I 2009 Begynte Brazilian Agricultural Research Corp. (Embrapa) og Brasilia Zoological Garden å rense og fryse blod, sæd og navlestrengsceller fra roadkill og andre ville dyr som hadde dødd, hovedsakelig I cerrado-savannen – en utrolig variert samling av tropiske skogs-og gressmarkøkosystemer hjem til minst 10.000 plantearter og mer enn 800 arter av fugler og pattedyr, hvorav noen ikke lever noe annet sted i verden. Prøver ble samlet inn fra buskhunden, collared anteater, bison og grå brocket hjort, blant andre arter.
ideen var å bevare den genetiske informasjonen Om Brasils truede dyreliv. En dag, organisasjonene begrunnet, kan de være i stand til å bruke det samlede DNA for å klone truede dyr og styrke svindlende populasjoner. Så langt har de to institusjonene samlet inn minst 420 vevsprøver. Nå samarbeider DE om et relatert prosjekt som vil bruke DNA i disse prøvene for å forbedre avl og kloning teknikker. Nåværende kloning teknikker har en gjennomsnittlig suksessrate på mindre enn 5 prosent, selv når du arbeider med kjente arter; kloning ville dyr er vanligvis mindre enn 1 prosent vellykket.
alle dyr født under Brasils nye foretak vil bo i Brasilia Zoo, sier Embrapa-forsker Carlos Martins. Utvide fangstpopulasjoner av ville dyr, han og hans team håper, vil motvirke dyreparker og forskere fra å ta enda flere ville dyr ut av deres opprinnelige habitater. Martins og hans kolleger har ennå ikke bestemt hvilke arter de vil forsøke å klone, men maned ulv og jaguar er sterke kandidater. Den Internasjonale Naturvernunionen klassifiserer begge dyrene som » nær truet «på Sin Røde Liste Over Truede Arter, to nivåer under «truet».»
Mange forskere er enige om at kloning for tiden ikke er en gjennomførbar eller effektiv bevaringsstrategi. Først og fremst påpeker noen naturvernere at kloning ikke tar opp årsakene til at mange dyr blir truet i utgangspunktet-nemlig jakt og ødeleggelse av habitat. Selv om kloning kan teoretisk hjelpe i virkelig desperate situasjoner, dagens kloning teknikker er rett og slett for ineffektive til å gjøre mye av en forskjell. Sammenlignet med kloning av husdyr-spesielt storfe, som har blitt klonet i årevis for å duplisere ønskelige egenskaper—er kloning av truede arter langt vanskeligere av flere årsaker.
Vellykket kloning innebærer vanligvis minst tre viktige komponenter: DNA fra dyret som skal klones; et levedyktig egg for å motta DET DNA; og en mor for å gestate det resulterende embryoet. Ofte er hundrevis av embryoer og forsøk på graviditet nødvendig for å produsere enda noen få kloner. Forskere har vanligvis en dårlig forståelse av truede dyrs reproduktive fysiologi, noe som gjør det for risikabelt å trekke ut et tilstrekkelig antall egg fra den arten eller stole på kvinner av den arten for å føde kloner. Juridisk beskyttelse utelukker noen ganger truede arter fra slike prosedyrer også. For å kompensere, smelter forskerne DNA fra en truet art med egg fra en nært beslektet art og velger mødre fra sistnevnte. Slike hybridembryoer utvikler seg ofte ikke riktig.
Selv om De er svært klar over disse problemene, Martins Og hans kolleger, samt noen andre forskere rundt om i verden, tror at arbeidet med å arkivere genetisk informasjon om truede dyrelivet er verdt. Noen forskere er fortsatt optimistiske at kloning vil bli et nyttig verktøy for bevaring i fremtiden. Optimister peker på nylige suksesser kloning av ville pattedyr ved hjelp av nært beslektede innenlandske arter, forbedrede teknikker for å forhindre utviklingsmessige abnormiteter i et klonet embryo, bedre neonatal omsorg for nyfødte kloner og in vitro befruktning muliggjort av stamceller avledet fra frosset vev.
de første klonene
tidlig på 1950-tallet, Ved Lankenau Hospital Research Institute I Philadelphia, klonet Robert Briggs og Thomas King 27 nord leopard frosker gjennom en prosess kjent som kjernefysisk overføring. Kjernen, ofte kalt kommandosenteret i cellen, inneholder det meste AV et virveldyr DNA-bortsett FRA DNA i bønneformede, energigenererende organeller kalt mitokondrier. Briggs og King tømte froskeegg av sine kjerner, sugde kjerner ut av celler i froskembryoer og injiserte disse kjernene i de tomme eggene. Mange av eggene utviklet seg til tadpoles som var genetisk identiske med embryoene som hadde donert sitt nukleare DNA.
I 1958 John Gurdon, deretter Ved University Of Oxford, og kolleger klonet frosker med kjernefysisk DNA ekstrahert fra cellene i fullt dannet rumpetroll. I motsetning til embryonale celler, som er genetisk fleksible nok til å bli en rekke forskjellige vev, er en tadpole celler «differensiert»—det vil si at mønstrene av gener de uttrykker, har endret seg for å passe til profilen til en bestemt celletype: for eksempel en hud -, øye-eller hjertecelle. Gurdon viste at når det transplanteres til et egg, går nukleært DNA fra en moden celle tilbake til DEN mer allsidige tilstandskarakteristikken FOR DNA i et embryos celler. Dette gjennombruddet oppfordret forskere til å prøve å klone langt større dyr ved HJELP AV DNA fra voksne celler.
i 1996 forsøkte Forskere i Skottland å klone en Kvinnelig Finn-Dorset-sau. De injiserte kjerner ekstrahert fra yvercellene i nesten 300 tomme egg avledet Fra Skotske blackfaces, en annen sauerase. Ut av de tilberedte eggene klarte forskerne å skape mer enn 30 embryoer. Bare fem av disse embryoene utviklet seg til lam etter å ha blitt implantert i Surrogat Skotske blackfaces. Og bare en av disse lammene overlevde i voksen alder. Forskerne kalte Henne Dolly.
Siden da har noen biologer gjentatte ganger antydet at kloning kan bidra til å redde truede arter, spesielt i alvorlige situasjoner der bare noen få dusin eller en håndfull dyr forblir. Jo mindre, mer homogen og mer innavlet en befolkning, desto mer utsatt er det for en enkelt skadelig genetisk mutasjon eller sykdom. Kloner kan teoretisk øke det genetiske mangfoldet av en truet befolkning hvis forskere har tilgang til bevart DNA fra mange forskjellige individer. I det minste kan kloner stabilisere en krympende befolkning. Og noen forskere hevder at en genetisk homogen, men stabil befolkning ville være bedre enn utryddelse; noen svært innavlede grupper av ville dyr, som Chillingham-storfe I England, har overlevd helt fint i hundrevis av år.
en art som kan ha nytte av kloning er den nordlige hvite neshorn, som er innfødt Til Afrika. I 1960 den globale nordlige hvite neshorn befolkningen var mer enn 2000 sterk, men krypskyting har redusert sine tall til så få som 11 i dag. Ved siste telling, tre bor i dyreparker-to I San Diego og en i tsjekkia-fire bor I Ol Pejeta Conservancy I Kenya og så få som fire personer kan fortsatt leve i naturen basert på ubekreftede rapporter, men de har ikke blitt oppdaget i flere år. De fleste av de fangede dyrene er uinteressert i parring eller ufruktbar, selv om to neshorn parret sommeren 2012.
akkurat nå er det imidlertid lite sannsynlig at kloning vil hjelpe den hvite rhino eller andre truede arter. Hittil er historien om kloning av truede dyr en av noen få høyprofilerte suksesser og mange, mange feil. Siden tidlig på 2000-tallet, ved hjelp av samme teknikk som produserte Dolly, har forskere klonet flere truede og til og med utdøde pattedyr, inkludert en mouflon-sau og en storfe kjent som en gaur i 2001; en slags vill storfe kalt en banteng i 2003; en vill geit kjent som Pyrenean ibex i 2009; og ville coyoter i 2012. I hvert tilfelle mange flere kloner døde før fødselen enn overlevde; i de fleste tilfeller ingen av klonene overlevde til voksen alder.
Mismatched
Alle de forsøkte kloner av truede eller utdødde dyr døde på forskjellige måter av forskjellige grunner, men de delte alle et grunnleggende problem—de var ikke eksakte kopier av sine kolleger. I de fleste tilfeller har forskere kombinert DNA FRA de truede artene med egg fra en beslektet husdyr. Hver surrogatmor blir ofte implantert med dusinvis av hybridembryoer for å oppnå minst noen få graviditeter, en strategi som krever utvinning av hundrevis av egg. Fordi reproduksjonsfysiologien til de fleste truede dyr er så dårlig forstått, er forskerne ofte usikre når dyrene eggløsning og hvordan de best kan skaffe eggene sine. I noen tilfeller hindrer juridiske beskyttelser forskere fra å høste egg fra truede arter. Av alle disse grunnene vender de seg til mer kjente innenlandske arter i stedet.
Å Injisere DNA fra en art inn i egget til en annen art—selv en nært beslektet-skaper et uvanlig hybridembryo som ofte ikke utvikler seg riktig i livmor av en surrogatmor. Hybridembryoer har det nukleære DNA fra den klonede arten og mitokondrielt (mtDNA) DNA fra donoregget. Denne mismatch blir problematisk når embryoet utvikler seg. Nuclear DNA og mtDNA jobber sammen; de inneholder begge genetiske oppskrifter for proteiner som celler trekker ut energi fra mat. I et hybridembryo passer disse proteinene ikke alltid sammen riktig, noe som etterlater celler sultet for energi. Kompliserende saker videre avviser surrogatmoren ofte hybridembryoet fordi hun gjenkjenner noen av embryoets vev, spesielt moderkaken, som fremmed.
Et annet problem—og det mest vanskelige så langt-er at et hybridembryo opprettet via atomoverføring ikke er en genetisk blank skifer som de fleste embryoer. Alle vertebrater begynner livet som hule baller av embryonale stamceller, som kan bli nesten alle typer voksenceller. Hver av disse stamceller inneholder en kopi av nøyaktig samme genom pakket inn i kromosomer-tette bunter AV DNA og histonproteiner. Etter hvert som embryoet utvikler seg, begynner stamceller å ta på seg sine voksne former: noen blir hudceller, andre hjerteceller og så videre. Ulike typer celler begynner å uttrykke forskjellige mønstre av gener. Inne i hver celle interagerer et utvalg av molekyler og enzymer MED DNA og histoner for å endre genuttrykk. Noen molekyler, som metylgrupper, blokkerer fysisk cellulær maskineri fra å lese de genetiske instruksjonene i visse segmenter AV DNA; noen enzymer løsner bindingene mellom histoner og DNA, noe som gjør bestemte gener mer tilgjengelige. Til slutt har hver celletype—hudcelle, levercelle, hjernecelle—det samme genomet, men et annet epigenom: et unikt mønster av gener som er aktivt uttrykt eller effektivt tavlet. Over tid kan en voksencelles epigenom endres enda lenger, avhengig av dyrets livserfaringer.
så når forskere injiserer en voksencelles kjerne i et tomt egg, bringer kjernen sin unike epigenom med den. Som Gurdons tidlige eksperimenter på 1950-tallet og etterfølgende studier har vist, er et egg i stand til å slette epigenomet av introdusert nukleært DNA, tørke skifer rent—til en viss grad. Denne prosessen med «kjernefysisk omprogrammering» er dårlig forstått, og egget klarer ofte ikke å fullføre det riktig, spesielt når egget er fra en art og det nukleare DNA fra en annen. Ufullstendig kjernefysisk omprogrammering er en av hovedårsakene, tror forskere, for de mange utviklingsmessige abnormiteter som dreper kloner før fødselen og for de medisinske problemene som er felles for mange overlevende, for eksempel ekstremt høy fødselsvekt og organsvikt.
Noen forskere ser måter rundt disse problemene. Pasqualino Loi fra Universitetet I Teramo I Italia var en del av et team som vellykket klonet truede mouflon-sauer tidlig på 2000-tallet; klonene døde innen seks måneder etter fødselen. Loi og hans kolleger tror de kan øke sjansene for at et hybridembryo overlever i en surrogatmors livmor. Først foreslår de at forskere kan pleie et hybridembryo i kort tid i laboratoriet til det utvikler seg til det som kalles en blastocyst – den kuleformede begynnelsen av en vertebrate som består av en ytre sirkel av celler, trofoblast, som omgir en klump av raskt delende stamceller kjent som den indre cellemassen. Til slutt blir trofoblast morkaken. Forskere kan skape ut den indre cellemassen fra hybridblastocysten, Foreslår Loi, og transplantere den til en tom trofoblast avledet fra samme art som surrogatmoren. Fordi surrogatmoren er langt mindre sannsynlig å avvise en trofoblast fra sin egen art, har det utviklende embryoet en mye bedre sjanse til å overleve.
Forskere har også funnet ut hvordan man kan oppmuntre til kjernefysisk omprogrammering ved å bade egget i visse forbindelser og kjemikalier, som trichostatin A, som stimulerer eller hemmer enzymer som bestemmer en celles epigenom. Senest Produserte Teruhiko Wakayama fra RIKEN Center for Developmental Biology I Kobe, Japan og hans kolleger 581 klonede mus fra en enkelt donormus over 25 generasjoner, ved hjelp av trichostatin A for å oppnå suksessrate så høyt som 25 prosent i noen, men ikke alle generasjoner. For å løse mismatch av mtDNA OG kjernefysisk DNA, Foreslår Loi bare å fjerne eggets innfødte mtDNA og erstatte det med mtDNA fra arten som skal klones—noe som forskere prøvde på 1970-og 80-tallet, men har ikke forsøkt nylig av grunner som er uklare.
Noen av de mest vellykkede forsøkene på å klone truede dyr de siste årene har involvert to av de mest elskede innenlandske artene-katter og hunder. På Audubon Center for Research Of Endangered Species I New Orleans har Martha Gomez og hennes kolleger skapt Mange Afrikanske villkattkloner siden midten av 2000-tallet, ved hjelp av hjemmekatter som surrogatmødre. Gomez sier åtte kloner har overlevd til voksen alder så langt og er alle sunne i dag. Hun tilskriver sin suksess, delvis, til det faktum at wildcats og huskatter er mye mer nært knyttet til hverandre enn er de fleste vill og husdyr parret med det formål å kloning. Hun og hennes team har også lært å øke suksessraten med keisersnitt-for å spare kloner stresset av en typisk fødsel-og å holde nyfødte kloner i intensiv omsorg i noen uker, som om de var premature babyer. I 2008, B. C. Lee Fra Seoul National University i Korea og hans kolleger oppnådde lignende suksess ved å bruke husdyr til å lage tre sunne mannlige gråulvkloner. Lees team hadde tidligere skapt to kvinnelige grå ulv kloner. Alle fem dyrene overlevde i voksen alder, Lee bekrefter.
Gomez arbeider med svartfotede katter, som er hjemmehørende I Afrika og oppført som «Sårbare» på Den Røde Listen, og Fokuserer nå på en kloningsmetode som skiller seg fra kjernefysisk overføring. Hun prøver å forvandle voksne celler fra svartfotede katter til stamceller og deretter indusere stamceller til å bli sæd og egg. Deretter kunne hun gjennom in vitro befruktning eller lignende teknikker impregnere hjemmekatter med svartfotede kattembryoer. Alternativt kan stamcelleavledet sæd og egg brukes til å impregnere kvinner av truede arter.
å si at denne tilnærmingen er teknisk utfordrende ville være en underdrivelse, men forskere har gjort imponerende fremskritt. I 2011 Jeanne Loring Av Scripps Research Institute I La Jolla, Calif., og hennes kolleger produserte stamceller fra de frosne hudcellene til to truede arter-den nordlige hvite rhino og en baboonlike primat kjent som en drill. Og I 2012 Katsuhiko Hayashi Av Kyoto University Graduate School Of Medicine og kolleger slått hudceller fra voksne mus til stamceller, som de deretter forvandlet til levedyktige egg. Etter befruktning av eggene med sæd i reagensrør, implanterte forskerne embryoene i surrogatmormus som fødte sunne og fruktbare avkom.
» jeg sier ikke at kloning skal redde truede arter, «Sier Gomez,» men jeg er fortsatt en troende på kloning som et annet verktøy. Det er ikke lett, skjønt. Forskningen går sakte.»
Teramo Loi er fortsatt optimistisk også. Han mener at forskere bør fortsette å samle og bevare den genetiske informasjonen til truede dyr, som Brasil har gjort, og skape biobanker av vev på is, som» frozen zoo «ved San Diego Zoo’ S Institute for Conservation Research. Hvis forskere klarer å dramatisk øke effektiviteten av kloning av ville og truede dyr – enten med kjernefysisk overføring eller in vitro befruktning—så VIL DNA de trenger vente på dem. Hvis de ikke gjør det, vil biobanker fortsatt være nyttige for mer grunnleggende forskning. «Når kloning av truede dyr er riktig etablert, vil Det være et veldig kraftig verktøy,» Sier Loi. «Hvis noe kan gjøres, vil det bli gjort om 10 år.»