Biology | Genetics » A klónozás lehetőségei és kilátásai

A klónozás lehetőségei és kilátásai DEF: A génsebészet olyan in vitro módszereket, technikát foglal magába, mely a génkészlet nagymértékű megváltoztatását, célzott keveredését teszi lehetővé. A genetikai információt az egyik élőlényből (állat, növény, mikroorganizmus) mesterségesen visszük át egy másik organizmusba. A „klon” görög szó, ivadékot vagy sarjat jelent. A klónozás szót többféle értelemben használják. Köznapi értelemben azonos (vagy nagyon hasonló) élőlények létrehozása A klón lényege és a természetes klónok A klón lényegi tulajdonsága, hogy az utódszervezet (ami lehet egyetlen sejt is) genetikai szempontból teljesen megegyezik az anyaszervezettel, mivel kialakulása során nem történt olyan ivaros folyamat, amely a gének "átkeverésére" alkalmat adott volna. Már ebből is sejthető, hogy klónok teljesen természetes módon és állandóan létrejönnek a sejtek ivartalan szaporodása

során. Egy sejt egyszerű kettéosztódása két klónt, vagyis a kiindulási sejttel genetikailag azonos utódsejtet eredményez. Az összes testi sejt annak a sejtnek a klónja, amely a petesejt és a hímivarsejt egyesülése következtében alakult ki a megtermékenyítéskor. A testi sejtek mindegyike rendelkezik a szervezet felépítéséhez szükséges összes információval, de egy szabályozó mechanizmus miatt ennek csak egy bizonyos részét használja, ezért alakulnak ki eltérő felépítésű és működési típusaik. Amennyiben pedig a legelső osztódások során bekövetkező rendellenesség miatt két külön szervezet indul fejlődésnek, akkor a teljes szervezet szintjén is természetes klónok, tehát egypetéjű ikrek jöhetnek létre. Számtalan alacsonyabb szerveződési szinten álló szervezet (például baktériumok, egysejtű növények, állatok, gombák) alapvetően ivartalan úton szaporodik, s csak időnként jelenik meg az ivaros folyamat, a gének

"felfrissítésére". De ivartalan folyamat a növények vegetatív szervekkel - gumókkal, indákkal, gyöktörzzsel - való szaporodása vagy egy medúza bimbózása is. Mesterséges klónozás különböző szinteken Klónozásról tehát több szerveződési szinten beszélhetünk, s ez az ember által előállított mesterséges klónokra is igaz. - Molekuláris klónozás. Ebben az esetben egy molekula szaporításáról van szó Ilyen például az ún. DNS polimeráz láncreakció, amikor DNS-molekulákat a vizsgálatokhoz szükséges mennyiségre szaporítják fel, de ez a lényegi eleme a kísérleti fázisban lévő génterápiás eljárásoknak is. A génterápia során egy vektor (hordozó) segítségével - ami lehet egy molekula vagy egy vírus - juttatnak be DNS-szakaszokat (géneket) a célsejtekbe, ahol azok beépülnek a sejt genetikai állományába, s ott kifejeződhetnek (vagyis megindul róluk a fehérjék átírása). - Sejtklónozás. Sejtek

tenyésztése laboratóriumi körülmények között (sejtkultúrák) Genetikai szempontból az előállított sejtvonal összes sejtje a kiindulási sejttel egyezik meg. - Teljes (többsejtű) organizmus klónozása. A teljes organizmus létrehozásának két alapvető módszere az ún. nukleáris transzfer (maganyag-átviteli) és az embrióosztási (embriófelezési) technológia. 1. Nukleáris transzfer (maganyag-átviteli) technológia Ez az a módszer, amelynek segítségével Dollyt, a világhírűvé vált bárány-klónt is létrehozták 1997-ben. Az eljárás lényege pontokba szedve a következő: 1. Egy petesejtet megfosztanak saját sejtmagjától, ezáltal eltávolítják belőle a genetikai állományt, vagyis a DNS-molekulákat. 2. Egy már differenciálódott testi sejtből kiveszik a sejtmagot 3. A testi sejt sejtmagját a magjától megfosztott petesejtbe ültetik be (illetve a két sejtet egyesülésre késztetik, elektromos áram segítségével). 4. Az

eljárás során - ma még nem teljesen tisztázott módon - a testi sejt magjának genetikai órája "lenullázódik". Ez azt jelenti, hogy a DNS-állomány korábbi szelektív működése megszűnik, s elölről indulhat egy teljes organizmus fejlődése. A korábbi szelektív működésen azt kell érteni, hogy a DNS-állomány egykori tulajdonosa - a felhasznált testi sejt - működése során csak azokat a géneket használta, amelyek feladatának ellátásához kellettek, holott genetikai állománya az egész szervezet "tervrajzát" tartalmazta. Ez a testi sejt tehát már "szakosodott" volt egy adott feladatra - szakkifejezéssel egy differenciált sejtről volt szó. A petesejt sajtplazmájának környezetében azonban elvesztette ezt az elkötelezettséget. 5. A DNS-állománnyal ilyen módon ellátott petesejtet egy nőstény állat méhébe ültetik ("béranya", "dajkaterhes"), amely aztán szerencsés esetben kihordja és

megszüli az ebből fejlődő magzatot. Az ember klónozásának jelenlegi elképzelései is ezt a módszert használnák, amint az a következő ábrán követhető. 2. Embrióosztási (embriófelezési) technológia A jó tulajdonságokkal rendelkező tenyészállatok - pl. szarvasmarhák - esetében már rutinszerűen használt klónozási eljárás az ún. embrióosztási (embriófelezési) technológia, amely mesterségesen állít elő egypetéjű ikreket. A módszer lényege, hogy egy petesejtet mesterségesen termékenyítenek meg egy spermiummal (hímivarsejttel), majd az így létrejött zigótát - vagyis a megtermékenyített petesejtet - osztódni hagyják, egészen a nyolc sejtből álló embrionális állapotig. Ekkor az embriót több részre hasítják, leggyakrabban négy, két sejtből álló darabra. A módszer is innét kapta a nevét: embrióosztás (embryo splitting), illetve embriófelezés (ha csak két négysejtes darabot hoznak létre). A nyolcsejtes

állapotig még nem indul meg a sejtek differenciálódása, s az így kapott embriók genetikailag teljesen azonosak lesznek egymással. A dolog tulajdonképpen az egypetéjű ikrek esetéhez hasonlatos, csak egy kicsit későbbi fázisban indul meg az egyes egyedek elkülönült fejlődése. A módszer tehát nem mondható olyan "igazi" klónozásnak, mint amivel például a Dolly nevű bárány készült. Maguk a kutatók is "mesterséges ikerkészítésnek" nevezik ezt a technológiát, amelyet már főemlősök esetében is sikerrel alkalmaztak. Az embriók nem is igazi szüleikre - tehát a petesejt és a hímivarsejt "eredeti" tulajdonosaira - hasonlítanak, hanem egymással azonosak. A leválasztott sejteket ezután egy üres peteburokba juttatják, s az embriót olyan fázisig engedik fejlődni, amíg beültethető lesz egy nőstény állat méhébe. Ezt követően már egy normális lefolyású terhesség és szülés következhet. Klónozás

szervekből, szövetekből A szervekből, szövetekből kezdődő ivartalan szaporodás természetes körülmények között is megtörténik. Ilyen a bimbózás, a sarjadzás, számtalan növény, valamint sok, alacsonyabb rendűnek tekintett állatfaj is így szaporodik. A bimbózás és a sarjadzás során az anyaélőlény megmarad, a bimbó, a sarj egy elhatárolt területen képződik. Közismert példák a szamóca és a nád indái, a szeder bujtóvesszői, a sóska gyökérrügyei, a fiadzó keserűfűhajtás sarjgumói, a varjúhájfélék sarjrügyei, vagy az őszülő (Bryophyllum crenatum) levéleredetű sarjrügyei, amelyek lehullva kis növényekké fejlődnek. A kutyák és a macskák vékonybelében élő galandférgek lárvaalakja a köztes gazda (pl. ember) májában és agyában bimbózni kezd, és több milliószorosan is megsokszorozhatja magát. A szervekből, szövetekből kiinduló klónozás legismertebb esetei minden bizonnyal a dugványozás, az oltás és a

szemzés. Csupa olyan eljárás, amely során az ember szempontjából kiváló tulajdonságú növény egyetlen példányát elszaporítják. A dugványozás során ágakat dugnak nedves földbe, ahol azok meggyökeresednek, növénnyé regenerálódnak. Az oltás során ún. alanyra oltják a kiváló tulajdonságú növény egy hajtását, hogy az ott növénnyé fejlődjön. A szemzés rügy átültetését jelenti alanynövényre A regeneráción alapuló klónozás az állatvilágban sem ismeretlen, tipikus példa a kaliforniai osztrigafarmerek. Az 1930-as évek elején csökkenni kezdett osztrigafarmjuk hozama. Mint kiderült azért, mert az osztrigákon tengeri csillagok lakmároztak Összeszedték a kártevőket, dühödten összeaprították őket, majd a darabkákat visszadöntötték az óceánba. A farmnak hamarosan vége lett: a sok regenerálódott és éhes kis tengeri csillag felfalta a megmaradt osztrigákat. Klónozás sejtekből Általánosan ismert jelenség,

hogy az egysejtű élőlény - baktérium, élesztő, penészgomba stb. - egyetlen sejtjének utódsejtjei együtt maradnak, és klónt (kolóniát, telepet) képeznek. Vannak olyan egysejtű paraziták, amelyek sejtjei bimbóznak, és olyan sarjakat képeznek, amelyek spóraként viselkednek. Olykor, mint pl a maláriát okozó Plasmodium falciparum esetében, az egész sejt bimbókká alakul, és spóraszerű sarjakra esik szét, akár tízezerre. A magasabb rendű növényeknél a sejtekből induló ivartalan szaporodás a természetben ismeretlen. A sejtszintű klónozás viszont már az 1950-es évek óta alkalmazott és bevált technika. Ha pl egy sárgarépából izolált egyetlen sejtet a táptalaj felszínére (vagy tápoldatba) teszünk, a sejt osztódni kezd. Az utódsejtek egy differenciálatlan sejtekből álló sejthalmazt (ún. kalluszt) képeznek, amelyet, ha alkalmas növényi hormonokkal kiegészített táptalaj felszínére teszünk, növénnyé fejlődik (1. ábra)

1. ábra A sárgarépa egyetlen testi sejtjéből megfelelő körülmények között répanövény regenerálható A sárgarépa nagyon sok sejtjével elvégezve a folyamatot, a répa klónozható. Az a tény, hogy a sárgarépa egyetlen testi sejtjéből növény regenerálható, azt mutatja, hogy a sejtek mindegyike tartalmazza mindazt a genetikai információt, amely a növény kifejlődéséhez szükséges. A növényi sejtek tenyésztésének lehetősége megváltoztatta a növénynemesítést. A sejttenyészet milliárdnyi sejtje közül kiszelektálhatók azok, amelyek valamilyen gyomirtó szernek ellenállnak, majd belőlük növények nevelhetők. Fuzionáltatni lehet különböző fajok sejtjeit, és közülük kiválaszthatók a legjobb tulajdonságúak. Az így tenyésztett növények sejtjeibe olyan géneket vihetünk be, amelyek kiváló tulajdonságokkal ruházzák fel a sejtet. Ezek a regenerált növények az ún. transzgénikus növények A sejtszintű

"klónozódás" a magasabb rendű állatok esetében olykor spontán is megtörténik: megesik, hogy a két sejtből álló embrió sejtjei elkülönülnek, hogy belőlük egypetéjű ikrek fejlődjenek. Az ún "ikresítést" az ember is elvégzi, pl kiváló tulajdonságú szarvasmarhák gyors elszaporításáért. Az embriókat kimossák a petevezetékből, a két-négy sejtet szétválasztják, majd a sejteket külön-külön álterhes üszők méhébe ültetik, hogy ott borjakká fejlődjenek. Születtek már olyan borjak, amelyek élete négysejtű szarvasmarhaembrió négy különválasztott sejtjéből kezdődött A nyolc sejtből álló szarvasmarha-embrió egy-egy sejtjéből azonban már nem lehet ikreket készíteni. További komplikációt jelent az a tény is, hogy a magasabb rendű állatok egyedfejlődése során kétféle sejttípus differenciálódik: az ivarsejtvonalsejtek, amelyekből majdan az ivarsejtek fejlődnek; valamint a testi sejtek,

amelyek leszármazottai testi funkciót látnak el, és amelyekből nem képződnek ivarsejtek. Klónozás testi sejtek magjából Amennyiben a testi sejtek magjai tartalmazzák mindazt a genetikai információt, amely a zigóta magjában volt és egy élőlény kifejlődéséhez szükséges, a sejtek magja beültethető egy olyan petesejt citoplazmájába, amelynek magját eltávolították, ún. "mesterséges zigótát" lehet létrehozni. A petesejt citoplazmájában benne vannak mindazok az anyagok, amelyek az embriógenezis elkezdődéséhez és folytatásához szükségesek. A mesterséges zigóta pedig áthidalja azt a problémát, hogy a testi sejtek fejlődési programja túlságosan meghatározott, és belőlük nem regenerálható élőlény. A mesterséges zigóta elve kiválóan bevált az afrikai karmosbéka (Xenopus laevis), birka és további fajok esetében. A leghíresebb, sejtmagból klónozott élőlény Dolly bárány volt (1996-2003), klónozása sok

izgalmas kérdést vetett fel. Érdemes megjegyezni, hogy a "klónozás testi sejtek magjából" ma sem egyszerű technológia. A béka mesterséges zigótájának csak kis hányadából fejlődött béka, és Dollynak is 433 olyan "testvére" volt, amelyek az embriógenezis különféle szakaszaiban elpusztultak. Elsősorban Dolly hívta fel a figyelmet azokra az új lehetőségekre, amelyek némelyike lassacskán valósággá válik. Képzeljünk el egy olyan embertársunkat, akinek infarktus miatt elhalt szívizomsejtjeinek egy része. Ha valamely szövetének (pl körömágy) sejtjeinek néhány tucat magját egy-egy olyan érett emberi petesejtbe ültetnék, amelynek magját eltávolították, tucatnyi "mesterséges" zigótát lehetne készíteni. Közülük kiválasztható az, amelyik a legszebben fejlődik, és belőle egy embrionális csírasejttenyészet lenne készíthető. A csírasejttenyészethez megfelelő növekedési faktorokat adva el

lehetne érni, hogy a sejtek szívizomsejtekké differenciálódjanak. A sejteket vissza lehetne ültetni a szívbe, pótolva az elhalt sejteket. Lévén a sejtek a sajátjai, nem következne be a kilökődési reakció, ami idegen eredetű sejtek esetében ma is komoly probléma. E "séma" alapján pótolni lehetne a megégett bőrsejteket, elhalt ideg-, máj- és ki tudja még, milyen sejteket. Dolly, a klón birka Dolly és anyja DOLLY Dolly bárány 1996 július 5-én látta meg a napvilágot a skóciai Edinburgh-ban. A Roslin Institute munkatársai, Ian Wilmut és Keith Campbell voltak a szülőatyja és anyja a kis jövevénynek, aki az első olyan fejlett élőlény – emlős – volt, akit felnőtt állat sejtjéből klónoztak egy speciális, nukleáris transzfernek nevezett technológiával. Az eljárás lényege, hogy egy petesejt sejtmagját eltávolítva egy felnőtt egyed sejtjének magját ültetve helyére gyakorlatilag létrehozzák az élőlény

tökéletes genetikai mását, más néven klónját. A kis bárány egy 1958 óta tartó kísérlet-sorozat lezárásaként jött a világra 277 sikertelen próbálkozás után. A kutatók többféle eljárást és módszert kipróbáltak a sikeres klónozás végrehajtása érdekében, de végül csak egy vezetett eredményre. A kis állat gyorsan felcseperedett, és a kutatók legnagyobb örömére egészségesnek bizonyult. Hat kis birkának adott életet a Roslin Intézetben, ahol egész életét töltötte. Az elsőt Bonnie-nak nevezték el, őt követte egy évre rá egy ikerpár, majd Dolly hármas ikreket hozott a világra. 2001-ben sajnos megbetegedett, de megfelelő immunkezeléssel sikerült meggyógyítani gazdáinak. A sajnálatos vég 2003-ban érte el, 6 éves korában. A kutatók reménykedtek benne, hogy az átlagos birkához hasonlóan 12-15 évig fog élni, de egy sajnálatos tüdőbetegség idejekorán elvitte. Ez is mutatja a klónozás ma még nem ismert

mellékhatásainak veszélyét, bár elképzelhető, hogy egyszerű véletlen volt csupán