کلونینگ

کلونینگ چیست؟

کلونینگ (شبیه سازی) فرآیندهای مورد استفاده برای ایجاد یک ماکت ژنتیکی دقیق از سلول، بافت یا ارگانیسم دیگر را توصیف می‌کند.  ماده کپی شده، که دارای ساختار ژنتیکی مشابه با اصل است، به عنوان یک کلون شناخته می‌شود. دانشمندان اغلب ژن‌ها را برای مطالعه و درک بهتر آن‌ها شبیه سازی می‌کنند.  معروف‌ترین کلون یک گوسفند اسکاتلندی به نام دالی بود. کلون‌ها می‌توانند به طور طبیعی اتفاق بیفتند مانند دوقلوهای همسان که تنها یکی از نمونه‌های متعدد هستند و  یا می‌توان آن‌ها را در آزمایشگاه ساخت.

Cloning تکنیکی است که دانشمندان برای تهیه نسخه‌های ژنتیکی دقیق از موجودات زنده استفاده می‌کنند. ژن‌ها، سلول‌ها، بافت‌ها و حتی حیوانات کامل همگی قابل Cloning هستند. برخی از کلون‌ها از قبل در طبیعت وجود دارند.  موجودات تک سلولی مانند باکتری‌ها هر بار که تکثیر می‌شوند، نسخه‌های دقیقی از خود می‌سازند. برای شبیه سازی یک ژن، محققان DNA یک موجود زنده را می‌گیرند و آن را در یک ناقل مانند باکتری یا مخمر وارد می‌کنند.  هر بار که این حامل تولید مثل می‌کند، یک کپی جدید از ژن ساخته می‌شود.

 برای درک بهتر مفهوم کلونینگ دیدن ویدیوی زیر پیشنهاد می‌شود؛

تاریخچه

در سال 1996، دانشمندان اسکاتلندی اولین حیوان را شبیه سازی کردند، گوسفندی که آن را دالی نامیدند. این حیوان با استفاده از سلول پستان گرفته شده از یک گوسفند بالغ شبیه سازی شد.  از آن زمان، دانشمندان گاو، گربه، گوزن، اسب و خرگوش را شبیه سازی کردند. اگرچه آن‌ها هنوز یک انسان را شبیه سازی نکرده اند.  تا حدودی این به این دلیل است که تولید یک کلون زنده دشوار است. در هر تلاش، ممکن است اشتباهات ژنتیکی وجود داشته باشد که از زنده ماندن کلون جلوگیری می‌کند. همچنین نگرانی‌های اخلاقی در مورد شبیه سازی یک انسان وجود دارد.

روش‌های کلونینگ حیوانات

بسیاری از مردم اولین بار زمانی که گوسفند دالی در سال 1997 در صحنه ظاهر شد، درباره شبیه سازی شنیدند. با این حال، فناوری‌های شبیه‌سازی مصنوعی بسیار طولانی‌تر از دالی وجود داشته‌اند.  دو راه برای تهیه یک کپی ژنتیکی دقیق از یک موجود زنده در آزمایشگاه وجود دارد: دوقلوزایی مصنوعی جنین و انتقال هسته سلول‌های سوماتیک.

• دوقلوزایی جنین مصنوعی: دوقلوزایی جنین مصنوعی روشی نسبتا کم فناوری برای ساختن کلون است. همانطور که از نام آن پیداست، این تکنیک فرآیند طبیعی ایجاد دوقلوهای همسان را تقلید می‌کند. در طبیعت، دوقلوها در مراحل اولیه رشد، زمانی که جنین به دو قسمت تقسیم می‌شود، تشکیل می‌شوند. دوقلو شدن در روزهای اول پس از پیوستن تخمک و اسپرم اتفاق می‌افتد، در حالی که جنین فقط از تعداد کمی سلول غیر تخصصی ساخته شده است. هر نیمه از جنین به خودی خود به تقسیم شدن ادامه می‌دهد و در نهایت به افراد جداگانه و کامل تبدیل می‌شود.
  از آنجایی که آن‌ها از یک تخمک بارور شده ایجاد شده اند، افراد حاصل از نظر ژنتیکی یکسان هستند. دوقلوزایی مصنوعی جنین از همین روش استفاده می‌کند، اما به جای مادر، در Petri dish انجام می‌شود. یک جنین خیلی زود به سلول‌های منفرد جدا می‌شود که اجازه تقسیم و رشد برای مدت کوتاهی در Petri dish را دارند. سپس جنین‌ها در یک مادر جایگزین قرار می‌گیرند و در آنجا رشدشان به پایان می‌رسد. باز هم، از آنجایی که همه جنین‌ها از یک تخمک بارور شده یکسان به وجود آمده اند، از نظر ژنتیکی یکسان هستند.
• انتقال هسته ای سلول های سوماتیک: انتقال هسته‌ای سلول‌های سوماتیکی (SCNT)، که انتقال هسته‌ای نیز نامیده می‌شود، از رویکرد متفاوتی نسبت به دوقلوی مصنوعی جنین استفاده می‌کند، اما نتیجه یکسانی را ایجاد می‌کند: یک کپی ژنتیکی دقیق یا کلون از یک فرد. این روشی بود که برای ساختن دالی گوسفند استفاده شد (SCNT).  در ادامه به شرح دقیق SCNT پرداخته می‌شود:
• Somaticcell (سلول سوماتیک): سلول سوماتیک هر سلولی در بدن به غیر از اسپرم و تخمک، دو نوع سلول تولید مثلی است. به سلول‌های تولید مثلی، سلول‌های زایا نیز گفته می‌شود. در پستانداران، هر سلول سوماتیک دارای دو مجموعه کامل کروموزوم است، در حالی که سلول‌های زایا تنها یک مجموعه کامل دارند.
• Nuclear (هسته ای): هسته محفظه ای است کهDNAسلول را نگه میدارد.DNAبه بسته‌هایی به نام کروموزوم تقسیم می‌شود و حاوی تمام اطلاعات مورد نیاز برای تشکیل یک موجود زنده است. این تفاوت‌های کوچک درDNAما است که هر یک از ما را منحصر به فرد می‌کند.
• Transfer (انتقال): حرکت دادن یک شی از مکانی به مکان دیگر. برای ساخت دالی، محققان یک سلول جسمی را از یک گوسفند ماده بالغ جدا کردند. سپس هسته و تمامDNAآن را از یک سلول تخمک خارج کردند.  سپس هسته را از سلول سوماتیک به سلول تخمک منتقل کردند.پس از چند تغییر شیمیایی، سلول تخمک با هسته جدید خود دقیقا مانند یک تخمک تازه بارور شده رفتار می‌کرد.
  سپس به یک جنین تبدیل شد که در یک مادر جایگزین کاشته شد. (مرحله انتقال اغلب با استفاده از جریان الکتریکی برای جوش دادن غشاهای تخمک و سلول سوماتیک انجام می‌شود.)

بره دالی، یک کپی ژنتیکی دقیق از گوسفند ماده بالغی بود که سلول سوماتیک را اهدا کرد.  او اولین پستانداری بود که از یک سلول سوماتیک بالغ شبیه سازی شد.

کاربرد

کلونینگ در حیوانات کاربردهای مختلفی دارد. حیوانات شبیه سازی شده اند تا جهش‌های ژنی داشته باشند که به دانشمندان کمک می‌کند بیماری‌هایی را که در حیوانات ایجاد می‌شود مطالعه کنند.  دام‌هایی مانند گاو و خوک برای تولید شیر یا گوشت بیشتر شبیه سازی شده اند.  کلون‌ها حتی می‌توانند حیوان خانگی مورد علاقه ای را که مرده است، احیا کنند.
در سال 2001، گربه ای به نام سی سی اولین حیوان خانگی بود که از طریق شبیه سازی ایجاد شد.  شبیه سازی ممکن است روزی گونه‌های منقرض شده ای مانند ماموت یا پانداهای غول پیکر را بازگرداند.

از دیگر کاربردهای کلونینگ می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

1. پروتئین‌ها، واکسن‌ها و آنتی بیوتیک‌ها همگی از طریق فرآیند شبیه سازی تولید می‌شوند.
2. در کشاورزی از شبیه سازی برای ایجاد گیاهان مقاوم به آفات استفاده می‌شود.
3. شبیه سازی همچنین برای ایجاد حیوانات تراریخته و برای ژن درمانی استفاده می‌شود.
4. شبیه سازی در مطالعات علمی برای درک بهتر فرآیندهای بیولوژیکی اساسی حیوانات مورد استفاده در آزمایش‌ها، مانند موش، استفاده می‌شود.

همچنین بخوانید:کاربرد مهندسی ژنتیک در اخترزیست‌شناسی

مراحل کلونینگ

در آزمایش‌های شبیه‌سازی مولکولی استاندارد، شبیه‌سازی قطعه DNA شامل هفت مرحله اصلی است:

1. جداسازی قطعاتDNAژن مورد نظر که باید شبیه سازی شوند؛
2. قرار دادنDNAایزوله شده در یک ناقل مناسب ازDNAنوترکیب؛
3. معرفیDNAنوترکیب به ارگانیسم میزبان مناسب؛
4. انتخاب سلول‌های میزبان تبدیل شده و شناسایی کلون حاوی ژن مورد نظر؛
5. تکثیر/بیان ژن معرفی شده در میزبان؛
6. جداسازی کپی‌های ژنی/پروتئینی که توسط ژن معرفی‌شده بیان می‌شود؛
7. خالص سازی کپی/پروتئین ژن جدا شده.

کلونینگ درمانی

کلونینگ درمانی برای استفاده از جنین‌های شبیه‌سازی‌شده به منظور استخراج سلول‌های بنیادی از آن‌ها، بدون کاشت جنین در رحم در نظر گرفته شده است. شبیه سازی درمانی امکان کشت سلول‌های بنیادی را فراهم می‌کند که از نظر ژنتیکی مشابه بیمار هستند. سلول‌های بنیادی را می‌توان برای تمایز به هر یک از بیش از 200 نوع سلول در بدن انسان تحریک کرد.

سپس سلول‌های تمایز یافته را می‌توان به بیمار پیوند زد تا جایگزین سلول‌های بیمار یا آسیب دیده بدون خطر رد شدن توسط سیستم ایمنی شود. این سلول‌ها را می‌توان برای درمان انواع بیماری‌ها از جمله بیماری آلزایمر، بیماری پارکینسون، دیابت شیرین، سکته مغزی و آسیب نخاعی استفاده کرد.

علاوه بر این، سلول‌های بنیادی را می‌توان برای مطالعات آزمایشگاهی رشد طبیعی و غیرطبیعی جنین یا برای آزمایش داروها برای بررسی سمی بودن یا ایجاد نقص‌های مادرزادی استفاده کرد. اگرچه سلول‌های بنیادی از جنین‌های شبیه‌سازی‌شده حیواناتی مانند موش گرفته شده‌اند، تولید سلول‌های بنیادی از جنین‌های شبیه‌سازی‌شده پستانداران بسیار دشوار است.

به عنوان مثال، در سال 2007 سلول‌های بنیادی مشتق شده از جنین های کلون شده میمون ماکاکو توانستند به سلول‌های بالغ قلب و نورون‌های مغزی تمایز پیدا کنند. با این حال، آزمایش با 304 سلول تخم شروع شد و منجر به ایجاد تنها دو خط سلول بنیادی شد که یکی از آن‌ها دارای کروموزوم Y غیر طبیعی بود. به همین ترتیب، تولید سلول‌های بنیادی از جنین‌های انسانی با چالش حفظ زنده ماندن جنین همراه بوده است.

 همچنین بخوانید:وکتور کلونینگ؛ دستاورد جنجال آفرین در جهان علم!

جدال اخلاقی

شبیه‌سازی تولیدمثل انسان در درجه اول به دلیل خطرات روانی، اجتماعی و فیزیولوژیکی مرتبط با شبیه‌سازی به‌طور جهانی محکوم است. یک جنین شبیه سازی شده برای لانه گزینی در رحم نیاز به آزمایش مولکولی کامل دارد تا به طور کامل مشخص شود که آیا جنین سالم است و آیا فرآیند شبیه سازی کامل شده است یا خیر. مسائل فلسفی دیگری نیز در رابطه با ماهیت تولید مثل و هویت انسانی مطرح شده است که شبیه سازی تولیدمثلی ممکن است ناقض آن‌ها باشد.

در مورد اخلاقیات شبیه سازی درمانی و تحقیقاتی نیز اختلاف نظر وجود دارد.  برخی افراد و گروه‌ها نسبت به شبیه‌سازی درمانی اعتراض دارند، زیرا آن را ساختن و نابودی حیات انسان می‌دانند، اگرچه آن حیات از مرحله جنینی نگذشته باشد. کسانی که مخالف شبیه سازی درمانی هستند، معتقدند که این تکنیک از پذیرش این ایده حمایت و تشویق می‌کند که زندگی انسان را می‌توان برای هر هدفی خلق کرد و صرف کرد.

با این حال، کسانی که از شبیه سازی درمانی حمایت می‌کنند، معتقدند که برای شفای بیماران و جستجوی دانش علمی بیشتر، یک ضرورت اخلاقی وجود دارد. بسیاری از این حامیان بر این باورند که شبیه سازی درمانی و تحقیقاتی نه تنها باید مجاز باشد، بلکه باید مشابه سایر انواع تحقیقات بیماری و درمانی از بودجه عمومی نیز برخوردار باشد.

اکثر حامیان همچنین استدلال می‌کنند که جنین نیاز به ملاحظات اخلاقی ویژه دارد و نیاز به تنظیم و نظارت توسط آژانس‌های تأمین مالی دارد. علاوه بر این، برای بسیاری از فیلسوفان و سیاست گذاران مهم است که زنان و زوج‌ها برای به دست آوردن جنین یا تخمک خود مورد استثمار قرار نگیرند.

قوانین و کنوانسیون‌های بین‌المللی وجود دارند که سعی می‌کنند از اصول و مقررات اخلاقی خاصی در مورد شبیه‌سازی حمایت کنند. در سال 2005، سازمان ملل متحد اعلامیه ای درباره شبیه سازی انسان به تصویب رساند که از کشورهای عضو می‌خواهد تمام اقدامات لازم را برای منع همه اشکال شبیه سازی انسان به دلیل ناسازگاری با کرامت انسانی و حفاظت از جان انسان ها اتخاذ کنند.

این امر باعث می‌شود کشورهای عضو بتوانند شبیه سازی درمانی را دنبال کنند.  بریتانیا از طریق سازمان لقاح انسانی و جنین شناسی خود مجوزهایی را برای ایجاد سلول‌های بنیادی جنینی انسان از طریق انتقال هسته ای صادر می‌کند. این مجوزها تضمین می‌کنند که جنین‌های انسان برای اهداف درمانی و تحقیقاتی قانونی با هدف کسب دانش علمی در مورد بیماری و رشد انسانی شبیه‌سازی می‌شوند.

همچنین بخوانید: مهندسی سویه چیست؟

جمع‌بندی

در نهایت، مسئله آزاردهنده شبیه سازی انسان وجود دارد.  علی‌رغم شایعات مکرر در اوایل دهه 2000 مبنی بر تولد نوزادان شبیه سازی شده، در حال حاضر به نظر می‌رسد که هیچ گونه شبیه سازی انسانی ساخته نشده است و انجام این کار با مشکلات بزرگی مواجه است.  بسیاری از کشورها شبیه سازی انسان را ممنوع کرده اند و شرکت‌هایی که ادعا کرده اند این کار را انجام می‌دهند توسط مجریان قانون مورد بررسی قرار گرفته اند.

نویسنده: یاسمن اسمی

منابع

Link1: https://medlineplus.gov/cloning.html

Link2: https://learn.genetics.utah.edu/content/cloning/whatiscloning

Link3: https://education.nationalgeographic.org/resource/cloning/

Link4: https://byjus.com/question-answer/what-is-the-application-of-cloning/

Link5: https://www.aatbio.com/resources/faq-frequently-asked-questions/What-are-the-main-steps-of-cloning

Link6: https://www.britannica.com/science/cloning/Reproductive-cloning