Klonování ( angl. klonování z jiné řečtiny. κλών - "větvička", "útěk", "potomek") - v nejobecnějším smyslu - přesná reprodukce objektu libovolný požadovaný počet opakování. Objekty získané jako výsledek klonování (každý jednotlivě a jako celek) se nazývají klon.
K přirozenému klonování zvířat a rostlin často dochází prostřednictvím asexuálního a vegetativního rozmnožování, jakož i prostřednictvím ameiotické partenogeneze .
Umělé klonování zvířat a rostlin je nový typ lidské činnosti, která vznikla na konci 20. - začátku 21. století, spočívající v rozmnožování starých a vytváření nových biologických organismů spojených se studiem genomu , zahrnující zásah do jeho struktury, zaměřený na řešení mnoha praktických problémů (kromě vědeckých).
Pojmy „klon“, „ klonování “ byly původně používány v mikrobiologii a šlechtění , následně v genetice , v souvislosti s jehož úspěchem se dostaly do všeobecného užívání. Nutno dodat, že k jejich popularizaci výrazně přispěl i film a literatura .
Je třeba mít na paměti, že přesná reprodukce zvířete nebo rostliny, a to jak přirozeným, tak umělým klonováním, je nemožná. V každém případě se nový organismus bude lišit od mateřského v důsledku somatických mutací , epigenetických změn v dědičném materiálu, vlivu prostředí na fenotyp a náhodných odchylek, ke kterým dochází během ontogeneze .
Stvoření zvířat a rostlin s požadovanými vlastnostmi bylo vždy nesmírně lákavé, protože znamenalo vytvořit ty nejunikátnější a nejpotřebnější organismy , odolné vůči nemocem , klimatickým podmínkám, dávat dostatek potomstva , potřebné množství masa , mléka , ovoce , zeleniny a dalších . produkty . Využití technologie klonování znamená jedinečnou příležitost získat fenotypově a geneticky identické organismy , které lze použít k řešení různých teoretických i aplikovaných problémů, kterým čelí biomedicína a zemědělství . Využití klonování by mohlo přispět zejména ke studiu problému totipotence diferencovaných buněk, vývoje a stárnutí organismů a maligní transformace buněk . Díky technologii klonování se očekává zrychlený genetický výběr a replikace zvířat s mimořádnou produkční rychlostí. V kombinaci s transgenezí otevírá klonování zvířat další možnosti pro produkci cenných biologicky aktivních proteinů pro léčbu různých onemocnění zvířat a lidí . Klonování zvířat by mohlo potenciálně umožnit testování léků na identických organismech.
Klonování rostlin (častěji používané termíny jsou „ tkáňová kultura in vitro “, „ rostlinná klonální mikropropagace “) se provádí regenerací celé rostliny z kalusu změnou proporcionálního poměru cytokininů a auxinů v živném médiu. K získání primárního kalusu lze použít jakékoli rostlinné buňky a tkáně (kromě těch v premortalním stavu ), protože rostlinné buňky jsou schopné dediferenciace při určitých koncentracích fytohormonů v živném médiu. Ale častěji se pro tento účel používají meristémové buňky kvůli jejich nízkému stupni diferenciace. Živné médium pro tvorbu kalusu nutně zahrnuje auxin (pro buněčnou dediferenciaci) a cytokinin (pro indukci dělení buněk). Po získání kalusové kultury lze kalus rozdělit a každou část použít k regeneraci celých rostlin. Protože kalus je beztvará nediferencovaná buněčná hmota, je pro regeneraci rostlin nutné vyvolat morfogenezi změnou koncentrací fytohormonů v médiu. Klonování rostlin umožňuje získat bezvirový sadební materiál (s využitím apikálního meristému jako zdroje buněk), rychlé rozmnožování rostlin ve velkém měřítku (včetně vzácných a ohrožených), klonování z prašníků a následná obnova diploidie umožňuje možné získat rostliny genypro všechnyhomozygotní Rostlinné protoplasty je také možné kultivovat na umělých živných půdách , ze kterých lze v některých případech regenerovat celé rostliny (protoplasty jsou vhodné pro transgenezi kvůli absenci buněčné stěny a možnosti fúze s jinými buňkami [1] ).
V případě orchidejí může konkrétní rostlina, kultivar, dostat neformální jméno - název klonu, ale v případě, že tato orchidej má vynikající vlastnosti pro tento druh (nebo hybrid) [2] . Příklad: × Laeliocattleya Hsin Buu Lady 'Red Beauty'.
První úspěšné pokusy s klonováním zvířat provedl v 60. letech 20. století anglický embryolog J. Gurdon při pokusech na drápaté žábě . K transplantaci byla použita jádra střevních buněk pulce. Experimenty byly kritizovány, protože primární zárodečné buňky mohly být zachovány ve střevech pulců. V roce 1970 bylo možné provést pokusy, při nichž nahrazení jádra vajíčka geneticky označeným jádrem ze somatické buňky dospělé žáby vedlo k výskytu pulců a dospělých žab. To ukázalo, že technika transplantace jádra ze somatických buněk dospělých organismů do enukleovaných (bez jádra) oocytů umožňuje získat genetické kopie organismu, který sloužil jako dárce diferencovaných buněčných jader. Výsledek experimentu se stal základem pro závěr o reverzibilitě embryonální diferenciace genomu , alespoň u obojživelníků .
Klonování savců je možné pomocí experimentálních manipulací s vajíčky ( oocyty ) a jádry zvířecích somatických buněk in vitro a in vivo . Klonování dospělých zvířat se dosahuje přenosem jádra z diferencované buňky do neoplozeného vajíčka, které má odstraněno vlastní jádro (enukleované vajíčko), s následnou transplantací rekonstruovaného vajíčka do vejcovodu adoptivní matky. Všechny pokusy o aplikaci výše popsané metody pro klonování savců však byly dlouhou dobu neúspěšné. Jedno z prvních úspěšných klonování savce (domácí myši) provedli sovětští vědci [5] v roce 1987. Použili metodu elektroporace ke spojení enukleované zygoty a myší embryonální buňky s jádrem.
K řešení tohoto problému významně přispěla skotská skupina výzkumníků z Roslyn Institute a PPL Therapeuticus ( Skotsko ) pod vedením Jana Wilmuta (Wilmut). V roce 1996 se objevily jejich publikace o úspěšném porodu jehňat transplantací jader získaných z fetálních ovčích fibroblastů do enukleovaných oocytů. [6] Problém klonování zvířat nakonec vyřešila skupina Wilmut v roce 1996, kdy se narodila ovce jménem Dolly – první savec získaný z jádra dospělé somatické buňky: vlastní jádro oocytu bylo nahrazeno buněčným jádrem z kultura dospělých epiteliálních buněk mléčné žlázy.laktující ovce [7] . Následně byly provedeny úspěšné experimenty na klonování různých savců pomocí jader odebraných z dospělých somatických buněk zvířat ( myš , koza , prase , kráva ), jakož i odebraných z mrtvých, několik let zmrazených [8] zvířat. Nástup technologie klonování zvířat vzbudil nejen velký vědecký zájem, ale také přitáhl pozornost velkého byznysu v mnoha zemích. Podobné práce se provádějí v Rusku , ale neexistuje žádný cílený výzkumný program. Obecně je technologie klonování zvířat stále ve fázi vývoje. U velkého počtu takto získaných organismů jsou pozorovány různé patologické stavy vedoucí k intrauterinní smrti nebo smrti bezprostředně po narození, ačkoli při klonování ovcí v roce 2007 přežilo každé 5. embryo (v případě Dolly to bylo 277).
V roce 2004 začali Američané s komerčním klonováním koček a v dubnu 2008 začali jihokorejští celníci s výcvikem sedmi štěňat klonovaných ze somatických buněk nejlepšího korejského pátracího psa plemene kanadský labradorský retrívr . Podle jihokorejských vědců 90 % klonovaných štěňat splní požadavky pro práci na celnici, zatímco jen necelých 30 % normálních štěňat projde zkouškami vloh [9] [10] .
V Číně již BGI komerčně klonuje zvířata pro lékařský výzkum [11] . Předpokládá se, že taková technika bude v budoucnu využívána k pěstování náhradních orgánů u prasat pro transplantaci lidem.
V roce 2009 byla publikována práce, ve které bylo pomocí metody tetraploidní komplementace poprvé prokázáno, že indukované pluripotentní kmenové buňky ( iPSC ) mohou dát vzniknout kompletnímu organismu, včetně jeho zárodečných buněk [12] . iPS odvozený z myších kožních fibroblastů transformací pomocí retrovirového vektoru vedl k procentu zdravých dospělých myší, které byly schopné normální reprodukce. Poprvé tak byla získána klonovaná zvířata bez příměsi genetického materiálu vajíček (při standardním klonovacím postupu je mitochondriální DNA přenesena na potomstvo z vajíčka příjemce).
Klonování lze použít k obnově přirozených populací vyhynulých zvířat. I přes přítomnost určitých problémů a obtíží jsou již v tomto směru k dispozici první výsledky.
Klonované mládě vyhynulého poddruhu kozorožce Bucardo ( Capra pyrenaica pyrenaica ) [13] se narodilo ve Španělsku v roce 2003 . Zpráva o klonování se objevila v lednovém vydání Theriogenology.
Tento poddruh pyrenejských koz do roku 2000 zcela vymizel (důvody vyhynutí nejsou přesně známy [14] ). Poslední člen tohoto druhu, samice jménem Celia, zemřela v roce 2000. Ale předtím (v roce 1999) José Folch z Výzkumného centra pro zemědělství a technologii Aragonie (CITA) odebral několik kožních buněk od Celie k analýze a uskladnění v kapalném dusíku. Tento genetický materiál byl použit při prvním pokusu o klonování vyhynulého poddruhu.
Experimentátoři přenesli DNA bucarda do domácích kozích vajec, bez vlastního genetického materiálu. Výsledná embrya byla implantována náhradním matkám - samicím jiného poddruhu španělské kozy nebo hybridním druhům získaným křížením domácích a divokých koz. Vzniklo tak 439 embryí, z nichž 57 bylo implantováno do náhradních děloh. Pouze sedm operací skončilo březostí a pouze jedna koza nakonec porodila samici bucarda, která sedm minut po porodu zemřela na dýchací potíže.
Navzdory neúspěšnému klonování a smrti klonované kozy se mnoho vědců domnívá, že tento přístup může být jediným způsobem, jak zachránit druhy, které jsou na pokraji vyhynutí. To dává vědcům naději, že ohrožené a nedávno vyhynulé druhy lze vzkřísit pomocí zmrazených tkání [15] [16] .
V roce 2004 se narodil pár bantengů (divokých býků, kteří žili v jihovýchodní Asii), klonovaných z buněk zvířat, která zemřela před více než 20 lety. Dva bantengové byli klonováni z jedinečné „zmrazené zoo“ v San Diegu , která byla vytvořena dříve, než lidé vůbec věděli, že klonování je možné. Americká společnost Advanced Cell Technology , která klonování provedla, uvedla, že použila buňky ze zvířat, která zemřela v roce 1980, aniž by zanechala potomky.
Bangtengové byli klonováni přenesením jejich genetického materiálu do prázdných vajec běžných domácích krav; z 16 embryí se do porodu dožila pouze dvě [17] [18] .
Datel císařský byl naposledy spatřen v Mexiku v roce 1958. Od té doby se ornitologové pokoušeli najít stopy této populace, ale neúspěšně. Zhruba před deseti lety se dokonce objevily fámy, že pták stále žije na planetě, ale ani ty se nepotvrdily.
Vycpaní ptáci však zůstali v muzeích. Igor Fadeev, výzkumník z Darwinova muzea , věří, že pokud se operace extrakce DNA provede se všemi vycpanými zvířaty, která jsou v různých zemích světa, pak může být datel vzkříšen. Dnes zůstalo v různých muzeích po celém světě jen deset vycpaných datlů císařských.
Pokud bude projekt úspěšný, pak se v blízké budoucnosti může na naší planetě znovu objevit datel císařský. Státní Darwinovo muzeum věří, že nejnovější metody molekulární biologie mohou izolovat a reprodukovat DNA těchto ptáků [19] .
V červnu 2006 objevili holandští vědci na ostrově Mauricius dobře zachované pozůstatky dodo , nelétavého ptáka, který nedávno (v 17. století) historicky vyhynul. Dříve věda pozůstatky ptáka neměla. Nyní však existuje jistá naděje na „vzkříšení“ tohoto zástupce ptactva [20] .
Plány na klonování vyhynulých obřích ptáků byly zpochybněny v důsledku výzkumu vědců z Oxfordské univerzity. Po izolování částí DNA z pozůstatků vyhynulých ptáků vědci zjistili, že jejich genetický materiál je tak zničen, že moderní technologie neumožňují plnohodnotné klonování. Účelem vědecké práce bylo oživit novozélandského pštrosa moa , který vyhynul před několika staletími , a také madagaskarského epiornise (sloního ptáka).
Vzorky DNA byly odebrány z fragmentů tkání uchovaných v muzeích. Vědcům se však nepodařilo získat dostatečně dlouhý řetězec DNA pro klonování. Přesto se někteří vědci domnívají, že v příštích letech bude vyvinuta technologie, jak obnovit ztracené části DNA všitím „záplat“ z DNA blízce příbuzných druhů [21] .
Později výzkumný tým Michaela Bunce z Murdoch University (Austrálie) vyvinul účinnou metodu pro extrakci DNA ze skořápky fosilních vajíček, která se osvědčila na skořápce vajíček moa a epiornis starých až 19 000 let včetně . dělá plány na klonování obřích fosilních ptáků realističtější [22] [23] .
Laboratoř George Churche (George Church) z Harvardské univerzity (USA) v polovině října 2014 oznámila zahájení projektu na „vzkříšení“ mamutů. Šance na vzkříšení mamutů se objevily díky tomu, že se v roce 2012 objevila revoluční technologie přepisování genomu CRISPR / CAS, která umožňuje selektivně měnit a mazat libovolné geny v DNA savců. Pomocí této techniky byli Church a kolegové schopni úspěšně vložit do genomu buněk sloní kůže geny, o kterých se věří, že jsou zodpovědné za typické rysy mamuta – malé uši, hustý tuk, dlouhé vlasy a hnědou barvu. Buňky tuto transformaci přežily a nyní vědci přemýšlejí o tom, jak je lze proměnit ve skutečnou kožní tkáň [24] .
V březnu 2015 bylo oznámeno, že američtí genetici byli poprvé schopni úspěšně transplantovat některé mamutí geny extrahované z fragmentů DNA obrů z doby ledové do genomu normální buňky afrického slona a rozmnožit je. Genetici tak udělali první krok ke vzkříšení mamuta nebo vytvoření slona podobného mamutu. (Viz také část o možnostech klonování vyhynulých zvířat v článku o parku Pleistocén .)
V květnu 2015 Current Biology publikoval článek o dekódování genomu dvou mamutů [25] . Je možné, že nová data najdou uplatnění při klonování mamutů, ale zatím se specialisté neobejdou bez vajec moderních slonů [26] .
Existuje komerční klonování domácích mazlíčků. Nejprve se naklonují mrtvé domácí kočky a psi. Do roku 2020 tedy Barbra Streisand dvakrát naklonovala svého psa Samanthu, který zemřel v roce 2017 [48] . Klonování je drahé. V roce 2015 si Jižní Korea účtovala asi 100 000 dolarů za klonování psa a polovinu toho ve Spojených státech [49] V Číně stálo klonování psa v roce 2020 54 000 dolarů [50] . Čínské úřady naklonovaly policejního psa Kunxuna (sloužil ve městě Puer a vyznamenal se v dopadení zločinců), kterého začaly cvičit v roce 2019 [51] . Za druhé, závodní koně jsou klonováni. V Texasu jedna z firem do roku 2020 vytvořila 25 klonů klisny Aiken Cura (vyhrála dostihy), z nichž jeden se prodal za 800 tisíc dolarů [52] .
Jsou také klonovány pro výrobu drahého masa. V roce 2015 se u Tianjinu začala stavět továrna na výrobu prémiového hovězího masa z klonovaných krav [52] . V roce 2018 americký Úřad pro kontrolu potravin a léčiv povolil prodej masa a mléka z klonovaných zvířat [52] .
| Klonování | |
|---|---|