Ako sa klonuje?

Foto: Veda, Ikar

dolly, ovca Ovca Dolly.

Za klony sa pokladajú organizmy alebo bunky, ktoré sú geneticky totožné, to znamená, že poradie báz v ich DNA je identické. Tento pojem roku 1963 presadzoval britský biológ J. B. S. Haldane. Klony celých tiel prirodzene vznikajú napríklad vtedy, keď sa zárodok na dve jednovaječné (monozygotné) dvojičky alebo keď sa rastliny rozmnožujú poplazmi. V druhom prípade ide o nepohlavné rozmnožovanie.

Keď človek rastie, DNA v každej bunke replikuje, a keďže k chybám pri kopírovaní dochádza veľmi zriedkavo, takmer všetky bunky ľudského tela sú genetické klony. Počas vývoja sa bunky špecializujú- „vypínajú“ niektoré gény, aby mohli vzniknúť svalové, kostné a iné tkanivá. Iba bunky malého zárodku, takzvané kmeňové bunky, majú schopnosť vyvinúť sa na akúkoľvek časť tela. Roku 1952 americký biológovia Robert Briggs a Thomas King zistili, že transplantovaním embryonálnych jadier do vajíčok môžu vytvoriť umelé klony žubrienok. Ak sa však pokúsili o to isté s použitím jadier starších telových buniek, úspech nedosiahli. Dospeli teda k (nesprávnemu) záveru, že ako telo starne, genetický potenciál buniek klesá.

Umelé klonovanie rastlín

Z tendencie rastlín k fragmentácii vyplýva, že na klonovanie stačia odrezky. Na tento účel sa hodia najmä rastové vrcholy obsahujúce meristém, delivé pletivo, v ktorom intenzívne prebieha bunkové delenie. Odrezky možno zasadiť do pôdy a prirodzene z nich vyrastú klonované rastliny. Vedci môžu indukovať klonovanie z nemeristémových častí rastlín manipuláciou so živinami a látkami podporujúcimi rast. Takéto klonovanie sa prvý raz uskutočnilo roku 1958, keď biológ F.C. Steward vypestoval z buniek mrkvy celé rastliny. Šlo o prvý prípad umelého klonovania z prvého diferencovaných buniek. Tento pokus po prvý raz naznačil, že Briggs a King sa mýlili, keď starším telovým bunkám prisúdili menší genetický potenciál.

Klonovanie živočíchov

Nasledujúcich 20 rokov vedci referovali, že sa im manipuláciou s bunkami podarilo vyklonovať živočíchy, ale mnohé tvrdenia neboli opodstatnené. Prelom nastal až v roku 1984, keď dánsky biológ Steen Willadsen spojil bunky zárodku jahňaťa s neoplodnenými vajíčkami, z ktorých predtým odstránil jadro. Zárodky najskôr pestoval v laboratóriu, potom ich transplantoval do maternice náhradných matiek. Tri jahňatá uhynuli pri pôrode, jedno však prežilo a stalo sa prvým cicavcom, ktorý vznikol týmto spôsobom.

Foto: Veda, Ikar

ovca, klonovanie Ako sa klonuje ovca.

Willadsen začal pracovať pre americkú bioinžiniersku spoločnosť, ktorá sa zaoberala projektom klonovania prvotriedneho dobytka. V tom istom čase tím pod vedením Neala Frista, Randala Prahera a Willarda Eyestonea zdokonalil podobnú techniku, pre ktorú sa ujalo pomenovanie embryonálna fragmentácia a neskôr si ju dala patentovať zakladajúca spoločnosť zaoberajúca sa chovom dobytka. Metóda mala potenciál priviesť na svet viac živočíchov s požadovanými charakteristikami. Napriek počiatočným nádejam sa iba málo kedy narodilo živé teľa celé odvetvie sa zrútilo. Jeho oživenie prišlo až v posledných rokoch, no tento raz sa klonovanie zameriava na získavanie ľudských bielkovín na lekárske účely.

Ian Wilmut z Roslinského ústavu v škótskej obci Roslin pri Edinburghu chcel ako zdroj genetického materiálu použiť staršie, zrelé telové (somatické) bunky, pretože sa s nimi oveľa ľahšie manipuluje. Roku 1996 spolu s Keithom Campbellom, odborníkom na cyklus rastu a delenia buniek – použili bunky vemena – možno preniesť do vajíčok. Jedným predpokladom bolo to, že sa hladovaním dostanú do rovnakej fázy, v akej sa nachádzajú vajíčka. Fúziu vajíčka a jadra dosiahli elektrickým impulzom. Táto technika je známa ako SCNT (somatic cell nuclear transfer). Z 277 použitých buniek vemena vzniklo 29 zárodkov, no iba jeden z nich prežil.

Klonovanie tkanív a molekúl

Celotelové klonovanie nikdy nebolo jediným cieľom tejto technológie. Klonovať totiž možno – aspoň potencionálne – akýkoľvek genetický materiál schopný samostatnej replikácie, dokonca aj izolovanú DNA. Roku 1984 americký vedec Kary Mullis vyvinul techniku molekulárneho „klonovania“ či kopírovania DNA, pre ktorú sa neskôr ujalo pomenovanie polymerázová reťazová reakcia (PRC, polymerase chain reaction). Vzorka DNA sa zmieša s nukleotidmi (stavebné jednotky DNA) a enzýmom polymeráza.

Foto: Veda, Ikar

bunka, klonovanie Bunky mladého zárodku.

Nasledujúci cyklus zmien umožní priebeh jednotlivých fáz procesu replikácie. Z nepatrnej vzorky môže pritom vzniknúť veľké množstvo DNA, čo nachádza neoceniteľné uplatnenie v oblasti biológie a forenznej analýzy. Klonovanie tkanív poskytuje vyhliadky aj na získanie častí tela na transplantáciu. Tú totiž komplikuje možnosť odmietnutia, pretože imunitný systém príjemcu zaútočí na geneticky odlišný orgán. Klonovanie tkanív umožňuje používať na transplantáciu geneticky totožné orgány, čím celkom odstraňuje riziko odvrhnutia.

Predtým

• Technológia klonovania vznikla vďaka pokroku v chápaní vývoja a genetiky zárodkov.
• Objav kmeňových buniek

  Roku 1891 nemecký biológ Hans Driesch zistil, že z buniek mladých zárodkov ježovcov môžu vzniknúť akékoľvek iné bunky tela.

• Replikácia DNA

  Roku 1953 James Watson a Francis Crick odhalili štruktúru DNA (dvojitá závitnica) . Roku 1958 Mattheh Meselson a Franklin Stahl potvrdili jej autoreplikačný mechanizmus.

Foto: Ikar

Adam Hart-Davis - Veda Adam Hart-Davis - Veda

Potom

• Klonovanie môže mať prevratné aplikácie v lekárstve a prispieť k uchovaniu druhov.
• Liečba Parkinsonovej choroby

  Roku 2008 newyorský tím vedcov informoval o terapeutickom klonovaní, ktoré vyliečilo Parkinsonovu chorobu myší.

• Záchrana ohrozených druhov

  Roku 2001 sa narodil Noah, mláďa vzácneho indického tura gaur. Šlo o jeden z prvých ohrozených druhov, ktorého zástupca prišiel na svet vďaka reprodukčnému klonovaniu. Neskôr síce uhynul, no technológia sa rozvíjala ďalej. Botanické záhrady klonujú vzácne rastliny technikami tkaninových kultúr.