W tekstach i filmach science fiction usłyszeć można o klonowaniu. W słowniku języka polskiego znajdujemy informację, że klonowanie to tworzenie organizmu o informacji genetycznej identycznej z dawcą. Możemy uprościć, że klonowanie to po prostu powielanie. Stwarzanie identycznej kopii wielu rzeczy np. fragmentów DNA czy całych genów, a nawet całych organizmów. Skoro brzmi to tak prosto, to czemu do tej pory jesteśmy tak słabi w klonowaniu ?
Co to jest klonowanie?
Aby można swobodnie rozumieć klonowanie, należy najpierw poznać kilka pojęć z genetyki i inżynierii genetycznej. Każdy człowiek posiada swoją unikalną informację genetyczną, która znajduje się w jądrach komórkowych w postaci dwuniciowego DNA. Budują je nukleotydy, czyli kwas dezoksyrybonukleinowy plus jedna z 4 rodzajów zasad, które to (zasady) łączą te nici ze sobą.
Legenda:
| Symbol | Substancja |
|---|---|
| pięciokąt z O | cukier- deoksyryboza |
| czerwone P | reszta fosforanowa |
| A i G | zasady purynowe adenozyna i guanozyna |
| T i C | zasady pirymidynowe tymina i cytozyna |
W jądrze komórkowym DNA musi być spakowane, ponieważ długość cząsteczki DNA wynosiłaby około 2m gdyby można było ją rozwinąć. Nici są zawinięte wokół specjalnych białek- histonów. Komórki budujące ciało człowieka są diploidalne- mają “zdwojony” materiał genetyczny- każda komórka posiada 2 kopie każdego genu. Jeśli komórka nie jest w trakcie podziału DNA występuje w jądrze pod postacią chromatyny, czyli pewnego rodzaju włókien. Z kolei w komórkach dzielących się chromatyna “zwija się” w chromosomy. Istnieją dwa podziały komórkowe mitoza i mejoza. Po podziale mitotycznym powstają komórki diploidalne, zaś po podziale mejotycznym powstają komórki haploidalne, czyli bez “zdwojonego” materiału genetycznego. W ten sposób powstają komórki rozrodcze (plemniki i komórki jajowe), które po połączeniu tworzą diploidalną komórkę. W ten sposób powstaje nowy organizm o unikalnym kodzie genetycznym.
Czy wiesz że: istnieją i są stosowane leki, które można nazwać lekami genowymi, ponieważ “naprawiają” szkody wyrządzone przez mutację? Takimi lekami są Spinraza na rdzeniowy zanik mięśni (dostępna i stosowana w Polsce) oraz lumakaftor+iwakaftor na mukowiscydozę (w Polsce jeszcze niedostępny).
Celem klonowania jest zatem, aby przez połączenie dwóch nośników materiału genetycznego (komórek rozrodczych) nie powstał nowy organizm, a kopia już istniejącego. Zatem należy w komórce jajowej doprowadzić do rozwoju diploidalnego materiału genetycznego pobranego z komórki somatycznej (budującej ciało) i doprowadzić do jego rozwoju.
Zejdźmy jednak na ziemię. Klonowanie DNA obecnie to przede wszystkim technika inżynierii genetycznej umożliwiająca tworzenie modyfikowanych genetycznie organizmów oraz badania genetyczne (powielanie genów do analiz). Potrafimy powielać geny i przy pomocy wektorów wszczepiać je do bakterii, zwierząt i roślin, aby coś dla nas robiły. Bakterie mogą produkować leki; zwierzęta być zdrowsze, większe i szybciej rosnąć; rośliny mogą dawać większe, pożywniejsze owoce oraz być odpornymi na choroby i chemikalia. Wektory to specjalne cząsteczki DNA wprowadzane do modyfikowanego organizmu zawierające interesujący nas gen. Aby można było wprowadzać geny najpierw trzeba było je poznać, co również było możliwe dzięki klonowaniu DNA. Proces poznawania kodu genetycznego nazywa się mapowaniem genomu.
Klonowanie pomaga też w diagnostyce nowotworów. W tym miejscu znajdują zastosowanie techniki powielania genów, które zostały opracowane na potrzeby inżynierii genetycznej. Powielany jest materiał, aby można było go badać. Poszukuje się mutacji genów zwiększających ryzyko powstania nowotworów, oraz bada komórki, w których już zaszły zmiany nowotworowe w celu oceny rokowania.
Na czym polega klonowanie?
Klonowanie polega przede wszystkim na powielaniu, czyli tworzeniu kopii. Klon to identyczna kopia oryginału. Klonować możemy fragmenty DNA, geny, a nawet całe organizmy. Inżynieria genetyczna musiała wynaleźć wiele narzędzi, aby móc dokonywać tych fascynujących rzeczy. Narzędziami, którymi pracuje inżynier genetyczny to oprócz zaawansowanego sprzętu laboratoryjnego, różnego rodzaju enzymy. Enzymy, które są potrzebne do cięcia, łączenia, przyłączania, odłączania i powielania nici DNA. Jak już wcześniej wspominałem interesujące nas geny należy wprowadzać do komórek. Do tego służą tzw. wirusy wektorowe. To wszystko stwarza ogromne koszty i trudności, ponieważ wytwarzanie narzędzi (enzymów) oraz “dobór wektorów” jest niezwykle pracochłonny i drogi. Wybór wirusa (wektora), który będzie na tyle agresywny, że wszczepi gen do komórki, ale na tyle łagodny, żeby jej nie zabić. Stworzenie odpowiedniej kopii genu, którą wszczepimy wymaga od nas doskonałej znajomości tego genu oraz jego “produktu”. DNA z genów, w jądrze komórkowym przepisywane jest na RNA (w dużym uproszczeniu jednoniciowy, wykonawczy odpowiednik DNA) które w komórce jest przepisywane na kolejność cząsteczek budujących białko. Od kolejności tych cząsteczek (aminokwasów) zależy struktura białka. Od struktury białka zależy jego prawidłowe funkcjonowanie.
Dla przykładu w chorobie mukowiscydozie w wyniku mutacji genu CFTR zaburzona jest struktura białka budującego kanały chlorkowe. Istnieje kilka wariantów mutacji warunkujących tę chorobę. Jednym z nich jest delecja fenyloalaniny w pozycji 508. Brak jednego aminokwasu, w jednym miejscu powoduje, że białko CFTR jest niszczone przez mechanizmy naprawcze komórki.
Odkrycie technik wprowadzania genów do komórek stworzyło możliwość nie tylko klonowania organizmów, ale i modyfikacji już żywych organizmów. To tzw. terapia genowa, którą próbuje się wykorzystać do leczenia nowotworów złośliwych oraz chorób genetycznych (w tym mukowiscydozę).
Zapamiętaj: Klonowanie polega przede wszystkim na powielaniu, czyli tworzeniu kopii. Klon to identyczna kopia oryginału. Klonować możemy fragmenty DNA, geny, a nawet całe organizmy.
Klonowanie całych organizmów jest bardzo skomplikowane. Wymaga nie tylko działań w obrębie materiału genetycznego, ale klon musi “mieć matkę”. Klon musi dojrzeć w trakcie ciąży i urodzić się żywy, a natura póki co wydaje się bronić przed takimi nienaturalnymi zabiegami. Macica musi przyjąć zarodek i utrzymać ciążę. Przed klonowaniem natura broni się jeszcze chorobami, na które wrażliwe są klony. Słynna owca Dolly umarła schorowana min. na liczne nowotwory. Klonowanie zwierząt daje szanse na odbudowanie gatunków wymarłych wskutek działalności człowieka, jednak aby to stało się prawdą potrzeba jeszcze dużo pracy naukowców.
Zalety klonowania
Obejmują ogromne możliwości, ale i rozwój innych dyscyplin naukowych, które korzystają z postępu inżynierii genetycznej:
- narzędzia inżynierii genetycznej tworzone m.in. do klonowania mają zastosowanie w całej genetyce;
- klonowanie genów stworzyło możliwości terapeutyczne i naukowe;
- klonowanie genów przyczyniło się do powstania organizmów transgenicznych (organizmów modyfikowanych genetycznie);
- klonowanie organizmów stwarza nadzieję nie tylko dla restytucji wymarłych gatunków, ale być może również dla medycyny;
- bardzo szerokie możliwości terapeutyczne klonowania od terapii genowej po klonowanie organów do przeszczepów jest nadzieją transplantologii;
- zmniejszenie głodu na świecie dzięki GMO.
Wady klonowania
Największa zaleta klonowania, czyli “powiew nowości” może być również wadą, ponieważ wymaga to tworzenia nowych zasad i reguł przez różne środowiska np. prawnicze:
- potrzeba tworzenia nowych “zdroworozsądkowych” regulacji prawnych, które nie będą zbytnio hamować naukowców, ale też nie pozwolą na nieetyczne działania;
- trudne do przewidzenia skutki klonowania całych organizmów;
- zniechęcające dotychczasowe próby klonowania organizmów;
- moralno-etyczne dylematy związane z klonowaniem;
- ogromne koszty odczynników i sprzętu;
- nieznane konsekwencję klonowania człowieka;
- nieznane skutki spożywania organizmów modyfikowanych genetycznie.
Klonowanie oraz narzędzia odkryte dla inżynierii genetycznej, stwarzają możliwości i są ważnym osiągnięciem ludzkości. Dają nadzieję na poprawienie natury dla naszych celów. Dają nadzieję na wyleczenie wielu chorób. Pozwolą nam naprawić błędy ekspansywnego rozwoju ludzkości.