vuonna 2009 Brasilian Agricultural Research Corp. (Embrapa) ja Brasilian eläintarha alkoivat etsiä ja jäädyttää verta, siittiöitä ja napanuorasoluja maantiekuolemista ja muista villieläimistä, jotka olivat kuolleet pääasiassa cerradon savannilla—uskomattoman monipuolinen kokoelma trooppisia metsä-ja niittyekosysteemejä, joissa elää ainakin 10 000 kasvilajia ja yli 800 lintu-ja nisäkäslajia, joista osa ei elä missään muualla maailmassa. Näytteitä kerättiin muun muassa pensaskoirasta, kaulusmuurahaisesta, biisonista ja harmaakirjoahvenesta.
ajatuksena oli säilyttää Brasilian uhanalaisten villieläinten geneettistä tietoa. Järjestöt järkeilivät, että jonain päivänä ne voisivat ehkä käyttää kerättyä DNA: ta uhanalaisten eläinten kloonaamiseen ja hupenevien populaatioiden vahvistamiseen. Tähän mennessä kaksi laitosta on kerännyt ainakin 420 kudosnäytettä. Nyt he tekevät yhteistyötä tähän liittyvässä projektissa, joka käyttää näiden yksilöiden DNA: ta jalostus-ja kloonaustekniikoiden parantamiseen. Nykyisillä kloonaustekniikoilla on keskimäärin alle 5 prosentin onnistumisprosentti, vaikka työskenneltäisiin tuttujen lajien kanssa; villieläinten Kloonaus onnistuu yleensä alle 1 prosentin.
kaikki Brasilian uuden yrityksen aikana syntyneet eläimet elävät Brasilian eläintarhassa, sanoo Embrapan tutkija Carlos Martins. Villieläinkantojen laajeneminen vankeudessa saa hänen ryhmänsä toivomaan, että eläintarhat ja tutkijat eivät ottaisi enää lisää villieläimiä pois kotoperäisiltä elinalueiltaan. Martins kollegoineen ei ole vielä päättänyt, mitä lajia he yrittävät kloonata, mutta harjasusi ja jaguaari ovat vahvoja ehdokkaita. Kansainvälinen luonnonsuojeluliitto luokittelee molemmat eläimet punaisella uhanalaisten lajien listallaan ”lähes uhanalaisiksi”, kaksi tasoa alemmaksi ” uhanalaisiksi.”
monet tutkijat ovat yhtä mieltä siitä, että tällä hetkellä kloonaus ei ole toteuttamiskelpoinen tai tehokas suojelustrategia. Ensinnäkin jotkut luonnonsuojelijat huomauttavat, että kloonauksessa ei puututa syihin, joiden vuoksi monet eläimet ylipäätään joutuvat uhanalaisiksi—nimittäin metsästykseen ja elinympäristöjen tuhoutumiseen. Vaikka Kloonaus voisi teoriassa auttaa todella epätoivoisissa tilanteissa, nykyiset kloonaustekniikat ovat yksinkertaisesti liian tehottomia, jotta niillä olisi suurta merkitystä. Verrattuna kotieläinlajien kloonaukseen—erityisesti karjan, jota on onnistuttu kloonaamaan vuosikausia toivottujen ominaisuuksien kopioimiseksi—uhanalaisten lajien kloonaaminen on paljon vaikeampaa monestakin syystä.
onnistunut Kloonaus edellyttää yleensä vähintään kolmea olennaista osatekijää: kloonattavan eläimen DNA: ta, elinkelpoista munasolua kyseisen DNA: n vastaanottamiseksi ja emoa syntyvän alkion synnyttämiseksi. Usein muutamankin klooninkin tuottamiseen tarvitaan satoja alkioita ja raskausyrityksiä. Tutkijat eivät yleensä ymmärrä uhanalaisten eläinten lisääntymisfysiologiaa, minkä vuoksi on liian vaarallista poimia riittävä määrä munia kyseisestä lajista tai luottaa siihen, että kyseisen lajin naaraat synnyttävät klooneja. Joskus oikeusturva estää uhanalaisia lajeja käyttämästä myös tällaisia menettelyjä. Vastapainoksi tutkijat sulauttavat uhanalaisen lajin DNA: n läheistä sukua olevan lajin muniin ja valitsevat emot jälkimmäisestä. Tällaiset hybridialkiot eivät useinkaan kehity kunnolla.
vaikka Martins ja hänen kollegansa sekä muutamat muut tiedemiehet ympäri maailmaa ovat hyvin tietoisia näistä ongelmista, he ovat sitä mieltä, että ponnistelut uhanalaisten villieläinten geneettisen tiedon arkistoimiseksi ovat vaivan arvoisia. Jotkut tutkijat ovat edelleen optimistisia sen suhteen, että kloonauksesta tulee tulevaisuudessa hyödyllinen säilyttämisen väline. Optimistit viittaavat siihen, että luonnonvaraisten nisäkkäiden kloonaaminen läheistä sukua olevilla kotieläinlajeilla on viime aikoina ollut menestyksekästä, että kloonatun alkion kehityshäiriöitä on pyritty ehkäisemään entistä paremmin, vastasyntyneitä klooneja on hoidettu paremmin ja että pakastetusta kudoksesta peräisin olevat kantasolut ovat mahdollistaneet koeputkihedelmöityksen.
ensimmäiset kloonit
1950-luvun alussa Lankenau Hospital Research Institutessa Philadelphiassa Robert Briggs ja Thomas King kloonasivat onnistuneesti 27 Pohjoista leopardisammakkoa nuclear transfer-menetelmällä. Tumassa, jota usein kutsutaan solun komentokeskukseksi, on suurin osa selkärankaisen DNA: sta—lukuun ottamatta mitokondrioiksi nimettyjen papumaisten, energiaa tuottavien organellien sisällä olevaa DNA: ta. Briggs ja King tyhjensivät sammakonmunia ytimistään, imivät ytimiä sammakon alkioiden soluista ja ruiskuttivat nämä ytimet tyhjiin muniin. Monista munista kehittyi nuijapäitä, jotka olivat geneettisesti identtisiä ydin-DNA: nsa luovuttaneiden alkioiden kanssa.
vuonna 1958 John Gurdon, silloisessa Oxfordin yliopistossa, ja kollegat kloonasivat sammakoita, joiden ydin-DNA oli uutettu täysin muodostuneiden nuijapäiden soluista. Toisin kuin alkiosolut, jotka ovat geneettisesti tarpeeksi joustavia muuntuakseen monenlaisiksi kudoksiksi, nuijapään solut ovat ”erilaistuneita”—toisin sanoen niiden ilmentämien geenien mallit ovat muuttuneet sopimaan tietyn solutyypin profiiliin: esimerkiksi iho -, silmä-tai sydänsoluun. Gurdon osoitti, että munasoluun siirrettäessä kypsän solun ydin-DNA palautuu alkion soluissa DNA: lle ominaiseen monipuolisempaan tilaan. Tämä läpimurto rohkaisi tutkijoita kokeilemaan huomattavasti suurempien eläinten kloonaamista aikuisten solujen DNA: n avulla.
vuonna 1996 skotlantilaiset tutkijat yrittivät kloonata naaraspuolisen Finn-Dorset-lampaan. He ruiskuttivat utaresoluista erotettuja tumia lähes 300 tyhjään munaan, jotka olivat peräisin skotlantilaisesta blackfacesta, eri lammasrodusta. Valmistetuista munasoluista tutkijat onnistuivat luomaan yli 30 alkiota. Vain viisi näistä alkioista kehittyi karitsoiksi sen jälkeen, kun ne oli istutettu skotlantilaisiin korvikkeisiin. Ja vain yksi niistä karitsoista selvisi aikuisikään. Tutkijat nimesivät hänet Dollyksi.
sen jälkeen jotkut biologit ovat toistuvasti esittäneet, että Kloonaus voisi auttaa pelastamaan uhanalaisia lajeja, erityisesti vaikeissa tilanteissa, joissa eläimiä on jäljellä vain muutamia kymmeniä tai kourallinen. Mitä pienempi, homogeenisempi ja sisäsiittoisempi populaatio on, sitä alttiimpi se on yksittäiselle haitalliselle geenimutaatiolle tai taudille. Kloonit voisivat teoriassa lisätä uhanalaisen populaation geneettistä monimuotoisuutta, jos tutkijoilla olisi käytössään useiden eri yksilöiden säilöttyä DNA: ta. Vähintäänkin kloonit voisivat vakauttaa kutistuvaa populaatiota. Ja jotkut tutkijat väittävät, että geneettisesti homogeeninen mutta vakaa populaatio olisi parempi kuin sukupuutto; jotkin erittäin Sisäsiittoiset villieläinryhmät, kuten Chillinghamin karja Englannissa, ovat säilyneet hyvin satoja vuosia.
yksi laji, joka saattaa hyötyä kloonauksesta, on valkosarvikuono, joka on kotoisin Afrikasta. Vuonna 1960 maailmanlaajuinen valkosarvikuonokanta oli yli 2 000 yksilöä, mutta salametsästys on vähentänyt niiden määrän jopa 11: een nykyään. Viime laskujen mukaan kolme elää eläintarhoissa—Kaksi San Diegossa ja yksi Tšekissä—neljä elää Ol Pejetan luonnonsuojelualueella Keniassa ja jopa neljä yksilöä saattaa elää yhä luonnossa vahvistamattomien tietojen perusteella, mutta niitä ei ole havaittu useaan vuoteen. Suurin osa vankeudessa elävistä eläimistä ei välitä parittelusta tai on hedelmättömiä, vaikka kaksi sarvikuonoa pariutui kesällä 2012.
juuri nyt kloonaus ei kuitenkaan todennäköisesti auta valkosarvikuonoa tai muitakaan uhanalaisia lajeja. Tähän mennessä uhanalaisten eläinten kloonaus on yksi harvoista korkean profiilin onnistumisista ja monista epäonnistumisista. 2000-luvun alusta lähtien, käyttäen samaa tekniikkaa, joka tuotti Dollyn, tutkijat ovat kloonanneet useita uhanalaisia ja jopa sukupuuttoon kuolleita nisäkkäitä, kuten muflonilampaan ja naudan, joka tunnetaan nimellä gaur vuonna 2001; eräänlaisen villin naudan nimeltä banteng vuonna 2003; villin vuohen, joka tunnetaan nimellä Pyreneitten ibex vuonna 2009; ja luonnonvaraisen kojootin vuonna 2012. Kussakin tapauksessa klooneja kuoli ennen syntymää paljon enemmän kuin jäi henkiin; useimmissa tapauksissa yksikään klooneista ei selvinnyt aikuisikään.
epäyhtenäiset
kaikki nuo uhanalaisten tai sukupuuttoon kuolleiden eläinten klooneja yrittäneet kuolivat eri tavoin eri syistä, mutta niillä kaikilla oli yksi perusongelma—ne eivät olleet toistensa tarkkoja jäljennöksiä. Useimmissa tapauksissa tutkijat ovat yhdistäneet uhanalaisen lajin DNA: ta sukulaislajin muniin. Jokaiseen sijaissynnyttäjään istutetaan usein kymmeniä hybridialkioita, jotta saavutetaan ainakin muutama raskaus, mikä edellyttää satojen munasolujen irrottamista. Koska useimpien uhanalaisten eläinten lisääntymisfysiologia tunnetaan niin huonosti, tutkijat ovat usein epävarmoja siitä, milloin Eläimet ovuloivat ja miten ne parhaiten hankkisivat munansa. Joissakin tapauksissa oikeusturva estää tutkijoita keräämästä uhanalaisten lajien munia. Kaikista näistä syistä ne kääntyvät sen sijaan tutumpiin kotimaisiin lajeihin.
yhden lajin DNA: n Ruiskuttaminen toisen lajin—jopa lähisukulaisenkin—munasoluun luo epätavallisen hybridialkion, joka ei useinkaan kehity kunnolla sijaisäidin kohdussa. Hybridialkioilla on kloonatun lajin ydin-DNA ja luovuttajan munasolun mitokondrio (mtDNA) – DNA. Tämä epäsuhta tulee ongelmalliseksi alkion kehittyessä. Ydin-DNA ja mtDNA toimivat yhdessä; molemmat sisältävät geneettisiä reseptejä proteiineille, joilla solut ottavat energiaa ravinnosta. Hybridialkiossa nämä proteiinit eivät aina sovi kunnolla yhteen, minkä vuoksi solut jäävät nääntymään energiaksi. Tilannetta mutkistaa edelleen se, että sijaisäiti usein hylkää hybridialkion, koska hän tunnistaa osan alkion kudoksista, erityisesti istukan, vieraiksi.
toinen ongelma—ja toistaiseksi hankalin—on se, että ydinsiirrolla luotu hybridialkio ei ole geneettinen tyhjä liuskekivi kuten useimmat alkiot. Kaikki selkärankaiset alkavat elää alkion kantasolujen ontoiksi palloiksi, joista voi tulla melkein mitä tahansa aikuisen solutyyppiä. Jokainen näistä kantasoluista sisältää kopion täsmälleen samasta genomista, joka on pakattu kromosomeihin-tiiviisiin DNA-ja histoniproteiinikimpuihin. Alkion kehittyessä kantasolut alkavat saada aikuisen muotonsa: joistakin tulee ihosoluja, toisista sydänsoluja ja niin edelleen. Erityyppiset solut alkavat ilmaista erilaisia geenimalleja. Jokaisen solun sisällä joukko molekyylejä ja entsyymejä vuorovaikuttaa DNA: n ja histonien kanssa muuttaakseen geeniekspressiota. Jotkin molekyylit, kuten metyyliryhmät, estävät fyysisesti solukoneistoa lukemasta geneettisiä ohjeita tietyissä DNA: n osissa; jotkin entsyymit irrottavat histonien ja DNA: n välisiä sidoksia, jolloin tietyt geenit ovat helpommin saatavilla. Lopulta jokaisella solutyypillä-ihosolulla, maksasolulla, aivosolulla—on sama perimä, mutta eri epigenomi: ainutlaatuinen malli geeneistä, jotka ilmaistaan aktiivisesti tai tehokkaasti vaiennetaan. Aikuisen solun epigenomi voi ajan myötä muuttua entisestään riippuen eläimen elämänkokemuksista.
Niinpä kun tutkijat pistävät aikuisen solun tuman tyhjään munasoluun, Tuma tuo ainutlaatuisen epigenominsa mukanaan. Kuten Gurdonin varhaiset kokeet 1950—luvulla ja myöhemmät tutkimukset ovat osoittaneet, munasolu pystyy pyyhkimään käyttöön otetun ydin-DNA: n epigenomin ja pyyhkimään sen puhtaaksi-jossain määrin. Tämä ”ydinreaktorin uudelleenohjelmointiprosessi” tunnetaan huonosti, eikä muna useinkaan suorita sitä kunnolla loppuun, varsinkin kun muna on yhdeltä lajilta ja ydin-DNA toiselta. Keskeneräinen ydinohjelmointi on tutkijoiden mielestä yksi tärkeimmistä syistä moniin kehityshäiriöihin, jotka tappavat klooneja ennen syntymää, ja moniin eloonjääneisiin liittyviin lääketieteellisiin kysymyksiin, kuten erittäin korkeaan syntymäpainoon ja elinten vajaatoimintaan.
jotkut tutkijat näkevät tapoja kiertää nämä ongelmat. Pasqualino Loi Teramon yliopistosta Italiasta kuului ryhmään, joka onnistui kloonaamaan uhanalaisia muflonilampaita 2000-luvun alussa; kloonit kuolivat kuuden kuukauden sisällä syntymästä. Loi kollegoineen uskoo, että ne voivat lisätä hybridialkion mahdollisuuksia selvitä sijaisäidin kohdussa. Ensinnäkin, he ehdottavat, tutkijat voisivat vaalia Hybridi alkio lyhyen aikaa laboratoriossa, kunnes se kehittyy niin kutsuttu blastocysts-pallo-muotoinen alkuja selkärankaisen koostuu ulomman ympyrän solujen, trofoblast, ympäröi möykky nopeasti jakautuvia kantasoluja kutsutaan sisäsolumassan. Lopulta trofoblastista tulee istukka. Loi ehdottaa, että tutkijat voisivat kauhoa hybridiblastokystasta sisemmän solumassan ja siirtää sen tyhjään trofoblastiin, joka on peräisin samasta lajista kuin sijaisäiti. Koska sijaisäiti on paljon epätodennäköisempi hylkimään trofoblastia omasta lajistaan, sen sisällä kehittyvällä alkiolla on paljon paremmat mahdollisuudet selviytyä.
tutkijat ovat myös keksineet, miten edistää ydinohjelmoinnin uudelleenohjelmointia uimalla munasolussa tiettyjä yhdisteitä ja kemikaaleja, kuten trikostatiini A: ta, jotka stimuloivat tai estävät solun epigenomia määrittäviä entsyymejä. Viimeksi Teruhiko Wakayama Japanin Kobessa sijaitsevasta kehitysbiologian Riken-keskuksesta kollegoineen tuotti 581 kloonattua hiirtä yhdestä luovuttajahiirestä 25 sukupolven aikana käyttäen trikostatiini A: ta saavuttaakseen jopa 25 prosentin onnistumisprosentin joissakin mutta ei kaikissa sukupolvissa. MtDNA: n ja ydin—DNA: n epäsovun ratkaisemiseksi Loi ehdottaa yksinkertaisesti munan alkuperäisen mtDNA: n poistamista ja korvaamista mtDNA: lla kloonattavasta lajista-mitä tutkijat yrittivät 1970-ja 80-luvuilla, mutta eivät ole viime aikoina yrittäneet epäselvistä syistä.
viime vuosien onnistuneimpiin yrityksiin kloonata uhanalaisia eläimiä on osallistunut kaksi rakastetuinta kotimaista lajia: kissat ja koirat. Audubon Center for Research of Endangered Species-tutkimuskeskuksessa New Orleansissa Martha Gomez kollegoineen on luonut useita afrikkalaisia villikissaklooneja 2000-luvun puolivälistä lähtien, käyttäen kotikissoja sijaisäiteinä. Gomezin mukaan kahdeksan kloonia on selvinnyt aikuisikään asti ja ovat kaikki nykyään terveitä. Hän arvioi menestyksensä johtuvan osittain siitä, että villikissat ja kotikissat ovat paljon läheisempää sukua toisilleen kuin useimmat luonnonvaraiset ja kotieläinlajit, jotka on yhdistetty kloonausta varten. Hän ja hänen tiiminsä ovat myös oppineet lisäämään onnistumisprosentteja keisarileikkauksilla – säästääkseen kloonit tyypillisen synnytyksen aiheuttamalta stressiltä-ja pitämään vastasyntyneet kloonit tehohoidossa muutaman viikon ajan, ikään kuin ne olisivat keskosia. Vuonna 2008 Eaa. Lee korealaisesta Soulin kansallisesta yliopistosta kollegoineen saavutti samanlaista menestystä käyttämällä kotikoiria luodakseen kolme tervettä urospuolista harmaasuden kloonia. Leen ryhmä oli aiemmin luonut kaksi naispuolista harmaasusi-kloonia. Kaikki viisi eläintä selvisivät aikuisikään asti, Lee vahvistaa.
Gomez työskentelee mustajalkakissojen kanssa, jotka ovat kotoisin Afrikasta ja jotka on listattu ”haavoittuvaisiksi” punaisella listalla, ja keskittyy nyt ydinaseiden siirrosta poikkeavaan kloonausmenetelmään. Hän yrittää muuttaa aikuisten soluja mustajalkaisista kissoista kantasoluiksi ja myöhemmin saada nämä kantasolut muuttumaan siittiöiksi ja munasoluiksi. Sitten hän saattoi koeputkihedelmöityksellä tai vastaavilla menetelmillä hedelmöittää kotikissat mustajalkaisilla kissan alkioilla. Vaihtoehtoisesti uhanalaisen lajin naaraiden hedelmöittämiseen voitaisiin käyttää kantasoluista saatuja siittiöitä ja munasoluja.
olisi vähättelyä sanoa, että tämä lähestymistapa on teknisesti haastava, mutta tutkijat ovat edistyneet merkittävästi. Vuonna 2011 Jeanne Loring Scripps Research Institutesta La Jollassa, Kaliforniassa., ja hänen kollegansa tuottivat kantasoluja kahden uhanalaisen lajin jäätyneistä ihosoluista: valkosarvikuonon ja porana tunnetun kädellisen. Ja vuonna 2012 Katsuhiko Hayashi Kioton yliopiston Graduate School of Medicinestä kollegoineen muutti aikuisten hiirien ihosoluja kantasoluiksi, jotka ne sitten muuttivat elinkelpoisiksi muniksi. Hedelmöitettyään munasolut koeputkissa olevilla siittiöillä tutkijat istuttivat alkiot korvikeemohiiriin, jotka synnyttivät terveitä ja hedelmällisiä jälkeläisiä.
” en sano, että Kloonaus pelastaisi uhanalaisia lajeja”, Gomez sanoo, ” mutta uskon edelleen kloonaukseen toisena työkaluna. Helppoa se ei kuitenkaan ole. Tutkimus etenee hitaasti.”
Teramon Loi pysyy myös optimistisena. Hänen mielestään tutkijoiden tulisi jatkaa uhanalaisten eläinten geenitiedon keräämistä ja säilyttämistä Brasilian tapaan luomalla jäälle kudospankkeja, kuten San Diegon eläintarhan Luonnonsuojelututkimusinstituutin ”frozen zoo”. Jos tutkijat onnistuvat dramaattisesti tehostamaan luonnonvaraisten ja uhanalaisten eläinten kloonausta-joko ydinenergian siirrolla tai koeputkihedelmöityksellä—silloin heidän tarvitsemansa DNA odottaa heitä. Jos näin ei ole, biopankit ovat edelleen hyödyllisiä perustutkimuksen lisäämisessä. ”Kun uhanalaisten eläinten Kloonaus saadaan kunnolla käyntiin, siitä tulee erittäin tehokas työkalu”, Loi sanoo. ”Jos jotain voidaan tehdä, se tehdään 10 vuodessa.”