Termin klonowanie pochodzi od greckiego słowa klon, czyli pęd, latorośl, gałązka. Do naukowego słownika wszedł on na początku XX wieku i oznaczał grupę roślin propagowanych przy użyciu jakichkolwiek części wegetatywnych. Dziś tym mianem określa się proces tworzenia dokładnych kopii organizmu macierzystego, czyli osobników zawierających identyczną informację genetyczną klonów.
Klonowanie jest to technika, która służy do powielania fragmentów DNA, które dają się wyizolować w bardzo małych ilościach. Fragment obcego DNA, który zostaje wprowadzony do komórki gospodarza z wektorem i ulega replikacji a więc namnaża się wraz z komórkami swojego gospodarza. Metody te są wykorzystywane do uzyskiwania zwielokrotnionej liczby genetycznie identycznych komórek, zarodków lub organizmów roślinnych czy zwierzęcych i nazwane są klonowaniem. Są to również metody otrzymywania identycznych kopii genów i konstrukcji genowych. Najlepiej opracowane jest klonowanie drobnoustrojów i jest ono równoznaczne z klonowaniem komórek. Polega ono ma namnażaniu przez podziały mitotyczne specjalnie wybranych komórek bakteryjnych w odpowiednich pożywkach.
Wyróżnia się następujące techniki klonowania. Pierwsza z nich to izolacja blastomerów, która wykorzystuje komórki zarodkowe. Jest to metoda mało skuteczna i wykorzystywana w celach wyłącznie laboratoryjnych, choć stosunkowo prosta. Polega na wyizolowaniu zarodka tuż po pierwszym, drugim lub trzecim podziale mitotycznym od momentu powstania dojrzałej zygoty. Kolejnym krokiem w tej technice jest usunięcie tzw. osłonki przejrzystej, która otacza powstałe po podziałach komórki. W zależności od etapu, osłonek może być dwie, cztery lub osiem. Komórki te umieszcza się następnie w roztworze umożliwiającym ich rozdzielenie. Hodowane są one in vitro (oczywiście osobno) do momentu uzyskania stadium moruli lub blastocysty (u ssaków), a następnie umieszcza się je w macicy. Drugą metodą opartą na niezróżnicowanych komórkach jest dzielenie zarodków. Technika polega na podziale mechanicznym zarodka, blastocysty lub moruli na dwie części, które są dalej hodowane in vitro i po krótkim czasie wszczepiane do macicy samicy biorcy. Wadą tej metody jest mała ilość uzyskanych zarodków – maksymalnie dwa. Trzecia metoda to tzw. klonowanie chimerowe. Chimera to określenie odnoszące się do organizmów wielokomórkowych, u których niektóre tkanki lub narządy zbudowane są z komórek innego osobnika (posiadają odmienny genom).
Obecnie stosowane metody klonowania obejmują:
Metoda podziału bliźniaczego (metoda dzielenia – bisekcji)., czyli podział wczesnego embrionu, w wyniku którego powstają dwa embriony identyczne genetycznie. Polega ona na mikrochirurgicznym przecięciu zarodka, gdy znajduje się on w stadium od dwóch do ośmiu komórek. Na początku rozwoju embrionalnego komórki posiadają zdolności multipotencjalne, to znaczy, że mogą przejmować i zastępować funkcje brakujących komórek, włącznie z odbudowaniem brakujących. W ten sposób można otrzymać jednojajowe bliźniaki, które posiadają identyczną strukturę białkową oraz te same cechy dziedziczenia. W tym przypadku bliźnięta są dla siebie klonami. 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.
Metoda izolacji blastomerów, czyli wyizolowywanie komórek embrionu dających początek nowym organizmom.
Polega na usunięciu osłonki przejrzystej zarodka gdy występuje on w stadium 4-komórkowym, 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. Ta technika klonowania zarodków zwierzęcych została opracowana pod koniec lat 70. XX wieku. Przy jej wykorzystaniu uzyskiwano bliźnięta, trojaczki, a nawet czasami czworaczki i pięcioraczki. Mimo możliwości uzyskania identycznych genetycznie wieloraczków, metoda ta nie zyskała jednak praktycznego znaczenia i nie wyszła poza stadium eksperymentalne. Klonowanie tą metodę jest jednak mało skuteczne. Jest to metoda czysto laboratoryjna.
Metoda agregacji blastomerów (klonowanie chimerowe), czyli wyizolowywanie komórek embrionu i umieszczanie ich w otoczeniu blastomerów pochodzących z innych osobników. 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.
Metoda transferu jąder komórkowych, czyli umieszczenie w niezapłodnionej komórce jajowej jądra komórkowego pochodzącego:
- z embrionu
- z komórki ciała dorosłego osobnika
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.
Odbywa się ten proces w następujących fazach:
- przygotowanie jądra komórki somatycznej, które będzie sterowało rozwojem komórki jajowej
- przygotowanie komórki jajowej – wypreparowanie jądra komórkowego
wszczepienie jądra komórki somatycznej w miejsce jądra komórki jajowej (rozpoczyna się rozwój powstałej w ten sposób zygoty); - przeniesienie embrionu do narządów rodnych
Jest to metoda pozwalająca na uzyskanie u ssaków klonów liczących znacznie więcej osobników, niż przy wykorzystaniu poprzednich metod. Polega na przeszczepieniu jąder komórek zarodkowych, w którym wykorzystano jądra komórek somatycznych do dojrzałego oocytu, rzadziej zygoty, wcześniej poddanych zabiegowi usunięcia własnego materiału genetycznego. Innym wariantem klonowania, na drodze transplantacji jąder komórkowych, jest klonowanie z zastosowaniem pierwotnych komórek zarodkowych. Jest to metoda, która, przynajmniej teoretycznie, może prowadzić do masowej produkcji identycznych zarodków ssaków.
Pierwsze eksperymenty związane z klonowaniem wynikały z czystej, naukowej ciekawości. Od lat pięćdziesiątych przeprowadzano próby z klonowaniem żab, których skrzek jest łatwo dostępny i przezroczysty. Takie manipulacje były możliwe bez udziału zaawansowanej technologii. Dzięki embriologii eksperymentalnej wykazano, że po wyjęciu jądra z komórki zarodkowej i wprowadzeniu go do pozbawionej jądra komórki jajowej, zaszczepiony materiał potrafi pokierować całym dalszym rozwojem. Nie udało się jednak uzyskać podobnych wyników w przypadku pobrania materiału genetycznego z już rozwiniętych komórek, np. pochodzących z jelita, gdyż niektóre ich geny były na stałe zablokowane. Próby nie powiodły się również w przypadku myszy, u których geny zaczynały funkcjonować już na etapie dwukomórkowego zarodka. Najbardziej korzystne okazały się zwierzęta gospodarskie, które mimo swoich dużych rozmiarów i nieprzezroczystej komórki jajowej zapewniały odpowiedni czas na przeprowadzenia manipulacji genetycznych.
Dodaj komentarz