Κλωνοποίηση: Μια εκπληκτική πρόκληση

Ε. Κοντογιάννη 

Department of Molecular Embryology, Mothercare Unit of Clinical Genetics and Fetal Medicine, Institute of Child Health and Great Ormond Street Hospital for Children, University of London, UK

ΑρχείαΕλληνικήςΙατρικής, 14(3):000-000

Είναι γνωστό, από το 1975, ότι στα αμφίβια η μεταμόσχευση πυρήνων από διαφοροποιημένα κύτταρα, μπορεί να οδηγήσει στην ανάπτυξη νεαρών γυρίνων. Στα θηλαστικά, παρότι η διαδικασία μεταμόσχευσης πυρήνων επιτρέπει επιτυχή αρχική ανάπτυξη και διαφοροποίηση σε περίπλοκους ιστούς και όργανα, πριν από τη γέννηση της Dolly, δεν είχε αναφερθεί γέννηση ενηλίκου. Η αδυναμία διαφοροποιημένων πυρήνων από ενήλικα κύτταρα, να δώσουν γένεση σε έναν οργανισμό, είχε πάρει διαστάσεις δόγματος στην αναπτυξιακή βιολογία. Το “δόγμα” πρέσβευε ότι η διαφοροποίηση ενός κυττάρου, στα θηλαστικά, είναι μια μονόδρομη πορεία. Μια διαδικασία που δεν μπορεί να αντιστραφεί, ώστε σε ένα ενήλικο κύτταρο να “ξυπνήσουν” οι δυνατότητες του παντοδύναμου πυρήνα του εμβρυϊκού κυττάρου. Η γέννηση της Dolly απέδειξε ότι αυτή η ιδέα ήταν λάθος και ότι, πιθανότατα, τεχνικά μειονεκτήματα ευθύνονταν για την αποτυχία να αναπτυχθεί ένας οργανισμός χρησιμοποιώντας πυρήνα ενήλικου ατόμου.

Υπάρχουν δύο βασικοί τρόποι για την κλωνοποίηση ενός θηλαστικού. Ο απλoύστερος είναι η αντιγραφή αυτού που συμβαίνει στη φύση, κατά τη δημιουργία των μονοζυγωτικών διδύμων. Στα αρχικά στάδια της ανάπτυξης, κατά τις πρώτες αυλακωτικές διαιρέσεις, κάθε κύτταρο που προκύπτει, είναι αδιαφοροποίητο και πανομοιότυπο με τα άλλα. Το καθένα, αν αποχωριστεί από τα υπόλοιπα, έχει τη δυνατότητα να αναπτυχθεί και να δημιουργήσει έναν ξεχωριστό οργανισμό. Αυτή η μέθοδος έχει χρησιμοποιηθεί από τους επιστήμονες αρκετά συχνά για τη δημιουργία πολλαπλών πανομοιότυπων εμβρύων.

Ένας δεύτερος τρόπος είναι η αφαίρεση του πυρήνα από ένα ωάριο και η εισαγωγή σ΄ αυτό, πυρήνα από κύτταρο-δότη. Η μεθοδολογία μεταμόσχευσης πυρήνων είναι μια πολύ λεπτή διαδικασία που εφαρμόζεται εδώ και πολλά χρόνια. Η σύντηξη του ωοκυττάρου με τον πυρήνα του δότη επιτυγχάνεται συνήθως με τη βοήθεια ηλεκτρικού shock. Το αναπτυσσόμενο έμβρυο κυοφορείται και γεννιέται από μια θετή μητέρα. Μέχρι στιγμής, η ανάπτυξη ζώντων ενήλικων θηλαστικών με αυτή την τεχνική ήταν δυνατή, αν το κύτταρο, από το οποίο αφαιρείτο ο πυρήνας, είχε ληφθεί από ένα έμβρυο στα αρχικά στάδια της ανάπτυξής του. Προσπάθειες για κλωνοποίηση θηλαστικών από κύτταρα που είχαν ξεπεράσει το στάδιο του αρχικού εμβρύου είχαν επανηλειμμένα αποτύχει. Η κύρια αιτία της αποτυχίας είναι ότι οι πυρήνες του δότη ήταν σε φάση ενεργού πολλαπλασιασμού του DNA. Μετά από τη σύντηξη πυρήνα και ωαρίου, ο διπλασιασμός του DNA σε ένα μικρό βαθμό συνεχίζεται. Αυτό παρεμποδίζει τη διεργασία της μίτωσης και δημιουργεί χρωμοσώματα με πολλαπλά θραύσματα.

Η καινοτομία της ομάδας του Ινστιτούτου Roslin ήταν ότι, αντί να χρησιμοποιήσουν ένα κύτταρο-δότη που προχωρούσε ενεργά στον κυτταρικό του κύκλο, χρησιμοποίησαν ένα κύτταρο-δότη, στο οποίο είχαν “σιγήσει” όλες οι βιολογικές λειτουργίες. Σε αυτή την κατάσταση, που συμβαίνει φυσιολογικά σε μερικά κύτταρα, οι Wilmut et al οδήγησαν τα κύτταρα-δότες στερώντας τους θρεπτικά υλικά από το καλλιεργητικό υλικό. Η χρήση ενός κυττάρου που βρισκόταν σε “χειμερία νάρκη”, αντί ενός που μεγάλωνε ενεργά, πέτυχε τον καλύτερο συντονισμό του κυτταρικού περιβάλλοντος του δότη με αυτόν του ωαρίου και η ανάπτυξη μπόρεσε να συνεχιστεί κανονικά.

Η τεχνική χρειάζεται ακόμη πολλές βελτιώσεις. Αυτή τη στιγμή, η αποτελεσματικότητά της είναι χαμηλή. Από τα 277 κύτταρα που έχουν παραχθεί με σύντηξη ωαρίου και πυρήνα διαφοροποιημένου κυττάρου-δότη, μόνο ένα, η Dolly, επέζησε. Παρόλα αυτά, είναι τώρα εμφανές ότι η κλωνοποίηση, χρησιμοποιώντας πυρήνα από ενήλικο άτομο, είναι πιθανή.

Από τις περισσότερες συζητήσεις και από τις παρουσιάσεις του θέματος στον Τύπο, λείπει η αναγνώριση του γεγονότος ότι η Dolly δεν είναι πανομοιότυπος κλώνος. Ένα μέρος του γενετικού υλικού των θηλαστικών προέρχεται από τα μιτοχόνδρια του ωαρίου, που έχουν τα δικά τους γονίδια και κληρονομούνται, κατά κύριο λόγο, από τη μητέρα. Στην περίπτωση της Dolly, μόνο το πυρηνικό DNA είχε μεταφερθεί στο ωάριο, οπότε το μιτοχονδριακό DNA της είναι το DNA της δωρήτριας του ωαρίου και όχι της δωρήτριας του πυρήνα.

Οι παρουσιάσεις του θέματος αγνοούν ή υποβαθμίζουν, επίσης, τους νέους ορίζοντες που ανοίγονται με αυτό το επίτευγμα αλλά και μια σειρά από ιδιαίτερα ενδιαφέροντα ερωτήματα που δημιουργούνται. Η Dolly και τα άλλα ζώα που πιθανά θα προκύψουν με κλωνοποίηση, θα είναι φυσιολογικά ή θα φέρουν ανωμαλίες που δεν πρόκειται να γίνουν γνωστές πριν από τη δική τους ή και την επόμενη γενιά; Πόσο εύκολο είναι να εφαρμοστεί η ίδια τεχνική και σε άλλα θηλαστικά; Ποια είναι η ηλικία της Dolly, όταν το πυρηνικό της DNA τής δίνει την ηλικία ενός ενήλικου ατόμου αλλά τα μιτοχόνδριά της είναι τα μιτοχόνδρια ενός νεογέννητου; Αυτό το τελευταίο, μάλιστα, ερώτημα έχει ιδιαίτερη σημασία, αφού είναι γνωστό ότι η γήρανση συνδέεται με τη συσσώρευση μεταλλάξεων στο μιτοχονδριακό DNA. Η γέννηση της Dolly δίνει το έναυσμα για πειράματα μεταφοράς πυρήνων που θα βοηθούσαν να διαλευκανθεί ο ρόλος των μιτοχονδριακών γονιδίων στους μηχανισμούς της γήρανσης.

Ένα από τα σημαντικότερα συμπεράσματα που προκύπτουν, είναι ότι οι πυρήνες διαφοροποιημένων κυττάρων διατηρούν την παντοδυναμία για ανάπτυξη ενός νέου οργανισμού. Η επιστημονική και κλινική σημασία αυτού του γεγονότος είναι τεράστια. Η δυνατότητα αναγέννησης (regeneration) τμημάτων του σώματος είναι συχνό φαινόμενο σε πολλές ομάδες ζώων που, όμως, μειώνεται ανεβαίνοντας τη φυλογενετική κλίμακα. Στα θηλαστικά, η αναγέννηση έχει περιοριστεί στο επίπεδο της επούλωσης των ιστών, αλλά όχι και στην αντικατάσταση χαμένων οργάνων. Η δυνατότητα για αναγέννηση προϋποθέτει, μεταξύ άλλων, αναπτυξιακή παντοδυναμία των κυττάρων. Η ενεργοποίηση του αναπτυξιακού δυναμικού των διαφοροποιημένων κυττάρων, που επιτεύχθηκε με τη γέννηση της Dolly, ανοίγει νέους δρόμους στη μελέτη της διαφοροποίησης των σωματικών κυττάρων και αφήνει σημαντικά περιθώρια να ελπίζουμε ότι πλησιάζουμε στη δυνατότητα αντικατάστασης πασχόντων οργάνων και ακρωτηριασμένων μελών. Αν γίνει δυνατή η δρομολόγηση της διαφοροποίησης προς συγκεκριμένους τύπους κυττάρων, θα μπορέσει να επιτευχθεί η παραγωγή ιστών στο εργαστήριο, γεγονός τεράστιας σημασίας για το μέλλον της μεταμόσχευσης. Παρότι, λοιπόν, υπάρχουν φόβοι για την «παραγωγή» κλωνοποιημένων ανθρώπων, προκειμένου να χρησιμοποιούνται ως δότες οργάνων, είναι φανερό ότι οι εφαρμογές των τεχνικών κλωνοποίησης δίνουν τη δυνατότητα παραγωγής ιστών για μεταμοσχεύσεις, καταργώντας τη δυνητική ανάγκη για κλωνοποίηση ολόκληρου του οργανισμού.

Ένας παρεμφερής τομέας, όπου η συμβολή της κλωνοποίησης πιθανότατα θα αποδειχθεί σημαντική, είναι η μαζική παραγωγή κατάλληλων διαγονιδιακών ζώων ως πηγή οργάνων για ξενομεταμόσχευση. Αυτή τη στιγμή επιχειρείται η παραγωγή τέτοιων ζώων, στα οποία εισάγονται και εκφράζονται ανθρώπινα γονίδια, προκειμένου να επιτευχθεί η μείωση ή η κατάργηση της αντίδρασης του ανθρώπινου ανοσιακού συστήματος, που θα δεχθεί το ξένο όργανο. Η διαδικασία, όμως, έχει μικρή αποτελεσματικότητα και υψηλό κόστος. Οι τεχνικές κλωνοποίησης θα μπορούσαν να βοηθήσουν, ώστε να παράγεται μεγάλος αριθμός διαγονιδιακών ζώων με τα επιθυμητά χαρακτηριστικά.

Οι τεχνικές της κλωνοποίησης είναι, επίσης, πιθανόν ότι θα προσφέρουν πολλές και ενδιαφέρουσες λύσεις στην αντιμετώπιση των γενετικών νοσημάτων. Στην περίπτωση ζευγαριών που βρίσκονται σε υψηλό κίνδυνο μετάδοσης μιτοχονδριακών νοσημάτων δίνεται τώρα η δυνατότητα αποφυγής του κινδύνου με μεταμόσχευση πυρήνων σε ωάριο δότριας.

Πέραν, όμως, από τα παραπάνω πιθανά οφέλη και πέρα από οποιαδήποτε ηθικά διλήμματα, πρέπει να τονιστεί ότι η ευρεία χρήση της κλωνοποίησης στον άνθρωπο φαίνεται πρακτικά απίθανη. Ένα μεγάλο ποσοστό από τα ζώα που έχουν δημιουργηθεί με κλωνοποίηση, παρουσιάζουν τόσο σοβαρές αναπτυξιακές ανωμαλίες που σίγουρα, για ηθικούς και νομικούς λόγους, θα έκαναν αδύνατη την εφαρμογή αυτής της τεχνολογίας στον άνθρωπο.

Ο φόβος και οι προβληματισμοί που προκαλούνται σχετικά με την κλωνοποίηση των ανθρώπων βασίζονται σε λανθασμένες απόψεις σχετικά με τα γονίδια και τη σημασία τους και συχνά θεωρούν δεδομένο ότι οι προσωπικότητες αντιγράφονται μαζί με το γενετικό υλικό. Αναμφίβολα, η γενετική παίζει σημαντικό ρόλο σε πολλά θέματα συμπεριφοράς και προσωπικότητας. Ακόμη όμως και οι γενετικά πανομοιότυποι κλώνοι, οι μονοζυγωτικοί δίδυμοι, παρότι έχουν ταυτόσημο γενετικό υλικό, είναι άνθρωποι με ξεχωριστές ταυτότητες (βιολογικά, ψυχολογικά, ηθικά και νομικά). Η τελική έκφραση των γονιδίων επηρεάζεται από μύριους παράγοντες και ο άνθρωπος είναι πολύπλοκο προϊόν αλληλεπιδράσεων του περιβάλλοντος και του γενετικού του υλικού.

Δυστυχώς, ο τρόπος που το όλο θέμα της κλωνοποίησης του προβάτου στη Σκωτία αντιμετωπίστηκε από τον Τύπο έχει προκαλέσει τη δημιουργία τρομακτικών σεναρίων επιστημονικής φαντασίας που βρίσκονται μακριά από κάθε πραγματικότητα. Σεναρίων που υποθέτουν ότι οι άνθρωποι θα κλωνοποιούνται, ώστε να γίνεται ο ένας αποθήκη ανταλλακτικών οργάνων για τον άλλον, σαν να επρόκειτο να χρησιμοποιούνται στο μέλλον, κατά τον ίδιο τρόπο, και οι φυσικοί κλώνοι, οι μονογενείς δίδυμοι. Στην αντίληψη των εμπνευστών τους δεν γίνεται ο βασικός διαχωρισμός μεταξύ της γνώσης που αποκτήθηκε και των πιθανών εφαρμογών της στα ζώα ή στον άνθρωπο. Αγνοούνται τα τεράστια οφέλη που μπορούν να προκύψουν για τη δημόσια υγεία από την κλωνοποίηση διαφοροποιημένων κυττάρων.

Βιβλιογραφία

1. Wilmut T, Schnike AK, McWhir J, Kind AJ, Campbell KHS. Viable offspring derived from fetal and adult mammalian cells. Nature 1997, 385:810-813
2. Gurdon JB, Laskey RA, Reeves OR. The developmental capacity of nuclei transplanted from keratinised skin cells of adult frogs. J Embryol Exp Morph 1975, 34:93-112
3. Clement-Sengewald A, Brem G. Embryo cloning in domestic animals. Berl Munch Tierarztl Wochenschr 1992, 105:15-21
4. Sun FZ, Moor RM. Nuclear transplantation in mammalian eggs and embryos. Curr Top Dev Biol 1995, 30:147-176
5. Anderson GB. Manipulation of the mammalian embryo. J Anim Sci 1985,61:1-13
6. Capbell KHS, McWhir J, Ritchie WA, Wilmut I. Sheep cloned by nuclear transfer from a cultured cell line. Nature 1996, 380:64-66
7. Poulton J. New genetics of mitochondrial DNA diseases. Br J Hosp Med 1996, 55:712-716
8. Brockes JP. Amphibian limb regeneration: rebuilding a complex structure. Science 1997, 276:81-87
9. Cheng H, Cao Y, Olson L. Spinal cord repair in adult paraplegic rats: partial restoration of hind limb function. Science 1996, 273: 510-513
10. Bach FH. Xenotransplantation: a view to the future. Transplant Proc 1993, 25: 25-29
11. Dabhi VM, Lindahl KF. MtDNA-encoded histocompatibility antigens. Methods Enzymol 1995, 260:466-485
12. Prather RS, Simms MM, First NL. Nuclear transplantation in early pig embryos. Biol Reprod 1989, 41:414-418
13. De Grey AD. A proposed refinement of the mitochondrial free radical theory of aging. Bioessays 1995, 19: 161-166
14. Ozawa T. Mitochondrial DNA mutations associated with aging and degenerative diseases. Exp Gerontol 1995, 30:269-290
15. Sherratt EJ, Thomas AW, Alcolado JC. Mitochondrial DNA defects: a widening clinical spectrum of disorders. Clin Sci 1997, 92: 225-235
16. Luke b. Monozygotic twinning as a congenital defect and congenital defects in monozygotic twins. Fetal Diagnosis & Therapy 1990, 5: 61-69
17. Stephenson J. Threatened bans on human cloning research could hamper advances. JAMA 1997, 277: 1023
18. Pennisi E, Williams N. Will Dolly send in the clones? Science 1997, 275: 1415-1416
19. Masood E. Cloning technique “reveals legal loophole”. Nature 1997, 385:757