20 χρόνια από την κλωνοποίηση της Ντόλυ

Είκοσι χρόνια πέρασαν από τότε που κλωνοποιήθηκε το πρώτο θηλαστικό στον κόσμο. Η Ντόλυ δημιουργήθηκε από ένα κύτταρο μαστού ενήλικου προβάτου.
Η τεχνική που χρησιμοποιήθηκε στο Ινστιτούτο Ρόσλινγκ της Σκωτίας περιελάμβανε τη μεταμόσχευση πυρήνα σε ένα απύρηνο ωάριο και τελικά γεννήθηκε η Ντόλυ, ένα γενετικό αντίγραφο του προβάτου από το οποίο ελήφθη το αρχικό κύτταρο.

Η γέννησή της άλλαξε για πάντα τον τρόπο που σκεφτόμαστε οι ερευνητές και συνειδητοποιήσαμε για μία ακόμα φορά ότι στη βιολογία δεν υπάρχουν δόγματα. Μέχρι τότε πιστεύαμε ότι ένα εξειδικευμένο κύτταρο δεν μπορεί να «γυρίσει πίσω» και να μας δώσει τελικά ένα νέο ολοκληρωμένο έμβρυο. Η

Ντόλυ ήταν η ζωντανή απόδειξη ότι μπορεί!

Η Dolly ήταν ένα εκπληκτικό βιοτεχνολογικό επίτευγμα. Αποτέλεσε τότε μια τεράστια πρόκληση και μια υπόσχεση για την επιστήμη και την ιατρική.
Είναι γνωστό, από το 1975, ότι στα αμφίβια η μεταμόσχευση πυρήνων από διαφοροποιημένα κύτταρα, μπορεί να οδηγήσει στην ανάπτυξη νεαρών γυρίνων. Στα θηλαστικά, παρότι η διαδικασία μεταμόσχευσης πυρήνων επιτρέπει επιτυχή αρχική ανάπτυξη και διαφοροποίηση σε περίπλοκους ιστούς και όργανα, πριν από τη γέννηση της Dolly, δεν είχε αναφερθεί γέννηση και ανάπτυξη ως την ενήλικη ζωή.

Η αδυναμία διαφοροποιημένων πυρήνων από ενήλικα κύτταρα, να δώσουν γένεση σε έναν οργανισμό, είχε πάρει διαστάσεις δόγματος στην αναπτυξιακή βιολογία. Το “δόγμα” πρέσβευε ότι η διαφοροποίηση ενός κυττάρου, στα θηλαστικά, είναι μια μονόδρομη πορεία. Μια διαδικασία που δεν μπορεί να αντιστραφεί, ώστε σε ένα ενήλικο κύτταρο να “ξυπνήσουν” οι δυνατότητες του παντοδύναμου πυρήνα του εμβρυϊκού κυττάρου. Η γέννηση της Dolly απέδειξε ότι αυτή η ιδέα ήταν λάθος και ότι, πιθανότατα, τεχνικά μειονεκτήματα ευθύνονταν για την αποτυχία να αναπτυχθεί ένας οργανισμός χρησιμοποιώντας πυρήνα ενήλικου ατόμου.

Υπάρχουν δύο βασικοί τρόποι για την κλωνοποίηση ενός θηλαστικού. Ο απλoύστερος είναι η αντιγραφή αυτού που συμβαίνει στη φύση, κατά τη δημιουργία των μονοζυγωτικών διδύμων. Στα αρχικά στάδια της ανάπτυξης, κατά τις πρώτες αυλακωτικές διαιρέσεις, κάθε κύτταρο που προκύπτει, είναι αδιαφοροποίητο και πανομοιότυπο με τα άλλα. Το καθένα, αν αποχωριστεί από τα υπόλοιπα, έχει τη δυνατότητα να αναπτυχθεί και να δημιουργήσει έναν ξεχωριστό οργανισμό. Αυτή η μέθοδος έχει χρησιμοποιηθεί από τους επιστήμονες αρκετά συχνά για τη δημιουργία πολλαπλών πανομοιότυπων εμβρύων.

Ένας δεύτερος τρόπος είναι η αφαίρεση του πυρήνα από ένα ωάριο και η εισαγωγή σε αυτό, πυρήνα από κύτταρο-δότη. Η μεθοδολογία μεταμόσχευσης πυρήνων είναι μια πολύ λεπτή διαδικασία που εφαρμόζεται εδώ και πολλά χρόνια. Η σύντηξη του ωοκυττάρου με τον πυρήνα του δότη επιτυγχάνεται συνήθως με τη βοήθεια ηλεκτρικού σοκ. Το αναπτυσσόμενο έμβρυο κυοφορείται και γεννιέται από μια θετή μητέρα. Μέχρι τότε η ανάπτυξη ζώντων ενήλικων θηλαστικών με αυτή την τεχνική ήταν δυνατή, αν το κύτταρο, από το οποίο αφαιρείτο ο πυρήνας, είχε ληφθεί από ένα έμβρυο στα αρχικά στάδια της ανάπτυξής του.

Προσπάθειες για κλωνοποίηση θηλαστικών από κύτταρα που είχαν ξεπεράσει το στάδιο του αρχικού εμβρύου είχαν επανειλημμένα αποτύχει. Η κύρια αιτία της αποτυχίας ήταν ότι οι πυρήνες του δότη ήταν σε φάση ενεργού πολλαπλασιασμού του DNA. Μετά από τη σύντηξη πυρήνα και ωαρίου, ο διπλασιασμός του DNA σε ένα μικρό βαθμό συνεχίζεται. Αυτό παρεμποδίζει τη διεργασία της μίτωσης και δημιουργεί χρωμοσώματα με πολλαπλά θραύσματα.

Η καινοτομία της ομάδας του Ινστιτούτου Roslin ήταν ότι, αντί να χρησιμοποιήσει ένα κύτταρο-δότη που προχωρούσε ενεργά στον κυτταρικό του κύκλο, χρησιμοποίησε ένα κύτταρο-δότη, στο οποίο είχαν “σιγήσει” όλες οι βιολογικές λειτουργίες. Σε αυτή την κατάσταση οδήγησαν τα κύτταρα-δότες οι ερευνητές –όπως συμβαίνει φυσιολογικά σε μερικά κύτταρα-  στερώντας τους θρεπτικά υλικά από το καλλιεργητικό υλικό. Η χρήση ενός κυττάρου που βρισκόταν σε “χειμερία νάρκη”, αντί ενός που μεγάλωνε ενεργά, πέτυχε τον καλύτερο συντονισμό του κυτταρικού περιβάλλοντος του δότη με αυτόν του ωαρίου και η ανάπτυξη μπόρεσε να συνεχιστεί κανονικά.

Από τα 277 κύτταρα που είχαν παραχθεί με σύντηξη ωαρίου και πυρήνα διαφοροποιημένου κυττάρου-δότη, μόνο ένα, η Dolly, επέζησε

Η Dolly δεν ήταν πανομοιότυπος κλώνος. Ένα μέρος του γενετικού υλικού των θηλαστικών προέρχεται από τα μιτοχόνδρια του ωαρίου, που έχουν τα δικά τους γονίδια και κληρονομούνται, κατά κύριο λόγο, από τη μητέρα. Στην περίπτωση της Dolly, μόνο το πυρηνικό DNA είχε μεταφερθεί στο ωάριο, οπότε το μιτοχονδριακό DNA της είναι το DNA της δωρήτριας του ωαρίου και όχι της δωρήτριας του πυρήνα.

Η κλωνοποίηση της Dolly δημιούργησε μια σειρά από ιδιαίτερα ενδιαφέροντα ερωτήματα, τα οποία μέχρι και σήμερα έχουν απαντηθεί μόνο έως ένα βαθμό.

Τα κλωνοποιημένα θηλαστικά θα είναι φυσιολογικά ή θα φέρουν ανωμαλίες που δεν πρόκειται να γίνουν γνωστές πριν από τη δική τους ή και την επόμενη γενιά; Πόσο εύκολο είναι να εφαρμοστεί η ίδια τεχνική και σε άλλα θηλαστικά; Ποια είναι η ηλικία της Dolly, όταν το πυρηνικό της DNA της δίνει την ηλικία ενός ενήλικου ατόμου αλλά τα μιτοχόνδριά της είναι τα μιτοχόνδρια ενός νεογέννητου; Αυτό το τελευταίο, μάλιστα, ερώτημα έχει ιδιαίτερη σημασία, αφού είναι γνωστό ότι η γήρανση συνδέεται με τη συσσώρευση μεταλλάξεων στο μιτοχονδριακό DNA. Η γέννηση της Dolly έδωσε τότε το έναυσμα για πειράματα μεταφοράς πυρήνων που θα βοηθούσαν να διαλευκανθεί ο ρόλος των μιτοχονδριακών γονιδίων στους μηχανισμούς της γήρανσης.

Ένα από τα σημαντικότερα συμπεράσματα που προέκυψαν ήταν ότι οι πυρήνες διαφοροποιημένων κυττάρων διατηρούν την παντοδυναμία για ανάπτυξη ενός νέου οργανισμού. Η επιστημονική και κλινική σημασία αυτού του γεγονότος ήταν τεράστια. Η δυνατότητα αναγέννησης (regeneration) τμημάτων του σώματος είναι συχνό φαινόμενο σε πολλές ομάδες ζώων που, όμως, μειώνεται ανεβαίνοντας τη φυλογενετική κλίμακα.

Στα θηλαστικά, η αναγέννηση έχει περιοριστεί στο επίπεδο της επούλωσης των ιστών, αλλά όχι και στην αντικατάσταση χαμένων οργάνων. Η δυνατότητα για αναγέννηση προϋποθέτει, μεταξύ άλλων, αναπτυξιακή παντοδυναμία των κυττάρων. Η ενεργοποίηση του αναπτυξιακού δυναμικού των διαφοροποιημένων κυττάρων, που επιτεύχθηκε με τη γέννηση της Dolly, άνοιξε νέους δρόμους στη μελέτη της διαφοροποίησης των σωματικών κυττάρων και άφησε σημαντικά περιθώρια για τη δυνατότητα αντικατάστασης πασχόντων οργάνων και ακρωτηριασμένων μελών.

Παρότι υπήρξαν φόβοι για την «παραγωγή» κλωνοποιημένων ανθρώπων, προκειμένου να χρησιμοποιούνται ως δότες οργάνων, είναι φανερό ότι οι εφαρμογές των τεχνικών κλωνοποίησης έδωσαν τη δυνατότητα παραγωγής ιστών για μεταμοσχεύσεις.

Οι τεχνικές της κλωνοποίησης είναι, επίσης, έχουν προσφέρει πολλές και ενδιαφέρουσες λύσεις στην αντιμετώπιση των γενετικών νοσημάτων. Στην περίπτωση ζευγαριών που βρίσκονται σε υψηλό κίνδυνο μετάδοσης μιτοχονδριακών νοσημάτων δίνεται η δυνατότητα αποφυγής του κινδύνου με μεταμόσχευση πυρήνων σε ωάριο δότριας.

Ο φόβος και οι προβληματισμοί που προκαλούνται σχετικά με την κλωνοποίηση των ανθρώπων βασίζονται σε λανθασμένες απόψεις σχετικά με τα γονίδια και τη σημασία τους που συχνά θεωρούν δεδομένο ότι οι προσωπικότητες αντιγράφονται μαζί με το γενετικό υλικό. Αναμφίβολα, η γενετική παίζει σημαντικό ρόλο σε πολλά θέματα συμπεριφοράς και προσωπικότητας.

Ακόμη όμως και οι γενετικά πανομοιότυποι κλώνοι, οι μονοζυγωτικοί δίδυμοι, παρότι έχουν ταυτόσημο γενετικό υλικό, είναι άνθρωποι με ξεχωριστές ταυτότητες (βιολογικά, ψυχολογικά, ηθικά και νομικά). Η τελική έκφραση των γονιδίων επηρεάζεται από μύριους παράγοντες και ο άνθρωπος είναι πολύπλοκο προϊόν αλληλεπιδράσεων του περιβάλλοντος και του γενετικού του υλικού.

Βιβλιογραφία

1. Wilmut T, Schnike AK, McWhir J, Kind AJ, Campbell KHS. Viable offspring derived from fetal and adult mammalian cells. Nature1997, 385:810-813
2. Gurdon JB, Laskey RA, Reeves OR. The developmental capacity of nuclei transplanted from keratinised skin cells of adult frogs. J Embryol Exp Morph 1975, 34:93-112
3. Clement-Sengewald A, Brem G. Embryo cloning in domestic animals. Berl Munch Tierarztl Wochenschr 1992, 105:15-21
4. Sun FZ, Moor RM. Nuclear transplantation in mammalian eggs and embryos. Curr Top Dev Biol 1995, 30:147-176
5. Anderson GB. Manipulation of the mammalian embryo. J Anim Sci1985, 61:1-13
6. Capbell KHS, McWhir J, Ritchie WA, Wilmut I. Sheep cloned by nuclear transfer from a cultured cell line. Nature 1996, 380:64-66
7. Poulton J. New genetics of mitochondrial DNA diseases. Br J Hosp Med 1996, 55:712-716
8. Brockes JP. Amphibian limb regeneration: rebuilding a complex structure. Science 1997, 276:81-87
9. Cheng H, Cao Y, Olson L. Spinal cord repair in adult paraplegic rats: partial restoration of hind limb function. Science 1996, 273: 510-513
10. Bach FH. Xenotransplantation: a view to the future. Transplant Proc 1993, 25: 25-29
11. Dabhi VM, Lindahl KF. MtDNA-encoded histocompatibility antigens.Methods Enzymol 1995, 260:466-485
12. Prather RS, Simms MM, First NL. Nuclear transplantation in early pig embryos. Biol Reprod 1989, 41:414-418
13. De Grey AD. A proposed refinement of the mitochondrial free radical theory of aging. Bioessays 1995, 19: 161-166
14. Ozawa T. Mitochondrial DNA mutations associated with aging and degenerative diseases. Exp Gerontol 1995, 30:269-290
15. Sherratt EJ, Thomas AW, Alcolado JC. Mitochondrial DNA defects: a widening clinical spectrum of disorders. Clin Sci 1997, 92: 225-235
16. Luke b. Monozygotic twinning as a congenital defect and congenital defects in monozygotic twins. Fetal Diagnosis & Therapy 1990, 5: 61-69
17. Stephenson J. Threatened bans on human cloning research could hamper advances. JAMA 1997, 277: 1023
18. Pennisi E, Williams N. Will Dolly send in the clones? Science1997, 275: 1415-1416
19. Masood E. Cloning technique “reveals legal loophole”. Nature 1997, 385:757

Image credit: 

http://bit.ly/29qgzjT