Klonēšana — kas tā ir? Definīcija, veidi un piemēri

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.