v roce 2009 začala Brazilská zemědělská výzkumná společnost (Embrapa) a Zoologická zahrada Brasilia uklízet a zmrazovat krev, spermie a pupečníkové buňky z roadkill a dalších divokých zvířat, která uhynula, většinou v savaně Cerrado—neuvěřitelně rozmanitá sbírka ekosystémů tropických lesů a travních porostů, kde žije nejméně 10 000 druhů rostlin a více než 800 druhů ptáků a savců, z nichž některé nežijí nikde jinde na světě. Vzorky byly odebrány mimo jiné od Bushova psa, mravenečníka s límečkem, bizona a jelena šedého brocketu.
záměrem bylo zachovat genetickou informaci ohrožené divoké zvěře Brazílie. Jednoho dne organizace usoudily, že by mohly být schopny použít shromážděnou DNA ke klonování ohrožených zvířat a posílení ubývajících populací. Obě instituce zatím odebraly nejméně 420 vzorků tkání. Nyní spolupracují na souvisejícím projektu, který použije DNA v těchto vzorcích ke zlepšení technik chovu a klonování. Současné klonovací techniky mají průměrnou úspěšnost menší než 5 procent, a to i při práci se známými druhy; klonování divokých zvířat je obvykle méně než 1 procento úspěšné.
všechna zvířata narozená během Nového brazilského podniku budou žít v Zoo Brasilia, říká výzkumník Embrapa Carlos Martins. Rozšíření populace volně žijících zvířat v zajetí, doufá on a jeho tým, odradí zoologické zahrady a výzkumníky od odebrání ještě více divokých zvířat z jejich původních stanovišť. Martins a jeho kolegové se dosud nerozhodli, které druhy se pokusí klonovat, ale vlk s hřívou a jaguár jsou silnými kandidáty. Mezinárodní unie pro ochranu přírody klasifikuje obě zvířata jako „téměř ohrožená“ na svém červeném seznamu ohrožených druhů, dvě úrovně níže “ ohrožené.“
mnoho vědců souhlasí s tím, že v současné době není klonování proveditelnou nebo účinnou strategií ochrany. Předně, někteří ochránci přírody poukazují na to, že klonování neřeší důvody, proč se mnoho zvířat v první řadě stává ohroženým—konkrétně lovem a ničením stanovišť. I kdyby klonování teoreticky mohlo pomoci ve skutečně zoufalých situacích, současné klonovací techniky jsou prostě příliš neúčinné na to, aby udělaly velký rozdíl. Ve srovnání s klonováním domácích druhů—zejména skotu, které byly úspěšně klonovány po celá léta, aby duplikovaly žádoucí vlastnosti—je klonování ohrožených druhů z mnoha důvodů mnohem obtížnější.
úspěšné klonování obvykle zahrnuje alespoň tři základní složky: DNA od zvířete, které má být klonováno; životaschopné vejce pro přijetí této DNA; a matka pro gestaci výsledného embrya. Často jsou zapotřebí stovky embryí a pokusů o těhotenství, aby se vyrobilo i několik klonů. Vědci obvykle špatně chápou reprodukční fyziologii ohrožených zvířat, což je příliš riskantní extrahovat dostatečný počet vajec z tohoto druhu nebo spoléhat na ženy tohoto druhu, aby porodily klony. Právní ochrana někdy vylučuje ohrožené druhy z takových postupů, jakož. Pro kompenzaci vědci spojují DNA ohroženého druhu s vejci z blízce příbuzného druhu a vybírají matky z nich. Taková hybridní embrya se často nedokáží správně vyvíjet.
přestože si Jsou těchto problémů velmi dobře vědomi, Martins a jeho kolegové, stejně jako několik dalších vědců z celého světa, si myslí, že úsilí o archivaci genetické informace ohrožené divoké zvěře stojí za to. Někteří vědci zůstávají optimističtí, že klonování se v budoucnu stane užitečným nástrojem pro ochranu. Optimisté poukazují na nedávné úspěchy klonování divokých savců pomocí blízce příbuzných domácích druhů, vylepšené techniky prevence vývojových abnormalit v klonovaném embryu, lepší novorozenecká péče o novorozené klony a oplodnění in vitro umožněné kmenovými buňkami odvozenými ze zmrazené tkáně.
první klony
na počátku 50. let ve Výzkumném ústavu Nemocnice Lankenau ve Filadelfii Robert Briggs a Thomas King úspěšně klonovali 27 severních leopardích žab prostřednictvím procesu známého jako jaderný přenos. Jádro, často nazývané velitelské centrum buňky, obsahuje většinu DNA obratlovců-s výjimkou DNA ve tvaru fazole, energie generující organely zvané mitochondrie. Briggs a King vyprázdnili žabí vejce svých jader, odsávali jádra z buněk v žabích embryích a vstřikovali tato jádra do prázdných vajec. Mnoho vajec se vyvinulo v pulce, které byly geneticky identické s embryi, která darovala jejich jadernou DNA.
v roce 1958 John Gurdon, poté na Oxfordské univerzitě, a kolegové klonovali žáby s jadernou DNA extrahovanou z buněk plně vytvořených pulců. Na rozdíl od embryonálních buněk, které jsou geneticky dostatečně flexibilní, aby se staly řadou různých tkání, jsou buňky pulce „diferencované“—to znamená, že vzorce genů, které exprimují, se změnily tak, aby odpovídaly profilu konkrétního typu buňky: například kožní, oční nebo srdeční buňky. Gurdon prokázal, že při transplantaci do vajíčka se jaderná DNA ze zralé buňky vrátí do univerzálnějšího stavu charakteristického pro DNA v buňkách embrya. Tento průlom povzbudil vědce, aby se pokusili klonovat mnohem větší zvířata pomocí DNA z dospělých buněk.
v roce 1996 se vědci ve Skotsku pokusili klonovat samici ovcí Finn-Dorset. Injektovali jádra extrahovaná z jejích vemenových buněk do téměř 300 prázdných vajec pocházejících ze skotského blackfaces, jiného plemene ovcí. Z těchto připravených vajec se vědcům podařilo vytvořit více než 30 embryí. Pouze pět z těchto embryí se vyvinulo v jehňata poté, co bylo implantováno do náhradních skotských blackfaces. A pouze jedno z těchto jehňat přežilo do dospělosti. Vědci ji pojmenovali Dolly.
od té doby někteří biologové opakovaně navrhli, že klonování by mohlo pomoci zachránit ohrožené druhy, zejména v hrozných situacích, ve kterých zůstává jen několik desítek nebo hrstka zvířat. Čím menší, homogennější a inbrednější populace, tím náchylnější je k jediné škodlivé genetické mutaci nebo nemoci. Klony by teoreticky mohly zvýšit genetickou rozmanitost ohrožené populace, pokud mají vědci přístup k zachované DNA od mnoha různých jedinců. Přinejmenším by klony mohly stabilizovat zmenšující se populaci. A někteří vědci tvrdí, že geneticky homogenní, ale stabilní populace by byla lepší než vyhynutí; některé vysoce inbrední skupiny divokých zvířat, jako je Chillinghamský skot v Anglii, přežily v pohodě stovky let.
jeden druh, který by mohl mít prospěch z klonování je severní bílý nosorožec, který je původem z Afriky. V roce 1960 byla celosvětová populace severních bílých nosorožců více než 2000 silných, ale pytláctví snížilo jejich počet na pouhých 11 dnes. Do posledního sčítání, tři žijí v zoologických zahradách-dva v San Diegu a jeden v České republice-čtyři žijí v Keni Ol Pejeta Conservancy a až čtyři jedinci mohou stále žít ve volné přírodě na základě nepotvrzených zpráv, ale nebyli spatřeni několik let. Většina zvířat v zajetí nemá zájem o páření nebo neplodnost, ačkoli dva nosorožci se pářili v létě 2012.
právě teď je však klonování nepravděpodobné, že by pomohlo bílému nosorožci nebo jinému ohroženému druhu. K dnešnímu dni je příběh klonování ohrožených zvířat jedním z několika významných úspěchů a mnoha neúspěchů. Od počátku roku 2000 pomocí stejné techniky, která produkovala Dolly, vědci klonovali několik ohrožených a dokonce vyhynulých savců, včetně ovcí muflonů a skotu známého jako gaur v roce 2001; druh divokého skotu zvaného banteng v roce 2003; divoká koza známá jako Pyrenejský kozorožec v roce 2009; a divoké kojoty v roce 2012. V každém případě zemřelo před narozením mnohem více klonů, než přežilo; ve většině případů žádný z klonů nepřežil do dospělosti.
neshodný
všechny ty pokusy o klony ohrožených nebo vyhynulých zvířat zemřely různými způsoby z různých důvodů, ale všechny sdílely jeden zásadní problém—nebyly to přesné repliky jejich protějšků. Ve většině případů vědci kombinovali DNA ohrožených druhů s vejci příbuzného domácího druhu. Každá náhradní matka je často implantována desítkami hybridních embryí, aby se dosáhlo alespoň několika těhotenství, což je strategie, která vyžaduje extrakci stovek vajec. Protože reprodukční fyziologie nejohroženějších zvířat je tak špatně pochopena, vědci si často nejsou jisti, kdy zvířata ovulují a jak nejlépe získat jejich vejce. V některých případech právní ochrana brání vědcům ve sklizni vajec z ohrožených druhů. Ze všech těchto důvodů se místo toho obracejí na známější domácí druhy.
injekce DNA jednoho druhu do vajíčka jiného druhu—dokonce i úzce příbuzného-vytváří neobvyklé hybridní embryo, které se často nedokáže správně vyvinout v lůně náhradní matky. Hybridní embrya mají jadernou DNA klonovaných druhů a mitochondriální (mtDNA) DNA dárcovského vajíčka. Tento nesoulad se stává problematickým, jak se embryo vyvíjí. Jaderná DNA a mtDNA spolupracují; oba obsahují genetické recepty na proteiny, kterými buňky extrahují energii z potravy. V hybridním embryu tyto proteiny ne vždy správně zapadají, což nechává buňky hladovět po energii. Další komplikace, náhradní matka často odmítá hybridní embryo, protože uznává některé tkáně embrya, zejména placentu, jako cizí.
dalším problémem-a dosud nejvíce neřešitelným-je to, že hybridní embryo vytvořené jaderným přenosem není genetická prázdná břidlice jako většina embryí. Všichni obratlovci začínají život jako duté kuličky embryonálních kmenových buněk, které se mohou stát téměř jakýmkoli typem dospělé buňky. Každá z těchto kmenových buněk obsahuje kopii přesně stejného genomu zabaleného do chromozomů-těsných svazků DNA a histonových proteinů. Jak se embryo vyvíjí, kmenové buňky začínají nabývat svých dospělých forem: některé se stávají kožními buňkami, jiné srdečními buňkami a tak dále. Různé typy buněk začínají vyjadřovat různé vzorce genů. Uvnitř každé buňky sortiment molekul a enzymů interaguje s DNA a histony pro změnu genové exprese. Některé molekuly, jako jsou methylové skupiny, fyzicky blokují buněčné stroje ve čtení genetických instrukcí v určitých segmentech DNA; některé enzymy uvolňují vazby mezi histony a DNA, čímž jsou jednotlivé geny přístupnější. Nakonec každý typ buňky—kožní buňka, jaterní buňka, mozková buňka—má stejný genom, ale jiný epigenom: jedinečný vzor genů, které jsou aktivně exprimovány nebo účinně umlčeny. V průběhu času se epigenom dospělé buňky může ještě více měnit v závislosti na životních zkušenostech zvířete.
takže když vědci vstříknou jádro dospělé buňky do prázdného vajíčka, jádro s sebou přináší svůj jedinečný epigenom. Jak ukázaly Gurdonovy rané experimenty v padesátých letech a následné studie, vejce je schopno vymazat epigenom zavedené jaderné DNA a do jisté míry otřít břidlici. Tento proces „jaderného přeprogramování“je špatně pochopen a vejce jej často nedokáže správně dokončit, zejména pokud je vejce z jednoho druhu a jaderná DNA z jiného. Neúplné jaderné přeprogramování je jedním z hlavních důvodů, vědci si myslí, že pro mnoho vývojových abnormalit, které zabíjejí klony před narozením, a pro zdravotní problémy společné mnoha přeživším, jako je extrémně vysoká porodní hmotnost a selhání orgánů.
někteří vědci vidí způsoby, jak tyto problémy vyřešit. Pasqualino Loi z University of Teramo v Itálii byl součástí týmu, který úspěšně klonoval ohrožené Ovce muflona na počátku roku 2000; klony uhynuly do šesti měsíců od narození. Loi a jeho kolegové si myslí, že mohou zvýšit šance na přežití hybridního embrya v lůně náhradní matky. Za prvé, navrhují, vědci by mohli na krátkou dobu vychovávat hybridní embryo v laboratoři, dokud se nevyvíjí v to, co je známé jako blastocyst—kulovité začátky obratlovců složených z vnějšího kruhu buněk, trofoblast, obklopující shluk rychle se dělících kmenových buněk známých jako vnitřní buněčná hmota. Nakonec se trofoblast stává placentou. Vědci by mohli nabrat vnitřní buněčnou hmotu z hybridní blastocysty, Loi navrhuje, a transplantovat ji do prázdného trofoblastu odvozeného od stejného druhu jako náhradní matka. Protože náhradní matka je mnohem méně pravděpodobné, že odmítne trofoblast od svého vlastního druhu, vyvíjející se embryo uvnitř má mnohem větší šanci na přežití.
vědci také přišli na to, jak podpořit jaderné přeprogramování koupáním vajíčka v určitých sloučeninách a chemických látkách, jako je trichostatin A, které stimulují nebo inhibují enzymy, které určují epigenom buňky. V poslední době teruhiko Wakayama z RIKEN Centra pro vývojovou biologii v Kobe v Japonsku a jeho kolegové vyrobili 581 klonovaných myší z jediné dárcovské myši po 25 generacích, pomocí trichostatinu A k dosažení úspěšnosti až 25 procent v některých, ale ne ve všech generacích. Chcete-li vyřešit nesoulad mtDNA a jaderné DNA, Loi navrhuje jednoduše odstranit nativní mtDNA vajíčka a nahradit ji mtDNA z druhu, který má být klonován-něco, co vědci vyzkoušeli v 70. a 80. letech, ale nedávno se nepokusili z nejasných důvodů.
některé z nejúspěšnějších pokusů o klonování ohrožených zvířat v posledních letech zahrnovaly dva nejoblíbenější domácí druhy-kočky a psy. V Audubonově Centru pro výzkum ohrožených druhů v New Orleans vytvořila Martha Gomez a její kolegové od poloviny roku 2000 mnoho afrických klonů wildcat, které používají domácí kočky jako náhradní matky. Gomez říká, že osm klonů Dosud přežilo do dospělosti a dnes jsou všichni zdraví. Připisuje svůj úspěch, částečně, k tomu, že divoké kočky a domácí kočky jsou mnohem těsněji příbuzné, než jsou většina divokých a domácích druhů spárovaných za účelem klonování. Ona a její tým se také naučili zvyšovat úspěšnost císařských řezů-ušetřit klony stresu typického porodu—a udržovat novorozené klony v intenzivní péči po dobu několika týdnů, jako by to byly předčasně narozené děti. V Roce 2008 B. C. Lee ze Soulské národní univerzity v Koreji a jeho kolegové dosáhli podobného úspěchu pomocí domácích psů k vytvoření tří zdravých mužských klonů šedého vlka. Leeův tým dříve vytvořil dva ženské klony šedého vlka. Všech pět zvířat přežilo do dospělosti, potvrzuje Lee.
práce s černonohými kočkami, které pocházejí z Afriky a jsou uvedeny jako „zranitelné“ na Červeném seznamu, se Gomez nyní zaměřuje na metodu klonování, která se liší od jaderného přenosu. Snaží se přeměnit dospělé buňky z černonohých koček na kmenové buňky a následně tyto kmenové buňky přimět, aby se staly spermiemi a vejci. Poté mohla oplodněním in vitro nebo podobnými technikami impregnovat domácí kočky embryi koček černonohých. Alternativně, spermie a vejce odvozené z kmenových buněk by mohly být použity k impregnaci samic ohrožených druhů.
říci, že tento přístup je technicky náročný, by bylo podhodnocením, ale vědci dosáhli působivého pokroku. V roce 2011 Jeanne Loringová z Scripps Research Institute v La Jolla v Kalifornii. a její kolegové produkovali kmenové buňky ze zmrzlých kožních buněk dvou ohrožených druhů-severního bílého nosorožce a paviánského primáta známého jako vrták. A v roce 2012 Katsuhiko Hayashi z Kyoto University Graduate School of Medicine a jeho kolegové přeměnili kožní buňky z dospělých myší na kmenové buňky, které pak přeměnili na životaschopná vejce. Po oplodnění vajíček spermatem ve zkumavkách vědci implantovali embrya do náhradních mateřských myší, které porodily zdravé a plodné potomstvo.
“ neříkám, že klonování zachrání ohrožené druhy, „říká Gomez,“ ale stále věřím v klonování jako další nástroj. Není to ale jednoduché. Výzkum postupuje pomalu.“
Loi společnosti Teramo zůstává také optimistická. Myslí si, že vědci by měli i nadále shromažďovat a uchovávat genetické informace ohrožených zvířat, jak to učinila Brazílie, a vytvářet biobanky tkání na ledu, jako je „zmrazená zoo“ v Institutu pro výzkum ochrany Zoo v San Diegu. Pokud se vědcům podaří dramaticky zvýšit účinnost klonování divokých a ohrožených zvířat-ať už s jaderným přenosem nebo oplodněním in vitro -, čeká na ně DNA, kterou potřebují. Pokud tak neučiní, budou biobankovky stále užitečné pro základní výzkum. „Jakmile bude klonování ohrožených zvířat řádně zavedeno, bude to velmi mocný nástroj,“ říká Loi. „Pokud se něco dá udělat, bude to provedeno za 10 let.“