Klónun apa og apakóngur fortíðar

Eitt frægasta kínverska ævintýri fimmtándu aldar fjallar um apakónginn, Sun Wukong, sem bjó yfir stórbrotnum eiginleikum og ómældri hrekkvísi. Í upphafi lék vindhviða við steinegg á hæsta tindi og fram spratt apakonungurinn. Kraftar hans ótrúlegir og gat hann breytt sér í allra kvikinda líki. Hár hans voru gædd þeim göldrum að geta breyst í klóna af apakóngnum sjálfum. Því er fréttin af klónuðum öpum í Kína ansi forvitnileg.

Klónun og Dollý.

Klónun gerist í náttúrunni, t.d. við knappskot eða þegar ný tré vaxa upp af brotnum greinum eða fallinni ösp (sbr. stikklinga). Hægt er að klóna lífverur á tilraunastofu með því að einangra fósturfrumur, eins og gert var með apafóstur á fjögura frumu stigi.

Allir kannast við klónuðu kindina Dolly en það voru lömbin Megan og Morag sem ruddu brautina. Eða réttara sagt vísindamennirnir við Roslin rannsóknastöðina í Skotlandi sem klónuðu lömbin. Eða reyndar John Gurdon sem klónaði froska upp úr miðri síðustu öld.

Megan, Morag, Dollý og nafnlausu froskar John Gurdons, voru búnin til með kjarnaflutningaaðferð, sem byggir á því að fjarlægja kjarna úr eggi og hvata samruna líkamsfrumu við eggið (e.  Somatic cell nuclear transfer, skammstafað SCNT, bein þýðing væri e.t.v. líkamsfrumu kjarnaflutningur). Í tilfelli Dollýar var kjarninn úr kind af Finn-Dorset kyni, en eggið úr Scottish blackface kind. Því var auðvelt að greina upprunan við fæðingu, en uppruni kjarna Dollýar var einnig staðfestur með sameindaerfðafræði.

Klónun er ekki skilvirk aðferð. Af 277 eggjum sem fengu kjarna úr júgurfrumu komust 29 óhult í gegnum fyrstu frumuskiptingarnar og gátu myndað kímblöðru. Af 29 kímblöðrum sem voru fluttar í leg Scottish Blackface-kinda náðu 13 að bindast legveggnum. Aðeins eitt fóstur gat af sér lifandi lamb (6LL3) sem fékk nafnið Dollý. Þegar hún var kynnt árið 1997 upphófst fjölmiðlafár. Sumir héldu að hægt væri að klóna allar lífverur en aðrir að Dolly hefði fæðst fyrir heppni.

Klónun margra dýra en ekki apa.

Síðan þá hafa 23 tegundir dýra hafa verið klónuð, t.d. svín, kýr, kindur, kettir og hundar, en engum hafði tekist að klóna apa. Þrátt fyrir margvíslegar tilraunir. Til dæmis gerðu Shoukrat Mitalipov stofnfrumusérfræðingur og félagar hans í Oregon  tilraunir með 15.000 egg úr öpum, án árangurs.

Ókleifi þröskuldurinn virðist hafa verið mörkun kjarnanna. Mörkun gerist í þroskun, þeas frumurnar sem kjarnir komu úr hafa þroskast á ákveðna braut, t.d. í forvera taugakerfis eða húðar. Og kjarnar starfa ólíkt í slíkri frumu og frjóvgaðri eggfrumu.

Allar frumur líkamans eru með sama erfðaefni. Munurinn á þeim er sá að þær nota mismunandi gen. Þetta er best útskýrt með ímynduðu dæmi. Segjum að taugafrumur noti kannski 10.000 gen og lifrarfrumur 8.000, en bara 5000 þeirra eru sameiginleg.

Virkni genanna er stýrt af nákvæmum kerfum, framleiðsla tiltekinna próteina er skrúfuð upp eða niður eftir aðstæðum og þegar þroskun vindur fram. Stýringin felst m.a. í því að pakka eða afpakka tilteknum svæðum á litningum, sem gerir frumum kleift að muna. Frumur í húð eru með ákveðin litningasvæði pökkuð, og allar frumur sem af þeim koma einnig. Þannig muna þær að þær eru húð, og framleiða rétt prótín. En ekki t.d. meltingarensím eða taugaboðefni.

Árangurinn í klónun veltur á því hversu vel gengur að endurstilla kjarna gjafafrumunar. Tilraunir til að klóna apa hafa mistekist. Spurningin er hvort að það sé vegna þess að aðferðir okkar eru ófullkomnar eða vegna þess að klónun virki ekki fyrir þennan hóp dýra, sem við erum svo lánsöm að tilheyra.

Klónun apa(fósturs) með endurforritun kjarna

Í janúar 2018 birtist grein í Cell frá Qiang Sun og samstarfsmönnum við Taugalíffræðistofnunina í Shanghai, sem sýndi hvernig hægt er að klóna makakísmáapa með kjarnaflutningsaðferðinni. Sun og félagar yfirstígu hindranir sem stöðvuðu alla aðra.

Nýjungarnar voru tvennskonar.

Í fyrsta lagi að nota tiltekin efni og RNAboð til endurforrita erfðaefni frumunar. Um var að ræða efni sem hafa áhrif á litnið og mRNA fyrir ensmím sem breytir aðgengi að erfðaefninu.

Í öðru lagi notuðu þeir fósturfrumur úr öpunum, en ekki frumur úr fullorðnum apa eða ungviði. Dollý var t.d. klónuð úr frumum úr júgri, mögulega stofnfrumu. Fósturfrumur er almáttugari en venjulegar frumur. Húðfruma getur bara af sér húðfrum, ekki heilan líkama.

Seinna atriði þýðir að klónun fullorðins apa hefur ekki tekist. Um var að ræða klónun á fóstri, ekki fullorðnum apa.

Í tilrauninni var unnið með rúmlega hundrað egg, sem kjarninn hafði verið fjarlægður úr. Þau voru látin renna saman við stakar þekjufrumur úr fóstri, sem gaf 109 kímblöðrur (fóstur með um 200-300 frumur). Eðlilegur frumuklasi fannst í 79 kímblaðranna og voru þau fóstur sett i staðgöngumæður (21 talsins). Bara 6 fóstur leiddu til eðliegrar meðgöngu, og einungis tveir apar (Hua Hua og Zhong Zhong) fæddust.

Þeir fæddust eftir 135 og 137 daga, sem er eðlileg meðganga fyrir makakísmáapana.

Klónun úr frumum fullorðins apa tókst næstum. Sun og félagar reyndu einnig að nota líkamsfrumur fullorðins apa, úr þekjufrumum eggbús. Svipaður fjöldi eggja var notaður, og árangurinn sambærilegur við hina tilraunina. Tveir apar gengu fulla meðgöngu og fæddust lifandi, en dóu báðir innan 2 daga. Áður höfðu slík fóstur komist 2/3 meðgöngunar, að 80 degi uþb.

Hví að klóna apa?

Hvers vegna voru þessar tilraunir gerðar? Í kjölfar klónunar Dollýar var fjallað um hvort eðlilgt væri að nota klónun til að fjölga fólki (e. reproductive cloning). Í flestur vestrænum ríkjum var slík klónun bönnuð, með lögum eða reglugerðum. Rætt hefur verið um hvort réttlætanlegt sé að nota klónun til að lækna sjúkdóma, t.d. leiðrétta erfðagalla í fóstri eða afkvæmi pars.

Slíkt virðist ekki vaka fyrir rannsóknarhóp Sun og félaga í Shanghai. Yfirlýst markmið tilraunanna er að útbúa líkan fyrir líffræði taugasjúkdóma eins og Alzheimer og Parkinson, sem ekki er hægt að herma eftir í músum. Þeir vilja nota klónun til að geta borið saman apa með og án alvarlegra stökkbreytinga, t.d. sem orsaka Alzheimer. Ef tveir apar eru nákvæmlega eins erfðafræðilega, nema hvað annar er með gallað gen, væri mögulega auðveldara að rannsaka líffræði sjúkdómsins.

Annmarkar og áhrif klónunar

Annmarkar á rannsóknaráætlun þeirra eru lítil sýnastærð og mögulega áhrif erfðaumhverfis. Síðan er það spurningin um áhrif klónunarinnar sjálfrar.

Sýnastærð er mikilvæg í vísindum. Samanburður á tveimur dýrum er ófullnægjandi, krafan er um stór þýði og að hægt sé að endurtaka rannsóknina. Það þyrfit mikinn fjölda apynja til að gefa eggin og ganga með fóstrin, og síðan heila heimavist sem aparnir þyrftu að búa í (spurning hvort að taugalíffræði apa í slíku Alcatraz sé rétta líkanið fyrir Alzheimer manna í nútímanum?). Jafnvel þótt búin verði til nokkur pör af öpum, með eða án tiltekinnar stökkbreytingar, þá þroskast hver þeirra á sinn hátt og alls óvíst að hægt sé að útbúa þeim nægilega svipað umhverfi.

Annað vandamál er að stökkbreytingin sem rannsaka á, getur haft framandi áhrif í apanum. Þ.e.a.s í erfðaumhverfi tegundarinnar eða jafnvel einstakling sem hún var sett í*. Rhesusapar, ættingjar makakísmáapanna, eru til dæmis með útgáfur gena sem valda sjúkdómum í manninum. En rhesusaparnir sýna engin einkenni sjúkdómsins, þótt þeir séu allir "stökkbreyttir". Ástæðan er sú að samhengi stökkbreytinga skiptir máli, bæði erfðafræðilegt samhengi og einnig umhverfislegt, sem er líka félagsumhverfi. Allt þetta á við um erfðasjúkdóma mannsins eins og Cystic fibrosis, krabbamein og Alzheimer.

Almenn gagnrýni er að lífverur sem myndast með klónun eru erfðafræðilega eldri en venjulegar lífverur. Klónun byggir á að "eldri" frumur sé notaðar í næstu kynslóð. Líkamsfrumur skipta sér oftar en stofnfrumur kynfruma. Í hverri skiptingu eru líkur á stökkbreytingum, og með fleiri skiptingum aukast líkurnar. Saman ber krabbamein. Fruma úr júgri "klónmóður" Dollýjar var kannski búin að skipta sér 20 sinnum, en kynfrumur eins og egg mun sjaldnar. Þar af leiðir, hætta er á að klónar verði erðfafræðilega gamlir.

Það felst mótsögn í því að klóna erfðafræðilega fullkomnar verur, með aðferð sem tryggir að þær verði ófullkomnar. Frá vísindalegu sjónarmiði er samt forvitnilegt að rannsaka mynstur stökkbreytinga í klónuðum lífverum, t.d. að kanna hvort líkur á krabbameinum aukist. Einnig forvitnilegt að rannsaka endurforritun kjarnanna, hversu vel hún tekst og hvort að frávikin hafi áhrif á ólíka vefi eða líffærakerfi.

Samantekt.

Nýleg rannsókn sýnir að klónun apa og jafnvel manna er kannski möguleg. Í þessari rannsókn var unnið með fóstrufrumur, ekki er því um klónun fullorðins apa að ræða. Klónun manna er bönnuð á flestum vesturlöndum. Miðað við vandamálin sem yfirstíga þarf við klónun apa, þarf því tæplega að óttast að klónaðan her apakóngsins í bráð.

Ítarefni:

*Í sumum tilfellum er rafstuð gefið til að virkja okfrumuna, og ýta þroskun fóstursins af stað.

**Það er sannarlega gagnlegra að skoða áhrif stökkbreytinga í því erfðaumhverfi sem þær finnast venjulega í. Það er kveikjan að rannsóknum sem miða að því að manngera mýs, þá eru settar inn mannaútgáfur af nokkrum genum og eiginleikar þeirra rannsakaðir.