4. oktober 2010

2. Teknikken: Reproduktiv og terapeutisk kloning

Kloning bruges som betegnelse for ukønnet formering, det vil sige processer, hvor der skabes en organisme, som er identisk med en anden organisme
Kloning forekommer spontant i naturen, for eksempel når befrugtede æg ved en naturlig proces deler sig i livmoderen og dermed skaber enæggede tvillinger. Nogle dyr og planter kan også spontant reproducere sig selv ved ukønnet formering, også kaldet partenogenese.

Når embryoner opsplittes og dermed danner flere identiske individer, kaldes det embryonal kloning – en proces der relativt simpelt kan udføres i laboratoriet. Når der skabes en kopi ud fra en celle fra et eksisterende dyr (eller foster), kaldes det somatisk kloning.

I det følgende fokuseres der alene på to former for somatisk kloning: Reproduktiv kloning, der har som formål at skabe identiske kopier af allerede eksisterende individer, og terapeutisk kloning, der har som formål at skabe embryoner med henblik på at kunne høste stamceller til forskning og sygdomsbehandling.

Kernetransplantation

Da det klonede får, Dolly, kom til verden i 1997, skabte det en sensation, selvom forskerne på daværende tidspunkt allerede havde klonet dyr i en årrække. Tilbage i 1977 rapporterede de første forskere, at de havde lavet en museklon fra helt uspecialiserede celler fra et befrugtet æg, der havde delt sig et par gange. Og i midten af 1980’erne havde de første forskergrupper succes med at lave fåre- og kalvekloner af uspecialiserede celler fra embryoner i 64 – 128 cellestadiet. Det, der imidlertid gjorde Dolly til en sensation, var det faktum, at hun var skabt fra en helt specialiseret celle, en yvercelle fra et seks år gammelt får. Eller med andre ord – Dolly var det første pattedyr, der var udviklet af en celle fra et allerede eksisterende individ, og dermed blev en genetisk kopi af dette individ.

Dolly blev ligesom muse-, fåre- og kalveklonerne skabt ved hjælp af laboratorieteknikken kernetransplantation - en i princippet relativ simpel teknik.


En moden ægcelle udtages fra et givent dyr, og kernen fjernes ved hjælp af et mikrokirurgisk indgreb. Dermed har man en kerneløs ægcelle med bevaret cytoplasma. Samtidig udtages en celle fra den organisme, man ønsker at klone. Fra denne celle udtages kernen og dermed det arvemateriale, der vil være bestemmende for den klonede organismes udvikling og egenskaber. Da alle celler i en organisme indeholder en fuldstændig kopi af organismens arvemateriale, er det i princippet underordnet, hvilken celle man bruger. Ved elektrisk stimulation fusioneres kernen fra kernedonorcellen herefter med den kerneløse ægcelle, hvorved der skabes en celle, der opfører sig som et befrugtet æg. Den fusionerede celle begynder at dele sig, og efter nogle dage danner den en blastocyst, der kan lægges op i livmoderen på en rugemor og her færdigudvikle sig.

På den vis er det i princippet muligt at lave en genetisk kopi – en klon - af en hvilken som helst organisme.

Kloning og sygdomsbehandling

Ved almindelig reproduktion kombineres arvematerialet fra to kønsceller i et befrugtet æg, hvorved der skabes en organisme med sin egen unikke arvemasse. Som det fremgår, er der ved kloning derimod kun en enkelt organisme, der bidrager med arvemassen, hvilket betyder, at den skabte organisme bliver en klon af kernedonororganismen.

Denne mulighed for at skabe genetisk identiske individer og celler har flere potentielle anvendelsesmuligheder. Allerede nu har kloningen bidraget til vores viden om foster­udvikling, celledifferentiering og genetisk betingede sygdomme. Men kloning kan også bruges til bevarelse af avlsdyr og udrydningstruede arter – og måske også til genskabelse af uddøde arter. Man arbejder på at tage celler fra fund af dyr fra uddøde arter og klone dem. Inden for landbruget kan man fremstille kopier af særligt betydningsfulde husdyr. Ved at kombinere kloning og genteknologi kan man frembringe dyr til produktion af lægemidler og organer. Og kloningsteknikken kan bruges i forbindelse med udvikling af dyre-sygdomsmodeller og vævsspecifikke stamceller.

Sygdomsmodeller

Særligt i forbindelse med testning af medicinske behandlinger, men også når det gælder undersøgelser af, hvordan sygdomme udvikles, er det væsentligt at kunne undersøge, hvilken indflydelse enkeltfaktorer har på et sygdomsforløb. Det kræver imidlertid, at de forsøg, der udføres, i videst muligt omfang er standardiserede, så forskerne kan udelukke, at der er andre faktorer, der spiller ind på resultaterne end dem, der er genstand for undersøgelsen. I den henseende er der åbenlyse begrænsninger forbundet med at bruge mennesker som forsøgsobjekter, da både sociale faktorer, miljøfaktorer og livsstilsfaktorer vil have indflydelse på udfaldet af undersøgelsen.

Derfor bruger forskere i vid udstrækning forsøgsdyr. Men selvom det med dyreforsøg er muligt at standardisere de miljømæssige forhold – ved at give dyrene samme opvækstbetingelser, samme føde osv. - har de stadig ikke samme arvemateriale. Det kan man råde bod på ved hjælp af kloning, som gør det muligt at fremstille helt identiske forsøgsobjekter og dermed skabe grundlaget for optimalt standardiserede forsøg.

I 2007 udviklede en dansk forskergruppe således verdens første klonede Alzheimers gris. Forskerne indsatte et gen for Alzheimers i en vævscelle fra en gris og fusionerede derefter kernen fra vævscellen med en kerneløs ægcelle (se også 'Handmade' cloning cheap and easy). På den måde lykkedes det forskerne at frembringe syv klonede grise ’forprogrammeret’ til at udvikle Alzheimers. Klonede sygdomsmodeller som Alzheimers grisen vil kunne styrke forskningen inden for behandling og forebyggelse af Alzheimers, og sandsynligvis vil kloningsmetoden også kunne bruges til at producere transgene grisemodeller for andre humane sygdomme.

Terapeutisk kloning

For at kunne bruge stamceller til sygdomsbehandling kræver det, at stamcellerne matcher patientens vævstype – eller i hvert tilfælde skal der være en vis overensstemmelse (se også stamcelleafsnittet). Ellers bliver stamcellerne afstødt af patientens immunforsvar. Man kan nedsætte risikoen for afstødning ved at udvikle nye embryonale stamcellelinier, som tilsammen skal kunne dække et bredt udsnit af befolkningens vævstyper, og det arbejder forskerne på at gøre. Men hvis man gerne vil være helt sikker på at undgå afstødning, skal man have stamceller med præcis den genetiske sammensætning, en bestemt patient har. Det kan man i teorien opnå ved at bruge såkaldt terapeutisk kloning til at omprogrammere somatiske celler fra patienten til embryonale stamceller.

Teknikken, der anvendes til terapeutisk kloning, er i udgangspunktet den samme som ved reproduktiv kloning. En celle udtages fra patienten, og ved hjælp af kernetransplantation fusioneres kernen med et kerneløst æg fra en donor, hvorved der skabes et embryon bestående af celler, der er genetisk identiske med patientens. Men hvor man ved reproduktiv kloning lægger det klonede embryon op i en rugemor for at færdigudvikle det, destruerer man ved terapeutisk kloning det klonede embryon på blastocyststadiet for at kunne høste embryonale stamceller.

Når man ønsker, at stamcellerne skal have netop denne patients gensammensætning kan det enten være, fordi vedkommende har en genetisk sygdom, som stamcellerne så også vil have, så man kan studere sygdommen ved at studere stamcellerne. Men det kan også være fordi, man ønsker at dyrke cellerne til reservevæv eller organer, som patienten ikke vil afstøde, fordi de har hans egen gensammensætning (se afsnittet om specialisering af celler i Forskning i stamceller og sygdomsbehandling).

Flere forskergrupper arbejder på at fremstille humane embryonale stamcellelinjer ved hjælp af terapeutisk kloning. Det er så vidt vides endnu ikke lykkedes. Spørgsmålet er imidlertid også, om japanske forskeres offentliggørelse i november 2007 af, at det er muligt at skabe særlige genetisk omprogrammerede celler, såkaldte iPS-celler, med samme udviklingspotentiale som cellerne fra terapeutisk kloning, vil overflødiggøre brugen af terapeutisk kloning i stamcelleforskningen. Læs mere om iPS-cellerne i Forskning i stamceller og sygdomsbehandling.

Kloningens udfordringer

Siden Dolly kom til verden, er det blandt andet lykkedes forskere at klone rotter, kaniner, katte, hunde, geder, grise, kvæg, heste og rhesusaber. På trods af denne tilsyneladende succes og simpliciteten i teknikken, er der relativt store problemer forbundet med kloning. Sammenholdt med almindeligt befrugtede æg har de kernetransplanterede æg en reduceret evne til at udvikle sig til blastocyster. Der er en forøget abortfrekvens. Og blandt det afkom, der fødes, er der en stor hyppighed af misdannet afkom med nedsat levedygtighed. Da Dolly blev skabt brugte forskerne således ikke mindre end 277 kernetransplanterede æg til at fremstille 29 embryoner. Og af de embryoner resulterede kun tre i fødte lam, hvoraf kun Dolly levede. På samme vis har det krævet 9.000 forsøg at fremstille 70 kalve, og af de 70 kalve døde ca. en tredjedel af dem for tidligt. Og som nævnt har forskerne trods mange forsøg endnu ikke haft succes med at klone humane celler.

En af årsagerne til de mange problemer synes at være forbundet med den såkaldte reprogrammering af arvematerialet, der er nødvendig for skabelsen af et nyt individ.

Reprogrammering

Det, der overraskede mange forskere ved Dollys tilblivelse, var, at det var muligt at skabe et nyt individ ud fra en celle fra et færdigudviklet individ. Under fosterudviklingen differentieres cellerne, så de gradvist bliver mere specialiserede til at varetage forskellige funktioner i kroppen (se også Noget om Celler – Stamceller og fosterudvikling + Celledifferentiering). Således findes der i det voksne menneske over 200 forskellige celletyper. Celledifferentieringen foregår blandt andet ved, at der bindes nogle kemiske forbindelser til arvematerialet, der aktiverer og deaktiverer forskellige gener. Sådanne ændringer af arvematerialet kaldes epigenetiske forandringer. Epigenetiske forandringer indebærer ikke, at organismens DNA-sekvens ændres, men de er stabile i den forstand, at de videreføres gennem celledelinger (se også Noget om celler – Celledifferentiering). Derfor har det tidligere været antaget, at forandringerne var permanente, men skabelsen af Dolly viste altså, at ændringerne af de differentierede cellers arvemateriale ikke er uforanderlige.

Ved den almindelige befrugtning ændres de epigeniske forandringer af ægcellens eget DNA og det, den har modtaget fra sædcellen, så arvematerialet bliver programmeret til at styre fosterudviklingen. Man siger, at ægcellen reprogrammerer arvematerialet. Reprogrammeringen foregår i to trin. Først under dannelsen og modningen af kønscellerne og dernæst i forbindelse med befrugtningen og den tidlige fosterudvikling, hvor en stor del af de kemiske forbindelser, der er bundet til arvematerialet, fjernes. Forsøget med Dolly viste, at modne ægceller også er i stand til at reprogrammere specialiserede celler. Ægcellens cytoplasma må altså indeholde nogle faktorer, der er afgørende for denne reprogrammering og dermed for fosterudviklingen.

Undersøgelser har imidlertid vist, at selvom der forekommer en reprogrammering af kernetransplanterede embryoner, fjernes de bundne kemiske forbindelser ikke i ligeså høj grad, som det kan observeres i forbindelse med almindelig befrugtning. De fleste – hvis ikke alle – klonede embryoner har således epigenetiske defekter, og da det er de epigenetiske forandringer af DNA'et der styrer, hvilke gener der bliver udtrykt og dermed, hvordan fosterudviklingen forløber, er det sandsynligvis en væsentlig årsag til, at kloning stadig er så ineffektiv.

Fremtiden

Hvis man går ud fra, at det er (mindst) ligeså vanskeligt at fremstille klonede humane embryoner, som det har været at klone andre større pattedyr, vil det kræve mindst 200 modne ægceller blot at fremstille en enkelt stamcellelinie fra en patient – ægceller der vel at mærke skal doneres af kvinder, der både skal gennemgå en hormonbehandling og et operativt indgreb.

Før kloningsteknikken for alvor kan blive anvendelig både i forbindelse med stamcelleforskningen og behandlingen - men også i forbindelse med den reproduktive kloning af dyr - kræver det derfor, at forskerne forbedrer deres tekniske formåen, så de bliver bedre i stand til at styre reprogrammeringen af arvematerialet. Selvom det har været et stort forskningsmæssigt gennembrud, at forskerne er blevet i stand til at klone pattedyr, er teknikken altså stadig kun under udvikling.