Klónozás ( angol. klónozás más görögből. κλών - "gally", "szökés", "utód") - a legáltalánosabb értelemben - egy tárgy pontos reprodukálása tetszőleges számú alkalommal. A klónozás eredményeként kapott objektumokat (egyenként és teljes egészében) klónnak nevezzük.
Az állatok és növények természetes klónozása gyakran ivartalan és vegetatív szaporodás, valamint ameiotikus partenogenezis révén történik .
Az állatok és növények mesterséges klónozása az emberi tevékenység új típusa, amely a 20. század végén – a 21. század elején jött létre, és amely a régiek szaporításából és új biológiai szervezetek létrehozásából áll , amelyek a genom vizsgálatához kapcsolódnak. szerkezetébe való beavatkozás, amely számos gyakorlati probléma megoldását célozza (kivéve a tudományos ).
A „klón”, „ klónozás ” kifejezéseket eredetileg a mikrobiológiában és a nemesítésben , majd a genetikában használták , melynek sikere kapcsán általános használatba is kerültek. Hozzá kell tenni, hogy a mozi és az irodalom is nagyban hozzájárult népszerűsítésükhöz .
Nem szabad megfeledkezni arról, hogy egy állat vagy növény pontos szaporodása természetes és mesterséges klónozással is lehetetlen. Mindenesetre az új organizmus különbözni fog a szülőtől a szomatikus mutációk , az örökítőanyag epigenetikai változásai, a környezet fenotípusra gyakorolt hatása, valamint az ontogenezis során fellépő véletlenszerű eltérések miatt .
A kívánt tulajdonságokkal rendelkező állatok és növények létrehozása mindig is rendkívül csábító volt, mert a legegyedibb és legszükségesebb élőlények létrehozását jelentette, amelyek ellenállnak a betegségeknek , az éghajlati viszonyoknak, elegendő utódot adtak , a szükséges mennyiségű húst , tejet , gyümölcsöt , zöldséget és egyebeket . termékek . A klónozási technológia alkalmazása egyedülálló lehetőséget rejt magában, hogy fenotípusosan és genetikailag azonos élőlényeket nyerjünk , amelyek felhasználhatók a biomedicina és a mezőgazdaság különböző elméleti és alkalmazott problémáinak megoldására . A klónozás alkalmazása különösen hozzájárulhat a differenciálódott sejtek totipotenciájának , az organizmusok fejlődésének és öregedésének , valamint a sejtek rosszindulatú átalakulásának problémáinak vizsgálatához . A klónozási technológiának köszönhetően felgyorsult genetikai szelekció és kivételes termelési arányú állatok replikációja várható. A transzgenezissel kombinálva az állatok klónozása további lehetőségeket nyit meg értékes biológiailag aktív fehérjék előállítására különféle állati és emberi betegségek kezelésére . Az állatok klónozása potenciálisan lehetővé teheti a gyógyszerek azonos organizmusokon történő tesztelését.
A növényi klónozást (a gyakrabban használt kifejezések az „ in vitro szövettenyésztés ”, „ növényi klón mikroszaporítás ”) úgy hajtják végre, hogy egy teljes növényt regenerálnak kalluszból , a citokininek és auxinok arányos arányának megváltoztatásával tápközegben. Primer kallusz előállításához bármely növényi sejt és szövet (kivéve a halál előtti állapotot ) felhasználható, mivel a növényi sejtek tápközegben bizonyos koncentrációjú fitohormonok mellett képesek dedifferenciálódni . De gyakrabban a merisztéma sejteket használják erre a célra , alacsony differenciálódási fokuk miatt. A kalluszképződéshez szükséges tápközeg szükségszerűen tartalmazza az auxint (a sejtek dedifferenciálására) és a citokinint (a sejtosztódás kiváltására). A kallusztenyészet beszerzése után a kallusz felosztható, és minden része teljes növények regenerálására használható. Mivel a kallusz egy formátlan, differenciálatlan sejttömeg, a növényi regenerációhoz szükséges a morfogenezis indukálása a táptalaj fitohormon-koncentrációjának változtatásával. A növényi klónozás lehetővé teszi vírusmentes ültetési anyag előállítását (az apikális merisztémát sejtforrásként használva), a növények gyors szaporodását nagy mennyiségben (beleértve a ritka és veszélyeztetetteket is), a portokokból történő klónozás és a diploidia későbbi helyreállítása teszi lehetővé minden génre homozigóta növényeket lehet előállítani amelyek, Lehetőség van mesterséges táptalajokon növényi protoplasztok termesztésére is , amelyekből bizonyos esetekben egész növények regenerálhatók (a protoplasztok alkalmasak a transzgenezisre , mivel nincs sejtfaluk , és más sejtekkel való fúzió lehetősége [1] ).
Az orchideák esetében egy adott növénynek, fajtának kaphat informális nevet - egy klón nevét, de abban az esetben, ha ez az orchidea kiváló tulajdonságokkal rendelkezik ehhez a fajhoz (vagy hibridhez) [2] . Példa: × Laeliocattleya Hsin Buu Lady „Red Beauty”.
Az első sikeres állatklónozási kísérleteket az 1960-as években J. Gurdon angol embriológus végezte a karmos békán végzett kísérletekben . A transzplantációhoz ebihal bélsejtek magjait használtuk. A kísérleteket kritizálták, mivel az ebihalak beleiben az elsődleges csírasejtek megőrződhettek. 1970-ben lehetőség nyílt olyan kísérletek lefolytatására, amelyek során a tojásmagot egy kifejlett béka szomatikus sejtjéből származó, genetikailag megjelölt sejtmaggal helyettesítették ebihalak és kifejlett békák megjelenéséhez. Ez azt mutatta, hogy a kifejlett organizmusok szomatikus sejtjéből sejtmag nélküli (magtól mentes) petesejtekbe történő nukleáris transzplantáció technikája lehetővé teszi a differenciált sejtmagok donoraként szolgáló szervezet genetikai másolatainak előállítását. A kísérlet eredménye volt az alapja annak a következtetésnek, hogy a genom embrionális differenciálódása reverzibilis , legalábbis a kétéltűeknél .
Az emlős klónozás petékekkel ( petesejtekkel ) és állati szomatikus sejtmagokkal végzett kísérleti manipulációkkal lehetséges in vitro és in vivo . A felnőtt állatok klónozását úgy érik el, hogy a sejtmagot egy differenciált sejtből egy megtermékenyítetlen petesejtbe helyezik át, amelynek saját magja eltávolított (enukleált petesejt), majd a rekonstruált petesejtet az örökbefogadó anya petevezetékébe ültetik át. Azonban hosszú ideig minden kísérlet a fent leírt módszer alkalmazására emlősök klónozására sikertelen volt. Az egyik első sikeres emlős (házi egér) klónozást szovjet kutatók [5] hajtották végre 1987-ben. Elektroporációs módszerrel fuzionáltattak egy mag nélküli zigótát és egérembrionális sejtet a sejtmaggal.
A probléma megoldásához jelentős mértékben hozzájárult a Roslyn Institute és a PPL Therapeuticus ( Skócia ) skót kutatócsoportja Jan Wilmut (Wilmut) vezetésével. 1996-ban publikációik jelentek meg a bárányok sikeres születéséről a juhmagzati fibroblasztokból származó sejtmagok sejtmag nélküli petesejtekbe való átültetésével. [6] Az állatok klónozásának problémáját végül a Wilmut csoport oldotta meg 1996-ban, amikor megszületett egy Dolly nevű birka - az első emlős, amelyet egy felnőtt szomatikus sejt magjából nyertek ki: a petesejtek saját magját egy sejtmaggal helyettesítették. felnőtt emlőhámsejtek tenyészete.laktáló juh [ 7] . Ezt követően sikeres kísérleteket végeztek különböző emlősök klónozására állatok ( egér , kecske , sertés , tehén ) kifejlett szomatikus sejtjeiből, valamint elhullott, több évre fagyasztott [8] állatokból vett magok felhasználásával. Az állatklónozási technológia megjelenése nemcsak nagy tudományos érdeklődést váltott ki, hanem számos országban felkeltette a nagyvállalatok figyelmét is. Hasonló munkát végeznek Oroszországban is, de nincs célzott kutatási program. Általánosságban elmondható, hogy az állatklónozás technológiája még fejlesztési szakaszban van. Az így nyert organizmusok nagy részében különböző patológiák figyelhetők meg , amelyek méhen belüli vagy közvetlenül a születés utáni halálhoz vezetnek, bár 2007-ben a juhok klónozása során minden 5. embrió túlélte (Dolly esetében ez 277-et vett igénybe).
2004-ben az amerikaiak megkezdték a macskák kereskedelmi célú klónozását, és 2008 áprilisában a dél-koreai vámtisztek megkezdték a kanadai labrador retriever fajta legjobb koreai keresőkutyájának szomatikus sejtjeiből klónozott hét kölyök kiképzését . Dél-koreai tudósok szerint a klónozott kölykök 90%-a felel meg a vámügyi munkavégzés követelményeinek, míg a normál kölyköknek csak kevesebb mint 30%-a megy át alkalmassági teszten [9] [10] .
Kínában a BGI már kereskedelmi forgalomban klónoz állatokat orvosi kutatás céljából [11] . Feltételezhető, hogy a jövőben ilyen technikát alkalmaznak majd sertésekben emberi átültetés céljából tartalékszerveket növeszteni .
2009-ben megjelent egy munka, amelyben a tetraploid komplementációs módszerrel először mutatták ki, hogy az indukált pluripotens őssejtek ( iPSC ) teljes szervezetet hozhatnak létre, beleértve annak csíravonal sejtjeit is [12] . Az egérbőr fibroblasztjaiból retrovírus -vektorral végzett transzformációval nyert iPS olyan egészséges felnőtt egerek százalékát eredményezte, amelyek képesek voltak normálisan szaporodni. Így először sikerült klónozott állatokat a tojások genetikai anyagának hozzákeverése nélkül nyerni (a standard klónozási eljárással a mitokondriális DNS a recipiens tojásából kerül át az utódba).
A klónozás felhasználható a kihalt állatok természetes populációinak újrateremtésére. Bizonyos problémák és nehézségek ellenére az első eredmények ebben az irányban már rendelkezésre állnak.
A Bucardo Ibex ( Capra pyrenaica pyrenaica ) [13] egyik kihalt alfajának klónozott borja Spanyolországban született 2003-ban . A klónozási jelentés a Theriogenology januári számában jelent meg.
A pireneusi kecskék ezen alfaja 2000-re teljesen eltűnt (a kihalás okai nem ismertek pontosan [14] ). A faj utolsó tagja, egy Celia nevű nőstény 2000-ben pusztult el. De előtte (1999-ben) José Folch, az Aragóniai Mezőgazdasági és Technológiai Kutatóközpont (CITA) munkatársa több bőrsejtet vett a Celiától elemzésre és folyékony nitrogénben való tárolásra. Ezt a genetikai anyagot használták fel egy kihalt alfaj klónozására.
A kísérletezők a bucardo DNS-t a saját genetikai anyaguktól mentes házikecsketojásokba vitték át. Az így kapott embriókat pótanyákba ültettük be – a spanyol kecske más alfajának nőstényeibe vagy a házi- és vadkecskék keresztezésével nyert hibrid fajokba. Így 439 embriót hoztak létre, amelyek közül 57-et ültettek be a pótméhbe. Csak hét műtét ért véget vemhességgel, és végül csak egy kecske adott életet egy nőstény bucardónak, aki hét perccel a születés után elpusztult légzési problémák miatt.
A sikertelen klónozás és a klónozott kecske halála ellenére sok tudós úgy véli, hogy ez a megközelítés lehet az egyetlen módja a kihalás szélén álló fajok megmentésének. Ez reményt ad a tudósoknak, hogy a veszélyeztetett és nemrégiben kihalt fajok feltámaszthatók fagyott szövetek felhasználásával [15] [16] .
2004-ben megszületett egy banteng (Délkelet-Ázsiában élt vadon élő bika) pár, amelyeket több mint 20 éve elpusztult állatok sejtjeiből klónoztak. Két bantenget klónoztak San Diego egyedülálló "fagyasztott állatkertjéből" , amelyet még azelőtt hoztak létre, hogy az emberek még nem tudták volna, hogy a klónozás lehetséges. A klónozást készítő amerikai Advanced Cell Technology cég arról számolt be, hogy olyan állatok sejtjeit használta fel, amelyek 1980-ban pusztultak el anélkül, hogy utódot hagytak volna hátra.
A bangtengeket úgy klónozták, hogy genetikai anyagukat a közönséges házi tehenek üres tojásaiba vitték át; 16 embrióból csak kettő élte túl a születést [17] [18] .
A császárharkályt utoljára 1958-ban látták Mexikóban . Azóta az ornitológusok megpróbálják felkutatni ennek a populációnak a nyomait, de sikertelenül. Körülbelül tíz évvel ezelőtt még pletykák is keringtek arról, hogy a madár még mindig a bolygón él, de ezeket sem erősítették meg.
A kitömött madarak azonban a múzeumokban maradtak. Igor Fadeev, a Darwin Múzeum kutatója úgy véli, hogy ha a DNS- kinyerési műveletet a világ különböző országaiban található összes plüssállattal elvégzik, akkor a harkály feltámasztható. Ma már csak tíz kitömött birodalmi fakopáncs maradt meg a világ különböző múzeumaiban.
Ha a projekt sikeres lesz, akkor a közeljövőben újra megjelenhet bolygónkon a birodalmi harkály. Az Állami Darwin Múzeum úgy véli, hogy a molekuláris biológia legújabb módszerei képesek elkülöníteni és reprodukálni e madarak DNS-ét [19] .
2006 júniusában holland tudósok fedezték fel Mauritius szigetén a dodó , egy röpképtelen madár, amely a közelmúltban (a 17. században) kihalt, jól megőrzött maradványait . Korábban a tudománynak nem volt madár maradványa. De most van bizonyos remény a madarak e képviselőjének „feltámadására” [20] .
A kihalt óriásmadarak klónozásának terveit megkérdőjelezték az Oxfordi Egyetem tudósai által végzett kutatások eredményeként. A kihalt madarak maradványaiból DNS - szakaszokat izolálva a tudósok azt találták, hogy genetikai anyaguk annyira megsemmisült, hogy a modern technológia nem teszi lehetővé a teljes értékű klónozást. A tudományos munka célja a több évszázaddal ezelőtt kihalt új-zélandi moa strucc , valamint a madagaszkári epiornis (elefántmadár) újraélesztése volt.
A múzeumokban őrzött szövetdarabokból DNS- mintákat vettek. A tudósok azonban nem tudtak elég hosszú DNS- láncot szerezni a klónozáshoz. Ennek ellenére egyes tudósok úgy vélik, hogy az elkövetkező években olyan technológiát fognak kifejleszteni, amely a közeli rokon fajok DNS -éből "foltokat" varrva helyreállítja a DNS elveszett részeit [21] .
Később a Murdoch Egyetem (Ausztrália) Michael Bunce kutatócsoportja kifejlesztett egy hatékony módszert a DNS kinyerésére a fosszilis tojások héjából, amely hatékonynak bizonyult a 19 000 éves korig bezárólag moa és epiornis tojások héján. valósághűbbé teszi az óriási fosszilis madarak klónozásának terveit [22] [23] .
A Harvard Egyetem (USA) George Church (George Church) laboratóriuma 2014. október közepén bejelentette egy projekt elindítását a mamutok "feltámasztására". A mamutok feltámasztásának esélye a forradalmi CRISPR / CAS genom-átíró technológia 2012-es megjelenése miatt jelent meg, amely lehetővé teszi az emlősök DNS-ében tetszőleges gének szelektív megváltoztatását és törlését. Ezzel a technikával Church és munkatársai sikeresen be tudtak illeszteni az elefántbőrsejtek genomjába olyan géneket, amelyekről úgy gondolják, hogy felelősek a mamut tipikus tulajdonságaiért – kicsi fülekért, vastag kövérségért, hosszú hajért és barna színért. A sejtek túlélték ezt az átalakulást, és most a tudósok azon gondolkodnak, hogyan lehet őket valódi bőrszövetté alakítani [24] .
2015 márciusában jelentették be, hogy amerikai genetikusoknak először sikerült a jégkorszaki óriások DNS-fragmenseiből kinyert mamutgének egy részét sikeresen átültetni egy normál afrikai elefántsejt genomjába, és megszaporítani. Így a genetikusok megtették az első lépést a mamut feltámasztása vagy egy mamutszerű elefánt létrehozása felé. (Lásd még a Pleisztocén Park cikkének Kihalt állatok klónozásának lehetőségeit című részt .)
A Current Biology 2015 májusában publikált egy cikket két mamut genomjának dekódolásáról [25] . Lehetséges, hogy az új adatok alkalmazásra találnak a mamutok klónozásában, de a szakemberek eddig nem nélkülözhetik a modern elefántok tojásait [26] .
Létezik háziállatok kereskedelmi célú klónozása. Először az elhullott házimacskákat és kutyákat klónozzák. Így 2020-ra Barbra Streisand kétszer klónozta Samantha kutyáját, aki 2017-ben halt meg [48] . A klónozás drága. 2015-ben Dél-Korea körülbelül 100 000 dollárt kért egy kutya klónozásáért, és ennek a felét az Egyesült Államokban [49] Kínában egy kutya klónozása 2020-ban 54 000 dollárba került [50] . A kínai hatóságok klónozták a Kunxun rendőrkutyát ( Puer városában szolgált, és a bűnözők elfogásában tűnt ki), amelyet 2019-ben kezdtek kiképezni [51] . Másodszor, a versenylovakat klónozzák. Texasban az egyik cég 2020-ra Aiken Cura kanca 25 klónját hozta létre (versenyeket nyert), amelyek közül az egyik 800 ezer dollárért kelt el [52] .
Drága hús előállítására is klónozzák őket. 2015-ben elkezdték építeni a klónozott tehenekből prémium marhahúst előállító gyárat Tiencsin közelében [52] . 2018-ban az Egyesült Államok Élelmiszer- és Gyógyszerügyi Hatósága engedélyezte a klónozott állatokból származó hús és tej értékesítését [52] .
| Klónozás | |
|---|---|