąd imię, nawiązujące do dużego biustu Dolly Parton) i w tym konkretnym przypadku wykorzystano drogę trzech matek. Sklonowana owieczka wydała na świat kilka zdrowych młodych, po kilku latach życia została uśpiona (ze względu na chorobę płuc) i skończyła jako wypchany eksponat w Royal Museum of Scotland. Jej wiek od samego początku nie był wyzerowany: już jako zarodek, płód i w końcu noworodek była „wyznakowana” genetycznie pod tym względem poprzez telomery, końcówki chromosomów, które z wiekiem się skracają, a które chronią DNA przez uszkodzeniami (podobnie jak końcówki sznurówek zapobiegają ich pruciu). Dolly była więc genetycznie w wieku swojego kilkuletniego pierwowzoru już jako zarodek. Klonowanie zarodków Klonować można także zarodki. Jest to metoda o wiele prostsza. Aby to wyjaśnić, muszę przedstawić najpierw krótką klasyfikację komórek pod względem ich zdolności do różnicowania się w inne komórki. Na początku zawsze wymieniamy te, które są totipotentne, czyli mogą przekształcić się i w węzeł zarodkowy, z którego rozwija się zarodek (a dalej wszelkie inne rodzaje komórek) i w trofoblast (z którego powstaje łożysko). Totipotentne są komórki wczesnego zarodka, przed przekształceniem się w morulę (co następuje gdy zarodek posiada powyżej 16 komórek). Potem, gdy morula zaczyna się zacieśniać (co nazywamy kompakcją) i chwilę później powstaje już blastocysta, zróżnicowana na wspomniany węzeł zarodkowy i trofoblast, komórki z węzła są pluripotentne. Nadal jest to jednak wysoka potencja – uzyskamy z nich każdy rodzaj komórek poza łożyskowymi. 1-zygota, 2-zarodek czteroblastomerowy, 3-morula, 4-morula (kompakcja), 5-wczesna blastocysta, 6-wylęgła blastocysta, www.medicinasportiva.ro Wiedząc jaką mamy zdolność komórek do różnicowania się w inne komórki na różnych etapach rozwoju zarodkowego, możemy je w odpowiednim momencie podzielić np. mikroskalpelem. Jeżeli zrobimy to, gdy komórki zarodka są totipotentne lub pluripotentne z uwzględnieniem odpowiedniej osi cięcia (tak, aby każda część miała swój trofoblast), to z jednego zarodka uzyskamy dwa zarodki, a dalej dwa płody i w końcu dwa noworodki. W ten sposób, tj. przez podział zarodka (co zachodzić może także w sposób naturalny, bez udziału bioinżynierii) powstają bliźnięta jednojajowe. Czyli są one de facto swoimi klonami. Innym sposobem klonowania zarodków jest wyizolowanie komórki zarodkowej, kiedy jest totipotentna i umieszczenie w zastępczej osłonce przejrzystej (struktura ta jest w uproszczeniu analogiczna do skorupki jaj ptasich, gadzich itd.). Ponadto możliwe jest usunięcie z blastocysty (wczesnego, pluripotentnego zarodka) węzła zarodkowego (pozostawiając trofoblast), a następnie wprowadzenie do niego klonowanych komórek dawcy. Wówczas powstaje organizm chimerowy (mający więcej, niż jedną parę rodziców genetycznych, z komórkami różniącymi się sekwencją DNA). Nawiązując do różnic przy klonowaniu ze względu na płeć – jeśli klon uzyskujemy z zarodka, nie ma tu opisanej wcześniej różnicy. Podzielony zarodek męski będzie miał identyczne także DNA mitochondrialne. klonowanie zarodka Klonowanie zarodka rezusa (bisekcja), Shoukhrat M. Mitalipov i in. Wiemy już co oznacza pojęcie klonu. Nowością dla niektórych było być może to, że bliźniaki jednojajowe są swoimi klonami. Ale to nie jedyna sytuacja, w której naturalnie, bez udziału człowieka powstaje kopia. Spotykamy się z tym bardzo często u roślin, gdyż ich biologia rozwoju znacznie różni się od naszej – potencja komórek roślin do różnicowania się w inne komórki zostaje stale utrzymywana w wielu tkankach. Efektem tego może być np. porośnięty roślinnością teren, którego spora część zasiedlana jest przez klony jednego roślinnego osobnika. Zwierzęta rozmnażające się przez np. pączkowanie także wydają na świat swoje klony. Jest to więc sposób rozmnażania bezpłciowego. Regulacja aktywności (ekspresji) genów metylacja DNA Metylacja cytozyny, www.ks.uiuc.edu Część z Was miała styczność z bliźniakami jednojajowymi. Niektórzy mogli zauważyć, jak bardzo się między sobą różnią, choć są swoimi klonami – mają identyczny genom – a ponadto wychowywali się w tym samym środowisku. Tworząc klony zwierząt metodami bioinżynierii także możemy spotkać się z sytuacją, gdzie kopia, czasem nawet znacznie, różni się od pierwowzoru. Wynika to z regulacji ekspresji genów, która w zależności od różnych czynników, także środowiskowych, może być u klonów różna. Aby geny ulegały ekspresji (czyli by zostawały przepisywane na białka o określonej aktywności biologicznej), muszą być odpowiednio przestrzennie ułożone w chromosomach, tak by czynniki transkrypcyjne mogły się do nich przyłączyć, by mogła zajść transkrypcja (DNA jest najpierw w wyniku tego właśnie procesu przepisywane na RNA, a dopiero potem na funkcjonalne białka). Jej regulacja zależy też od poziomu metylacji danych genów, czyli przyłączenia się do nich grup metylowych. Im bardziej zmetylowany jest gen, tym słabiej ulega ekspresji lub może być nawet całkowicie wyciszony. W odpowiedzi na czynniki środowiska – dietę, sport, relacje społeczne itp. – nasz organizm metyluje i demetyluje DNA oraz modyfikuje białka, na które nawinięta jest nasza nić informacji genetycznej (białka te to histony). Dlatego też nawet klony mogą się tak bardzo między sobą różnić (co widać na pierwszym zdjęciu tego artykułu), bo ich geny mogą ulegać „odczytywaniu” w różnym stopniu. Po co nam klony? Zastosowanie klonów może być różnorakie. Przede wszystkim jednak dają one nadzieję do wyprowadzania z nich organów do przeszczepów. Muszę tutaj dookreślić, że mowa o hodowaniu organów in vitro, powstałych z zarodkowych komórek macierzystych, gdzie naszym klonem będzie bardzo wczesny zarodek. Absolutnie nie ma mowy o wizji w stylu tej ukazanej w filmie „Wyspa” z 2005 roku ze Scarlett Johansson, gdzie produkowano dorosłe klony i od nich pobierano narządy. To nie tylko byłoby nieetyczne, ale też niefunkcjonalne i nieopłacalne – pomyślcie o kosztach, o możliwościach tworzenia narządów in vitro, a następnie o kosztach utrzymywania „hodowli” dorosłych klonów i pobierania od nich narządów. Jeśli więc ktoś straszy klonowaniem na tej płaszczyźnie, miejcie świadomość, że robi Was w konia. Być może sam w to wierzy. nosorożec jawajski Nosorożec jawajski, www.rhinoworlds.com Innym celem, dla jakiego tworzylibyśmy klony, byłoby odtwarzanie wymarłych czy wymierających gatunków. Jeżeli na przykład mielibyśmy nosorożca jawajskiego, skrajnie zagrożonego wyginięciem, w liczbie – jedna sztuka, co możemy zrobić? Wykorzystujemy dostępne genomy z banku bioróżnorodności i działamy. Jeżeli nie mamy samicy, która mogłaby donosić taki płód, korzystamy potencjalnie ze sztucznej macicy lub osobnika bliskiego ewolucyjnie gatunku. Dzisiaj kiedy myślimy o klonowaniu wymarłych istot, zwykle przychodzi nam do głowy jakieś fascynujące zwierzę, jak np. mamut czy dinozaur. Trzeba sobie jednak uświadomić, że w przyszłości na skutek zanieczyszczenia środowiska, fragmentacji siedlisk czy globalnego ocieplenia zginie sporo gatunków. Już teraz mamy do czynienia z masowym wymieraniem. Jeżeli unicestwimy w ten sposób istotny element łańcucha pokarmowego jakiegoś ekosystemu albo gatunek ważny dla nas gospodarczo, będziemy zmuszeni do odtworzenia go. Dinozaury natomiast, choć na pewno sklonowanie ich byłoby niesamowite, nie są nam funkcjonalnie potrzebne, a i odtworzenie dawno wymarłych zwierząt zdaje się być mało prawdopodobne z różnych przyczyn, m.in. odległości filogenetycznej (ewolucyjnej) od współcześnie żyjących najbliższych przodków, braku dostępu do ich genomu itd. Czy klon ma duszę? bliźniaczki jednojajowe Bliźniaczki jednojajowe, Michaelee, Wikimedia Niektórzy zastanawiają się nad tym czy klon ma „duszę”. Ja wolę mówić o świadomości, jeśli ma to być wypowiedź czy dyskusja merytoryczna – w końcu dusza to pojęcie religijno-ideologiczne bądź potoczne. Nie wiemy obiektywnie rzecz biorąc czym jest dusza, nie można więc dyskutować o jej istnieniu. Jeśli zaś przyjąć definicję ściśle religijną – nie mamy żadnych podstaw by uważać, że coś takiego istnieje, więc i w tym wypadku wyłączamy „duszę” z naszych rozważań i zastępujemy ją świadomością. Zatem czy (narodzony) klon ma świadomość? Po przeczytaniu poprzednich akapitów myślę, że bez zastanowienia odpowiedzieliście sobie, że owszem ma. Chyba, że ktoś to kwestionuje. Jeśli tak, niech pokaże jednojajowego bliźniaka bez świadomości, której to „został pozbawiony” dlatego właśnie, że ma bliźniaka-klona. Zmierzam do tego, że nie jest to kwestia podlegająca wątpliwościom – jeżeli klon ma prawidłowo rozwinięty mózg, to po narodzinach zaczyna zyskiwać świadomość i stawać się osobą. Zaczyna zapamiętywać, a jego plastyczny mózg, tak jak mózg każdego innego zdrowego noworodka chłonie memy z otoczenia i podlega epigenetycznym regulacjom, które do pewnego stopnia zdeterminują jego osobowość na resztę życia. indukowane komórki macierzyste Indukcja komórek macierzystych, Y. Tambe, Wikimedia Co z tym faktem zrobimy? Klonowanie reprodukcyjne ludzi (czyli takie, aby narodziło się dziecko-klon) jest zabronione w większości krajów na świecie, a tam gdzie tego zakazu nie ma, to zwykle wynik braku jakichkolwiek regulacji prawnych. Klonowanie zarodków np. z użyciem indukowanych komórek macierzystych, czyli pobraniem komórki somatycznej, znów za przykład weźmy skórę, i przeprogramowaniem jej biotechnologicznie na komórkę macierzystą, pluripotentną, a następnie podanie do rozwijającego się wczesnego zarodka i wyprowadzenie z niego tkanek do przeszczepów jest potencjalnie bliższe stosowaniu w praktyce, sądzę wręcz że w przyszłości nieuniknione. Prace tego rodzaju często bojkotują fundamentaliści religijni, którzy wierzą, że zarodek ma duszę. Tylko (znowu) czym ta dusza miałaby być? Zarodek nie posiada świadomości, wspomnień, osobowości i nikt temu nie zaprzeczy. W związku z tym trudno mówić, że badania na wczesnych zarodkach są bardziej nieetyczne, niż na roślinach. Sądzę, że bardziej kontrowersyjne (ale niestety nadal potrzebne) są inwazyjne doświadczenia na zwierzętach (mówię oczywiście o dorosłych osobnikach, bo zarodki zwierząt w badaniach to powszechny standard). Klonowanie komercyjne pies klon Klon zmarłego pupila, http://platine.pl Na dzień dzisiejszy zaobserwować można pewną komercjalizację klonowania zwierząt. Czy to w celach sportowych (konie), w celach spożywczych czy innych. Moją uwagę przykuwa jednak klonowanie zmarłego pupila. Niektórzy płacą ogromne pieniądze wierząc, że klon będzie w istocie ich zmarłym zwierzątkiem. Sądzę, że ta infantylna nadzieja wynika z tego, o czym napisałem na początku – postrzegania klonowania w sposób fantastyczny czy fantastycznonaukowy. Nie ma podstaw by sądzić, że klon jest tą samą osobą czy w przypadku zwierząt osobnikiem, co pierwowzór. W związku z tym klonowanie zmarłych bliskich uważam za całkowicie nieuzasadnione i odstręczające. Trochę złośliwie i półżartem zapytam: czy zainteresowanych tego rodzaju usługą, których naukowe wyjaśnienia nie przekonują, nie powinno się czasem odsyłać do odpowiedniego specjalisty? Klony przyszłości Chociaż klonowanie ludzi jest na całym świecie zabronione, to jeżeli udało nam się sklonować owcę, konia, psa czy krowę oraz mysz, nie ma powodów by sądzić, że nie da się sklonować człowieka. Być może w tajnych placówkach wojskowo-badawczych, rządowych itp. niektórych krajów, zwłaszcza o ustroju autorytarnym czy totalitarnym doszło już do sklonowania ludzi. Oficjalnie jednak nic o tym nie wiadomo i nie wolno tego robić. Zastanawia mnie za to czy w przyszłości nie zróżnicujemy definicji klona w związku z mapowaniem ludzkiego mózgu na płaszczyźnie wirtualnej. Badania w ramach Blue Brain Project i Human Brain Project są obiecujące i najpewniej kwestią czasu jest sklonowanie ludzkiego mózgu wirtualnie. Nie mówimy tu o fantastyce naukowej. Takiej pracy, skutecznie, dokonano już w kontekście mózgu szczura. Można się burzyć na takie badania, tak mapowania mózgów jak i biotechnologicznego klonowania, przede wszystkim jednak warto je dobrze zrozumieć. Chcesz wesprzeć rozwój mojego bloga? Możesz to zrobić zostając jego patronem