Przełom w nauce. Sklonowana małpa po raz pierwszy dożyła dorosłości

Klonowanie to utworzenie osobnika genetycznie identycznego z innym osobnikiem. W przypadku roślin jest to stosunkowo proste zadanie, ale w przypadku większości zwierząt o sukces jest znacznie trudniej. W 1996 r. na świat przyszła owieczka Dolly. Był to pierwszy sklonowany ssak. Od tamtego czasu badacze próbowali klonować wiele gatunków z różnym skutkiem. Na przykład uczeni z Korei Południowej sklonowali do tej pory ponad 1500 psów, jednak wskaźnik powodzenia stosowanej przez nich metody pozostaje niski. Mniej niż cztery procent sklonowanych zarodków rodzi się żywych.

W przypadku wielu innych gatunków ssaków klonowanie kończy się całkowitym niepowodzeniem lub przyjściem na świat upośledzonych zwierząt. Niektóre klony żyją tygodniami lub miesiącami. Życie innych liczone jest w godzinach czy nawet minutach, a wiele umiera jeszcze przed narodzinami. Naczelne okazały się szczególnie trudne do klonowania. Uczeni podejmowali kilka prób. Jedną z bardziej udanych były narodziny dwóch makaków krabożernych w 2018 r.

Problemem jest głównie ekspresja genów w trakcie dorastania. W miarę rozwoju i specjalizacji komórek organizmu do gry wchodzą tak zwane markery epigenetyczne, które włączają i wyłączają określone geny.

Dalsza część artykułu pod materiałem wideo

Standardowa technika klonowania, znana jako transfer jądra komórki somatycznej (SCNT), polega na przeniesieniu jądra komórki organizmu do komórki jajowej, której jądro zostało usunięte. Metoda ta zazwyczaj skutkuje niskim współczynnikiem urodzeń i przeżywalności sklonowanych zarodków. W przypadku dwóch wspomnianych wcześniej makaków, które przyszły na świat w Chinach w 2018 r., naukowcy posłużyli się koktajlem chemicznym, który pomógł zresetować markery epigenetyczne. Mimo to wskaźnik powodzenia nadal był bardzo niski. Na świat przyszło mniej niż dwa proc. sklonowanych zarodków.

Aby sprawdzić, gdzie jest błąd w stosowanej metodzie, naukowcy z Chińskiej Akademii Nauk w Szanghaju porównali 484 zarodki makaków powstałe przy wykorzystaniu metody SCNT z 499 zarodkami powstałymi w wyniku konwencjonalnego zapłodnienia in vitro. Obydwa typy zarodków były w podobnym stadium rozwoju, zanim zostały wszczepione matkom zastępczym. Jednak liczba sklonowanych zarodków, które udało się pomyślnie wszczepić, była o ok. połowę mniejsza niż zarodków z in vitro (35 w porównaniu z 74). Co więcej, znacznie mniej sklonowanych zarodków przeżyło do czasu porodu.

Naukowcy przeprowadzili serię analiz DNA zarodków powstałych przy wykorzystaniu metody SCNT i odkryli znaczące różnice w modyfikacjach epigenetycznych podczas rozwoju. Chodzi o zmiany wpływające na aktywność genów, które nie zmieniają sekwencji DNA. Zmiany te obejmowały zmniejszoną metylację DNA – proces wpływający na ekspresję genów. - Jeśli masz inną metylację, ekspresja genów podczas rozwoju jest inna. Dlatego sklonowany zarodek nie rozwija się dobrze – wyjaśnił Mu-ming Poo z Chińskiej Akademii Nauk.

Naukowcy odkryli również, że geny, które zwykle ulegają odmiennej ekspresji w genomie matki i ojca, utraciły swoje odrębne wzorce w sklonowanych embrionach, zwłaszcza w komórkach łożyska. Co więcej, łożyska sklonowanych zarodków okazały się grubsze niż normalnie i zawierały wady.

Analizy wykazały, że częściowo winne są nieprawidłowości w łożyskach, dlatego badacze opracowali nową technikę polegającą na zastąpieniu komórek, które w dalszym rozwoju tworzą większą część łożyska, zwanych trofoblastem, komórkami pochodzącymi od nieklonowanego zarodka. Komórki trofoblastu dostarczają składników odżywczych rozwijającemu się embrionowi i przekształcają się w łożysko, które dostarcza płodowi tlen i inne substancje podtrzymujące życie.

Stosując tę metodę naukowcy utworzyli 113 klonów makaka królewskiego. 11 z nich wszczepili surogatkom, co zaowocowało dwiema ciążami. W jednej ciąży rozwinęły się bliźnięta, które dokonały żywota w 106. dniu ciąży. W drugim przypadku na świat przyszedł zdrowy samiec – ReTro.

Zastosowanie omawianego podejścia zmniejszyło defekty w łożysku i metylacji DNA. Jednak "efektywność procesu jest podobna, a nawet niższa" niż w przypadku SCNT (wskaźnik powodzenia wynosi mniej niż jeden procent), stwierdził Lluís Montoliu, genetyk z Hiszpańskiego Krajowego Centrum Biotechnologii w Madrycie, który nie był zaangażowany w pracy chińskich naukowców. - Niezwykle trudno jest odnieść sukces w przypadku tych eksperymentów przy tak niskiej wydajności – dodał.

Zastosowana technika oznacza, że sklonowany embrion rozwijał się w łożysku powstałym z komórek z nieklonowanego zarodka, które jest od niego genetycznie różne. Teoretycznie tak powstała małpa może być mieszanką sklonowanych i niesklonowanych komórek, ale zespół nie znalazł dowodów na taki chimeryzm.

- Sklonowany makak osiągnął wiek ponad trzech lat. Jak dotąd podczas rutynowych badań lekarskich nie zaobserwowaliśmy u niego żadnych problemów zdrowotnych – podkreślił Falong Lu z Chińskiej Akademii Nauk w Pekinie.

Publikacja na temat ostatnich badań chińskich naukowców ukazała się na łamach pisma "Nature Communications" (DOI: 10.1038/s41467-023-43985-7).

Źródło: New Scientist, Nature, AP, fot. Swastiverma, CC BY-SA 3.0, via Wikimedia Commons