Πειραματικό ορόσημο αποκαλύπτει ένα μεγάλο απροσδόκητο πρόβλημα στην κλωνοποίηση
Ένα κλωνοποιημένο ζώο υποτίθεται ότι είναι ένα γενετικά ταυτόσημο αντίγραφο, αλλά μια εξαιρετική μελέτη 20 ετών έδειξε ότι στην πραγματικότητα αυτό δεν συμβαίνει. Αποκαλύπτει ότι τα κλωνοποιημένα ζώα έχουν πολλές επιπλέον μεταλλάξεις και, αν συνεχίζεις να κλωνοποιείς κλώνους, αυτές συσσωρεύονται σε θανατηφόρα επίπεδα. Τα ευρήματα έχουν επιπτώσεις στη χρήση της κλωνοποίησης στη γεωργία και στη διάσωση απειλούμενων ειδών, συμπεριλαμβανομένων των προσπαθειών για αναδημιουργία εξαφανισμένων ειδών, καθώς και για την πιθανή χρήση της τεχνολογίας κλωνοποίησης σε ανθρώπους.
Το μεγάλο ερώτημα είναι γιατί υπάρχουν τόσες πολλές περισσότερες μεταλλάξεις στους κλώνους. Θα μπορούσε απλώς να οφείλεται στο ότι τα σωματικά κύτταρα ενηλίκων που κλωνοποιούνται συσσωρεύουν περισσότερες μεταλλάξεις από τα ωάρια ή τα σπερματοζωάρια. Ωστόσο, ο Teruhiko Wakayama του Πανεπιστημίου Yamanashi στην Ιαπωνία πιστεύει ότι η ίδια η διαδικασία κλωνοποίησης θα μπορούσε να προκαλεί τουλάχιστον ορισμένες από αυτές. “Δυστυχώς, όμως, ενώ κάποτε πιστεύαμε ότι οι κλώνοι ήταν ταυτόσημοι με το πρωτότυπο, έγινε σαφές ότι αυτό δεν ισχύει, γεγονός που υποδηλώνει ότι μπορεί να υπάρχουν προβλήματα με τη χρήση τους”, λέει. “Στο μέλλον, πρέπει να αποδείξουμε ότι οι μεταλλάξεις που προκύπτουν από την κλωνοποίηση δεν δημιουργούν προβλήματα.”
Η κλωνοποίηση θηλαστικών θεωρούνταν κάποτε αδύνατη, διότι, καθώς τα κύτταρα στο σώμα αναπτύσσονται και εξειδικεύονται, διάφορες χημικές ετικέτες που ελέγχουν τη δραστηριότητα των γονιδίων προστίθενται ή αφαιρούνται από τμήματα του γονιδιώματος. Το DNA των κυττάρων του δέρματος, για παράδειγμα, είναι “προγραμματισμένο” για να παράγει κύτταρα δέρματος. Ωστόσο, η γέννηση του προβάτου Dolly τον Ιούλιο του 1996 έδειξε ότι η μεταφορά του πυρήνα ενός ενήλικου κυττάρου σε ένα άδειο ωάριο μπορούσε να επαναπρογραμματίσει το γονιδίωμά του και να επιτρέψει την ανάπτυξη του ωαρίου. Λίγο αργότερα, ο Wakayama δημιούργησε την Cumulina, το πρώτο κλωνοποιημένο ποντίκι, που γεννήθηκε τον Οκτώβριο του 1997.
Για να ελέγξει πόσο καλά λειτουργούσε η μέθοδος κλωνοποίησης ποντικών της ομάδας του, το 2005 ο Wakayama άρχισε να κλωνοποιεί κλώνους. “Όπως ακριβώς η αντιγραφή ενός πίνακα μειώνει την ποιότητα της εικόνας, έτσι ήθελα να επαληθεύσω πώς συγκρίνονται οι κλώνοι με το πρωτότυπο”, λέει.
Το 2013, αυτός και οι συνεργάτες του ανακοίνωσαν ότι είχαν κλωνοποιήσει επανειλημμένα κλώνους για 25 διαδοχικές γενιές, παράγοντας περισσότερα από 500 ποντίκια από τον αρχικό δότη. “Τα κλωνοποιημένα ποντίκια που παρήχθησαν στα πειράματά μας δεν παρουσίασαν καμία σωματική ανωμαλία σε καμία γενιά, έζησαν όσο και τα κανονικά ποντίκια και ήταν υγιή”, λέει ο Wakayama.
Ωστόσο, αυτή η επιτυχία δεν έχει επιτευχθεί με άλλα είδη – υπάρχει ακόμη υψηλό ποσοστό προβλημάτων υγείας σε κλωνοποιημένα σκυλιά και κανείς δεν έχει καταφέρει ακόμη να κλωνοποιήσει πρωτεύοντα από ενήλικο κύτταρο. Αλλά στα ποντίκια, ο Wakayama πιστεύε ότι η επαναλαμβανόμενη κλωνοποίηση θα μπορούσε να συνεχιστεί επ’ αόριστον. Ωστόσο, καθώς η ομάδα του συνέχιζε τα πειράματα, το ποσοστό επιτυχίας μειώθηκε μέχρι που, στην 58η γενιά, κανένας από τους κλώνους δεν επέζησε.
Για να διαπιστώσουν γιατί, η ομάδα έχει πλέον αλληλουχήσει τα γονιδιώματα 10 ποντικών από διάφορες γενιές. Αυτό αποκάλυψε ότι υπήρχαν κατά μέσο όρο περισσότερες από 70 μεταλλάξεις ανά κλωνοποιημένη γενιά – τρεις φορές περισσότερες από αυτές που παρατηρήθηκαν σε μια ομάδα ελέγχου ποντικών που αναπαράχθηκαν φυσικά. Συγκεκριμένα, μεγάλου κλίμακας μεταλλάξεις άρχισαν να συσσωρεύονται στα κλωνοποιημένα ποντίκια μετά την 27η γενιά, με ένα ολόκληρο χρωμόσωμα Χ να χάνεται τελικά.
Η εξήγηση μπορεί απλώς να είναι ότι τα ζώα έχουν εξελίξει τρόπους προστασίας των σπερματοζωαρίων και των ωαρίων από μεταλλάξεις και να απορρίπτουν επιβλαβείς μεταλλάξεις κατά τη σεξουαλική αναπαραγωγή, πράγμα που σημαίνει ότι τα σωματικά κύτταρα ενηλίκων καταλήγουν με πολύ περισσότερες μεταλλάξεις. Για παράδειγμα, μια πρόσφατη μελέτη βρήκε ότι οι μεταλλάξεις συσσωρεύονταν οκτώ φορές ταχύτερα στα αιμοφόρα κύτταρα σε σύγκριση με τα σπερματοζωάρια. Έτσι, εάν τα ενήλικα κύτταρα που κλωνοποιούνται έχουν αρχικά περισσότερες μεταλλάξεις, θα τις έχουν και οι κλώνοι.
Ωστόσο, ο Wakayama πιστεύει ότι η ίδια η διαδικασία μεταφοράς πυρήνα προκαλεί κάποιες από τις επιπλέον μεταλλάξεις. “Δεν είναι αφύσικο ο πυρήνας – δηλαδή, το DNA – να υποστεί ζημιά από τη φυσική πρόσκρουση”, λέει. “Πιστεύω ότι εάν μπορούσαμε να αναπτύξουμε μια πιο ήπια μέθοδο μεταφοράς πυρήνα, θα μπορούσαμε να μειώσουμε τον ρυθμό μετάλλαξης στα κλωνοποιημένα έμβρυα. Ωστόσο, δεν έχω καμία ιδέα για το πώς να το πετύχω αυτό ακόμη.”
Ο Shoukhrat Mitalipov από το Oregon Health & Science University είναι επιφυλακτικός. “Οποιαδήποτε παρατηρούμενη αύξηση στους ρυθμούς μετάλλαξης στους κλώνους είναι πιθανότερο να αντικατοπτρίζει την κατάσταση του γονιδιώματος των κυττάρων δότη, παρά μια ομοιόμορφη επίδραση της ίδιας της διαδικασίας μεταφοράς πυρήνα”, λέει.
Ενώ η ανθρώπινη κλωνοποίηση απαγορεύεται σε πολλές χώρες, ερευνητές όπως ο Mitalipov διερευνούν τη χρήση μεταφοράς πυρήνα για την παραγωγή ισοδύναμων ιστών ή οργάνων για ιατρικές θεραπείες, και για την παραγωγή σπερματοζωαρίων και ωαρίων για τη θεραπεία της υπογονιμότητας. Τα αποτελέσματα του Wakayama δείχνουν την σημασία της προσεκτικής επιλογής και ελέγχου των κυττάρων δότη εάν αυτό γίνει, λέει ο Mitalipov. “Ιδανικά, οι πληθυσμοί κυττάρων δότη θα πρέπει να αξιολογούνται για επιβλαβείς παραλλαγές. Όπου είναι απαραίτητο, θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν προσεγγίσεις γονιδιακής επεξεργασίας για τη διόρθωση γνωστών επιβλαβών μεταλλάξεων.”
Ωστόσο, εάν η ίδια η διαδικασία κλωνοποίησης προκαλεί μεταλλάξεις, αυτό δεν θα αρκούσε. Για να είμαστε σαφείς, αυτά τα ευρήματα δεν σημαίνουν ότι οι τεχνικές κλωνοποίησης είναι πολύ επικίνδυνες για χρήση – ο ρυθμός μετάλλαξης ανά γενιά είναι ακόμη σχετικά χαμηλός και τα κύτταρα μπορούν να ελεγχθούν μετά την κλωνοποίηση για επικίνδυνες μεταλλάξεις – αλλά δείχνουν ότι υπάρχουν ακόμη περισσότερα πιθανά προβλήματα από ό,τι πιστεύαμε. Μια ήδη προβληματική τεχνολογία έγινε ακόμη πιο προβληματική.