Клониране — определение, видове, методи и биологични приложения
Клониране: определение, видове, методи и биологични приложения — ДНК, клетъчно и индивидно клониране; техники, рискове, етика и реални примери като овцата Доли.
Клон е всяка клетка или индивид, който е идентичен с друг по своя генетичен състав или произход. В обичайния смисъл клон означава група клетки или организми, произлезли от една-единствена майчина клетка или ембрион и споделящи една и съща наследствена информация.
В биологията клонирането е процес на създаване на един или повече генетично идентични индивиди или молекули. При цели индивиди това обикновено означава умишлено създаване на идентично копие. За първи път това бе постигнато при бозайниците с известната овца Доли (родена 1996 г.), която беше клонирана чрез трансфер на ядро от соматична клетка. Човешките еднояйчни близнаци са естествени клонинги. Такива са и потомците на безполовото размножаване, както и на всяко партеногенетично размножаване, което не включва мейоза.
Клонирането е естествено за някои животни и растения — много растения възпроизвеждат вегетативно (резници, пъпки, коренови издънки) и така дават генетично идентични потомци. При бозайниците това е рядкост; една интересна естествена изключение е деветпоясният броненосец, който обикновено ражда идентични четиризнаци.
В генетиката и клетъчната биология понятието клониране често се отнася до копиране на последователности от ДНК и по подразбиране до всички останали макромолекули. Лабораторното копиране на молекула с цел получаване на точни копия също се нарича клониране (генетично или молекулярно клониране).
Видове клониране
- Репродуктивно клониране — целта е да се създаде пълен организъм, генетично идентичен с донора. Примери: овца Доли; методите включват ядрено трансферни техники.
- Терапевтично клониране — използва се за получаване на ембрионални стволови клетки или тъкани за лечение и изследване, без да се имплантира ембрион в матката. Често се постига чрез трансфер на ядро от соматична клетка в незадействана яйцеклетка (SCNT) и последваща култивация до стадий на бластоцистата.
- Молекулярно (генетично) клониране — вмъкване на фрагмент ДНК в вектор (плазмида, вирусен вектор) и размножаване в гостоприемник (например бактерии) за получаване на множество копия.
- Клетъчно клониране — изолиране на една клетка и култивирането ѝ до клонална клетъчна линия, използвана за биомедицински и фармацевтични изследвания.
- Естествено клониране — възниква при еднояйчни близнаци, безполово размножаване, вегетативно размножаване при растения и при някои животни.
Методи на клониране
- Трансфер на ядро от соматична клетка (SCNT) — ядрото на диференцирана соматична клетка се поставя в яйцеклетка, от която е отстранено собственото ядро; яйцеклетката се стимулира да дели и се развие до ембрион. SCNT е методът, използван за клониране на Доли и повечето клонирани бозайници.
- Разделяне на ембриони (artificial embryo twinning) — при ранни стадии на ембрион (2–8 клетки) ембрионът се разделя на части, които могат да се развият в отделни, генетично идентични организми.
- Генно/молекулярно клониране — изрязване и свързване на ДНК фрагменти в вектори, трансформиране на бактерии, селекция и амплификация на клонирани фрагменти.
- Полимеразна верижна реакция (PCR) — мощен метод за бързо амплифициране на специфични ДНК последователности; технически не е "клониране" в смисъл на вмъкване в вектор, но служи за получаване на много копия от даден фрагмент.
- Клетъчна култура и клониране от единична клетка — изолиране и разширение на една клетка до клонална линия чрез културни техники и селекция.
Биологични и практически приложения
- Медицински изследвания и терапии — терапевтично клониране и изследване на ембрионални и индуцирани плурипотентни стволови клетки (iPS клетките) за възстановяване на тъкани и лечение на заболявания.
- Производство на лекарства — използване на клонирани клетки за производство на биофармацевтика (инсулин, антитела и др.).
- Селско стопанство и животновъдство — клониране на животни с желани качества (високо производство на мляко, генетични подобрения), макар че приложението е ограничено от разходи и етични въпроси.
- Опазване на видове — опити за клониране на застрашени видове с цел запазване на генетичен материал; ефективността и етиката остават предмет на дебат.
- Базисна генетика и функционални изследвания — генетично клониране позволява секвениране, мутагенеза и изучаване на функции на гени и протеини.
Ограничения, рискове и биологични особености
Клонираните организми рядко са абсолютно идентични във всичко — освен ДНК, важна роля играят епигенетични модификации, митохондриална ДНК (която идва от яйцеклетката при SCNT), както и случайни мутации по време на делене. При клонираните бозайници често има ниска ефективност (малък процент на успешно развити ембриони), по-висока честота на малформации, проблеми в развитието и здравословни усложнения. Дългосрочните ефекти върху теломерите и стареенето са проучвани — при някои клонинги е наблюдавано преждевременно стареене, но резултатите варират.
Етични и правни въпроси
Клонирането, особено човешкото репродуктивно клониране, предизвиква сериозни етични, религиозни и правни дебати. В много държави репродуктивното клониране на хора е забранено или строго регулирано. Терапевтичното клониране и изследванията с ембрионални стволови клетки също са предмет на законодателни ограничения и обществен контрол. Важни теми включват: идентичността и правата на клонирания индивид, рискът от злоупотреби, животинското благосъстояние и потенциалните социални последици.
Заключение
Клонирането е широк биологичен термин, покриващ естествени и изкуствени процеси за получаване на генетично идентични копия на клетки, молекули или цели организми. Технологиите предлагат мощни възможности в науката и медицината, но са съпътствани от технически предизвикателства и важни етични и правни въпроси. Разбирането на молекулярните, епигенетичните и екологичните фактори остава ключово за безопасната и отговорна употреба на тези методи.
Не толкова идентично
Въпреки че клонингите започват да са еднакви, те може да не останат такива. Еднояйчните близнаци винаги имат малко по-различни фенотипове.
Въпреки че еднояйчните близнаци са генетично почти идентични, проучване от 2012 г., проведено сред 92 двойки еднояйчни близнаци, установява, че еднояйчните близнаци придобиват няколкостотин генетични разлики още в началото на развитието на плода. Това се дължи на мутации (или грешки в копирането), които се случват в ДНК на всеки близнак след разделянето на ембриона. Изчислено е, че средно един набор от еднояйчни близнаци има около 360 генетични разлики, възникнали в началото на ембрионалното развитие. Тези промени обаче може да имат малък практически ефект. На практика еднояйчните близнаци изглеждат и действат по много сходен начин.
Друга причина за различията между еднояйчните близнаци е епигенетичната модификация. Те се дължат на различното влияние на околната среда през целия им живот, което влияе на това кои гени се включват или изключват. Проучване на 80 двойки еднояйчни близнаци на възраст от 3 до 74 години показва, че най-младите близнаци имат сравнително малко епигенетични различия. Броят на епигенетичните различия се увеличава с възрастта. Петдесетгодишните близнаци имат над три пъти повече епигенетични разлики от тригодишните близнаци. Близнаците, които са прекарали живота си разделени (като например осиновените от двама различни родители при раждането си), имат най-голяма разлика. Въпреки това някои характеристики стават по-сходни с възрастта на близнаците, като например коефициентът на интелигентност и личността. Това явление показва влиянието на генетиката върху много аспекти на човешките характеристики и поведение.
Клонирани видове
- Шаран: (1963 г.) В Китай ембриологът Тонг Джиджоу създава първата в света клонирана риба, като вкарва ДНК от клетка на мъжки шаран в яйцеклетка на женски шаран. Той публикува резултатите в китайско научно списание.
- Мишки: (1986 г.) Мишката е първият бозайник, успешно клониран от ранна ембрионална клетка. Съветските учени Чайлахян, Вепренчев, Свиридова и Никитин клонират мишката "Маша". Изследването е публикувано в списание "Биофизика", том ХХХII, брой 5 от 1987 г.
- Овце: (1996) От ранни ембрионални клетки от Steen Willadsen. Меган и Мораг[19] са клонирани от диференцирани ембрионални клетки през юни 1995 г., а овцата Доли - от соматична клетка през 1997 г.
- Маймуна: (2000) Тетра, от разделяне на ембриона.
- Gaur: (2001) е първият клониран застрашен вид.
- Говеда: Алфа и Бета мъжки 2001 и 2005 г., Бразилия.
- Котка: CopyCat "CC" (женска, края на 2001 г.), Little Nicky, 2004 г., е първата котка, клонирана с комерсиална цел.
- Куче: (2005 г.) Снупи, мъжка афганистанска хрътка, е първото клонирано куче.
- Плъх: (2003) Ралф, първият клониран плъх.
- Муле: (2003 г.) Айдахо Джем, муле от породата Джон, е първият клонинг на конско семейство.
- Кон: (2003 г.) Прометея, женска порода Хафлингер, е първият клонинг на кон.
- Воден бивол: (2009 г.) Самрупа е първият клониран воден бивол. Той е роден в Националния институт за изследване на дирите в Карнал, Индия, но умира пет дни по-късно от белодробна инфекция.
- Камила: (2009) Първата клонирана камила.
- Макак, който яде раци: (2018 г.) За първи път учени клонират маймуна, като използват клетки от донор, по-стар от ембрион.
Въпроси и отговори
В: Какво представлява клонирането?
О: Клонирането е процес на създаване на един или повече генетично идентични индивиди. Той може да се отнася до умишленото създаване на идентично копие, както при овцата Доли, или до естествените клонинги, като човешките еднояйчни близнаци или потомството от безполово размножаване.
Въпрос: Как клонирането се прилага в генетиката и клетъчната биология?
О: В генетиката и клетъчната биология клонирането се отнася най-вече до последователността на ДНК и по подразбиране до всички други макромолекули. Промените в ДНК под каквато и да е форма означават, че дъщерните клетки не са идентични с майчините. Обикновено по време на развитието гените се включват и изключват, което води до диференциране на дъщерните клетки в зрели тъканни клетки, които не са идентични с първоначалните стволови клетки.
Въпрос: Разпространено ли е клонирането сред бозайниците?
О: Клонирането е естествено за някои животни, но е рядкост при бозайниците. Изключение прави деветпоясният броненосец, който обикновено ражда идентични четиризнаци.
В: Има ли лабораторни техники за клониране на молекули?
О: Да, лабораторното копиране на молекула с цел получаване на точни копия също се нарича клониране.
В: Всички клонинги ли са точни копия един на друг?
О: Не, промените, направени в ДНК, означават, че дъщерните клетки не винаги са точни копия на майчината си клетка, дори ако първоначално са произлезли от нея. По време на развитието гените се включват и изключват, което води до диференциация между дъщерните клетки и първоначалните стволови клетки, така че те вече не могат да бъдат точни копия една на друга.
Въпрос: Овцата Доли пример за клониране ли е?
О: Да, Доли е известна с това, че е клонирана с помощта на техника, наречена соматичен клетъчен ядрен трансфер (SCNT). Това е един от първите успешни примери за клониране на бозайници в историята.
обискирам