în 2009, organismul Brazilian de Cercetare Agricolă (Embrapa) și Grădina Zoologică din Brasilia au început să curețe și să înghețe sângele, sperma și celulele cordonului ombilical de la roadkill și alte animale sălbatice care au murit, mai ales în savana Cerrado—o colecție incredibil de diversă de ecosisteme de pădure tropicală și pășuni, care găzduiesc cel puțin 10.000 de specii de plante și peste 800 de specii de păsări și mamifere, dintre care unele nu trăiesc nicăieri altundeva în lume. Exemplarele au fost colectate de la câinele tufiș, anteater cu guler, bizon și cerb brocket gri, printre alte specii.
ideea a fost de a păstra informațiile genetice ale faunei sălbatice pe cale de dispariție din Brazilia. Într-o zi, au argumentat organizațiile, ar putea folosi ADN-ul colectat pentru a clona animalele pe cale de dispariție și pentru a susține populațiile în scădere. Până în prezent, cele două instituții au colectat cel puțin 420 de probe de țesut. Acum colaborează la un proiect conex care va folosi ADN-ul din aceste exemplare pentru a îmbunătăți tehnicile de reproducere și clonare. Tehnicile actuale de clonare au o rată medie de succes mai mică de 5%, chiar și atunci când se lucrează cu specii familiare; clonarea animalelor sălbatice are de obicei mai puțin de 1% succes.
orice animal născut în timpul noii întreprinderi din Brazilia va trăi în Grădina Zoologică din Brasilia, spune cercetătorul Embrapa, Carlos Martins. Extinderea populațiilor captive de animale sălbatice, speră el și echipa sa, va descuraja grădinile zoologice și cercetătorii să scoată și mai multe animale sălbatice din habitatele lor native. Martins și colegii săi nu au decis încă ce specii vor încerca să cloneze, dar lupul cu coamă și jaguarul sunt candidați puternici. Uniunea Internațională pentru Conservarea Naturii clasifică ambele animale drept „aproape amenințate” pe Lista Roșie a speciilor amenințate, cu două niveluri mai jos „pe cale de dispariție”.”
mulți cercetători sunt de acord că, în prezent, clonarea nu este o strategie de conservare fezabilă sau eficientă. În primul rând, subliniază unii conservatori, clonarea nu abordează motivele pentru care multe animale devin pe cale de dispariție în primul rând—și anume, vânătoarea și distrugerea habitatului. Chiar dacă clonarea ar putea ajuta teoretic în situații cu adevărat disperate, tehnicile actuale de clonare sunt pur și simplu prea ineficiente pentru a face o mare diferență. În comparație cu clonarea speciilor domestice—în special a bovinelor, care au fost clonate cu succes de ani de zile pentru a duplica trăsăturile dorite—clonarea speciilor pe cale de dispariție este mult mai dificilă din mai multe motive.
clonarea cu succes implică în general cel puțin trei componente esențiale: ADN-ul animalului care urmează să fie clonat; un ou viabil pentru a primi acel ADN; și o mamă care să gesteze embrionul rezultat. Adesea, sute de embrioni și încercări de sarcină sunt necesare pentru a produce chiar și câteva clone. Oamenii de știință au de obicei o înțelegere slabă a fiziologiei reproductive a animalelor pe cale de dispariție, ceea ce face prea riscant să extragă un număr suficient de ouă din acea specie sau să se bazeze pe femele din acea specie pentru a da naștere clonelor. Protecția legală împiedică uneori și speciile amenințate de astfel de proceduri. Pentru a compensa, cercetătorii fuzionează ADN-ul unei specii pe cale de dispariție cu ouă dintr-o specie strâns legată și selectează mame din aceasta din urmă. Astfel de embrioni hibrizi nu reușesc adesea să se dezvolte corect.
deși sunt foarte conștienți de aceste probleme, Martins și colegii săi, precum și câțiva alți oameni de știință din întreaga lume, consideră că eforturile de arhivare a informațiilor genetice ale faunei sălbatice pe cale de dispariție merită. Unii cercetători rămân optimiști că clonarea va deveni un instrument util pentru conservare în viitor. Optimiștii indică succesele recente clonarea mamiferelor sălbatice folosind specii domestice strâns legate, tehnici îmbunătățite pentru prevenirea anomaliilor de dezvoltare într-un embrion clonat, o mai bună îngrijire neonatală pentru clonele nou-născuților și fertilizarea in vitro făcută posibilă de celulele stem derivate din țesutul înghețat.
primele clone
la începutul anilor 1950, la Institutul de Cercetare al Spitalului Lankenau din Philadelphia, Robert Briggs și Thomas King au clonat cu succes 27 de broaște leopard nordice printr-un proces cunoscut sub numele de transfer nuclear. Nucleul, adesea numit Centrul de comandă al celulei, conține cea mai mare parte a ADN—ului unei vertebrate-cu excepția ADN-ului din organite în formă de fasole, generatoare de energie numite mitocondrii. Briggs și King au golit ouăle de broască din nucleele lor, au aspirat nucleele din celulele embrionilor de broască și le-au injectat în ouăle goale. Multe dintre ouă s-au dezvoltat în mormoloci care erau identici genetic cu embrionii care și-au donat ADN-ul nuclear.
în 1958, John Gurdon, apoi la Universitatea din Oxford, și colegii săi au clonat broaște cu ADN nuclear extras din celulele mormolocilor complet formați. Spre deosebire de celulele embrionare, care sunt suficient de flexibile genetic pentru a deveni o varietate de țesuturi diferite, celulele unui mormoloc sunt „diferențiate”—adică modelele de gene pe care le exprimă s-au schimbat pentru a se potrivi profilului unui anumit tip de celulă: o celulă de piele, ochi sau inimă, de exemplu. Gurdon a demonstrat că, atunci când este transplantat într-un ou, ADN-ul nuclear dintr-o celulă matură revine la starea mai versatilă caracteristică ADN-ului din celulele unui embrion. Această descoperire a încurajat oamenii de știință să încerce să cloneze animale mult mai mari folosind ADN-ul din celulele adulte.
în 1996, cercetătorii din Scoția au încercat să cloneze o oaie Finn-Dorset. Ei au injectat nuclee extrase din celulele ugerului în aproape 300 de ouă goale derivate din Scottish blackfaces, o rasă de oi diferită. Din aceste ouă pregătite, oamenii de știință au reușit să creeze mai mult de 30 de embrioni. Doar cinci dintre acești embrioni s-au dezvoltat în miei după ce au fost implantați în fețe Negre scoțiene surogat. Și doar unul dintre acei miei a supraviețuit până la maturitate. Cercetătorii au numit-o Dolly.
de atunci, unii biologi au sugerat în mod repetat că clonarea ar putea ajuta la salvarea speciilor pe cale de dispariție, în special în situații cumplite în care rămân doar câteva zeci sau o mână de animale. Cu cât o populație este mai mică, mai omogenă și mai consangvinizată, cu atât este mai susceptibilă la o singură mutație sau boală genetică dăunătoare. Clonele ar putea crește teoretic diversitatea genetică a unei populații pe cale de dispariție dacă cercetătorii au acces la ADN-ul conservat de la mai mulți indivizi diferiți. Cel puțin, clonele ar putea stabiliza o populație în scădere. Și, susțin unii cercetători, o populație omogenă genetic, dar stabilă, ar fi mai bună decât dispariția; unele grupuri foarte consangvinizate de animale sălbatice, cum ar fi vitele Chillingham din Anglia, au supraviețuit foarte bine de sute de ani.
o specie care ar putea beneficia de clonare este rinocerul alb nordic, originar din Africa. În 1960, populația globală de rinoceri albi nordici era mai mare de 2.000 de oameni, dar braconajul și-a redus numărul la doar 11 astăzi. Până la ultima numărătoare, trei trăiesc în grădini zoologice—două în San Diego și una în Republica Cehă—patru trăiesc în Conservanța Ol Pejeta din Kenya și doar patru persoane pot trăi în sălbăticie pe baza unor rapoarte neconfirmate, dar nu au fost observate de câțiva ani. Majoritatea animalelor captive nu sunt interesate de împerechere sau infertile, deși doi rinoceri s-au împerecheat în vara anului 2012.
în acest moment, clonarea este puțin probabil să ajute rinocerul alb sau orice altă specie amenințată. Până în prezent, povestea clonării animalelor pe cale de dispariție este unul dintre puținele succese de profil și multe, multe eșecuri. De la începutul anilor 2000, folosind aceeași tehnică care a produs Dolly, cercetătorii au clonat mai multe mamifere pe cale de dispariție și chiar dispărute, inclusiv o oaie muflonă și o bovină cunoscută sub numele de gaur în 2001; un fel de bovine sălbatice numit banteng în 2003; o capră sălbatică cunoscută sub numele de ibexul Pirinei în 2009; și coiotii sălbatici în 2012. În fiecare caz, mai multe clone au murit înainte de naștere decât au supraviețuit; în majoritatea cazurilor, niciuna dintre clone nu a supraviețuit până la vârsta adultă.
nepotrivite
toate acele încercări de clonare a animalelor pe cale de dispariție sau dispărute au murit în moduri diferite din motive diferite, dar toate au împărtășit o problemă fundamentală—nu erau replici exacte ale omologilor lor. În cele mai multe cazuri, cercetătorii au combinat ADN-ul din speciile amenințate cu ouă dintr-o specie domestică înrudită. Fiecare mamă surogat este adesea implantată cu zeci de embrioni hibrizi pentru a realiza cel puțin câteva sarcini, o strategie care necesită extragerea a sute de ouă. Deoarece fiziologia reproductivă a majorității animalelor pe cale de dispariție este atât de puțin înțeleasă, cercetătorii sunt adesea nesiguri când animalele ovulează și cum să-și achiziționeze cel mai bine ouăle. În unele cazuri, protecția legală împiedică oamenii de știință să recolteze ouă de la speciile amenințate. Din toate aceste motive, ei apelează în schimb la specii domestice mai familiare.
injectarea ADN—ului unei specii în oul unei alte specii—chiar și unul strâns legat-creează un embrion hibrid neobișnuit care adesea nu reușește să se dezvolte corect în pântecele unei mame surogat. Embrionii hibrizi au ADN-ul nuclear al speciei clonate și ADN-ul mitocondrial (mtDNA) al oului donator. Această nepotrivire devine problematică pe măsură ce embrionul se dezvoltă. ADN-ul Nuclear și ADNmt lucrează împreună; ambele conțin rețete genetice pentru proteine cu care celulele extrag energie din alimente. Într-un embrion hibrid, aceste proteine nu se potrivesc întotdeauna în mod corespunzător, ceea ce lasă celulele înfometate de energie. Complicând lucrurile în continuare, mama surogat respinge adesea embrionul hibrid, deoarece recunoaște unele dintre țesuturile embrionului, în special placenta, ca străine.
o altă problemă—și cea mai greu de rezolvat până acum—este că un embrion hibrid creat prin transfer nuclear nu este o ardezie genetică goală ca majoritatea embrionilor. Toate vertebratele încep viața ca bile goale de celule stem embrionare, care pot deveni aproape orice tip de celulă adultă. Fiecare dintre aceste celule stem conține o copie a aceluiași genom ambalat în cromozomi-legături strânse de ADN și proteine histone. Pe măsură ce embrionul se dezvoltă, celulele stem încep să-și ia formele adulte: unele devin celule ale pielii, Altele celule ale inimii și așa mai departe. Diferite tipuri de celule încep să exprime diferite modele de gene. În interiorul fiecărei celule, un sortiment de molecule și enzime interacționează cu ADN-ul și histonele pentru a schimba expresia genelor. Unele molecule, cum ar fi grupările metil, blochează fizic mașinile celulare de la citirea instrucțiunilor genetice în anumite segmente ale ADN-ului; unele enzime slăbesc legăturile dintre histone și ADN, făcând anumite gene mai accesibile. În cele din urmă, fiecare tip de celulă—celula pielii, celula ficatului, Celula creierului—are același genom, dar un epigenom diferit: un model unic de gene care sunt exprimate activ sau reduse la tăcere în mod eficient. În timp, epigenomul unei celule adulte se poate schimba și mai mult, în funcție de experiențele de viață ale animalului.
deci, atunci când cercetătorii injectează nucleul unei celule adulte într-un ou gol, nucleul își aduce epigenomul unic cu el. După cum au arătat experimentele timpurii ale lui Gurdon din anii 1950 și studiile ulterioare, un ou este capabil să șteargă epigenomul ADN—ului nuclear introdus, ștergând ardezia-într-o oarecare măsură. Acest proces de” reprogramare nucleară ” este slab înțeles, iar oul nu reușește adesea să-l finalizeze corect, mai ales atunci când oul provine dintr-o specie și ADN-ul nuclear de la alta. Reprogramarea nucleară incompletă este unul dintre principalele motive, cred oamenii de știință, pentru numeroasele anomalii de dezvoltare care ucid clonele înainte de naștere și pentru problemele medicale comune multor supraviețuitori, cum ar fi greutatea extrem de mare la naștere și insuficiența organelor.
unii cercetători văd modalități în jurul acestor probleme. Pasqualino Loi de la Universitatea din Teramo din Italia a făcut parte dintr-o echipă care a clonat cu succes oile de muflon pe cale de dispariție la începutul anilor 2000; clonele au murit în termen de șase luni de la naștere. Loi și colegii săi cred că pot crește șansele ca un embrion hibrid să supraviețuiască în pântecele unei mame surogat. În primul rând, ei propun, cercetătorii ar putea hrăni un embrion hibrid pentru o perioadă scurtă de timp în laborator până când se dezvoltă în ceea ce este cunoscut sub numele de blastocist—începuturile în formă de bilă ale unui vertebrat compus dintr-un cerc exterior de celule, trofoblastul, care înconjoară un grup de celule stem care se divid rapid, cunoscute sub numele de masa celulară interioară. În cele din urmă, trofoblastul devine placenta. Cercetătorii ar putea extrage masa celulară interioară din blastocistul hibrid, sugerează Loi, și să o transplanteze într-un trofoblast gol derivat din aceeași specie ca și mama surogat. Deoarece mama surogat este mult mai puțin probabil să respingă un trofoblast din propria specie, embrionul în curs de dezvoltare din interior are șanse mult mai mari de a supraviețui.
oamenii de știință au descoperit, de asemenea, cum să încurajeze reprogramarea nucleară prin scăldarea oului în anumiți compuși și substanțe chimice, cum ar fi trichostatina a, care stimulează sau inhibă enzimele care determină epigenomul unei celule. Cel mai recent, Teruhiko Wakayama de la Centrul RIKEN pentru Biologie de dezvoltare din Kobe, Japonia și colegii săi au produs 581 de șoareci clonați de la un singur șoarece donator de peste 25 de generații, folosind trichostatina a pentru a atinge rate de succes de până la 25% la unele, dar nu la toate generațiile. Pentru a rezolva nepotrivirea ADNmt și a ADN—ului nuclear, Loi sugerează pur și simplu eliminarea ADNmt-ului nativ al oului și înlocuirea acestuia cu ADNmt din speciile care urmează să fie clonate-lucru pe care cercetătorii l-au încercat în anii 1970 și ’80, dar nu au încercat recent din motive neclare.
unele dintre cele mai reușite încercări de clonare a animalelor pe cale de dispariție din ultimii ani au implicat două dintre cele mai iubite specii domestice—pisici și câini. La Centrul Audubon pentru cercetarea speciilor pe cale de dispariție din New Orleans, Martha Gomez și colegii ei au creat multe clone de pisici sălbatice africane de la mijlocul anilor 2000, folosind pisicile domestice ca mame surogat. Gomez spune că opt clone au supraviețuit până la vârsta adultă până acum și sunt toate sănătoase astăzi. Ea își atribuie succesul, în parte, faptului că pisicile sălbatice și pisicile domestice sunt mult mai strâns legate între ele decât cele mai sălbatice și domestice specii împerecheate în scopul clonării. Ea și echipa ei au învățat, de asemenea, să crească ratele de succes cu secțiunile cezariene—pentru a scuti clonele de stresul unei nașteri tipice—și pentru a menține clonele nou-născuților în terapie intensivă timp de câteva săptămâni, ca și cum ar fi copii prematuri. În 2008, B. C. Lee de la Universitatea Națională din Seul din Coreea și colegii săi au obținut un succes similar folosind câini domestici pentru a crea trei clone sănătoase de lup gri masculin. Echipa lui Lee a creat anterior două clone feminine de lup gri. Toate cele cinci animale au supraviețuit până la vârsta adultă, confirmă Lee.
lucrând cu pisici cu picioare negre, care sunt originare din Africa și listate ca „vulnerabile” pe Lista Roșie, Gomez se concentrează acum pe o metodă de clonare care diferă de transferul nuclear. Ea încearcă să transforme celulele adulte din pisici cu picioare negre în celule stem și, ulterior, să inducă acele celule stem să devină spermă și ouă. Apoi, prin fertilizare in vitro sau tehnici similare, ea ar putea impregna pisicile domestice cu embrioni de pisici cu picioare negre. Alternativ, sperma și ouăle derivate din celule stem ar putea fi utilizate pentru a impregna femelele speciilor pe cale de dispariție.
a spune că această abordare este o provocare din punct de vedere tehnic ar fi o subevaluare, dar cercetătorii au făcut progrese impresionante. În 2011, Jeanne Loring de la Institutul de Cercetare Scripps din La Jolla, California., și colegii ei au produs celule stem din celulele pielii înghețate ale a două specii pe cale de dispariție—rinocerul alb nordic și un primat asemănător babonului cunoscut sub numele de burghiu. Și în 2012, Katsuhiko Hayashi de la școala de Medicină a Universității Kyoto și colegii săi au transformat celulele pielii de la șoareci adulți în celule stem, pe care apoi le-au transformat în ouă viabile. După fertilizarea ouălor cu spermă în eprubete, cercetătorii au implantat embrionii la șoareci mamă surogat care au dat naștere unor descendenți sănătoși și fertili.
„nu spun că clonarea va salva speciile pe cale de dispariție”, spune Gomez, „dar eu sunt încă un credincios al clonării ca un alt instrument. Nu e ușor, totuși. Cercetarea se mișcă încet.”
Loi al lui Teramo rămâne și el optimist. El crede că oamenii de știință ar trebui să continue să colecteze și să păstreze informațiile genetice ale animalelor pe cale de dispariție, așa cum a făcut Brazilia, creând bio-bănci de țesut pe gheață, cum ar fi „grădina zoologică înghețată” de la Institutul de cercetare a conservării din San Diego Zoo. Dacă cercetătorii reușesc să crească dramatic eficiența clonării animalelor sălbatice și pe cale de dispariție—fie cu transfer nuclear, fie cu fertilizare in vitro—atunci ADN-ul de care au nevoie le va aștepta. Dacă nu, bio-băncile vor fi în continuare utile pentru mai multe cercetări de bază. „Odată ce clonarea animalelor pe cale de dispariție este stabilită în mod corespunzător, va fi un instrument foarte puternic”, spune loi. „Dacă se poate face ceva, se va face în 10 ani.”