Kloonimine

Allikas: Vikipeedia

Kloonimine (tuletatud vanakreeka sõnast κλών (klõn), mis tähendab oksake) on geneetiliselt identsete organismide saamine sugulise või mittesugulise (sealhulgas ka vegetatiivse) paljunemise tulemusena. Biotehnoloogias tähendab kloonimine ka DNA fragmendi koopiate (molekulaarne kloonimine), rakkude (rakukloonimine) või teiste väiksemate organiosade kloonimist. Kloonimisest hakati rohkem rääkima pärast seda, kui 1996. aastal õnnestus edukalt liita udara- ja munarakk. Sellest kasvas kloonlammas Dolly. Kloonimistehnoloogiate arenguga loodetakse tulevikus ennetada ja ravida siiamaani ravimatuid haigusi. Lisaks sellele avanevad perspektiivid põllumajanduses tõuaretusega ja pereplaneerimises viljatuse raviga. [1][2]

Mõiste[muuda | muuda lähteteksti]

Kloonimine tähendas juba Vana-Kreeka ajal protsessi, milles uus taim saab alguse väikesest oksakesest vegetatiivse paljunemise tulemusena. Nendel taimedel oli oluline väärtus aianduses, kuna nad olid identsed oma eellastega ning olid uue sordi aretamise aluseks. Hiljem hakati kogu sellist tahtlikult vegetatiivset paljundamisprotsessi nimetama kloonimiseks.[3]

Ajaga on mõiste laienenud ning seda on hakatud kasutama erinevate bakterikultuuride kasvatamisel.

Hiljem kasutati terminit "kloonimine" kõikide identsete organismide saamise tehnoloogiate puhul, alates tuumade asendamisest kullestel, lõpetades erinevate organismide, ka lamba Dolly saamisega.

Juba 1990. aastate lõpus hakati rääkima võimalusest kasutada seda sama tehnoloogiat, et saada geneetiliselt identseid inimesi. Mõiste "kloonimine" väljus ka teadusringkondade sõnavarast üldisele rahvamassile kasutamiseks. Seda hakati kasutama nii meedias, kinomaastikul, kirjanduses kui ka arvutimängude tootmisel. [4]

Molekulaarne kloonimine[muuda | muuda lähteteksti]

Molekulaarne kloonimine on protsess, mille läbi saadakse labori tingimustes ühest molekulist mitu samasugust molekuli. Molekulaarset kloonimist kasutatakse laialdaselt nii bioloogilistes eksperimentides kui ka praktilistes rakendustes, alates DNA analüüsidest ja lõpetades valkude tootmisega. Tavaliselt kasutatakse kloonimist pikendamaks DNA fragmente, mis sisaldavad terveid geene. Samuti kasutatakse seda, et pikendada igasuguseid DNA järjestusi, näiteks promootorit, mittekodeerivaid järjestusi ja juhuslikke DNA lõike.[5]

DNA fragmendi kloonimine hõlmab nelja etappi: [6]

  1. fragmentatsioon – valitud lõigu eraldamine DNA-st;
  2. ligeerimine – oma DNA kleepimine valitud lõiku;
  3. transformatsioon – moodustatud uue lõigu sisestamine rakku;
  4. analüüsimine/selekteerimine – edukalt kloonitud rakkude väljavalimine.

Kuigi need on kloonimise põhiprotsessid, esineb ka teisi alternatiivseid meetodeid.

Et pikendada elava organismi DNA lõiku, peab see olema ühenduses replikatsiooni alguspunktiga, mis suunab nii enda kui ka ühendatavate lõikude paljunemist. Lisaks sellele on vajalikud mitmesugused protsessid ja spetsialiseerinud kloonimisvektorid (tükike DNA-d, millesse saab lisada võõra DNA fragmente), et algaks valgu ekspressioon, sildistamine, üheahelalise RNA ja DNA moodustamine jne.

Alguses tuleb eraldada DNAst sobiva suurusega lõik. Seejärel ligeerimise abil sisestatakse amplifitseeritud DNA vektorisse (DNA lõik). Vektor (mis on tavaliselt ümmargune) lineariseeritakse, kasutades selleks restriktsiooniensüüme. Järgmisena inkubeeritakse vektor meid huvitava fragmendiga kindlates tingimustes koos ensüümi DNA ligaasiga. Pärast ligeerimist siseneb vektor meid huvitava DNA lõiguga peremeesrakku. Esineb ka teisi võimalikke tehnikaid, näiteks elektroporatsioon[7], optiline süstimine ja DNA-püssi abil. Lõpuks saadud transformeeritud rakud pannakse kasvama. Olenemata sellest, millist sisestamismeetodit kasutati, on võõr-DNA rakku sisenemine väikese efektiivsusega. Ainult teatud väike osa rakkudest võtab võõr-DNA oma koosseisu. Selleks, et kindlaks teha, millised rakud on edukalt kloonitud, kasutatakse vektorisse ehitatud markergeene. Tänapäevased kloonimisvektorid sisaldavad valikulisi antibiootikumiresistentsusmarkereid, mis võimaldavad söötmel kasvada ainult nendel rakkudel, millel on see vektor olemas.[8]

Raku kloonimine[muuda | muuda lähteteksti]

Ainuraksete organismide kloonimine

Raku kloonimine tähendab rakupopulatsiooni saamist ühest rakust. Bakterite ja pärmi (ainuraksed organismid) puhul on see protsess erakordselt lihtne, kuna võõrkeha tuleb kõigest siirata sobivasse kasvukeskkonda. See-eest keerukamate rakuliinide kloonimisel on protsess raskendatud, kasutatakse kloonimisrõngaid (silindreid).[9] Selle tehnika jaoks vajavad rakud eelnevat eeltöötlemist. Rakususpensioon, mis on kokku puutunud mutageense aine või selektsiooni teostava ravimiga, külvatakse tugevale lahusele. Sellel alusel kasvavad isoleeritud kolooniaid. Varajases kasvufaasis, kui kolooniad koosnevad vaid üksikutest rakkudest, asetatakse nende ümber steriilsed polüstüreenirõngad (kloonimisrõngad). Rõngad on eelnevalt kastetud rasva sisse ja nendesse lisatakse väike kogus trüpsiini. Seejärel teostatakse võõrkeha siirdamine kolooniatesse. Kloonitud rakud korjatakse rõngaste seest kokku ja viiakse uuele söötmele edasiseks kasvuks. [10]

Tüvirakkude kloonimine[muuda | muuda lähteteksti]

Somaatilise rakutuuma siirdamist (SCNT, somatic-cell nuclear transfer) kasutatakse embrüode loomiseks uuringute või ravi eesmärgil. Levinuim rakendusvaldkond on tüvirakkude uuringud. Seda protsessi nimetatakse ka „ravikloonimiseks“ ja „terapeutiliseks kloonimiseks“. Eesmärgiks pole luua kloonitud inimkeha (reproduktiivne kloonimine), vaid eraldada tüvirakke. Somaatilist rakutuuma siirdamist kloonimisel kasutatakse aktiivselt selle tõttu, et keharakke saab kergelt kasvatada ja hoida laboritingimustes. [11]

Protsess algab tuuma (sisaldab DNA-d) väljavõtmisega somaatilisest rakust (keharakk), mis hiljem pannakse tuumata munarakku.[12] Somaatiline tuum ja munaraku tsütoplasma ühendatakse omavahel elektrišoki abil. Elektrišoki energia võimaldab kloonitud embrüol hakata arenem.[13] Väljaarenev embrüo on geneetiliselt identne patsiendiga.[12] Uus embrüo loob blastotsüste, mis võib moodustuda ükskõik mis rakuks inimese kehas. [14] Oluline on teada, et kloonimine toimub ainult siis, kui munarakk säilitab oma normaalsed funktsioonid. Selle asemel, et replitseeruda kasutades sperma ja munaraku genoomi, sisestatakse somaatiline rakutuum munarakku. Munarakk reageerib keharaku tuumale samamoodi, nagu ta reageeriks spermarakule.[13]

Somaatilise rakutuuma siirdamisprotsessi peetakse ka heaks meetodiks, et toota põllumajandusloomi toidu otstarbeks. See tehnoloogia on edukalt klooninud lambaid, veiseid, kitsi ja sigu. Teisalt väga suur kasu somaatiliste tuumade siirdamisel on väljasuremisohus olevate liikide kloonimine.[13] Kahjuks suure surve tõttu nii munarakule kui ka siirdatavale tuumale läheb palju rakke kaduma protsessi käigus. Siiamaani pole võimalik seda protseduuri automatiseerida, kõike tuleb käsitsi mikroskoobi all teostada, mille tõttu on see protseduur väga ressursimahukas. Biokeemiaga seotud keharakutuumade ümberprogrammeerimine ning munaraku aktiveerimine pole samuti kaugeltki hästi arusaadavad protsessid.[15]

Aiandus[muuda | muuda lähteteksti]

Mõistet "kloon" kasutatakse aianduses, kui räägitakse taimest, mis on järeltulija vegetatiivse paljunemise tulemusena. Paljud aiakultuuride sordid on kloonid, mis on alguse saanud ühest taimest ja on mitmekordistatud mingis vegetatiivses protsessis. Näiteks mõned Euroopa taimesordid, nagu näiteks viinamarjad, kartulid ja banaanid on aastatuhandeid vanad kloonid. Paljud puud, põõsad, viinamarjad, sõnajalad ja muud rohttaimed ja püsililled moodustavad loomulikke kolooniaid kloonidest. See toimub siis, kui taimest eraldunud mingi osa hakkab individuaalse taimena eraldi kasvama. Sammal on samuti üks levinud näide vegetatiivsest paljunemisest. Mõned soontaimed, näiteks võilill ja heintaimed moodustavad ka seemneid aseksuaalselt, mille tulemusena moodustuvad geneetiliselt identsetest indiviididest kloonide populatsioonid.[16]

Partenogenees[muuda | muuda lähteteksti]

Klonaalne päritolu esineb looduses mõningatel loomaliikidel ja seda nimetatakse partenogeneesiks (organismi paljunemine ilma kaaslaseta). See mittesugulise paljunemise vorm esineb ainult mõningatel emastel putukatel, vähkidel ja sisalikel. Kasv ja areng toimub ilma isaslooma poolt viljastamiseta.[17] Taimedel partenogenees tähendab embrüo arengut viljastamata munarakust. Seda kutsutakse ka apomiksiseks.

Organismide kunstlik kloonimine[muuda | muuda lähteteksti]

Kunstlikku organismide kloonimist võib nimetada ka reproduktiivseks kloonimiseks.

Esimesed sammud kloonimiseks[muuda | muuda lähteteksti]

1935. aastal pälvis saksa embrüoloog Hans Spemann Nobeli auhinna meditsiinis, kui ta avastas praeguseks tuntud embrüonaalse induktsiooni. Ta eksperimenteeris erinevate embrüo osadega, mis vastutavad erinevate kudede ja elundite arengu eest. 1928. aastal teostasid Spemann ja tema õpilane Hilde Mangold somaatiliste rakkude tuuma siirdamist, kasutades selleks kahepaiksete embrüoid. See oli üks esimesi samme kloonimise suunas.[18]

Lammas Dolly[muuda | muuda lähteteksti]

Dolly topis Edinburghi Kuninglikus muuseumis

Dolly oli esimene imetaja, kelle kloonimine täiskasvanud rakust saavutas edu. Teda klooniti rakust, mis oli võetud ta bioloogilise ema udarast. Võetud emarakk viidi lamba munarakku ja sellest arenes välja embrüo.[19] Dolly kloonimine oli väga väikese edukusega ühe viljastatud munaraku kohta. Tema kloonimisel kasutati 277 munarakku, millest 29 arenesid embrüoteks. Nendest sündis 3 lammast ja ainult üks jäi ellu.

Kloonimine viidi läbi Šotimaal Roslini ülikoolis, kus lammas terve oma elu elas (1996–2003). Paljud teadlased arvavad, et Dolly suri kiirenenud vananemise tõttu. Spekuleeriti, et surm oli seotud lühenenud telomeeridega. Need on kompleksid, mis kaitsevad kromosoome kahjustuste eest. Ian Wilmut, kes viis Dolly kloonimist läbi, vaidleb sellele vastu. Tema arvates oli Dolly varajane surm seotud hingamisteede infektsiooniga. Arvatavasti tulenes see kloonimisprotsessi puudujääkidest.[20][21]

Dollyst on järel topis, mis seisab Edinburghi Kuninglikus muuseumis. [22]

Esimese imetaja kloonimine oli avalikkuses väga olulise tähtsusega. Dolly kloonimine näitas, et geneetiline materjal kindlast täiskasvanud rakust on võimeline ümberprogrammeeruma täiesti uueks organismiks. [23]

Inimese kloonimine[muuda | muuda lähteteksti]

Inimese kloonimine tähendab olemasolevast või varem eksisteerinud inimesest geneetiliselt identse koopia loomist. Seda mõistet kasutatakse tavaliselt selleks, et määratleda inimese kunstlikku kloonimist. Loomuliku paljunemise ajal võib toimuda samuti kloonimine, selle tulemusena sünnivad identsed kaksikud. Eristatakse kahte inimkloonimist – üks on terapeutiline kloonimine ja teine reproduktiivne kloonimine. Teoreetiliselt on võimalik ka kolmas koonimise variant, kus ühendatakse nii terapeutiline kui ka reproduktiivne kloonimine. Seda kutsutakse asenduskloonimiseks. See tähendaks ulatuslikult kahjustunud kehaosa asendamist, millele järgneks osaline või täielik ajusiirdamine.

Erinevad inimkloonimise tüübid on tekitanud palju vaidlusi.[24] Enamik teadus-, valitsus- ja usuorganisatsioone on rangelt reproduktiivse kloonimise vastu. Ameerika Ühendriikide teaduse edendamise liit (AAAS) ja paljud teised teadusühingud on teinud avaldusi, et inimese kloonimine tuleks keelustada seni, kuni on lahendatud kõik ohutuse probleemid.[25] Samuti on räägitud probleemist, mis saab siis, kui tulevikus hakatakse kloonidelt eemaldama üksikuid organeid. Alternatiivina on kaalutud mõtet hakata eraldi kasvatama organeid, mille tulemusena ei tekiks eetilisi probleeme ega peaks kloonitud inimest kahjustama.[26] Uuritakse ka võimalust, mille kohaselt inimesele bioloogiliselt vastuvõetavad organid kasvatatakse mingi teise organismi, näiteks sea või lehma sees. Seejärel siirdatakse valmis organ inimkehale.

Esimene inimhübriidkloon loodi novembris 1998.[27] Edasijõudnud rakutehnoloogia abiga (Advanced Cell Technology, ACT) eemaldati lehma munarakust DNA ja sinna siirdati inimese jalast rakk. See hävitati 12 päeva pärast. Kuna normaalne embrüo siirdub oma kohale alles 14 päeva pärast, siis kokkuleppe järgi ei saa hävitatud embrüot vaadelda kui inimorganismi. 2008. aasta jaanuaris teatasid California teadlased Wood ja Andrew French, et on edukalt loonud viis esimest küpset embrüot, kasutades selleks täiskasvanud naharaku DNA-d. Nende eesmärk oli tagada elujõulised embrüonaalsed tüvirakud. Dr Samuel Wood ja tema kolleeg annetasid oma naharakud ning DNA nendelt rakkudelt oli siirdatud inimese munarakku. Ei ole teada, kas nendel embrüotel oleks võimalik olnud edasi areneda tulevikus. Dr Wood selgitas, et võimaluse korral oleks see ebaeetiline ja illegaalne. Kõik 5 loodud embrüot hävitati.[28]

Kloonimine Eestis[muuda | muuda lähteteksti]

22. juunil 2013 sündis Eesti Maaülikoolis transgeenne emane vasikas Juuni, kelle genoom sisaldas inimese kasvuhormooni geeni. Loodeti, et tulevikus hakkab lehm tootma oma piimas inimese kasvuhormooni. Terves maailmas on vaid mõned üksikud lehmad, kelle piim sisaldab inimese valke, millest saab toota ravimeid. Transgeense tehnoloogia areng on farmaatsiatööstuses suureks läbimurdeks, kuna see võimaldab kvaliteetset ravimit toota odavamalt. Transgeenne lehmvasikas loodi Eesti Maaülikooli, Tartu Ülikooli ja Reproduktiivmeditsiini Tehnoloogiate Arenduskeskuse teadlaste koostöös.[29] Sama aasta oktoobris suri vasikas ootamatult. Loomaarstid ei oska öelda, mis võis looma surma põhjuseks olla. [30] Talle hakkas külge nakkushaigus. Eesti maaülikooli teadusprorektor Ülle Jaakma sõnul võis surma põhjustada mitte kloonitud loomadest nõrgem immuunsüsteem, mida on täheldatud kloonitud loomade esimestel elukuudel.[31]

Lisaks Juunile on Eestis ilmale tulnud kloonitud vasikas Augustiina, kes elas kolm aastat. Ta suri pullvasika sünnitamisel.[31]

Eesti kloonlehm on hetkel Tervisetehnoloogiate Arenduskeskuse alaprojekt, mida Ettevõtluse Arendamise Sihtasutus on rahastanud kuue miljoni euroga. Projektiga tehti algust 2010. aastal.[31]

Inimese kloonimine on Eestis nagu ka mujal maailmas keelatud.[32]

Viited[muuda | muuda lähteteksti]

  1. Torreya (1942). Torrey Botanical Club: Volumes 42–45. United States of America: Torrey Botanical Club. p. 133. 
  2. R. Mikelsaar. "Kloonimine avab uksed tulevikumeditsiini". juuli 2001. Eesti Päevaleht. Kasutatud 8.10.2013. Eesti keeles.
  3. King M., Science //American Association for the Advancement of Science. 1903. Vol. 18. P. 502.
  4. Krens E.A., Molendijk L., Wullems G.I., Schilperoort R.A. In vitro Transformation of Plant Protoplasts with Ti-Plasmid DNA // Nature. 1982. Vol. 296. P. 72-74.
  5. Cheryl L. Patten; Glick, Bernard R.; Pasternak, Jack (2009). Molecular Biotechnology: Principles and Applications of Recombinant DNA. Washington, D.C: ASM Press. ISBN 1-55581-498-0. 
  6. Peter J. Russel (2005). iGenetics: A Molecular Approach. San Francisco, California, United States of America: Pearson Education. ISBN 0-8053-4665-1. 
  7. Wirth R, Friesenegger A, Fiedler S (Märts 1989). "Transformation of various species of gram-negative bacteria belonging to 11 different genera by electroporation". Mol. Gen. Genet. 216 (1): 175–7. PMID 2659971. doi:10.1007/BF00332248. 
  8. Brown, Terry (2006). Gene cloning and DNA analysis: an introduction. Cambridge, MA: Blackwell Pub. ISBN 1-4051 -1121-6. 
  9. McFarland, Douglas (2000). "Preparation of pure cell cultures by cloning". Methods in Cell Science 22 (1): 63–66. PMID 10650336. doi:10.1023/A:1009838416621. 
  10. Saroj P. Mathupala and Andrew E. Sloan. [http//:www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC2727865"An agarose-based cloning-ring anchoring method for isolation of viable cell clones"]. aprill 2009. Kasutatud 8.10.2013. Inglise keeles.
  11. Gideon, Gil. "California biotech says it cloned a human embryo, but no stem cells produced". Boston Globe, jaanuar 2008. Kasutatud 8.10.2013. Inglise keeles.
  12. 12,0 12,1 N.Halim. "Extensive new study shows abnormalities in cloned animals accessdate". september 2002. MIT Tech Talk. Kasutatud 8.10.2013. Inglise keeles.
  13. 13,0 13,1 13,2 K.E. Latham. "Early and delayed aspects of nuclear reprogramming during cloning". 2005. Biology of the Cell. Kasutatud 8.10.2013. Inglise keeles.
  14. L J.Vorvick. "Fetal development". 2011. MEDEX. Kasutatud 8.10.2013. Inglise keeles.
  15. Campbell KH, McWhir J, Ritchie WA, Wilmut I (Märts 1996). "Sheep cloned by nuclear transfer from a cultured cell line". Nature 380 (6569): 64–6. PMID 8598906. doi:10.1038/380064a0. 
  16. K. E. Holsinger. "Reproductive systems and evolution in vascular plants". 2000. Kasutatud 8.10.2013. Inglise keeles.
  17. T. Tammaru. "Suguline sigimine on mõistatus evolutsiooniuurijaile". juuni 2003. Eesti Loodus. Kasutatud 8.10.2013. Eesti keeles.
  18. Edward M. De Robertis. "Explanation of the Spemann-Mangold experiment". aprill 2006. Nature Reviews. Kasutatud 8.10.2013. Inglise keeles.
  19. Lassen, J., Gjerris, M., & Sandøe, P. (2005). After Dolly—Ethical limits to the use of biotechnology on farm animals. Elsevier, 65, 992–1004.
  20. Shiels PG, Kind AJ, Campbell KH. "Analysis of telomere length in Dolly, a sheep derived by nuclear transfer". 1. Cloning. Kasutatud 8.10.2013. Inglise keeles.
  21. Shiels PG, Kind AJ, Campbell KH, et al (1999). "Analysis of telomere lengths in cloned sheep". Nature 399 (6734): 316–7. Bibcode:1999Natur.399..316H. PMID 10360570. doi:10.1038/20580. 
  22. National Museums Scotland. "Dolly the sheep". National Museums Scotland. Kasutatud 8.10.2013. Inglise keeles.
  23. NV. Thuan,S. Kishigami ,T. Wakayama. "How to improve the success rate of mouse cloning technology". 2010. PubMed. Kasutatud 8.10.2013. Inglise keeles.
  24. Pence, Gregory E. (1998). Who’s Afraid of Human Cloning?. Rowman & Littlefield. paperback ISBN 0-8476-8782-1 and hardcover ISBN 0-8476-8781-3. 
  25. Advancing science serving society. "HUMAN CLONING DEBATE REIGNITES". AAAS home. Kasutatud 8.10.2013. Inglise keeles.
  26. G.McGee. "Primer on Ethics and Human Cloning". oktoober 2011. American Institute of Biological Sciences. Kasutatud 8.10.2013. Inglise keeles.
  27. BBC News. "Details of hybrid clone revealed". aprill 2010. Kasutatud 8.10.2013. Inglise keeles.
  28. R.Weiss. "Mature Human Embryos Created From Adult Skin Cells". jaanuar 2008. Washington Post. Kasutatud 8.10.2013. Inglise keeles.
  29. M.Sander-Sõrmus. "Juuni on esimene transgeenne kloonvasikas". september 2013. Äripäev. Kasutatud 8.10.2013. Eesti keeles.
  30. K.Koppel. "Maaülikoolis kloonitud vasikas suri ootamatult". oktoober 2013. ERR uudised. Kasutatud 8.10.2013. Eesti keeles.
  31. 31,0 31,1 31,2 Villu Päärt. "Kuhu jäi miljardikasumit lüpsev imelehm?". Eesti Ekspress, 08.03.2017. Kasutatud 14.03.2017.
  32. MEGA. "Päevateema : Algab inimese kloonimine". august 2000. Eesti Päevaleht. Kasutatud 8.10.2013. Eesti keeles.