Klonēšana — kas tā ir? Definīcija, veidi un piemēri
Klonēšana — definīcija, veidi un reāli piemēri: uzzini, kā darbojas šūnu, dzīvnieku un molekulārā klonēšana, iespējas, ētika un Dolly stāsts.
Klons ir jebkura šūna vai indivīds, kas ir identisks citam.
Bioloģijā klonēšana ir process, kurā tiek radīts viens vai vairāki ģenētiski identiski indivīdi. Attiecībā uz veseliem indivīdiem tas parasti nozīmē apzinātu identiskas kopijas izgatavošanu. Pirmo reizi tas tika panākts zīdītāju gadījumā ar slaveno aitu Dolly. Cilvēku identiskie dvīņi ir dabiski kloni. Tāpat kā aseksuālas vairošanās un jebkuras partenogēnās vairošanās, kurā nav meiozes, pēcnācēji.
Dažiem dzīvniekiem klonēšana ir dabiska, bet zīdītājiem tā ir reta parādība. Izņēmums ir deviņpirkstu bruņurupucis, kuram parasti dzimst identiski četrkājainie.
Ģenētikā un šūnu bioloģijā klonēšana īpaši attiecas uz DNS secību un līdz ar to arī uz visām citām makromolekulām.
Kloni šūnu līnijās rodas, taču ir daži acīmredzami nosacījumi. Jebkāda veida vai formas izmaiņas DNS nozīmē, ka meitas šūnas nav identiskas mātes šūnām. Parasti attīstības laikā gēni tiek ieslēgti un izslēgti, un meitas šūnas pakāpeniski diferencējas par nobriedušām audu šūnām. Tās nav identiskas sākotnējām cilmes šūnām, tāpēc tās ir kloni tikai tādā nozīmē, ka ir iegūtas no vienas un tās pašas mātes šūnas.
Molekulu kopēšanu laboratorijā, lai iegūtu precīzas kopijas, sauc arī par klonēšanu.
Klonēšanas veidi
- Reproduktīvā klonēšana — mērķis ir izveidot jaunu, dzīvu organismu, kas ģenētiski līdzīgs donora organismam. Parasti to mēģina panākt, pārnesot šūnas kodolu uz olšūnu (skat. zemāk).
- Terapeitiska klonēšana — izmanto, lai iegūtu embrionālās cilmes šūnas vai citus audu šūnu tipus ārstniecības mērķiem (piem., audu atjaunošanai). Šeit nav nodoms radīt pilnvērtīgu indivīdu.
- Šūnu un šūnu līniju klonēšana — ražo vienveidīgas šūnu populācijas pētniecībai vai ražošanai (piem., biofarmācijas proteīnu ražošanai).
- Molekulārā klonēšana — DNS fragmentu ievietošana klonēšanas vektorā (piem., plasmīdā) un to reproducēšana baktērijās vai citās sistēmās, lai pētītu gēnus vai ražotu proteīnus.
- Dabiskā klonēšana — notiek bez cilvēka iejaukšanās: piemēram, baktēriju dalīšanās, augu nogriežņu pavairošana, partenogeneze un identiskie dvīņi.
Kā klonēšana notiek (īsā)
- Somatiska šūnu kodola pārnešana (SCNT) — no donora somatiskās (ķermeņa) šūnas izņem kodolu un ievieto to olšūnā, no kura iepriekš izņemts savu kodols. Tad olšūnu stimulē dalīties, veidojot embriju. Tieši ar šo metodi 1996. gadā tika radīta aita Dolly.
- Embrija dalīšana — agrīnā embrija stadijā to var fiziski sadalīt, radot vairākus embrijus, kas attīstās kā ģenētiski identiski indivīdi (šī metode atgādina dabisko identisko dvīņu rašanos).
- Inducētas pluripotentas cilmes šūnas (iPS) — pieaugušas šūnas laboratorijā pārprogrammē, ieviešot noteiktus gēnus (Yamanaka faktorus), kas atgriež šūnas pluripotentā stāvoklī. iPS nav klons vesela organisma izveidei tieši tāpat kā SCNT, taču tās ļauj iegūt šūnas ar līdzīgām spējām kā embrionālajām cilmes šūnām.
- Molekulārās tehnikas — klonēšana DNS līmenī ietver gēnu pavairošanu izmantojot plazmīdus, baktēriju klonus vai modernākas metodes kā gēnu sintēze un PCR. Tas ļauj iegūt precīzas DNS kopijas un izpētīt vai izmantot konkrētus gēnus.
Piemēri un lietojumi
- Dolly — pirmais veiksmīgi klonētais zīdītājs (aita), piemērs SCNT metodes rezultātam.
- Dabiskie kloni — identiskie dvīņi cilvēkiem, asexual reproduction augos (stādi, nogriežņi) un vienšūnainām organismiem.
- Medicīna — cilmes šūnu pētījumi, audu inženierija, personalizēta medicīna (potenciāla audu atjaunošana bez atgrūšanas risks).
- Biotehnoloģija un lauksaimniecība — ražīgas dzīvnieku līnijas, transgēni dzīvnieki proteīnu ražošanai, kokmateriālu vai augļu klonēšana.
- Konservācija — mēģinājumi saglabāt vai atjaunot apdraudētas sugas, lai gan šeit ir gan tehniski, gan ētiski ierobežojumi.
Riski, ierobežojumi un ētiskie jautājumi
- Tehniskas grūtības: klonēšanas panākumu līmenis daudzos gadījumos ir zems; dzīvniekiem bieži rodas attīstības anomālijas vai īsāks mūžs.
- Epigenētiskās atšķirības: pat ar identisku DNS, ģenes var tikt izteiktas atšķirīgi (epigenētika), tāpēc kloni nav pilnīgas identiskas kopijas pēc fenotipa un uzvedības.
- Bioloģiskā daudzveidība: pārmērīga klonēšana var samazināt ģenētisko daudzveidību, kas ilgtermiņā padara populācijas vājas pret slimībām un vides pārmaiņām.
- Ētika un likumi: cilvēka reproduktīvā klonēšana lielākoties ir aizliegta vai stingri regulēta daudzās valstīs. Pastāv diskusijas par klonēto dzīvnieku labturību, cilvēka identitātes jautājumiem un potenciālo ļaunprātīgu izmantošanu.
Kopsavilkums
Klonēšana ir plašs jēdziens, kas aptver gan dabiskus, gan mākslīgus procesus, kuri rada ģenētiski līdzīgus vai identiskus vienības. Tā var būt noderīga zinātnē, medicīnā un lauksaimniecībā, taču tai ir arī tehniski ierobežojumi un nopietnas ētiskas implikācijas. Pat ja organisms ir ģenētisks klons, vides ietekme un epigenētiskas izmaiņas var radīt nozīmīgas atšķirības starp donororganismu un klonu.
Ne gluži identiski
Lai gan kloni sākumā ir identiski, tie var arī palikt identiski. Identiskiem dvīņiem vienmēr ir nedaudz atšķirīgi fenotipi.
Lai gan monozigotiskie dvīņi ir ģenētiski gandrīz identiski, 2012. gadā veiktajā pētījumā, kurā piedalījās 92 monozigotisko dvīņu pāri, tika konstatēts, ka monozigotiskie dvīņi augļa attīstības sākumā iegūst vairākus simtus ģenētisku atšķirību. To izraisa mutācijas (vai kopēšanas kļūdas), kas rodas katra dvīņu DNS pēc embrija sadalīšanās. Tiek lēsts, ka monozigotisko dvīņu kopai vidēji ir aptuveni 360 ģenētisko atšķirību, kas radušās augļa attīstības sākumā. Tomēr šīm izmaiņām var būt maza praktiska ietekme. Praksē viendzimuma dvīņi izskatās un darbojas ļoti līdzīgi.
Vēl viens atšķirību cēlonis starp monozigotiskajiem dvīņiem ir epigenētiskās modifikācijas. Tās izraisa atšķirīga vides ietekme dzīves laikā, kas ietekmē to, kuri gēni tiek ieslēgti vai izslēgti. Pētījumā, kurā piedalījās 80 monozigotisko dvīņu pāri vecumā no trīs līdz 74 gadiem, atklājās, ka jaunākajiem dvīņiem ir salīdzinoši maz epigenētisko atšķirību. Epiģenētisko atšķirību skaits palielinās, pieaugot vecumam. Piecdesmit gadus veciem dvīņiem bija vairāk nekā trīs reizes lielākas epigenētiskās atšķirības nekā trīs gadus veciem dvīņiem. Dvīņiem, kas savu dzīvi pavadījuši atsevišķi (piemēram, dvīņi, kurus piedzimstot adoptējuši divi dažādi vecāki), bija vislielākās atšķirības. Tomēr dažas īpašības, dvīņiem novecojot, kļūst līdzīgākas, piemēram, IQ un personības īpašības. Šis fenomens parāda ģenētikas ietekmi uz daudziem cilvēka īpašību un uzvedības aspektiem.
Klonētās sugas
- Karpas: (1963) Ķīnā embriologs Tongs Dižou izveidoja pasaulē pirmo klonēto zivi, ievietojot karpas tēviņa šūnas DNS karpas mātītes olšūnā. Viņš publicēja atklājumus Ķīnas zinātniskajā žurnālā.
- Peles: (1986) Pele bija pirmais zīdītājs, kas veiksmīgi klonēts no agrīnas embrionālas šūnas. Padomju zinātnieki Čailahjans, Veprencevs, Sviridova un Ņikitins klonēja peli Mašu. Pētījums tika publicēts žurnāla "Biofizika" 1987. gada 5. numura ХХХII sējumā.
- Aitas: (1996) No agrīnajām embrionālajām šūnām, Steen Willadsen. Megana un Moraga[19] klonētas no diferencētām embrionālām šūnām 1995. gada jūnijā un aita Dollija no somatiskām šūnām 1997. gadā.
- pērtiķis: (2000) Tetra, no embriju sadalīšanas.
- Gaurs: (2001) bija pirmā klonētā apdraudētā suga.
- Liellopi: un Beta tēviņi 2001. un 2005. gadā, Brazīlija.
- Kaķis: CopyCat "CC" (mātīte, 2001. gada beigas), Little Nicky, 2004. gads, bija pirmais komerciālos nolūkos klonētais kaķis.
- Suns: (2005) Snupijs, afgāņu dzinējsuņa tēviņš, bija pirmais klonētais suns.
- Žurkas: (2003) Ralfs, pirmā klonētā žurka.
- Mūlis: (2003) Idaho Gem, Džona mūlis, bija pirmais zirgu dzimtas klons.
- Zirgs: (2003) Prometea, haflingeru šķirnes mātīte, bija pirmais zirga klons.
- Ūdens bifeļi: (2009) Samrupa bija pirmais klonētais ūdens bifeļzvērs. Tas piedzima Indijas Karnalas Nacionālajā diāro pētījumu institūtā, bet pēc piecām dienām nomira no plaušu infekcijas.
- Kamielis: (2009) Pirmais klonētais kamielis.
- Krabjēdājs makaka: (2018) Pirmo reizi zinātnieki klonēja kādu pērtiķi vai pērtiķi, izmantojot šūnas no donora, kas ir vecāks par embriju.
Jautājumi un atbildes
J: Kas ir klonēšana?
A: Klonēšana ir viena vai vairāku ģenētiski identisku indivīdu radīšanas process. Tas var attiekties uz apzinātu identiskas kopijas izgatavošanu, piemēram, aitas Dollijas gadījumā, vai arī uz dabiskiem kloniem, piemēram, cilvēku identiskiem dvīņiem vai pēcnācējiem, kas radušies aseksuālas reprodukcijas rezultātā.
J: Kā klonēšana darbojas ģenētikā un šūnu bioloģijā?
A: Ģenētikā un šūnu bioloģijā klonēšana īpaši attiecas uz DNS secību un līdz ar to arī uz visām citām makromolekulām. Jebkāda veida vai formas izmaiņas DNS nozīmē, ka meitas šūnas nav identiskas mātes šūnām. Parasti attīstības laikā tiek ieslēgti un izslēgti gēni, kas izraisa meitas šūnu diferenciāciju par nobriedušām audu šūnām, kuras nav identiskas sākotnējām cilmes šūnām.
Vai zīdītāju vidū klonēšana ir izplatīta?
A: Klonēšana ir dabiska dažiem dzīvniekiem, bet zīdītājiem tā ir reta. Izņēmums ir deviņpirkstu bruņurupucis, kas parasti dzemdē identiskus četrkājainiekus.
J: Vai ir kādas laboratorijas metodes molekulu klonēšanai?
A: Jā, molekulu laboratorisku kopēšanu, lai iegūtu precīzas kopijas, arī sauc par klonēšanu.
Vai visi kloni ir viens otra precīzas kopijas?
A: Nē, DNS izmaiņu dēļ meitas šūnas ne vienmēr ir precīzas mātes šūnas kopijas, pat ja tās sākotnēji ir iegūtas no mātes šūnas. Attīstības laikā tiek ieslēgti un izslēgti gēni, kas izraisa meitas šūnu un sākotnējo cilmes šūnu diferenciāciju, tāpēc tās vairs nevar būt viena otras precīzas kopijas.
Vai aita Dollija ir klonēšanas piemērs?
Jā, Dolly tika klonēta, izmantojot metodi, ko sauc par somatisko šūnu kodola pārnesi (SCNT). Tas bija viens no pirmajiem veiksmīgajiem zīdītāju klonēšanas piemēriem vēsturē.
Meklēt