Seriekloning av möss når gränsen i 58:e generationen med ackumulerade mutationer

Forskare vid Universidade av Yamanashi publicerade på tisdagen en studie i tidskriften Nature Communications som visar gränserna för successiv kloning hos däggdjur. Experimentet som genomfördes under 20 år producerade mer än 1 200 klonmöss från en enda kvinnlig donator genom somatisk cellkärnöverföring. Den klonala linjen nådde den 58:e generationen, när de födda individerna dog några dagar efter födseln trots att de inte hade några synliga anomalier.

Professor Teruhiko Wakayama ledde forskningen som började 2005 vid Riken institutet och fortsatte vid Universidade av Yamanashi. Forskare samlade in cumulusceller från klonade honor och transplanterade sina kärnor till donatorägg med kärnor. Surrogatmödrarna dräktade embryona och processen upprepades var tredje eller fjärde månad med celler erhållna från de nya generationerna. Todos de genererade individerna bibehöll det kvinnliga könet och agouti-färgen hos den ursprungliga donatorn.

• Framgångsfrekvensen för kloning steg från 7,4 % i de första generationerna till 15,5 % i den 26:e generationen.
• Från den 27:e generationen och framåt började effektiviteten gradvis minska.
• I den 58:e generationen nådde den genomsnittliga framgångsfrekvensen bara 0,6 % och ingen avkomma överlevde längre än några dagar.

Ansamling av skadliga mutationer över generationer

Fullständig genomsekvensering avslöjade att klonerna ackumulerade mutationer i en hastighet som är tre gånger högre än den som observerades hos möss födda genom naturlig reproduktion. Essas-förändringar inkluderade mutationer med förlust av funktion och missense-mutationer som överfördes helt till efterföljande generationer utan den genetiska rekombinationsmekanismen närvarande i meios. Forskare tillskriver ökningen främst den nukleära överföringsprocessen och efterföljande embryonal utveckling.

Under de första 25 generationerna uppvisade de klonade djuren normalt utseende och förväntad livslängd motsvarande den för konventionella möss. Från den 27:e generationen och framåt började skadliga mutationer visa sig tydligare i minskningen av den livskraftiga födelsetalen. Mesmo således individer födda upp till 57:e generationen kunde fortfarande leva utan allvarliga kliniska tecken.

Skillnader mellan kloning och sexuell reproduktion

Vid naturlig reproduktion tillåter bildandet av könsceller genetisk rekombination som hjälper till att eliminera eller späda ut skadliga mutationer. Já vid kloning bär den somatiska kärnan alla befintliga mutationer och nya förändringar uppstår under proceduren eller under utvecklingen av embryot. Essa frånvaro av rekombination förklarar den progressiva ackumuleringen som observerades i den japanska studien.

Experimentet involverade uteslutande honmöss och uppgick till 1 206 individer över 58 generationer. Forskarna framhåller att den initiala ökningen av framgångsfrekvensen kan ha påverkats av användningen av reagenser som trichostatin A-syra, men även med tekniska optimeringar infördes den genetiska gränsen.

Konsekvenser för tillämpningar av kloningsteknik

Leia Tambem

Colby Minifie bekräftar Ashley Barretts krafter i The Boys säsong fem

Napoli x Milan i Serie A med bekräftade laguppställningar och var man kan se live

Forskning visar att föräldrar är omedvetna om hur deras barn använder artificiell intelligens

Kloning genom somatisk cellkärnöverföring har potential för massproduktion av djur med högt genetiskt värde och för bevarande av hotade arter. Studien indikerar dock att den obestämda upprepningen av processen inte är livskraftig hos däggdjur på grund av den oundvikliga ansamlingen av genetisk skada. Melhorias-tekniker behövs fortfarande för att minska introduktionen av nya mutationer under proceduren.

Sedan Dolly-fårets födelse 1996 har däggdjurskloning tekniskt sett utvecklats, men genetiska problem som de nu dokumenterade är fortfarande centrala. Arbetet med Universidade och Yamanashi ger konkreta data om teknikens biologiska gränser i en skala som aldrig tidigare testats.

Långsiktiga experimentdetaljer

Forskare upprätthöll konsekventa experimentella förhållanden med konstant deltagande från Wakayama och medarbetare under de två decennierna. Vid varje cykel extraherades nya cumulusceller från vuxna klonade honor och användes för att generera nästa generation. Processen gjorde det möjligt att övervaka den kumulativa effekten av mutationer i realtid.

I den 58:e generationen föddes valparna utan uppenbara missbildningar, men dog inom några dagar. Studieförfattarna anser att det är mycket troligt att de dödliga mutationerna äventyrade väsentliga funktioner under neonatalperioden. Análises genomik bekräftade det klonala ursprunget för alla djur från den ursprungliga donatorn.

Jämförelse med konventionella reproduktionstekniker

In vitro fertilisering och naturlig parning upprätthåller reparations- och rekombinationsmekanismer som förhindrar systematisk ackumulering av skadliga mutationer. I fallet med seriell kloning saknas detta naturliga filter, vilket förklarar skillnaden som observerades från mitten av experimentet. Forskarna förstärker att sexuell reproduktion fortfarande är avgörande för den genetiska hållbarheten hos däggdjurspopulationer.

Studien som publicerades i tisdags representerar den längsta uppföljningen som någonsin gjorts av successiv kloning av däggdjur. Ele ger direkta bevis för att processen inte kan förlängas på obestämd tid utan allvarliga genetiska konsekvenser.