La tecnología de clonación traerá enormes beneficios a la humanidad. Por ejemplo, la leche de oveja criada por la empresa británica PPL contiene alfa-1 antitripsina para el tratamiento del enfisema. El precio de esta leche de cabra es de 6.000 dólares el litro. Una oveja es como una fábrica farmacéutica. ¿Cuál es la forma más eficaz y cómoda de criar este tipo de ovejas? La mejor manera es "clonar". De manera similar, la empresa holandesa PHP ha criado vacas que pueden secretar lactoferrina humana, y la empresa israelí LAS ha criado ovejas que pueden producir albúmina sérica. ¿Cómo se puede criar eficazmente este ganado de alto valor añadido? La respuesta, por supuesto, es "clonar".
El apareamiento de una yegua con un burro puede dar como resultado un animal con un vigor híbrido particularmente fuerte: una mula. Las mulas no pueden reproducirse, entonces, ¿cómo pueden las mulas excelentes ampliar su reproducción? La mejor manera es también "clonar". Los pandas gigantes de China son tesoros nacionales, pero su tasa de éxito de apareamiento natural es baja y están al borde de la extinción. ¿Cómo salvar animales tan raros? La "clonación" proporciona una forma práctica para los humanos.
Los animales clonados también desempeñan un papel importante en el estudio de la biología del cáncer, la inmunología y la esperanza de vida humana.
Es innegable que la aparición de las “oveja clonadas” también ha despertado el interés de muchas personas por la “clonación humana”. Por ejemplo, algunos están considerando la posibilidad de clonar un embrión a partir de sus propias células y congelarlo antes de que tome forma. Un día en el futuro, cuando haya un problema con uno de nuestros propios órganos, podremos extraer este órgano del embrión para cultivarlo y luego reemplazar nuestro órgano enfermo para proporcionarnos "accesorios" mediante la clonación.
El debate sobre la "clonación humana" recuerda a la gente que el progreso científico y tecnológico es una marcha de alegría y tristeza. Cuanto más se desarrollan y penetran más amplia y profundamente la ciencia y la tecnología en la sociedad, más probable es que desencadenen muchas cuestiones éticas, morales y jurídicas conexas. Me gustaría finalizar este artículo con una cita del famoso biólogo molecular J.D. Watson, ganador del Premio Nobel: “Se puede esperar que muchos biólogos, especialmente aquellos que trabajan en la reproducción asexual, consideren cuidadosamente sus implicaciones y lleven a cabo debates científicos. para educar a personas de todo el mundo. "
"Clonación" es la transliteración de la palabra inglesa "clon" y tiene tres significados diferentes en el campo de la biología.
1. A nivel molecular, la clonación generalmente se refiere a la clonación de ADN (también llamada clonación molecular). Se refiere a insertar fragmentos de ADN específicos en vectores (como plásmidos y virus) mediante tecnología de ADN recombinante y luego replicarlos en células huésped para obtener una gran cantidad de "grupos" de fragmentos de ADN idénticos.
2. A nivel celular, los clones son esencialmente grupos de células formadas por la división de una única célula ancestral. Todas estas células tienen los mismos genes. Por ejemplo, una población de células con el mismo trasfondo genético formada al dividir una célula en un medio de cultivo in vitro durante varias generaciones es un clon celular. Por poner otro ejemplo, en los vertebrados, cuando invaden sustancias extrañas (como bacterias o virus), se producirán anticuerpos de reconocimiento específicos a través de respuestas inmunitarias. Todas las células plasmáticas que producen anticuerpos específicos se forman mediante división de células B, y dicha población de células plasmáticas también es un clon celular. La clonación celular es un método de reproducción de bajo nivel: reproducción asexual, es decir, la descendencia tiene la misma genética que los padres, sin necesidad de unión sexual. Cuanto menor sea el nivel de evolución biológica, más probabilidades habrá de adoptar este método de reproducción.
3. A nivel individual, la clonación se refiere a un grupo de dos o más individuos con el mismo genotipo. Por ejemplo, ¡dos gemelos idénticos son un clon! Debido a que provienen del mismo óvulo, su origen genético es exactamente el mismo. Según esta definición, ¡no se puede decir que "Dolly" sea un clon! Porque "Dolly" es una persona solitaria. Sólo cuando los embriólogos británicos trasplantan dos o más núcleos celulares idénticos en dos o más óvulos enucleados idénticos y obtienen dos o más "Dolly" con el mismo trasfondo genético pueden utilizar la palabra clonación para describirlo. Así, en el sensacional artículo publicado en Nature en febrero de 1997, los autores no describieron a Dolly como un clon.
Además, clonar también puede usarse como verbo, haciendo referencia al proceso antes mencionado de obtención de ADN, células o poblaciones individuales.
En segundo lugar, la tecnología de clonación
1. Clonación de ADN
Actualmente existen varios métodos de clonación de ADN. El proceso básico se muestra en la siguiente figura (no se muestra). escala) .
Se puede observar que el ADN así obtenido se puede aplicar a muchos aspectos de la investigación biológica, incluido el análisis y procesamiento de la secuencia de bases de ADN específico y la producción en masa de proteínas valiosas en la industria biotecnológica. .
2. Clonación de individuos biológicos
(1) Clonación de individuos de plantas
En la década de 1950, los botánicos utilizaron zanahorias como materiales modelo para estudiar si el material genético es Se pierde en las células vegetales diferenciadas. Para su sorpresa, descubrieron que a partir de una sola célula de zanahoria altamente diferenciada se podía desarrollar una planta completa. Por tanto, creían que las células vegetales eran totipotentes. Una población de zanahorias desarrollada a partir de más de dos células somáticas en una zanahoria tiene el mismo trasfondo genético, por lo que es un clon. ¡El proceso de clonación de esta planta es un proceso completo de reproducción asexual!
(2) Clonación de animales individuales
(1) El nacimiento de “Dolly”
27 de febrero de 1997, Instituto Roslin, Edimburgo, Reino Unido Ian Wilmott del Instituto Roslin anunció al mundo el nacimiento de Dolly, la primera oveja clonada del mundo, lo que inmediatamente causó sensación en todo el mundo.
Dolly está emparentada con tres ovejas. Una es una oveja finlandesa de Dorset que está preñada de tres meses y la otra es una oveja escocesa de cara negra. Una oveja finlandesa de Dorset proporcionó un conjunto completo de información genética, proporcionando el núcleo (llamado donante); una oveja escocesa de cara negra proporcionó un óvulo sin núcleo y otra oveja escocesa de cara negra proporcionó el embrión de oveja. El útero, el entorno de desarrollo de la oveja; oveja, es la madre “biológica” de la oveja Dolly. Todo el proceso de clonación se describe brevemente de la siguiente manera:
Las células de la glándula mamaria se extraen de las glándulas mamarias de las ovejas Dorset en Finlandia y se colocan en un medio nutritivo de baja concentración. Las células dejan de dividirse gradualmente y se denominan células donantes. . Inyecte gonadotropinas en ovejas escocesas de cara negra para inducir la ovulación, extraiga los óvulos no fertilizados e inmediatamente enucleelos, dejando un óvulo sin semillas, llamado célula receptora, utilizando el método de pulsos eléctricos, las células del donante y las células del receptor se fusionan. eventualmente formando células fusionadas. Debido a que los pulsos eléctricos también pueden producir una serie de reacciones similares al proceso de fertilización natural, las células fusionadas también pueden dividirse y diferenciarse como óvulos fertilizados para formar células embrionarias. Las células embrionarias fueron trasplantadas al útero de otra oveja escocesa de cara negra, donde se diferenciaron y desarrollaron aún más, hasta formar finalmente un cordero. Las ovejas Dolly nacen idénticas en apariencia a las ovejas Dorset.
Un año después, otro grupo de científicos informó que se habían obtenido más de 20 células trasplantando los núcleos de células del cúmulo de ratón (células altamente diferenciadas en la periferia del ovocito) en ovocitos sin núcleo completamente desarrollados. ratones. Si Dolly no es suficiente para que la llamen oveja clonada, ya que solo hay una, estos ratones
son verdaderamente ratones clonados.
②El proceso básico de clonación de ratones mediante transferencia nuclear.
En este experimento, las células del cúmulo se obtuvieron mediante el siguiente proceso: se indujo a ratas hembra a entrar en un estado de alta producción de óvulos mediante múltiples inyecciones consecutivas de gonadotropina coriónica. Luego se recolectaron complejos de células del cúmulo y ovocitos de las trompas de Falopio de ratas hembra. El tratamiento con ácido hialurónico dispersa las células del cúmulo. Seleccione células de cúmulo con un diámetro de 10 a 12 micrones como donantes nucleares (experimentos anteriores han demostrado que si se utilizan núcleos de células de cúmulo con diámetros más pequeños o más grandes, los ovocitos después de la transferencia nuclear rara vez se desarrollan hasta la etapa de 8 células). Las células del cúmulo seleccionadas se almacenan en un entorno de solución determinado y el trasplante nuclear se realiza en 3 horas (a diferencia de esto, cuando se obtuvo Dolly, las células mamarias utilizadas como donantes nucleares se multiplicaron primero en el medio de cultivo de 3 a 6 veces).
Se recolectaron ovocitos de diferentes ratones hembra (generalmente durante la metafase meiótica II) mediante un método similar al anterior. Retire con cuidado el núcleo del ovocito utilizando un tubo delgado con un diámetro de aproximadamente 7 micrones bajo un microscopio y trate de no eliminar el citoplasma. También retire con cuidado el núcleo de las células del cúmulo y elimine la mayor cantidad de citoplasma posible (elimine una pequeña cantidad de citoplasma pasando el núcleo varias veces en el tubo de vidrio). Inyectar directamente en los ovocitos enucleados dentro de los 5 minutos posteriores a la nucleación. Los ovocitos trasplantados nucleares se colocan en una solución especial durante 1 a 6 horas y luego se añaden iones de estroncio divalentes (Sr2+) y citocalasina B. El primero activa los ovocitos y el segundo inhibe la formación de cuerpos polares y la eliminación de cromosomas. Luego, los ovocitos tratados se extraen y se colocan en una solución especial que no contiene estroncio ni citocalasina B, lo que permite que las células se dividan en embriones.
Se implantan embriones de diferentes estadios (desde el estadio de 2 células hasta el estadio de blastocisto) en las trompas de Falopio o en el útero de ratones hembra pseudopreñadas que se han apareado con ratones macho ligados hace unos días para su desarrollo. Después de aproximadamente 19 días, se extirparon quirúrgicamente los fetos de ratones completamente desarrollados.
En la actualidad, los animales clonados mediante transferencia nuclear de células embrionarias incluyen ratones, conejos, cabras, ovejas, cerdos, vacas y monos. En China, además de los monos, hay animales clonados y las cabras también pueden clonarse mediante transferencia nuclear en serie. Esta tecnología va un paso más allá de la segmentación de embriones y permitirá clonar más animales. Porque cuantas más veces se divide un embrión, menos células hay en cada parte y menos capaz es el individuo desarrollado. Sólo hay un animal clonado mediante transferencia nuclear de células somáticas y es la oveja Dolly.
En tercer lugar, el evangelio de la tecnología de clonación
1. Tecnología de clonación y mejoramiento genético
En la agricultura, la gente ha utilizado la tecnología de "clonación" para cultivar una gran cantidad. de plantas resistentes a la sequía, variedades de alta calidad y alto rendimiento que son resistentes al acame, enfermedades y plagas, aumentando significativamente el rendimiento de los cereales. En este sentido, China ha entrado a la vanguardia de los países más avanzados del mundo.
2. La tecnología de clonación y la protección de especies en peligro de extinción
La tecnología de clonación es una gran ayuda para proteger las especies, especialmente las raras y en peligro de extinción, y tiene enormes perspectivas de aplicación. Desde una perspectiva biológica, este es uno de los aspectos más valiosos de la tecnología de clonación.
3. Tecnología y medicina de la clonación
Actualmente, los médicos pueden trasplantar casi todos los órganos y tejidos humanos. Pero en términos de ciencia y tecnología, el rechazo en el trasplante de órganos sigue siendo el más problemático. El motivo del rechazo es la mala compatibilidad debido a una falta de coincidencia de tejidos. Si los órganos de un "humano clonado" se proporcionan a un "humano original" para su trasplante, no hay necesidad de preocuparse por el rechazo porque los genes y tejidos de los dos son compatibles. La pregunta es: ¿es humano utilizar "clones" como donantes de órganos? ¿Es legal? ¿Es rentable?
La tecnología de clonación también se puede utilizar para reproducir genes valiosos. Por ejemplo, en medicina, la gente utiliza tecnología de "clonación" para producir insulina para tratar la diabetes, hormona del crecimiento para ayudar a los pacientes con enanismo a crecer y plasmina para resistir diversas infecciones virales, etc. Una bacteria se puede dividir en dos partes en unos 20 minutos; una rama de uva cortada en diez gajos puede convertirse en diez uvas; un cactus se corta en varios trozos, y cada trozo echará raíces al tocar el suelo, dependiendo de su tamaño; estolones que se arrastran por el suelo, cientos de plántulas de fresa pueden crecer en un año... todo lo cual es causado por un organismo que se reproduce dividiéndose en dos o expandiendo una pequeña parte de sí mismo, este tipo de reproducción se llama reproducción asexual. El nombre en inglés de reproducción asexual es "Clone", que se transcribe como "Clone". De hecho, la palabra inglesa "clon" proviene de la palabra griega "clon". Hoy en día, el significado de "clon" no es sólo "reproducción asexual", sino que se refiere a un grupo de individuos que parten de un antepasado y experimentan una reproducción asexual. Este grupo de descendientes asexuales de un antepasado también se denomina "clon asexual", o clon para abreviar.
Muchos animales en la naturaleza, en circunstancias normales, dependen de la fusión (fertilización) de células masculinas (esperma) producidas por el padre y células femeninas (óvulo) producidas por la madre para formar un óvulo fertilizado (cigoto). ), y luego El óvulo fertilizado se convierte en un embrión a través de una serie de divisiones celulares y finalmente forma un nuevo individuo. Este método de reproducción, que se basa en las células sexuales proporcionadas por ambos padres para producir descendencia mediante la fusión de células sexuales, se llama reproducción sexual. Sin embargo, si dividimos quirúrgicamente el embrión en dos partes, cuatro partes, ocho partes... Finalmente, un embrión crece en dos, cuatro, ocho... organismos mediante métodos especiales. Estos organismos son individuos clonados, estos dos, cuatro, ocho… individuos se llaman clones (también llamados clones).
Se puede decir que Wu Chengen, el gran escritor de la dinastía Ming en China, describió una vez la idea de la clonación de manera muy brillante: Sun Wukong a menudo arranca un puñado de pelos de mono en momentos críticos y Se convierte en un gran grupo de monos. Los pelos de mono que se convierten en monos son clones de mono.
En la primavera de 1979, científicos del Instituto de Hidrobiología de Wuhan, de la Academia de Ciencias de China, cultivaron artificialmente células en estadio de blastocisto de carpa cruciana. Después de 59 generaciones de subcultivo continuo durante 385 días, se extrajeron los núcleos de las células cultivadas utilizando un tubo de vidrio con un diámetro de aproximadamente 65.438 ± 00 micrones bajo un microscopio. Al mismo tiempo, se extrae el núcleo del huevo de la carpa cruciana para prepararlo para recibir el núcleo del blastocisto. Una vez que todo esté listo, mueva los núcleos extraídos del tubo de vidrio a la posición vacía del huevo de carpa cruciana. La mayoría de los núcleos de blastocistos bajo cultivo artificial mueren prematuramente.
Entre los 189 huevos que fueron intercambiados nuclearmente, sólo dos alevines eclosionaron. Al final, sólo un pez joven sobrevivió a la dificultad. Después de más de 80 días de cultivo, creció hasta convertirse en una carpa cruciana de 8 cm de largo. Este tipo de carpa cruciana no ha experimentado la unión de células masculinas y femeninas, sino que solo reemplazó el núcleo de un blastocisto con un óvulo. El óvulo en realidad se produce a partir del óvulo después de que se ha cambiado el núcleo, por lo que también es un. peces clonados.
Antes de que apareciera la clonación de la carpa cruciana, científicos de la Universidad de Oxford en el Reino Unido realizaron experimentos de clonación con una especie de sapo africano de garras (Xenopus laevis) en 1960 y 1962. El método experimental consiste en irradiar huevos de Xenopus laevis con luz ultravioleta para destruir sus núcleos celulares y luego utilizar una cirugía sofisticada para extraer los núcleos celulares de las células epiteliales intestinales, células hepáticas y renales de los renacuajos de Xenopus laevis, y colocar con precisión los núcleos. de estas células en los núcleos celulares en los huevos destruidos por los rayos UV. Después de un cuidadoso cuidado, algunos de estos óvulos de intercambio nuclear finalmente se convirtieron en un vivo Xenopus laevis. No fue producido por la combinación de espermatozoides y óvulos, por lo que también fue un Xenopus laevis clonado.
El Sr. Tong Dizhou, un famoso biólogo chino, realizó con éxito un experimento de clonación de la rana de manchas negras en 1978. Trasplantó los núcleos de glóbulos rojos de la rana a huevos de rana previamente enucleados. Los huevos enucleados eventualmente se convirtieron en renacuajos que podían nadar libremente en el agua.
Con la madurez de la tecnología de intercambio nuclear de peces y el éxito del intercambio nuclear de anfibios, un grupo de científicos dedicados al cultivo de semillas están muy entusiasmados. Dado que los núcleos de los blastocistos de la carpa cruciana pueden reemplazar los núcleos de los óvulos de la carpa cruciana para obtener peces clonados, ¿se pueden obtener nuevos peces híbridos intercambiando núcleos de peces heterogéneos? Este problema fue planteado y resuelto por primera vez por científicos chinos, cuando el instituto que produjo con éxito la carpa cruciana logró reemplazar el núcleo de una célula embrionaria de la carpa cruciana con el núcleo de un óvulo de la carpa cruciana. El núcleo de la célula de la carpa y el citoplasma del huevo de la carpa cruciana pueden coexistir pacíficamente e iniciar un proceso similar a la división y desarrollo de un óvulo fecundado. Finalmente, una especie de "carpa cruciana" con "barba" crece muy rápido, al igual que la carpa, pero sus escamas laterales y el número de espinas son las mismas que las de la carpa cruciana, y el sabor del pescado no es menor que el de la carpa cruciana. carpa. La aparición de esta nueva especie de pez clonada artificialmente ha abierto nuevas vías para la cría de peces.
La búsqueda de la ciencia es interminable y el éxito de la clonación de peces y anfibios ha llevado naturalmente a los científicos a centrar su atención en los mamíferos. Científicos de Estados Unidos y Suiza fueron los primeros en extraer el núcleo de una célula embrionaria de ratón gris y reemplazarlo con el núcleo de un óvulo de ratón negro fertilizado. De hecho, al óvulo fertilizado de este ratón negro se le extrajo el núcleo del espermatozoide junto con el núcleo del óvulo tan pronto como entró en el óvulo. El núcleo de un embrión de ardilla se trasplantó a un óvulo fertilizado enucleado de un ratón negro, se cultivó artificialmente en un tubo de ensayo durante cuatro días y luego se implantó en el útero de un ratón blanco. Después de cientos de operaciones de gris, blanco y negro, el ratón blanco finalmente dio a luz a tres pequeñas ardillas.
La revista británica "Nature" publicada el 27 de febrero del año pasado publicó los resultados de la investigación de Wilmot y otros del Instituto Roslin de Edimburgo: después de 247 fracasos, obtuvieron uno en julio del año anterior. oveja llamada Dolly.
¿Cómo se “creó” la oveja Dolly? Wilmot y otros estudiosos inyectaron por primera vez gonadotropina en ovejas escocesas de cara negra para inducir la ovulación. Inmediatamente después de obtener los óvulos, utilizaron una pipeta muy fina para extraer los núcleos de los óvulos. Al mismo tiempo, extrajeron los núcleos de las células de la glándula mamaria de una oveja de seis años llamada Fendosit que estaba embarazada de tres meses y los enviaron inmediatamente a los óvulos de una oveja escocesa de cara negra enucleada. Después de la cirugía, utilizaron pulsos eléctricos de la misma frecuencia para estimular el intercambio de óvulos. El citoplasma de la oveja escocesa de cara negra y el núcleo de las células de la glándula mamaria de la oveja Fendorset están coordinados entre sí, lo que permite que esta célula "ensamblada" experimente el proceso de división y desarrollo como un óvulo fertilizado en un tubo de ensayo para formar un embrión, y luego el embrión se transfiere hábilmente y se implanta en el útero de otra oveja. En julio del año pasado, la oveja que "crió" los embriones fuera del cuerpo finalmente dio a luz a Dolly, una corderita. Dolly no es el producto de la fertilización de óvulos de oveja y espermatozoides de carnero, sino el resultado del desarrollo paso a paso del "intercambio nuclear de óvulos", por lo que es una "oveja clonada".
El nacimiento de la "oveja clon" conmocionó a los países del mundo. Su característica encomiable es que es el núcleo de una célula somática, no de una célula embrionaria. Este resultado demuestra que las llamadas células altamente diferenciadas en los animales, que desempeñan funciones especiales y tienen formas específicas, como los huevos fertilizados, tienen el potencial de convertirse en individuos completos. En otras palabras, las células animales son tan totipotentes como las células vegetales.
La tecnología de clonación traerá enormes beneficios a la humanidad.
Por ejemplo, la leche de oveja criada por la empresa británica PPL contiene alfa-1 antitripsina para el tratamiento del enfisema. El precio de esta leche de cabra es de 6.000 dólares el litro. Una oveja es como una fábrica farmacéutica. ¿Cuál es la forma más eficaz y cómoda de criar este tipo de ovejas? La mejor manera es "clonar". De manera similar, la empresa holandesa PHP ha criado vacas que pueden secretar lactoferrina humana, y la empresa israelí LAS ha criado ovejas que pueden producir albúmina sérica. ¿Cómo se puede criar eficazmente este ganado de alto valor añadido? La respuesta, por supuesto, es "clonar".
El apareamiento de una yegua con un burro puede dar como resultado un animal con un vigor híbrido particularmente fuerte: una mula. Las mulas no pueden reproducirse, entonces, ¿cómo pueden las mulas excelentes ampliar su reproducción? La mejor manera es también "clonar". Los pandas gigantes de China son tesoros nacionales, pero su tasa de éxito de apareamiento natural es baja y están al borde de la extinción. ¿Cómo salvar animales tan raros? La "clonación" proporciona una forma práctica para los humanos.
Los animales clonados también desempeñan un papel importante en el estudio de la biología del cáncer, la inmunología y la esperanza de vida humana.
Es innegable que la aparición de las “oveja clonadas” también ha despertado el interés de muchas personas por la “clonación humana”. Por ejemplo, algunos están considerando la posibilidad de clonar un embrión a partir de sus propias células y extraer el núcleo antes de que se forme el embrión.