Klonlama nedir ve bitki hayvan ve insan hücrelerinde yapılan klonlanma türleri nelerdir, nasıl yapılırlar? Yapay eşleme ve daha fazlası.
Klonlama nedir?
Klonlama birkaç farklı anlama gelebilir. DNA klonlaması, daha sonra genetik mühendisliğinde kullanılabilecek bir genin veya DNA fragmanının çoklu özdeş kopyalarının yaratılmasını ifade eder. Bununla birlikte, klonlama genellikle aynı ana hücreden bir grup genetik olarak özdeş hücre veya organizmanın oluşturulması anlamına gelir ve bu, burada daha ayrıntılı olarak bakacağımız klonlama türüdür. Klonlar genetik kopyalar olsa da, yine de benzersiz olabilirler: Bildiğiniz özdeş ikizleri düşünün – bunlar birbirlerinin klonları olacaktır, ancak tam olarak aynı mıdır?
Kaynak: pixabay.com
Bitkilerin klonlanması, elma ve muz da dahil olmak üzere mahsullerin üretiminde büyük önem taşımaktadır. Bahçecilikte bitki klonlaması, birçok bitkinin kolayca uygun hale gelmesine neden olur. Orkide iyi bir örnektir – eskiden çok pahalı ve nadirdi, şimdi her süpermarkette bulunuyorlar. Teknikler geleneksel kesimlerden ve aşılamadan hücre kültürlerinden yapılan klonlara geçmiştir. Klonlama, belirli ilaçlar veya aşılar üretmek için genetik olarak modifiye edilmiş bitkilerin de hızlı ve ekonomik olarak çoğaltılabileceği anlamına gelir. Klonlanmış bitkilerle ilgili önemli bir sorun, hepsi genetik olarak aynı olduğu için yeni hastalıklara veya iklim değişikliğine karşı çok savunmasız olmalarıdır.
Memelilerin klonlanması, özellikle terapötik tekniklerin ve yeni ilaçların geliştirilmesi için araştırmalara konu olan bir alandır ve aynı zamanda etik anlaşmazlıkları çeken bir alandır. Her biri farklı yöntemler gerektiren memelileri klonlamanın üç ana yolu vardır. Yeni organizmalar iki farklı işlemle oluşturulabilir: çekirdek transfer ve embriyo bölünmesi ile klonlama (genellikle tek bir embriyodan aynı ikizleri, üçüzleri ve dörtlü çiftlik hayvanlarını üretmek için kullanılır). Terapötik klonlama, bunun aksine, sadece tıbbi kullanıma sahip bir grup kök hücre oluşturmak için kullanılır. Bu yöntem ve üretilen kök hücrelerin kullanımı hala geliştirilmektedir. Klonlanmış kök hücreleri kullanan bir dizi başarılı çalışma olmuştur ve amaç, klonlanmış hücrelerin nihayetinde kalp gibi bir yedek organ oluşturmak için kullanılabilmesidir.
Klonlama türleri
Klonlama, insanlar genellikle farklı şeyler ifade etmek için kullandıkları için kafa karıştırıcı bir terim olabilir. Bazı insanlar klonlamayı sadece önceden var olan bir yetişkinin tamamen yetişkin genetik olarak özdeş bir kopyasının üretimine atıfta bulunmak için kullanırlar. Diğerleri aynı zamanda bir embriyonun tamamen yetişkin bir genetik kopyasının üretilmesini veya ikizlerin yapay olarak yaratılmasını içerir.
Klonlama, genetik olarak özdeş bir organizma oluşturmanın yanı sıra, bir laboratuvarda genetik olarak bir kişiye özdeş olan bir grup hücre oluşturulmasına da işaret edebilir. Bu teknik, yeni tıbbi tedaviler oluşturmak için kullanılır, bu nedenle terapötik veya biyomedikal klonlama olarak bilinir, ancak aynı zamanda kök hücre teknolojisini kullanır. Son olarak, klonlama, moleküler klonlama veya DNA klonlama olarak bilinen genetik mühendisliğinde sıklıkla kullanılan bir süreç olan DNA’nın bir bölümünün kopyalarının üretilmesine atıfta bulunmak için de kullanılabilir.
Yetişkin hücre veya üreme klonlaması
Bu işlem hem somatik (tamamen farklılaşmış) hem de somatik olmayan hücrelerin üreme klonlamasını kapsar. Bir klonun doğumuyla sonuçlanan somatik hücre çekirdek transferi veya SCNT, neredeyse her zaman üreme klonlaması olarak adlandırılır (bir organizmayı klonlayarak çoğaltırken). Somatik olmayan bir nükleusun bir embriyodan transferi de burada kapsanmaktadır ve genellikle üreme klonlaması olarak da tanımlanmaktadır çünkü ‘genetik ebeveyn’ tam olarak büyümüş olmasa da (ve aslında süreç tarafından yok edilse de) bir organizmayı da üretir. Bazı insanlar yapay eşleştirmeyi üreme klonlaması olarak da adlandırır, çünkü genetik olarak başka bir yetiştirilmiş organizmaya özdeş olan yetiştirilmiş bir organizma ile sonuçlanır – ancak ikisi de diğerinden çoğaltılmadığından, bu ‘üreme klonlaması’ kullanımı yaygın değildir.
İlk klonlanan memeli
Koyun Dolly belki de dünyadaki en ünlü koyun ve klondur – ancak ilk klonlanmış koyun değildi (hatırlayın: bazı koyunlar doğal olarak ikizlerdir ve bu nedenle birbirlerinin klonlarıdır) ve o da ilk yapay klonlanmış koyun değildi . 1995 yılında – Dolly’nin gelmesinden bir yıl önce – Megan ve Morag adlı ikiz koyun doğdu. Her koyun için, erken embriyodan (blastosist) kısmen farklılaştırılmış bir hücre, fermente edilmemiş bir çekirdeklenmiş koyun yumurtasının (hücre içine çekirdeğin çıkarıldığı anlamına gelir) ve hücrelerin kaynaşmasına neden olan bir elektrik şokunun yanına yerleştirildi.
Erimiş yumurta hücresi bu nedenle doğal olarak döllenmiş gibi aynı miktarda genetik materyale sahipti ve böylece bölünmeye başladı ve bir taşıyıcı anneye implante edildi. Megan ve Morag, farklı taşıyıcı annelerde doğmasına rağmen, genetik olarak birbirleriyle özdeşti, ancak önceden mevcut olan koyunlarla genetik olarak özdeş değildi. Megan ve Morag ile atılım, embriyonik hücrelerin kısmen farklılaşması ve ikiz klonları oluşturmak için kullanılmadan önce birkaç hafta laboratuarda kültürlenmesiydi. Ancak Megan ve Morag embriyonik hücrelerden yaratıldı. Dolly farklıydı!
Koyun Dolly
1996 doğumlu Dolly, önceden var olan bir yetişkinden SCNT kullanılarak klonlanan ilk omurgalı hayvandı. Çekirdek, 6 yaşındaki yetişkin bir koyun (Dolly’nin özdeş ikiz kız kardeşi olan genetik ‘annesi’) somatik (tamamen farklılaşmış) bir meme hücresinden çıkarıldı ve fermente edilmemiş bir çekirdeksiz yumurtanın içine transfer edildi. Daha sonra yumurtanın bölünmesine ve gelişmesine neden olan bir elektrik şoku uygulandı. Araştırmacılar, yumurta donörü ve taşıyıcı anne olarak İskoç Blackface adlı bir ırktan farklı koyunlar kullanırken Dolly’nin genetik annesi (beyaz yüzlü) bir Finn-Dorset Koyuydu, böylece klonlama sürecinin işe yarayıp yaramadığı belli olacaktı.
Dolly annesiyle tamamen aynı çekirdek yapısına sahip olsa da, tamamen genetik olarak aynı değildi. Hücrenin genetik materyalinin tamamı çekirdeğinde bulunmaz; sitoplazmanın mitokondrisinde küçük bir oran bulunur. Normal üremede, sadece yumurtanın mitokondrileri döllenmeden sonra hücrede kaldığı için bu sadece anneden miras alınır. SCNT’de mitokondriyal genom da yumurtadan miras alınır – bu nedenle klonlanmış organizma aynı zamanda yumurta vericisinin mitokondriyal bir klonudur.
Dolly altı yıl yaşadı, bu süre zarfında 1998’de Bonnie ile başlayan altı kuzusu vardı, sonra 1999’da ikizler ve 2000’de üçüzler. Kuzular doğal olarak tasarlandı ve doğdu. Dolly’nin altı yaşındaki bir koyundan klonlanması sonucu gerçek yaşından daha yaşlı olduğu konusunda endişeler vardı. Doğumundan bir yıl sonra, kromozomlarının sonundaki telomerlerin yaşının bir koyun için beklenenden daha kısa olduğu keşfedildi. Daha sonra 2001’de anti-enflamatuar ilaçlarla başarıyla tedavi edilen artriti olduğu keşfedildi. Koyunlar eklemlerdeki aşınma ve yıpranma nedeniyle yaşlandıkça artrite eğilimlidir.
Dolly, klonlamanın etkileri hakkında spekülasyona yol açan yaşa bağlı bir forma sahip gibi görünüyordu. Bununla birlikte, sonunda Dolly, koyunların akciğerlerinde tümörlerin gelişmesine neden olan viral bir hastalığın sonucu olarak öldü. 2003 yılında neredeyse 6 yaşında öldü. Bu büyük bir yaş değildi (bir koyun için ortalama yaş 10-12 yaşında), ancak onu öldüren virüs herhangi bir yaştaki ve herhangi bir sağlık durumundaki hayvanlarda akciğer hastalığına ve ölüme neden olur. Bilimde büyük bir başarı hikayesinin üzücü bir sonuydu.
Yapay Eşleştirme
Yapay eşleştirmeye embriyo klonlama veya embriyo yarılması da denir. Özdeş ikizlerde, bir embriyo bölünür ve ortaya çıkan iki embriyodan iki fetüs büyüdüğünde doğal olarak oluşabilir. Yapay eşleştirme de aynı şekilde gerçekleşir, ancak embriyo manuel olarak bölünür.
Yapay eşleştirme, sığır endüstrisinde uzun yıllardır kullanılan embriyo transferindeki teknolojik bir gelişmedir. Bu süreçte, arzu edilen özelliklere sahip bir inek hormonlarla tedavi edilir, böylece süper yumurtlar ve bir seferde birçok yumurta üretir. Yumurtalar döllenir ve daha sonra biyolojik annenin uterusundan alınır ve taşıyıcı annelere yerleştirilir.
Erken embriyolar aynı şekilde yapay eşleşmede toplanır. Gelişiminde bu aşamada hücreler totipotenttir (organizmada ihtiyaç duyulan tüm hücreleri oluşturabilir ve büyümesini destekleyebilir) . Yine de doğal olarak özdeş ikizleri oluşturmak için bölünebilirler. Erken embriyo, daha sonra birkaç gün boyunca bir laboratuarda yetiştirilen daha küçük erken embriyolara (her biri orijinal embriyo kadar sağlıklı bir yetişkin oluşturabilen) küçük bir embriyo kullanılarak yapay olarak bölünür. Eğer bu süre içinde doğru gelişirlerse, taşıyıcı annelere implante edilebilirler. Embriyo, düzgün bir şekilde gelişme ve sağlıklı bir yetişkine dönüşme şansına sahiptir.
Birden fazla fetüs taşımak
Birden fazla fetüs taşımak, hem hamilelik hem de doğumda anne için bir takım sorunlara neden olabilir. Bundan kaçınmak için, bilim adamları her erken embriyoyu farklı bir taşıyıcı anneye aktarabilirler. Bununla birlikte, bu her durumda olamaz: domuzlar gibi bazı hayvanlar doğal olarak her hamilelikte birkaç yavru üretir. Bu nedenle, sadece bir embriyo taşıyıcı domuza implante edilirse, domuzun vücudu orada olduğunu fark etmeyebilir. Taşıyıcı bir domuzda hamileliğin başlatılması için birden çok embriyonun aktarılması gerekir.
Aslında, yapay olarak eşleştirmede bölünen embriyolar, aynı anne tarafından taşındığında bile doğal olarak oluşan ikizlere göre bir takım avantajlara sahiptir. Yapay eşleştirme, embriyonun erken bölünmesini sağlar. Böylece her fetüsün kendi plasenta ve amniyotik kesesi vardır ve böylece bir şeylerin yanlış gitme riski azalır.
Çekirdek transferiyle klonlamanın aksine, bir organizmadan üretilebilecek klonların sayısı sınırlıdır (bir embriyonun bölünme sayısı ile) ve embriyonun genetik materyali çıkarılmadığı için genetik mühendisliği için daha az fırsat vardır. Bu teknoloji doğal bir süreci yansıttığı ve çiftlik hayvanlarında yıllarca kullanılan bir teknik üzerine inşa edildiği için, birçok insan kullanımının şu anda olduğu gibi devam etmesiyle ilgili bir sorun görmüyor. Bazı insanlar, bu yöntemin insanlarda da uygulanabileceğini (ve yapılması gerektiğini) bile düşünüyorlar. Ancak bu gerçekleşmeden önce yasalarda bir değişiklik yapılması gerekecek.
Terapötik klonlama
Terapötik veya biyomedikal klonlamada kullanılan teknikler üreme klonlamasında kullanılan tekniklere çok benzer – ancak tamamen farklı bir sonuçla. Bir yumurta hücresinin çekirdeği çıkarılır ve yerini somatik bir hücrenin çekirdeği alır. Yani yumurta döllenmiş gibi aynı miktarda genetik materyale sahiptir. Yumurtanın bir embriyo ile aynı şekilde bölünmesini sağlayan yapay bir uyaran sağlanır. Bununla birlikte, üretilen erken embriyonun gelişmesine izin verilmez: bunun yerine kök hücreler ondan hasat edilir (böylece embriyoyu yok eder), böylece klonlanmış bir yetişkine dönüşemez.
Bu yöntem kesinlikle bir klonun doğmasına yol açmayacak şekilde kontrol edilir. İnsan hücrelerinin bu şekilde klonlanması, bağışlanan insan yumurtası kıtlığı ile daha sorunlu hale gelir. İnsan çekirdek genetik materyali, hücredeki genetik materyalin çoğunu ve sitoplazmada mitokondri çok az miktarda genetik materyali içerir. Sitoplazma, çekirdek için etkili bir şekilde ‘inkübatör’ görevi görür: embriyonun nasıl geliştiğini yönlendirmez, ancak doğru koşulları sağlaması gerekir. Çekirdek ve donör yumurta çok benzer türlerden olmadıkça, çoğunlukla uyumsuzdurlar (çünkü sitoplazma çekirdek için doğru koşulları sağlamaz) ve bu embriyonun erken bir aşamadan geçmesini engeller.
Kök hücreler, her ikisi de hücrelerin çekirdek vericinin bir klonu olması nedeniyle iki nedenden dolayı çok yararlıdır. Üretilen kök hücreler, daha sonra vücudun hasarlı bir bölgesini değiştirmek için hastaya geri nakledilebilen bir dokuya (veya gelecekte muhtemelen bir organa) kültürlenebilir ve büyütülebilir. Hücreler hastanın klonları olduğundan, genetik uyumsuzluk nedeniyle bağışıklık reddi olamaz. Üretilen kök hücreler genetik bozukluğu olan birisinin klonları ise, hastalığın gelişimi daha ayrıntılı olarak incelenebilir. Olası tedaviler laboratuvarda hücresel düzeyde test edilebilir.
Klonlanmış embriyolardan üretilen kök hücreler, uyarılmış pluripotent kök hücreler (iPSC’ler) potansiyellerini yerine getirirse gereksiz hale gelebilir. Ancak şu an için hala inanılmaz derecede önemli ve heyecan verici bir araştırma hattıdır.
