Clonarea

De la Wikipedia, enciclopedia liberă.
Salt la navigare Salt la căutare
Notă despre dezambiguizare.svg Dezambiguizare - Dacă sunteți în căutarea altor semnificații, consultați Clonarea (dezambiguizarea) .

Clonarea , în biologie , indică crearea asexuată, naturală sau artificială, a unui al doilea organism viu sau chiar a unei singure celule care are toate caracteristicile genetice ale primului. Termenul derivă din greaca veche κλών (klōn „ramură”, „ramură”). În natură, acest mod de reproducere apare la unele organisme unicelulare, unele nevertebrate (în unele porifere, viermi plati și anelizi ) și unele plante . În agricultură , termenul este folosit pentru a indica o tehnică pe care omul o folosește de ceva timp pentru a reproduce plantele cu butași , stratificare și grefe . În ingineria genetică moleculară sau biotehnologie, cuvântul indică uneori reproducerea unor întinderi ale unui lanț ADN . Vectorii de clonare sunt folosiți în acest proces.

În genetica modernă și în științele biologice aplicate în general, clonarea este tehnica de a produce copii identice genetic ale organismelor vii prin manipulare genetică. În acest ultim sens, termenul a devenit folosit în mod obișnuit încă din anii nouăzeci , când mai întâi Neal First ( 1994 ), apoi Ian Wilmut (tatăl celebrei oi Dolly - 1996 ) a încercat să cloneze cu succes o oaie . În acest caz, clonarea unui organism în laborator înseamnă crearea unei noi ființe vii care are aceleași informații genetice ca și organismul original. Prin urmare, tehnicile moderne de clonare asigură îndepărtarea și transferul nucleului unei celule somatice (adică a unei celule somatice) a organismului care urmează să fie clonat într-o nouă celulă de ou din aceeași specie ca organismul care urmează să fie reprodus. Deoarece nucleul conține aproape [1] toate informațiile genetice necesare pentru a forma o formă de viață, ovulul receptor se va dezvolta într-un organism care este identic genetic cu donatorul nucleului. [2]

Schema simplificată de clonare

Istorie

Primele încercări și experimente

În 1902 Hans Spemann , un embriolog german, a împărțit un embrion cu două celule de salamandră în două. După divizare, fiecare celulă a devenit o salamandră adultă, demonstrând că fiecare dintre primele celule ale unui embrion poartă toate informațiile genetice necesare pentru a crea un nou organism. Aceste rezultate au contrazis ipoteza lui Weismann din 1885 că cantitatea de informații genetice transmise de o celulă scade odată cu fiecare diviziune. Spemann nu a reușit să împartă celulele embrionilor de salamandră, așa cum a făcut Hans Adolf Edward Driesch mai devreme cu experimentul său de arici de mare. În schimb, Spemann a făcut un laț dintr-un singur păr al fiului său mic și a strâns lațul din jurul embrionului până când a despărțit cele două celule ale embrionului.

Spemann a propus un experiment de transfer nuclear pentru a înțelege dacă nucleul unei celule diferențiate a fost capabil să reprogrameze informațiile exprimate și să controleze dezvoltarea embrionară. El a crezut de a lua nucleul dintr - o celulă a unui embrion într - un stadiu avansat de dezvoltare și transferarea acesteia către citoplasmă unui denucleat ou celular (lipsit de nucleul său). Cu toate acestea, Spemann nu a putut desfășura experimentul din cauza lipsei de instrumente adecvate pentru manipularea și disecția celulelor somatice și germinale . Oamenii de știință au repetat experimentul, împărțind separat celulele embrionilor mai dezvoltați. Spre deosebire de primul experiment, doar jumătate din embrion a crescut din aceste celule embrionare mai dezvoltate. Din aceste rezultate, Spemann a concluzionat că la un moment dat în dezvoltarea unui embrion, pe care Spemann l-a numit „determinare”, se determină specializarea celulelor embrionului. Potrivit descoperirilor lui Spemann, numai înainte de acest timp poate fi creat un întreg organism dintr-o singură celulă embrionară.

A doua perioadă postbelică

R. Briggs și TJ King au efectuat experimentul propus de Spemann cu 14 ani mai devreme pe broasca leopardă ( Lithobates pipiens ). [3] Au preluat nucleul dintr-o celulă embrionară a broaștei în stadiu de blastulă și l-au transferat într-o celulă ouă enucleată (fără nucleu). Se știa deja că nucleele blastulei erau totipotente , din acest experiment s-a văzut că izolându-le fiecare ar putea da naștere unui nou individ. 60% din toate nucleele transferate au dus la mormoloci, dar nu au trecut niciodată de acest stadiu. Luând nuclei la un nivel mai ridicat de diferențiere a existat o scădere drastică a probabilității de succes (această limitare a fost depășită ulterior odată cu sincronizarea dintre celulele somatice ale donatorului și celulele ovule, de fapt este foarte important ca celulele somatice să fie într-un stadiu de pauză și complet diferențiate, ele trebuie să aparțină și unei categorii de celule care se replică rapid). Din acest experiment, însă, au început să fie formulate câteva întrebări:

  • chiar dacă diferențiat nucleul conține întreaga machiaj genetic?
  • se poate reprograma acest lucru pentru dezvoltarea unui individ nou?
  • Interacțiunile nucleului transferat de ovocite permit redifferențierea nucleului și dirijarea dezvoltării acestuia?
Xenopus laevis , una dintre primele vertebrate clonate

John Gurdon reîncearcă experimentul Briggs și King, luând nuclee de celule diferențiate din intestinul mormolocului de Xenopus laevis și transferându-le într-o ovulă enucleată. Dintre cei 726 de nuclee transferate, doar 10 s-au dezvoltat în stadiul de mormoloc. Folosind transplantul în serie (adică plasând un nucleu intestinal într-un ou, lăsându-l să se dezvolte în stadiul de blastula și apoi transferând nucleele celulelor blastulei în cât mai multe ouă, se obține o diferențiere mai mare a nucleului original și un număr mai mare de clone) a obținut un succes de 7% și 7 dintre aceste mormoloci s-au metamorfozat în broaște adulte fertile.

Experimentul lui Gurdon diferă de cel al lui Briggs și King prin faptul că s-a folosit un organism mai primitiv decât broasca leopardă. Xenopus are o capacitate mai mare de regenerare, de fapt poate regenera membrele pierdute, iar dezvoltarea inițială este de trei ori mai rapidă decât cea a Lithobates pipiens . Cu toate acestea, acest experiment a fost criticat de Briggs și King, care au susținut că celulele mormolului ar putea fi contaminate de celulele germinale care migrează și se opresc adesea prin intestin, mai mult, nu s-ar putea spune cu certitudine că celulele unui mormolor atât de tânăr au fost cu siguranță diferențiate . Pentru a anula aceste critici, Gurdon și colegii săi au cultivat celule epiteliale de la o broască adultă cu picioare palmate. Aceste celule au fost recunoscute a fi diferențiate, deoarece fiecare conținea keratină, proteina caracteristică celulelor adulte ale pielii. Dacă nucleele acestor celule au fost transferate în ovocite Xenopus enucleate și activate, niciunul dintre aceste nuclee nu a depășit ouăle depășite stadiul de nerula. Cu transplanturile în serie, totuși, au fost generate numeroase mormoloci, dar acești mormoloci au murit cu toții înainte de hrănire.

În 1981, un tânăr cercetător american, Peter Hoppe, și un strălucit cercetător născut în Germania, Karl Illmensee, au publicat un articol în care au raportat că au obținut câțiva șoareci în urma transferului nucleelor ​​de celule embrionare în stadiul de blastocist în ovocite enucleate. Prin reușita micromanipulării gametului feminin și a embrionului preimplantator al unui șoarece, Hoppe și Illmensee au demonstrat, prin urmare, că este posibilă și clonarea mamiferelor, clasa căreia îi aparține omul. Dacă experimentul lui Hoppe și Illmensee ar fi confirmat pluripotența nucleelor ​​celulelor embrionare, pasul următor, clonarea pornind de la nuclee prelevate din celule ale indivizilor adulți, ar fi demonstrat definitiv reversibilitatea proceselor active în determinarea diferențierii celulare . Din păcate, în ciuda numeroaselor încercări de a repeta experimentul Illmensee și Hoppe, niciun cercetător nu a reușit să obțină dezvoltarea completă a unui embrion de șoarece: nici măcar embriologii de calibru James McGrath și Davor Solter, care au încercat să cloneze șoareci din nuclee luate de la blastomerii embrionilor cu 2, 4, 8 celule până la blastocist (etapa utilizată de Hoppe și Illmensee) cu rezultate întotdeauna negative. În 1984, într-un articol publicat în revista Nature, ei au declarat că „clonarea șoarecilor, folosind tehnici de transfer nuclear, este biologic imposibilă”. Nici ei, nici alți cercetători nu au reușit să repete experimentul cu succes. Acest eșec a dus la dizolvarea echipei de cercetare Hoope și Illmensee, iar finanțarea acestor studii în biologia dezvoltării a fost blocată. Au continuat doar în domeniul zootehnic pentru interesul economic care ar putea decurge din acesta.

În 1986, Willadsen a anunțat că a clonat niște oi transferând nuclei embrionari preimplantatori în ovocite enucleate. Câteva luni mai târziu, în 1987, Neil First a publicat un articol care arată că a obținut în laboratorul său niște viței începând de la celule embrionare preimplantare și, ulterior, a obținut un nou succes pornind de la celule blastociste, adică aceleași celule ale nodului embrionar utilizate ani mai devreme în experimentele lui Illmensee și Hoppe pe șoarece. Folosind tehnici de transfer nuclear, mii de bovine, porci și oi au fost obținute din 1986.

Experimentul Dolly Sheep

Pictogramă lupă mgx2.svg Același subiect în detaliu: Dolly (oaie) .
Dolly a expus la Muzeul Regal al Scoției

În 1996, grupul condus de Ian Wilmut, de la Institutul Roslin din Edinburgh, în Scoția, a perfecționat în continuare tehnica. Din dezintegrarea celulelor nodului embrionar al ovinelor a obținut aproximativ 20 de celule care nu au fost utilizate ca atare, ci cultivate in vitro timp de câteva zile, astfel încât să obțină o populație de mii de celule identice. Fiecare dintre aceste celule a fost potențial capabilă să dea naștere unui individ clonat, identic cu celelalte mii de indivizi care pot fi obținuți din celule embrionare din aceeași populație. Deși clonarea indivizilor care porneau de la celulele embrionare nu mai era o noutate, cel puțin în mediul zootehnic, în februarie 1997 știrea, care a apărut din nou în revista „Nature” de către grupul de cercetare îndrumat de Ian Wilmut, despre nașterea lui un miel dintr-un ovocit enucleat în care fusese transferat nucleul unei celule somatice de oaie adultă a luat comunitatea științifică internațională prin surprindere.


Din analiza critică a lucrării grupului scoțian, reiese un punct de extremă importanță conceptuală: imposibilitatea de a recunoaște printre celulele dezintegrate ale glandei mamare care au contribuit la nașterea lui Dolly. În urma dezintegrării glandelor mamare se obțin diferite tipuri de celule - celule epiteliale, fibroblaste și limfocite - dintre care, totuși, este foarte dificil să se distingă caracteristicile morfologice, adică fenotipul, după ce au fost cultivate de mult timp in vitro. Deci, până în prezent, nu știm care este celula somatică care a permis nașterea lui Dolly. Chiar dacă procedura adoptată de grupul scoțian s-a dovedit a fi deschisă criticilor, nu există nicio îndoială că acest experiment reprezintă un pas foarte important în istoria embriologiei și, în cele din urmă, la 80 de ani după experimentele Spemann, suntem capabili să oferim un răspuns la întrebările puse atunci: genomul unei celule somatice de mamifer adult poate fi reprogramat în citoplasma unui ovocit enucleat și este capabil să susțină dezvoltarea embrionară pe termen lung până la nașterea unui nou individ.

Succesele din Asia

Yanagimachi Ryuzo și grupul său de cercetare reușesc în cele din urmă să obțină nașterea șoarecilor din nuclee somatice în ovocitele enucleate (experimentul Illmensee care nu a putut fi repetat). Alte tipuri de celule au fost utilizate ca donatori ai nucleului: celulele foliculare ale cumulus oophore (înconjoară ovocitul ovulat pentru a forma o coroană numită cumulus oophore), celulele Sertoli (componenta somatică a tubului seminifer, reglează progresul spermatogenezei) și celulele nervoase (din cortexul cerebral al indivizilor adulți). În acest experiment, în loc să topească membranele ovocitului și celulei somatice cu ajutorul virusului Sendai, s-a preferat extragerea și transferul direct al nucleului în interiorul ovocitului. Doar celulele foliculare s-au putut dezvolta până la naștere. Macacii Zhong Zhong și Hua Hua sunt primele primate care au fost clonate cu succes dintr-o celulă somatică adultă (un fibroblast ). [4] [5]

Clonarea în plante

Un experiment făcut în 1958 de către FC Steward și colegii săi pentru a verifica dacă celulele adulte și diferențiate ale plantelor au o structură genetică completă a constat în izolarea bucăților mici de floem din rădăcinile morcovului care au fost apoi plasate în farfurii care conțin lapte de cocos. Acest lichid conține toți factorii și nutrienții necesari creșterii și hormonii pentru diferențierea plantei. În aceste condiții celulele au proliferat și s-a format o masă de țesut numită Callus. Plăcile sunt rotite pentru a provoca defalcarea acestei mase și detașarea celulelor din suspensie. Celulele sunt izolate și dau naștere la noduli celulari asemănători rădăcinii. Nodulii sunt așezați în final în mediu de cultură solid și din aceștia observăm dezvoltarea unei noi plante complete și fertile de morcovi.

Experimentul este favorizat de capacitatea regenerativă ridicată a plantelor, clonarea plantelor este practicată în mod normal în natură ca metodă de propagare a speciei, în plus, în timp ce la animale celulele germinale reprezintă o populație distinctă și separată, plantele își derivă în mod normal gametii din celule somatice. Prin urmare, nu este surprinzător faptul că o singură celulă de plantă izolată poate da naștere tuturor celorlalte tipuri de celule și poate forma un individ nou identic cu donatorul celulei.

Aplicații practice

Printre posibilele domenii de aplicare a clonării ar trebui menționate următoarele:

  • Protejați biodiversitatea și conservați speciile pe cale de dispariție
  • Remediați caracterele obținute prin intersecție și selecție
  • Înlocuiți modalitatea normală de reproducere atunci când nevoile de reproducere, de exemplu castrarea care se efectuează pentru a obține animale din carne cu anumite caracteristici sau patologiile (cum ar fi sterilitatea ), o fac imposibilă
  • Clonarea în scopuri terapeutice prin inserarea unor gene care produc molecule utile bolilor umane în specii de animale, plante sau bacterii. Organismele modificate genetic astfel obținute sunt clonate pentru a obține o cantitate suficientă de produs

Rolul ADN-ului mitocondrial

În timpul experimentelor postum pe animale clonate, atât cu tehnici de clonare, cât și cu tehnici de transfer nuclear , a devenit evidentă o anomalie că s-a presupus că ar putea fi cumva implicată în apariția diferitelor patologii în clone, patologii care sunt exact atribuite unei recombinări incorecte a nucleul. În mod neașteptat, de fapt, în genomul clonei nu părea să existe o preponderență semnificativă a ADN-ului mitocondrial al ovocitului în comparație cu cel al nucleului implantat. Acest aspect a fost deosebit la 7 din 10 bovine clonate analizate. În cazul oilor Dolly , pe de altă parte, ADN-ul mitocondrial al celulei ovule a fost în mod normal cel prezent în genomul mitocondrial. Prin urmare, se poate ipoteza că ADN-ul mitocondrial este moștenit în conformitate cu mecanisme care sunt cunoscute doar parțial astăzi.

Disciplina de reglementare în lume

Italia

În Italia, legea din 19 februarie 2004, nr. 40 pedepsește experimentarea pe fiecare embrion uman cu închisoare de la doi la șase ani și cu o amendă cuprinsă între 50.000 și 150.000 de euro. În orice caz, sunt interzise intervențiile de clonare prin transfer de nucleu sau divizarea timpurie a embrionului sau ectogeneza atât în ​​scop procreativ, cât și în scopuri de cercetare. În acest caz, penalizarea de mai sus este mărită. Circumstanțele atenuante concurente cu circumstanțele agravante nu pot fi considerate echivalente sau prevalente în raport cu acestea. Suspendarea de la unu la trei ani de la practica profesională este dispusă pentru operatorul unei profesii din domeniul sănătății condamnat pentru una dintre aceste infracțiuni.

Probleme deschise

Pictogramă lupă mgx2.svg Același subiect în detaliu: Eugenie și clonare umană .

Clonarea animalelor a deschis calea pentru o serie de discuții etice cu privire la potențialele sale aplicații în zone moralmente îndoielnice.

Notă

  1. ^ ADN-ul mitocondrial , care nu este transferat în acest proces, este în general ignorat, deoarece se crede că efectele sale asupra organismelor vii sunt relativ secundare.
  2. ^ Nu poți avea niciodată un organism identic nici măcar somatic sau în toate celelalte privințe. Condițiile de mediu influențează dezvoltarea și interacțiunile dintre organism și factorii externi nu sunt reproductibili.
  3. ^(EN) R. Briggs, TJ King, Transplant de nuclee vii din celule de blastula în ouă de broaște enucleată , în Proceedings of the National Academy of Sciences , vol. 38, nr. 5, 1952, pp. 455–463, DOI : 10.1073 / pnas.38.5.455 .
  4. ^ (RO) David Cyranoski, Primele maimuțe clonate cu tehnica care a făcut oaia Dolly , 24 ianuarie 2018. Adus 25 ianuarie 2018.
  5. ^ (EN) Zhen Liu, Yijun Cai Yan și Wang, Clonarea maimuțelor macace prin transfer nuclear de celule somatice , în Cell, vol. 0, nr. 0, 2018, DOI : 10.1016 / j.cell.2018.01.020 . Adus la 25 ianuarie 2018 .

Bibliografie

  • Scott Francis Gilbert, Biologia dezvoltării , Bologna, Zanichelli, 1988. ISBN 88-08-06454-9 .

Elemente conexe

Alți designeri

linkuri externe

Controlul autorității Thesaurus BNCF 1738 · LCCN (EN) sh85027122 · GND (DE) 4192480-0 · BNF (FR) cb11944097v (data)