Οι ερευνητές στο Universidade του Yamanashi δημοσίευσαν μια μελέτη την Τρίτη στο περιοδικό Nature Communications που καταδεικνύει τα όρια της διαδοχικής κλωνοποίησης στα θηλαστικά. Το πείραμα που διεξήχθη για 20 χρόνια παρήγαγε περισσότερους από 1.200 κλώνους ποντικούς από μία μόνο γυναίκα δότη μέσω πυρηνικής μεταφοράς σωματικών κυττάρων. Η κλωνική γραμμή έφτασε στην 58η γενιά, όταν τα άτομα που γεννήθηκαν πέθαναν λίγες μέρες μετά τη γέννηση, παρόλο που δεν είχαν ορατές ανωμαλίες.
Ο καθηγητής Teruhiko Wakayama ηγήθηκε της έρευνας που ξεκίνησε το 2005 στο ινστιτούτο Riken και συνεχίστηκε στο Universidade του Yamanashi. Οι επιστήμονες συνέλεξαν κύτταρα σωρευμάτων από κλωνοποιημένα θηλυκά και μεταμόσχευσαν τους πυρήνες τους σε εκπυρηνωμένα ωάρια δότη. Οι παρένθετες μητέρες κυοφόρησαν τα έμβρυα και η διαδικασία επαναλαμβανόταν κάθε τρεις ή τέσσερις μήνες με κύτταρα που ελήφθησαν από τις νέες γενιές. Todos τα άτομα που δημιουργήθηκαν διατήρησαν το γυναικείο φύλο και τον χρωματισμό agouti του αρχικού δότη.
- Το ποσοστό επιτυχίας της κλωνοποίησης αυξήθηκε από 7,4% στις πρώτες γενιές σε 15,5% στην 26η γενιά.
- Από την 27η γενιά και μετά, η απόδοση άρχισε να μειώνεται σταδιακά.
- Στην 58η γενιά το μέσο ποσοστό επιτυχίας έφτασε μόλις το 0,6% και κανένας απόγονος δεν επέζησε πέρα από μερικές ημέρες.
Συσσώρευση επιβλαβών μεταλλάξεων από γενιά σε γενιά
Η πλήρης αλληλουχία του γονιδιώματος αποκάλυψε ότι οι κλώνοι συσσώρευσαν μεταλλάξεις με ρυθμό τρεις φορές υψηλότερο από αυτόν που παρατηρήθηκε σε ποντίκια που γεννήθηκαν μέσω φυσικής αναπαραγωγής. Οι αλλαγές Essas περιελάμβαναν μεταλλάξεις απώλειας λειτουργίας και μεταλλάξεις με λάθος νόημα που μεταδόθηκαν πλήρως στις επόμενες γενιές χωρίς τον μηχανισμό γενετικού ανασυνδυασμού που υπάρχει στη μείωση. Οι ερευνητές αποδίδουν την αύξηση κυρίως στη διαδικασία πυρηνικής μεταφοράς και στην επακόλουθη εμβρυϊκή ανάπτυξη.
Στις πρώτες 25 γενιές, τα κλωνοποιημένα ζώα παρουσίασαν κανονική εμφάνιση και προσδόκιμο ζωής ισοδύναμο με αυτό των συμβατικών ποντικών. Από την 27η γενιά και μετά, οι επιβλαβείς μεταλλάξεις άρχισαν να εκδηλώνονται πιο εμφανώς στη μείωση του βιώσιμου ποσοστού γεννήσεων. Mesmo επομένως τα άτομα που γεννήθηκαν μέχρι την 57η γενιά εξακολουθούσαν να ζουν χωρίς σοβαρά κλινικά σημεία.
Διαφορές μεταξύ κλωνοποίησης και σεξουαλικής αναπαραγωγής
Στη φυσική αναπαραγωγή, ο σχηματισμός γαμετών επιτρέπει τον γενετικό ανασυνδυασμό που βοηθά στην εξάλειψη ή την αραίωση επιβλαβών μεταλλάξεων. Já στην κλωνοποίηση, ο σωματικός πυρήνας φέρει όλες τις υπάρχουσες μεταλλάξεις και νέες αλλαγές προκύπτουν κατά τη διάρκεια της διαδικασίας ή κατά την ανάπτυξη του εμβρύου. Η απουσία ανασυνδυασμού Essa εξηγεί την προοδευτική συσσώρευση που παρατηρήθηκε στην ιαπωνική μελέτη.
Το πείραμα αφορούσε αποκλειστικά θηλυκά ποντίκια και συνολικά 1.206 άτομα σε 58 γενιές. Οι ερευνητές τονίζουν ότι η αρχική αύξηση του ποσοστού επιτυχίας μπορεί να επηρεάστηκε από τη χρήση αντιδραστηρίων όπως το οξύ τριχοστατίνης Α, αλλά ακόμη και με τεχνικές βελτιστοποιήσεις επιβλήθηκε το γενετικό όριο.
Επιπτώσεις για εφαρμογές τεχνολογίας κλωνοποίησης
Η κλωνοποίηση με πυρηνική μεταφορά σωματικών κυττάρων έχει τη δυνατότητα για μαζική παραγωγή ζώων με υψηλή γενετική αξία και για τη διατήρηση απειλούμενων ειδών. Ωστόσο, η μελέτη δείχνει ότι η επ’ αόριστον επανάληψη της διαδικασίας δεν είναι βιώσιμη στα θηλαστικά λόγω της αναπόφευκτης συσσώρευσης γενετικής βλάβης. Χρειάζονται ακόμη τεχνικές Melhorias για τη μείωση της εισαγωγής νέων μεταλλάξεων κατά τη διάρκεια της διαδικασίας.
Από τη γέννηση του προβάτου Dolly το 1996, η κλωνοποίηση θηλαστικών έχει εξελιχθεί τεχνικά, αλλά γενετικά ζητήματα όπως αυτά που τεκμηριώνονται τώρα παραμένουν κεντρικά. Η εργασία των Universidade και Yamanashi παρέχει συγκεκριμένα δεδομένα για τα βιολογικά όρια της τεχνικής σε μια κλίμακα που δεν έχει δοκιμαστεί ποτέ πριν.
Λεπτομέρειες μακροπρόθεσμου πειράματος
Οι επιστήμονες διατήρησαν σταθερές πειραματικές συνθήκες με συνεχή συμμετοχή από τον Wakayama και τους συνεργάτες τους κατά τη διάρκεια των δύο δεκαετιών. Σε κάθε κύκλο, νέα κύτταρα σωρευμάτων εξήχθησαν από ενήλικα κλωνοποιημένα θηλυκά και χρησιμοποιήθηκαν για τη δημιουργία της επόμενης γενιάς. Η διαδικασία κατέστησε δυνατή την παρακολούθηση του σωρευτικού αντίκτυπου των μεταλλάξεων σε πραγματικό χρόνο.
Στην 58η γενιά, τα κουτάβια γεννήθηκαν χωρίς εμφανείς παραμορφώσεις, αλλά πέθαναν μέσα σε λίγες μέρες. Οι συγγραφείς της μελέτης θεωρούν πολύ πιθανό ότι οι θανατηφόρες μεταλλάξεις έβαλαν σε κίνδυνο βασικές λειτουργίες κατά τη νεογνική περίοδο. Η γονιδιωματική Análises επιβεβαίωσε την κλωνική προέλευση όλων των ζώων από τον αρχικό δότη.
Σύγκριση με συμβατικές τεχνικές αναπαραγωγής
Η εξωσωματική γονιμοποίηση και το φυσικό ζευγάρωμα διατηρούν μηχανισμούς επιδιόρθωσης και ανασυνδυασμού που εμποδίζουν τη συστηματική συσσώρευση επιβλαβών μεταλλάξεων. Στην περίπτωση της σειριακής κλωνοποίησης, αυτό το φυσικό φίλτρο απουσιάζει, γεγονός που εξηγεί την απόκλιση που παρατηρείται από τη μέση του πειράματος. Οι ερευνητές ενισχύουν ότι η σεξουαλική αναπαραγωγή παραμένει απαραίτητη για τη γενετική βιωσιμότητα των πληθυσμών των θηλαστικών.
Η μελέτη που δημοσιεύθηκε αυτή την Τρίτη αντιπροσωπεύει τη μεγαλύτερη παρακολούθηση που έχει πραγματοποιηθεί ποτέ στη διαδοχική κλωνοποίηση σε θηλαστικά. Το Ele παρέχει άμεσες αποδείξεις ότι η διαδικασία δεν μπορεί να παραταθεί επ’ αόριστον χωρίς σοβαρές γενετικές συνέπειες.