Forskere ved Universidade af Yamanashi offentliggjorde tirsdag en undersøgelse i tidsskriftet Nature Communications, der demonstrerer grænserne for successiv kloning i pattedyr. Eksperimentet udført over 20 år producerede mere end 1.200 klonmus fra en enkelt hundonor gennem somatisk cellekerneoverførsel. Den klonale linje nåede den 58. generation, hvor de fødte individer døde få dage efter fødslen på trods af, at de ikke havde nogen synlige anomalier.
Professor Teruhiko Wakayama ledede forskningen, der begyndte i 2005 på Riken instituttet og fortsatte på Universidade af Yamanashi. Forskere indsamlede cumulusceller fra klonede hunner og transplanterede deres kerner til donoræg med kerner. Surrogatmødrene drægterede embryonerne, og processen blev gentaget hver tredje eller fjerde måned med celler fra de nye generationer. Todos de genererede individer bibeholdt den oprindelige donors kvindelige køn og agouti-farve.
- Kloningssuccesraten steg fra 7,4 % i de første generationer til 15,5 % i 26. generation.
- Fra den 27. generation og fremefter begyndte effektiviteten gradvist at falde.
- I den 58. generation nåede den gennemsnitlige succesrate kun 0,6%, og ingen afkom overlevede mere end et par dage.
Akkumulering af skadelige mutationer over generationer
Fuldstændig genomsekventering afslørede, at klonerne akkumulerede mutationer med en hastighed, der er tre gange højere end den, der blev observeret hos mus født gennem naturlig reproduktion. Essas-ændringer inkluderede tab af funktionsmutationer og missense-mutationer, der blev fuldt overført til efterfølgende generationer uden den genetiske rekombinationsmekanisme til stede i meiose. Forskere tilskriver stigningen primært den nukleare overførselsproces og den efterfølgende embryonale udvikling.
I de første 25 generationer havde de klonede dyr et normalt udseende og en forventet levetid svarende til den for konventionelle mus. Fra den 27. generation og fremefter begyndte skadelige mutationer at manifestere sig mere tydeligt i reduktionen af den levedygtige fødselsrate. Mesmo således individer født op til 57. generation var stadig i stand til at leve uden alvorlige kliniske tegn.
Forskelle mellem kloning og seksuel reproduktion
Ved naturlig reproduktion tillader dannelsen af kønsceller genetisk rekombination, der hjælper med at eliminere eller fortynde skadelige mutationer. Já i kloning bærer den somatiske kerne alle eksisterende mutationer, og nye ændringer opstår under proceduren eller under udviklingen af embryonet. Essa fravær af rekombination forklarer den progressive akkumulering observeret i den japanske undersøgelse.
Eksperimentet involverede udelukkende hunmus og omfattede i alt 1.206 individer over 58 generationer. Forskerne fremhæver, at den første stigning i succesraten kan have været påvirket af brugen af reagenser som trichostatin A-syre, men selv med tekniske optimeringer blev den genetiske grænse pålagt.
Implikationer for anvendelser af kloningsteknologi
Kloning ved somatisk cellekerneoverførsel har potentiale til masseproduktion af dyr med høj genetisk værdi og for bevarelse af truede arter. Imidlertid indikerer undersøgelsen, at den ubestemte gentagelse af processen ikke er levedygtig hos pattedyr på grund af den uundgåelige ophobning af genetiske skader. Melhorias-teknikker er stadig nødvendige for at reducere introduktionen af nye mutationer under proceduren.
Siden Dolly-fårets fødsel i 1996 har pattedyrkloning udviklet sig teknisk, men genetiske problemer som dem, der nu er dokumenteret, er stadig centrale. Arbejdet med Universidade og Yamanashi giver konkrete data om teknikkens biologiske grænser i en skala, der aldrig før er testet.
Detaljer om langsigtet eksperiment
Forskere opretholdt konsistente eksperimentelle forhold med konstant deltagelse fra Wakayama og samarbejdspartnere gennem de to årtier. Ved hver cyklus blev nye cumulusceller ekstraheret fra voksne klonede hunner og brugt til at generere den næste generation. Processen gjorde det muligt at overvåge den kumulative effekt af mutationer i realtid.
I 58. generation blev hvalpene født uden synlige misdannelser, men døde i løbet af få dage. Undersøgelsens forfattere anser det for meget sandsynligt, at de dødelige mutationer kompromitterede væsentlige funktioner i den neonatale periode. Análises genomics bekræftede den klonale oprindelse af alle dyr fra den oprindelige donor.
Sammenligning med konventionelle reproduktionsteknikker
In vitro fertilisering og naturlig parring opretholder reparations- og rekombinationsmekanismer, der forhindrer den systematiske ophobning af skadelige mutationer. I tilfælde af seriel kloning er dette naturlige filter fraværende, hvilket forklarer divergensen observeret fra midten af eksperimentet. Forskerne understreger, at seksuel reproduktion fortsat er afgørende for den genetiske bæredygtighed af pattedyrpopulationer.
Undersøgelsen offentliggjort i tirsdags repræsenterer den længste opfølgning, der nogensinde er udført på successiv kloning af pattedyr. Ele giver direkte bevis for, at processen ikke kan forlænges i det uendelige uden alvorlige genetiske konsekvenser.