Biologia szkoła ponadgimnazjalna/Klonowanie zwierząt

Klonowanie zwierząt

Zagadnienie z podstawy programowej

„uczeń: opisuje klonowanie ssaków; ”

Co to jest klon?

Bliźnięta jednojajowe to naturalne klony

Klony to osobniki identyczne pod względem genetycznym, posiadające taką samą informację genetyczną. Powstają w wyniku klonowania organizmów, polegającego na stworzeniu kolejnego osobnika zawierającego taki sam materiał genetyczny jak osobnik klonowany. Stosowane jest także pojęcie klonowanie genów. Proces ten polega na uzyskaniu wielu kopii wyodrębnionego genu poprzez wprowadzenie odcinka DNA z wektorem genetycznym do organizmu i jego powieleniu wraz z organizmem.

Klonowanie w naturze i w laboratorium

Owca Dolly to pierwszy ssak sklonowany z komórek dorosłego osobnika

Wiele organizmów (bakterie, grzyby, rośliny) posiada zdolność do rozmnażania bezpłciowego, wegetatywnego. W przypadku tego sposobu rozmnażania nowopowstające osobniki są identyczne genetycznie z osobnikiem rodzicielskim. Rozmnażanie wegetatywne roślin jest wykorzystywane przez człowieka od wielu wieków. Nową roślinę można uzyskać z fragmentów korzeni, łodygi czy liści. Rośliny stosują rozmnażanie wegetatywne powszechnie. Wytwarzają rozłogi, bulwy, cebulki. Nawet przecięta bulwa ziemniaka pozwala na uzyskanie dwóch roślin. Łatwość tworzenia klonów roślin umożliwiła człowiekowi zachowanie cech, które są szczególnie korzystne. Jeśli jeden osobnik ziemniaka wytwarza wyjątkowo duże lub bardzo smaczne bulwy wystarczy rozmnażać go przez sadzenie bulw przez niego wytworzonych. Jest to powszechnie stosowany sposób. W takiej sytuacji wszystkie rośliny rosnące na wielohektarowym polu mogą być identyczne genetycznie, są klonami. Jeśli roślina ziemniaka wytworzy nasiona w procesie rozmnażania płciowego osobniki, które z nich wyrosną wcale nie musza posiadać cechy, na której zależy rolnikowi. Wynika to ze zmienności rekombinacyjnej. Allel genu warunkujący określoną cechę dziedziczony jest zgodnie z prawami Mendla. Nie każdy gatunek rośliny wykorzystuje rozmnażanie wegetatywne. Jeśli hodowcom zależy na uzyskaniu identycznych roślin, na przykład na zachowaniu wyjątkowej barwy i kształtu kwiatów jednej rośliny możliwe jest jej rozmnożenie w warunkach laboratoryjnych. Komórki lub fragmenty tkanek po umieszczeniu na pożywce, zawierającej wszystkie niezbędne do wzrostu składniki, rozwijają się w typową roślinę. Laboratoryjna metoda rozmnażania roślin prowadzi do powstania klonów, jednak zwykle jest określana jako rozmnażanie In vitro. W przyrodzie powstają naturalnie również klony zwierząt. Identyczne genetycznie osobniki mogą powstać, gdy z jednej zapłodnionej komórki jajowej urodzi się więcej niż jeden osobnik potomny. Bliźnięta jednojajowe są naturalnymi klonami, ich materiał genetyczny jest taki sam. Wśród zwierząt rozmnażanie bezpłciowe jest rzadkie. Zdolność taką wykazują na przykład mszyce, jednak nie posiadają jej kręgowce. Uzyskanie klonów dorosłych kręgowców udało się naukowcom. Pierwszym sklonowanym z komórek dorosłego osobnika ssakiem była owca Dolly urodzona 5 lipca 1996. Rok wcześniej urodziły się owce Megan i Morgan, które również były klonami jednak w tym przypadku materiał genetyczny pochodził z hodowli tkankowych, a nie od innego zwierzęcia.

Technika klonowania zwierząt

Metoda transferu jądra komórkowego doprowadziła do urodzenia Dolly.

Pierwsze udane próby klonowania zwierząt wykonano już na przełomie XIX i XX wieku. Naukowcy stosowali metodę rozdziału komórek zarodka. Metoda polega na rozdzieleniu komórek zarodka, gdy znajduje się on w stadium od dwóch do ośmiu komórek i jest naśladowaniem procesu, który prowadzi do powstania bliźniąt jednojajowych. Zarodek we wczesnym stadium rozwoju składa się z identycznych komórek, z których każda ma możliwość rozwinięcia się w nowy organizm. Sklonowanie dorosłego osobnika jest możliwe dzięki zastosowaniu metody transferu jąder komórkowych. W roku 1952 Robert Briggs i Thomas King, wykorzystując tą metodę, sklonowali jeden z gatunków żaby – Rana pipiens. Klonowanie odbywa się w kilku etapach. W pierwszym etapie pobiera się jądro komórkowe z komórki somatycznej dawcy. W etapie drugim usuwane jest jądro komórkowe z komórki jajowej. Do tak przygotowanej komórki jajowej wprowadza się jądro komórkowe dawcy. Ostatni etap polega na pobudzeniu rozwoju utworzonej komórki i wprowadzeniu jej do narządów rozrodczych samicy. Potomstwo, które przychodzi na świat, jest genetycznie identyczne z organizmem, z którego pobrane zostało jądro komórkowe. Niewielka ilość genów pozostaje niezmieniona. Są to geny obecne w DNA mitochondrialnym. Naukowcy klonujący żabę opisaną techniką mieli stosunkowo łatwe zadanie. Komórki jajowe żab są duże, a zarodek rozwija się poza organizmem. Jednak nie udało im się uzyskać potomstwa przy przenoszeniu jąder ze zróżnicowanych komórek. Klonowanie żaby udało się wielokrotnie w latach 1958-1962 Johnowi B. Gurdonowi. Stworzenia klona dorosłego osobnika po wielu próbach udało się dopiero w przypadku owcy Dolly. Jądro komórkowe zawierające materiał genetyczny Dolly zostało pobrane mikropipetą z komórki wymion owcy rasy Finn Dorset i przeniesione do komórki jajowej owcy rasy Scotish Blackface. Obie owce znacząco różnią się wyglądem. Powstała komórka była następnie stymulowana do podziałów komórkowych impulsem elektrycznym. Po sześciu dniach zarodek w stadium blastocysty został wszczepiony do macicy samicy owcy należącej również do rasy Scottish Blackface. Młoda owca urodziła się zdrowa wykazywała cechy genetyczne rasy owiec, od których pochodziło jądro komórkowe.

W kolejnych latach udało się klonować wiele dorosłych osobników zwierząt należących do gatunków: mysz, bawół, krowa, kot, mysz, królik, muł, jeleń, koń, szczur, muszka owocowa, pies oraz wilk. Lista doświadczeń i sklonowanych gatunków stale wzrasta. Technika klonowania jest nadal doskonalona. W przypadku Dolly udane klonowanie było efektem 277 transferów jądra. Problemy pojawiają się także podczas zagnieżdżania zarodka w macicy oraz podczas rozwoju ciąży. Owce żyją zwykle około 11-15 lat. Owca Dolly została uśpiona po niepełnych 7 latach z powodu licznych chorób.

Cele klonowania zwierząt

Gaury to zagrożone wyginięciem zwierzęta, które udało się sklonować.

Klonowanie zwierząt, nad którym ciągle pracują naukowcy, często jest postrzegane jako potencjalnie niebezpieczna i nieetyczna zabawa. O ile dzięki rozmnażaniu wegetatywnemu łatwo utrwalić korzystne cechy roślin, bez techniki klonowania nie jest to możliwe u zwierząt. Wyjątkowy okaz konia, świni czy krowy może być co prawda rodzicem potomstwa, jednak potomstwo posiada tylko 50% materiału genetycznego każdego z rodziców. Nie gwarantuje to posiadania korzystnej cechy. Klonowanie umożliwia powielenie cennego zestawu cech osobnika, który jest szczególnie wartościowy. Taką szczególną wartość mają niewątpliwie wykorzystywane przez firmy biotechnologiczne zwierzęta modyfikowane genetycznie. Klonowanie gwarantuje, że całość potomstwa będzie posiadało dodatkowy gen warunkujący wykorzystywaną cechę. Klonowanie może być szansą ocalenia zagrożonych gatunków, których liczebność jest skrajnie mała. W 2001 roku udało się sklonować gaura, dzikiego woła żyjącego w Azji, który znajduje się w Czerwonej Księdze Gatunków Zagrożonych. Komórki zarodka sklonowanego organizmu mają możliwość przekształcenia się w komórki dowolnej tkanki. Stwarza to możliwości leczenie wielu chorób poprzez podanie wytworzonych komórek macierzystych. Wykorzystanie klonowania w celu uzyskanie komórek macierzystych bez uzyskiwania dojrzałego organizmu określane jest jako klonowanie terapeutyczne i ma potencjalne zastosowanie w leczeniu wielu ludzkich chorób.

Klonowanie człowieka

Makak rezus to najbardziej podobne genetycznie do człowieka zwierzę, które udało się wielokrotnie sklonować naukowcom.

Częstym zagadnieniem rozważanym teoretycznie jest klonowanie ludzi z komórek somatycznych. Dotychczasowe doświadczenia pokazują, że technicznie jest to możliwe. W roku 1997 poprzez klonowanie uzyskano dwa osobniki małpy należącej do rzędu naczelnych, tak samo jak gatunek ludzki. Małpy zostały sklonowane tą samą techniką, w wyniku której uzyskano owcę Dolly. W 1999 rezus nazwany imieniem Tetra został sklonowany inną techniką. Udane klonowania blisko spokrewnionego z człowiekiem gatunku pozwalają przypuszczać, że klonowanie ludzi nie jest trudniejsze niż innych gatunków. Powstaje jednak pytanie o cel takiego działania. Klonowanie prowadzące do uzyskania nowego osobnika określane jest jako klonowanie reprodukcyjne. Uzyskanie człowieka genetycznie identycznego z osobą o szczególnych zdolnościach lub tragicznie zmarłej nie oznacza wcale identyczności ani nawet podobieństwa, charakteru i osobowości. Tak jak różne bywają zainteresowania i charakter bliźniąt jednojajowych, podobnie będzie przy klonie uzyskanym w laboratorium. Próba powielenie osób wybitnych też nie daje wielkiej szansy na powodzenie. Badania nad ilorazem inteligencji bliźniąt jednojajowych w sytuacji, gdy były wychowywane razem lub rozdzielone po urodzeniu pokazały, że IQ (iloraz inteligencji) zależy w około 50% od środowiska, a w drugiej połowie od genów. Przykład krótkiego życia owcy Dolly pozostawia wątpliwości dotyczące zdrowia uzyskanych przez klonowanie osobników. Pomimo, że w doświadczeniach na zwierzętach uzyskano wiele zdrowych klonów, w DNA komórek somatycznych zachodzą mutacje, które mogą być przyczyną chorób sklonowanego organizmu, nawet jeśli organizm dawcy działał bez zastrzeżeń. Próby „przywracania do życia” za pomocą technik klonowania traktowane są jako działania nieetyczne i cześć krajów prawnie zabroniło prowadzenia takich doświadczeń. Odmiennie traktuje się klonowanie terapeutyczne. Możliwość uzyskania komórek macierzystych żyjącej osoby to potencjalna możliwość regeneracji uszkodzonych narządów i tkanek. Klonowanie w celu leczenia ludzi budzi mniej wątpliwości etycznych i niektórzy naukowcy podejmują takie badania.

Pamiętaj

1. Klony to osobniki posiadające taką sama informacje genetyczną.
2. W przyrodzie istnieją osobniki będące naturalnymi klonami.
3. Naukowcom udało się sklonować wiele gatunków ssaków.
4. Doświadczenia z klonowaniem zwierząt często kończą się niepowodzeniem, wymagają jeszcze wielu badań.
5. Klonowanie może być metodą utrwalania wartościowych cech u hodowanych zwierząt, pomóc w ochronie zagrożonych gatunków, rozmnażania zwierząt modyfikowanych genetycznie.
6. Klonowanie ludzi może mieć różne cele, nie każde doświadczenie jest akceptowane przez społeczeństwo w tym naukowców.

Zadania

1. Podaj dwie metody stosowane przy klonowaniu zwierząt. Która z nich jest łatwiejsza?
2. Na czym polega klonowanie terapeutyczne?
3. Wymień trzy gatunki ssaków, które udało się klonować.
4. Czy klonowanie zapewnia pełną zgodność osobnika sklonowanego z dawcą materiału genetycznego? Czy osobnik sklonowany będzie posiadał identyczne cechy jak dawca DNA.