NaturaPrzyrodaŚrodowisko

Technologia klonowania w amerykańskim programie ochrony przyrody


Jeden z obecnych projektów ma na celu wykorzystanie nowej technologii do stworzenia domowych kurczaków z gonadami kurczaków wielkiej prerii, dając ptakom zagrodowym możliwość produkcji jaj kurzych preriowych. Zdjęcie: Ravi Hirekatur / Audubon Photography Awards

Technologia klonowania jest obecnie wykorzystywana w amerykańskim programie ochrony przyrody, ale prawdopodobnie nigdy nie będzie opcją dla ochrony ptaków.

Dowiedz się, jaki jest zaskakujący powód, dla którego ptaki są tak trudne do klonowania, i co zamiast tego mogliby zrobić badacze

Na początku tego roku naukowcy ogłosili, że po raz pierwszy z powodzeniem sklonowali zagrożony gatunek z Ameryki Północnej. Elizabeth Ann, czarnoskóra fretka – klon osobnika imieniem Willa, który zmarł ponad 30 lat temu – urodziła się przez cesarskie cięcie 10 grudnia r. 2020.

Bez pomocy technologii klonowania lub myślących przyszłościowo badaczy, którzy zamrozili Willę DNA, jej geny zostałyby utracone na zawsze.

Narodziny Elizabeth Ann wnoszą świeżą różnorodność genetyczną do programu hodowli fretek czarnogłowych w niewoli i są ważnym krokiem w kierunku pomocy innym zagrożonym gatunkom.

Klonowanie konserwatorskie jest narzędziem ostatniej szansy. Jego najbardziej obiecujące zastosowania są albo dla gatunków, które pochodzą od zaledwie kilku osobników, znanych jako genetyczne wąskie gardło, albo gatunków, którym obecnie grozi wyginięcie.

Chociaż narodziny Elizabeth Ann pokazują potencjalne nadzieje klonowania na zagrożone ssaki, to inna historia, jeśli chodzi o ochronę ptaków.

„Kilkakrotnie zostaliśmy zapytani,„ kiedy to się stanie z ptakami? ”- mówi Ben Novak, główny naukowiec z Revive & Restore, organizacji, która przewodziła wysiłkom klonowania fretki czarnonogiej. Novak twierdzi, że odpowiedź brzmi: prawdopodobnie nigdy – klonowanie prawdopodobnie nie jest możliwe u ptaków. Aby zrozumieć, dlaczego, warto wiedzieć, jak działa klonowanie.

Jest więcej niż jeden sposób na uzyskanie klonu (w tym na przykład identycznych bliźniaków), ale technika rozsławiona przez owcę Dolly i wykorzystana do stworzenia Elizabeth Ann nazywa się „transfer jądra komórki somatycznej”.

Proces ten obejmuje wymianę informacji genetycznej komórki jajowej i zastąpienie jej DNA osobnika dawcy.

Najpierw badacze biorą komórkę jajową i umieszczają ją pod mikroskopem.

Następnie skupiają się na jego jądrze, które jest częścią komórki, która zawiera ogromną większość informacji genetycznej.

Ostrożnie wysysają to jądro, pozostawiając komórkę jajową pozbawioną kodu genetycznego.

Oznacza to, że jajko jest teraz pustą tabliczką gotową do wypełnienia nowym zestawem instrukcji.

Następnym krokiem jest wstawienie komórki ciała (znanej również jako komórka somatyczna) lub jej jądra od osobnika, którego chce sklonować, zawierającego materiał genetyczny dawcy.

Gdy nowa komórka i jej instrukcje znajdą się w jaju, naukowcy zachęcają ich do połączenia się wstrząsem elektrycznym. Jeśli wszystko pójdzie dobrze, to oszukuje komórkę jajową do myślenia, że ​​została zapłodniona i zacznie się dzielić i namnażać, tworząc zarodek.

Po pewnym czasie wzrostu na szalce Petriego powstały zarodek można wszczepić do macicy zastępczej matki, która urodzi klona.

W praktyce tylko ułamek tych transferów jądrowych daje żywotne zarodki, które stają się dorosłymi zwierzętami.

Mimo to wiele ssaków – nawet dzikie gatunki, takie jak jelenie, szare wilki i makaki – zostało sklonowanych w ten sposób, odkąd owca Dolly udowodniła, że ​​jest to możliwe w 1996 roku. Ale nigdy nie było ani jednego sklonowanego ptaka.

Istnieje kilka powodów, dla których klonowanie ptaków było do tej pory niemożliwe.

Największa przeszkoda?

„To to, co jadłeś na śniadanie” – mówi Tom Jensen, naukowiec zajmujący się reprodukcją z San Diego Zoo Wildlife Alliance. „Żółtko jajka”.

Jensen wyjaśnia, że ​​ta sztuczka polegająca na zamianie jądra jest dość łatwa do wykonania w przypadku komórek jajowych ssaków, które mają średnicę od około jednego do trzech ludzkich włosów.

Te małe jaja mają idealny rozmiar do przesuwania pod mikroskopem, gdzie naukowcy mogą zejść do poziomu mikroskopowego i zlokalizować maleńkie jądro zawierające DNA.

Ale u ptaków komórka jajowa – to, co nazywamy żółtkiem – jest dużo większa. Jądro zawierające całe DNA ptaka to maleńka biała kropka pośrodku żółtka, z której ostatecznie wyrośnie embrion.

Żółtko to po prostu zapakowany lunch zarodka ptasiego od mamy, dostarczający mu wszystkich składników odżywczych, których potrzebuje, aby ostatecznie wyrosnąć na pisklę gotowego do wyklucia.

To rozwiązanie jest skuteczne, ale stwarza również dwie główne kwestie dla naukowców próbujących sklonować ptaka.

Po pierwsze, rozmiar żółtka uniemożliwia jego zmieszczenie się pod mikroskopem w celu przeprowadzenia niezbędnych prac.

Po drugie, nawet gdyby naukowcy mogli zbadać żółtko na poziomie mikroskopowym, odkrycie, że maleńkie jądro unoszące się gdzieś w żółtku jest niezwykle trudne.

Novak opisał ten proces jako podobny do „szukania białego marmuru w kałuży mleka”.


Elizabeth Ann, pierwsza sklonowana fretka o czarnej stopie i pierwszy w historii sklonowany gatunek zagrożony wyginięciem w USA, w wieku 50 dni. Zdjęcie: USFWS National Black Footed Ferret Conservation Centre / Flickr (CC 0)

Innym problemem związanym z jajami jest to, że gdy żółtko opuszcza jajnik, jest ono zawsze w ruchu.

Podczas typowego procesu klonowania ssaka, naukowcy mogą po prostu wetknąć zarodek w macicę zastępczej matki i pozwolić mu rosnąć.

Ptaki nie mają takiej komory inkubacyjnej. Po uformowaniu się żółtka zostaje ono upuszczone do czegoś, co nazywa się jajowodem, gdzie spada po linii montażowej, która pokrywa je najpierw białkiem jaja, a następnie błoną skorupy.

Nie ma odpowiednika w macicy, w którym można by przykleić zarodek klonu ptaka.

„U ssaka jest to znacznie łatwiejsze technicznie niż u ptaka” – mówi Jensen. „Więc nie sądzę, że kiedykolwiek będzie to coś, czego możemy użyć do ochrony ptaków”.

Obecnie, bez możliwości kriokonserwacji komórek gatunków ptaków i późniejszego ich klonowania, nie ma naukowego bezpieczeństwa dla ptaków, jak ma to miejsce w przypadku ssaków w przypadku genetycznych wąskich gardeł lub krytycznego zagrożenia.

Jensen ma jednak nadzieję, że inna pojawiająca się technologia genetyczna może odegrać podobną rolę w przypadku zagrożonych gatunków ptaków.

Ten koncentruje się nie na tworzeniu całego klonu, ale na zmianie rodzaju piskląt, które produkuje osoba.

Wymaga to od naukowców skupienia się na jądrach i jajnikach ptaków, zwanych także gonadami.

„Nie obchodzi nas, że [gatunek żywiciela] wygląda jak zwierzę, zależy nam tylko na tym, aby jego gonady były identyczne ze zwierzęciem, które klonujemy, prawda?” Jensen mówi. „U ptaków możemy w pewnym sensie sklonować gonadę”.

Odpowiedź ptaków na klonowanie zależy od czegoś, co nazywa się „pierwotnymi komórkami płciowymi” lub PGC. To wymyślne określenie komórek, które mają stać się plemnikami i komórkami jajowymi.

Klonowanie ssaka polega na wstawieniu DNA jednego osobnika do jednego jaja i wytworzeniu jednego potomstwa, które jest repliką genetyczną dawcy.

Celem technologii PGC jest stworzenie surogatu z gonadami zawierającymi DNA innego gatunku.

Badacze nazywają te zwierzęta hybrydowe chimerami.

Aby stworzyć chimerę, naukowcy ostrożnie wprowadzają PGC od dawcy do zarodka gospodarza w trakcie jego rozwoju.

PGC migrują następnie w dół do gonad zarodka żywiciela.

Jeśli wszystko pójdzie zgodnie z planem, gospodarz wyrośnie i stanie się osobą dorosłą, która produkuje plemniki lub komórki jajowe zawierające DNA dawcy.

Na przykład możesz mieć gospodarza domowego koguta, który produkuje nasienie z DNA kury wielkiej prerii.

Gdyby kogut został sparowany z samicą Greater Prairie-Chicken, para ta mogłaby następnie wyprodukować pisklęta Greater Prairie-Chicken.

Takie podejście ma tę zaletę, że jeden rodzic-gospodarz mógłby teoretycznie spłodzić wiele potomstwa z DNA dawcy w ciągu swojego życia, a nie pojedynczą osobę, która zostałaby wyprodukowana w wyniku klonowania.

Tak długo, jak naukowcy mogą kriokonserwować te PGC, nadal może to przynieść korzyści w postaci przywrócenia DNA dawcy, który zmarł dawno temu.

Problem polega na tym, że technologia PGC jest znacznie trudniejsza niż klonowanie, z większą liczbą kroków, które mogą się nie udać, więc wciąż jest w fazie rozwoju.

Naukowcy poczynili jednak pewne postępy, co sprawia, że ​​Jensen i Novak mają nadzieję, że pewnego dnia technologia ta będzie mogła zostać wykorzystana do konserwacji.

Większość dotychczasowych badań dotyczyła kurczaków domowych.

Kilka grup naukowców z powodzeniem przeniosło PGC z jednej rasy kurczaków na inną, uzyskując potomstwo z DNA dawcy. Naukowcy wykorzystali również tę technikę, aby z powodzeniem wyhodować kaczki majów, bażanty koreańskie, a nawet dropie houbara, łącząc samce kur domowych chimery z samicami tych gatunków.

Ze swojej strony Jensen i jego zespół badają, czy w tej technice można wykorzystać komórki macierzyste pochodzące od martwych osobników, i próbują dowiedzieć się, jak daleko od dawcy i gospodarza może być genetycznie.

Jak dotąd wszystkie komórki, które jego laboratorium eksperymentalnie wprowadziły do ​​zarodków kurzych, migrowały do ​​gonad, tak jak powinno.

„Co jest naprawdę dobrym znakiem do pracy nad wieloma gatunkami – nawet z gatunkami odlegle spokrewnionymi” – mówi Jensen. „Chociaż nie wykluczyliśmy jeszcze żadnych kurczaków, aby zweryfikować produkcję spermy funkcjonalnej”.

Tymczasem Revive & Restore jest w trakcie produkcji międzygatunkowych chimer z myślą o ich ochronie.

Mówiąc dokładniej, są one na wstępnym etapie przygotowania kurczaków domowych do produkcji nasienia kurczaków rasy Greater Prairie. Rosemary Walzem, badaczka z Texas A&M University, obecnie kieruje tymi wysiłkami.

W jej laboratorium znajduje się stado kurczaków wielkiej prerii, a tej wiosny jej zespół ma nadzieję, że ostrożnie wyodrębni niektóre pierwotne komórki rozrodcze (samo w sobie trudne zadanie), aby ostatecznie spróbować wprowadzić je do kur domowych.

Chodzi o to, aby udoskonalić ten proces na gatunku, który jest blisko spokrewniony z kurczakami domowymi, a następnie zastosować zdobytą wiedzę do pokrewnych gatunków, które są zagrożone, a nawet wymarłe.

Ostatecznie ta technologia może pomóc w poprawie różnorodności genetycznej gatunków, takich jak kondory kalifornijskie lub żurawie krzykliwe, które pochodzą od zaledwie kilku osobników.

„Niemal każdy program hodowlany, w którym można by wziąć udział i sprowadzić osobnika sprzed kilkudziesięciu lat, naprawdę skorzystałby na tym zastrzyku różnorodności” – mówi Jensen.

W idealnym przypadku ta technologia nigdy nie byłaby potrzebna.

Najlepszym podejściem do ochrony jest utrzymanie obfitości gatunków oraz nienaruszonych ich siedlisk i ekosystemów. Ale może to być cenne narzędzie w najgorszych scenariuszach.

Jensen i Novak mówią, że ostatecznie mają nadzieję, że technologia zostanie opracowana do tego stopnia, że ​​naukowcy będą mogli chwytać dzikie ptaki za pomocą sieci przeciwmgielnych, wydobywać ich pierwotne komórki rozrodcze, a następnie je uwolnić.

Komórki można następnie przechowywać w innym miejscu lub można je natychmiast umieścić u żywiciela w celu rozmnażania większej liczby gatunków bez konieczności zabierania dzikiej populacji do hodowli w niewoli.

Jednak obaj przyznają, że ta wizja wciąż jest odległa.

„Nasze cele są bardzo ambitne” – mówi Novak. „Ale uważamy, że są wykonalne”.

Źródło: Audubon