klonowanie
 
Encyklopedia PWN
klonowanie,
namnażanie identycznych genów (klonowanie DNA) bądź organizmów;
potomstwo powstałe w wyniku podziału jednokomórkowego organizmu jest jego klonem, w wypadku organizmów wielokomórkowych pewne sukcesy w klonowaniu płazów uzyskano dopiero w latach 60. XX w., a sklonowane ssaki zaczęły się pojawiać jeszcze później.
Od momentu zapłodnienia do narodzin w organizmie ssaka zachodzą liczne procesy: zapłodniona komórka jajowa dzieli się na 2 komórki, potem powstają 4 itd.; do pewnego momentu jest możliwe rozdzielenie komórek i skłonienie każdej z nich do rozwinięcia się w niezależny organizm; tak powstałe organizmy są identyczne pod względem genetycznym — są więc klonami. Eksperymentalnie udaje się to w stadium 4–8 komórek, później komórki nie są już w stanie wytworzyć całego organizmu, ponieważ w czasie rozwoju zachodzą również procesy różnicowania; pomimo że w każdej komórce materiał genetyczny jest taki sam, nie wszystkie geny mogą w niej działać; podczas rozwoju zarodka zachodzi wyłączanie całych grup genów i odbywa się pewna specjalizacja komórek; jeszcze bardziej wyspecjalizowane komórki są obecne w tkankach dojrzałego organizmu — są one wysoce przystosowane do pełnienia określonych funkcji i wiele z nich nie potrafi się już dzielić; do początku 1997 (opublikowanie pracy o sklonowaniu owcy Dolly) naukowcy uważali, że proces ten jest nieodwracalny i nie można zmusić zróżnicowanej komórki do funkcjonowania w innej roli niż ta, która jej przypadła w udziale w dorosłym organizmie.
Klonowanie zwierząt można także przeprowadzać w inny sposób; do komórki jajowej (na ogół nie zapłodnionej) wprowadza się jądro z innej komórki, np. jądra komórkowe pobrane z komórek kilkudniowego zarodka wprowadza się do innych komórek jajowych pozbawionych własnego jądra — rozwiną się z tego zwierzęta, które są klonami. Metodę tę po raz pierwszy zastosowano u żab (rozwijają się one poza organizmem matki, co znacznie ułatwiło prowadzenie doświadczeń); stwierdzono, że można klonować jądra komórek zarodkowych, ale bardzo rzadko udawało się przenieść jądra innych komórek, np. nabłonka jelita dorosłej żaby do komórki jajowej i wyhodować kijanki. U ssaków badania tego typu są znacznie trudniejsze; po manipulacjach z rozdzielaniem zarodka lub przenoszeniem jąder konieczne jest wprowadzenie pojedynczej komórki zarodka lub zmanipulowanej komórki jajowej do organizmu odpowiednio przygotowanej samicy, by umożliwić dalszy rozwój zwierzęcia.
U owiec możliwe było uzyskanie klonów z zarodków kilkukomórkowych zarówno przez rozdzielenie ich na pojedyncze komórki, jak i przez przenoszenie ich jąder komórkowych do nie zapłodnionych komórek jajowych (oocytów); próby klonowania starszych komórek zarodków bardziej zróżnicowanych kończyły się niepowodzeniem. Kluczowe znaczenie miały narodziny owcy Dolly VII 1996 w Roslin Institute w Edynburgu (I. Wilmut i współpracownicy); jest ona klonem, który powstał przez pobranie jądra komórkowego z komórki gruczołu mlecznego dorosłej owcy, a następnie przeniesienie go do oocytu. To, że jądro komórki pobranej z dorosłego zwierzęcia może być zdolne do sterowania rozwojem zarodka, budziło początkowo wątpliwości — czy Dolly jest naprawdę klonem powstałym z komórki dojrzałego organizmu (Dolly była zresztą jedyną, z prawie 300 przeprowadzonych, udaną próbą); ponad rok po ogłoszeniu narodzin Dolly jej twórcy udowodnili, że jest ona rzeczywiście klonem. Wkrótce potem uczeni hawajscy uzyskali kilkadziesiąt klonów myszy, tym razem przez pobranie jąder z komórek pęcherzykowych, które normalnie otaczają komórkę jajową; w tym przypadku sukcesem zakończyło się ponad 1% prób; nie wszystkie przebadane komórki myszy (np. komórki nerwowe, komórki Sertoliego) umożliwiały pełny rozwój uzyskanego zarodka. Uczeni japońscy donieśli o sklonowaniu cieląt; w wyniku zastosowania komórek pęcherzykowych i komórek wyściółki jajowodu uzyskali bardzo wysoką wydajność klonowania; z 10 zaimplantowanych klonów urodziło się 8 cieląt, z czego 4 padły zaraz po porodzie — jak twierdzą autorzy pracy — z „przyczyn środowiskowych”; tak duża liczba (50%) zgonów tuż po urodzeniu jest zupełnie niespotykana przy normalnych porodach u krów.
W literaturze poświęconej klonowaniu wykorzystującemu jądra komórkowe pobrane z komórek starszych zarodków lub z organizmów dojrzałych opisano wiele nie wyjaśnionych zgonów zarodka w różnych stadiach ciąży lub tuż po porodzie; prawdopodobnie tylko w części przypadków udaje się odtworzyć stan jądra komórkowego identyczny z zarodkiem; wydaje się, że przyczyną śmierci zwierząt może być niezupełne odblokowanie niektórych genów. Zdecydowana większość zwierząt — myszy, krów i owiec — klonowanych z komórek pobranych z dojrzałych organizmów to samice, co wynika z faktu, że komórki związane z komórką jajową (pęcherzykowe czy wyściółka jajnika) oraz komórki gruczołu mlecznego występują tylko u nich; dopiero w połowie 1999 udało się otrzymać sklonowanego samca z komórek pobranych z ogona dojrzałej myszy; natomiast wcześniej udało się otrzymać samce, które były klonowane przez pobranie jąder komórkowych z zarodków w późniejszych stadiach. Wydaje się, że naukowcy szkoccy, którzy uzyskali Dolly, rozwiązali problem dopasowania się jądra komórkowego do oocytu, do którego zostało wprowadzone; wszystkie komórki, które się dzielą, przechodzą przez cykl komórkowy — bardzo precyzyjnie sterowane podziały komórek, z momentami intensywnej syntezy i okresami spoczynkowymi, w których komórka jest stosunkowo nieaktywna; oocyt oraz komórki, z których pobierano jądra, doprowadzono do stanu spoczynkowego (przetrzymywano je w hodowlach z ograniczoną ilością składników odżywczych); nie jest to jeszcze zupełnie wystarczające, ponieważ dość rzadko udaje się spowodować rozwój zwierzęcia do momentu jego urodzenia się, ale wydaje się być bardzo istotne; przed opisaniem tej procedury nie uzyskiwano żadnych sklonowanych zwierząt z komórek organizmów dorosłych. Doświadczenia nad klonowaniem zwierząt mają duże znaczenie zarówno dla badań podstawowych, jak i praktyki; umożliwiają m.in. głębsze zrozumienie procesów rozwoju i różnicowania ssaków.
Możliwość klonowania dorosłych zwierząt wywołała też wiele dyskusji nad klonowaniem ludzi. Rozważano różne sytuacje, w których takie klonowanie mogłoby być pożądane dla rodziny (np. bezpłodność); obecnie nie jest to jeszcze możliwość realna — nawet przy założeniu, że uda się jedna próba na 100; oznacza to bowiem konieczność uzyskania 100 komórek jajowych (od kilkudziesięciu kobiet), wprowadzenia do każdej jądra klonowanej komórki, a następnie zaszczepienia każdej z nich matce zastępczej (kobiecie, którą hormonalnie przygotowano do ciąży). Bardzo trudno jest jednak znaleźć nadrzędny cel uzasadniający tak wielką ingerencję u kilkuset kobiet po to, by jedna para mogła uzyskać klon jednego z partnerów; niemniej jednak problem ten niewątpliwie będzie się pojawiał i będzie wymagał bardzo konkretnych rozwiązań prawnych. W XII 1998 grupa uczonych koreańskich doniosła o sklonowaniu człowieka; doniesienie to było jednak tylko przedmiotem komunikatów w mediach, a nie publikacji naukowej; z pobranej od młodej kobiety komórki jajowej usunięto jądro komórkowe i zastąpiono je jądrem pobranym z innej, nierozrodczej (nieokreślonej) komórki tej samej kobiety; powstała komórka przeszła 2 podziały, po czym zakończono doświadczenie. W Roslin Institute stwierdzono, że 2 podziały nie stanowią jeszcze dowodu, iż proces klonowania był udany, gdyż stadium to przechodzi łatwo wiele komórek. Koreańscy naukowcy twierdzą, że ich celem nie było uzyskanie klonu człowieka, by go wyhodować, ale by zobaczyć czy jest to możliwe; interesująca wydała się im też możliwość uzyskiwania ludzkich narządów w hodowlach, w celu ich późniejszej transplantacji — wyjaśnienie to jest dość dziwne, nikt bowiem jeszcze nie wie, jak można uzyskać takie narządy; jednak od XI 1998 istnieją linie ludzkich komórek płodowych z hodowli tkankowych, które mogłyby znaleźć takie zastosowanie.
Klonowanie roślin stanowi znacznie mniejszy problem, zarówno pod względem technicznym, jak i etycznym i jest przeprowadzane od bardzo wielu lat; wiele odmian hodowlanych rozmnaża się bezpłciowo, co oznacza, że potomstwo danej rośliny jest jej klonem; rośliny można też w wielu przypadkach stosunkowo prosto regenerować z pojedynczej komórki. Klonowanie jest szczególnie istotne dla wielu roślin użytkowych, gdyż rozmnażanie typowe (płciowe) daje potomstwo, które ma, w jakiś sposób, przetasowane cechy pochodzące od obojga „rodziców” (nie zachowuje ono całej kombinacji cech wybranej odmiany hodowlanej).
Ewa Bartnik
Bibliografia
G. Kolata Klon. Dolly była pierwsza, Warszawa 2000.
Przeglądaj encyklopedię
Przeglądaj tabele i zestawienia
Przeglądaj ilustracje i multimedia