Gdy 30 lat temu urodziła się owca Dolly stała się jednym z najsłynniejszych zwierząt w historii nauki. Jej narodziny wywołały falę przewidywań o przyszłości rodem z literatury science fiction: pełnej sklonowanych zwierząt domowych, sklonowanych ludzi, a nawet przywróconych do życia wymarłych gatunków, takich jak mamut włochaty. Rzeczywistość okazała się jednak znacznie bardziej skomplikowana

Dziś klonowanie nie jest technologią pozwalającą po prostu „kopiować i wklejać” żywe organizmy. Stało się raczej jednym z wielu narzędzi współczesnej biotechnologii. Pomaga naukowcom lepiej rozumieć choroby, wspierać ochronę zagrożonych gatunków oraz opracowywać nowe sposoby manipulowania procesami życia.

Jak naprawdę działa klonowanie?

Większość zwierząt klonuje się metodą zwaną somatycznym transferem jądra komórkowego (somatic cell nuclear transfer). Najpierw z organizmu zwierzęcia pobiera się komórkę somatyczną, czyli niezwiązaną z rozmnażaniem (a więc nie plemnik ani komórkę jajową), a następnie usuwa się z niej jądro zawierające DNA. W przypadku Dolly komórka dawcy pochodziła z gruczołu mlekowego.

Następnie pobiera się komórkę jajową od innego zwierzęcia i również usuwa z niej jądro. Do tak przygotowanej komórki jajowej wprowadza się jądro z pierwszej komórki, wykorzystując impuls elektryczny. Gdy połączona komórka zaczyna rozwijać się w zarodek, zostaje wszczepiona do macicy matki zastępczej. Powstałe w ten sposób zwierzę ma DNA niemal identyczne z DNA dawcy.

Dlaczego klonowanie nadal jest tak trudne?

Mimo postępu technologicznego klonowanie ssaków wciąż pozostaje bardzo mało wydajne. Na każde udane sklonowanie przypada wiele zarodków, które nie rozwijają się prawidłowo. W przypadku Dolly potrzeba było 277 prób. Klonowanie nadal wymaga specjalistycznej aparatury, komórek dawcy, komórek jajowych oraz ciąż u matek zastępczych, co sprawia, że jest kosztowne i trudne do zastosowania na większą skalę.

Największym wyzwaniem nie jest jednak skopiowanie DNA. Geny stanowią tylko część tego, co czyni organizm wyjątkowym. Na rozwój i zachowanie zwierzęcia wpływają również środowisko, przebieg rozwoju oraz doświadczenia życiowe. Najtrudniejsze jest więc przekonanie silnie wyspecjalizowanej komórki dorosłego organizmu – na przykład komórki gruczołu mlekowego – aby „zapomniała”, jaką pełni funkcję, i zaczęła zachowywać się jak świeżo zapłodniona komórka jajowa. Proces ten nazywa się przeprogramowaniem epigenetycznym.

Komórka jajowa musi zresetować chemiczne instrukcje decydujące o tym, które geny są aktywne, a które pozostają wyłączone. Reset ten często nie przebiega prawidłowo, dlatego wiele klonowanych zarodków rozwija się nieprawidłowo lub obumiera.

Badania nad klonowaniem doprowadziły jednak do kolejnego przełomu. Naukowcy odkryli, że potrafią przeprogramować komórki dorosłego organizmu do postaci indukowanych pluripotencjalnych komórek macierzystych (induced pluripotent stem cells, iPS). Są to komórki dorosłego organizmu zachowujące się podobnie do embrionalnych komórek macierzystych, choć nie służą do tworzenia całego organizmu. Można natomiast różnicować je do wielu różnych typów komórek. Pozwoliło to badaczom badać choroby, testować nowe leki oraz rozwijać medycynę regeneracyjną. Badania nad klonowaniem pokazały, że wyspecjalizowane komórki nie są nieodwracalnie „zaprogramowane” – można je biologicznie „przepisać”.

Gdzie jeszcze wykorzystuje się dziś klonowanie?

Niektóre gałęzie hodowli zwierząt gospodarskich wykorzystują klonowanie do rozmnażania osobników posiadających szczególnie cenne cechy, takie jak korzystny materiał genetyczny, wysoka wydajność czy odporność na choroby. Klonowanie nie zastępuje jednak tradycyjnej hodowli. Pozwala jedynie powielać zwierzęta już wcześniej uznane za wyjątkowo wartościowe. 

W Australii możliwe jest obecnie klonowanie koni, a kilka słynnych klonów brało już udział w zawodach jeździeckich na całym świecie. W Chinach i Stanach Zjednoczonych działają komercyjne firmy oferujące klonowanie kotów i psów. Słynnym przykładem jest Barbra Streisand, która sklonowała swoją ukochaną suczkę Samanthę, otrzymując dwa nowe szczenięta. Nowe psy miały jednak inne osobowości niż ich pierwowzór, ponieważ dzieliły z nim jedynie DNA, a nie wspomnienia ani doświadczenia.

W 2024 roku naukowcy w Chinach po raz pierwszy na świecie sklonowali makaka rezusa, gatunek fizjologicznie bardzo podobny do człowieka. Liczono, że przyspieszy to testowanie nowych leków. Obrońcy praw zwierząt zgłosili jednak poważne zastrzeżenia etyczne wobec tych eksperymentów, kwestionując, czy cierpienie zwierząt można uzasadnić tak niską skutecznością metody i brakiem bezpośrednich praktycznych zastosowań.

Jednym z najbardziej obiecujących zastosowań klonowania jest wspieranie ochrony gatunków zagrożonych wyginięciem. W 2020 roku naukowcy sklonowali fretkę czarnołapą, wykorzystując materiał genetyczny zwierzęcia, które zmarło kilkadziesiąt lat wcześniej. Celem projektu było zwiększenie różnorodności genetycznej gatunku, którego populacja w Stanach Zjednoczonych gwałtownie się zmniejszyła.

Czy klonowanie może przywrócić wymarłe gatunki?

Pomysł wskrzeszania wymarłych gatunków od dawna pobudza wyobraźnię opinii publicznej, jednak naukowa rzeczywistość jest znacznie bardziej skomplikowana. Prawdziwy klon wymaga zachowanego w całości genomu, odpowiedniej komórki jajowej oraz blisko spokrewnionego gatunku, który mógłby pełnić rolę matki zastępczej. W przypadku zwierząt wymarłych tysiące lat temu, takich jak mamut włochaty, jest to niemożliwe, ponieważ starożytne DNA jest zazwyczaj uszkodzone.

Dlatego badacze rozwijają dziś metody odwracania procesu wymierania gatunków (de-extinction), łączące badania nad dawnym DNA z technikami edycji genów, takimi jak CRISPR. Zamiast odtwarzać wymarłe zwierzę dokładnie takim, jakim było, naukowcy próbują modyfikować żyjących krewnych, nadając im wybrane cechy wymarłych gatunków. Przykładowo przyszłe zwierzę „podobne do mamuta” byłoby najprawdopodobniej genetycznie zmodyfikowanym słoniem, a nie prawdziwym mamutem.

Naukowcy podkreślają również, że przywrócenie cech wymarłego gatunku nie oznacza automatycznie odtworzenia jego roli ekologicznej. Zwierzęta funkcjonują w złożonych ekosystemach, które często już nie istnieją w dawnej postaci. Choć klonowanie może pomóc przywracać utracone geny w zagrożonych populacjach, produkowanie zbyt wielu niemal identycznych genetycznie osobników może zwiększyć ich podatność na choroby.

Dlaczego klonowanie ludzi nadal pozostaje poza zasięgiem?

Mimo dziesięcioleci spekulacji klonowanie ludzi nie stało się rzeczywistością. Najważniejszą przeszkodą pozostaje bezpieczeństwo. Klonowanie zwierząt nadal wiąże się z wysokim odsetkiem niepowodzeń, a zastosowanie tej technologii u ludzi oznaczałoby niedopuszczalne ryzyko dla zarodków, matek zastępczych oraz dzieci urodzonych w wyniku takiego procesu.

Istnieją również poważne wątpliwości etyczne, dotyczące tożsamości, zgody oraz potencjalnego wykorzystywania ludzkich tkanek i technologii rozrodu. Z tych powodów reprodukcyjne klonowanie ludzi jest zakazane lub bardzo rygorystycznie ograniczone w wielu krajach.

Od narodzin Dolly minęło już 30 lat. Wiedza zdobyta dzięki jej sklonowaniu przyczyniła się do rozwoju badań nad chorobami, rolnictwa i ochrony przyrody. Klonowanie nadal jednak pozostaje trudną technologią i wciąż rodzi pytania dotyczące bezpieczeństwa, regulacji prawnych oraz tego, czy niektórych jego zastosowań w ogóle powinniśmy się podejmować.

Artykuł 30 years since Dolly the sheep was born, where is cloning technology at now? ukazał się w serwisie The Conversation. 

• Nauki medyczne