Az élőlények "célja" az életben maradás, valamint a szaporodás. Ez utóbbihoz az ivartalan vagy az ivaros "megoldást" választják. Az ivaros szaporodás különnemű ivarsejtek képzésén, egymásra találásán alapul. Hátránya, hogy idő- és energiaigényes. Előnye viszont, hogy belőle változatos genetikai tartalmú élőlények származnak, amelyek közül néhány életben maradhat a megváltozott környezeti feltételek között is, biztosítva ezzel a faj fennmaradását. Az ivartalan szaporodás ivarsejtek képződése nélkül történik. Előnye, hogy az élőlények e módszerrel gyorsan és hatékonyan képesek a rendelkezésükre álló életteret elfoglalni, hasznosítani. Hátránya, hogy az utódok genetikailag azonosak a szülővel és egymással is, s emiatt egyformán reagálnak a változó környezeti feltételekre, és esetleg valamennyien elpusztulnak. Az ember, megismerve az ivartalan szaporodásban rejlő lehetőségeket, hasznot húz belőle: klónozza (= ivartalanul szaporítja) az élőlényeket. A klónozás görög eredetű szó, és dugványozást jelent, az ivartalan szaporítás egyik típusát. Írásom - miközben rendszerezi a klónozással kapcsolatos tudnivalókat - bemutat néhány a klónozásban rejlő lehetőséget is.

Az áttekintést kezdjük két definícióval. Klón: egyetlen élőlény ivartalan szaporodással, szaporítással létrejött, létrehozott összes leszármazottja. Klónozás: egyetlen élőlény elszaporítása ivartalan módon, emberi tevékenységgel. Az ivartalan szaporodás sok típusa természetes körülmények között is megtörténik, más típusai az ember tevékenysége, klónozás nyomán jön létre. Az élőlényklónok képződése három "szinten" kezdődhet: szervekből,szövetekből; sejtekből; valamint testi sejtek magjaiból.

Klónozás szervekből, szövetekből

A szervekből, szövetekből kezdődő ivartalan szaporodás természetes körülmények között is megtörténik. Ilyen a bimbózás, a sarjadzás, számtalan növény, valamint sok, alacsonyabb rendűnek tekintett állatfaj is így szaporodik. A bimbózás és a sarjadzás során az anyaélőlény megmarad, a bimbó, a sarj egy elhatárolt területen képződik. Közismert példák a szamóca és a nád indái, a szeder bujtóvesszői, a sóska gyökérrügyei, a fiadzó keserűfűhajtás sarjgumói, a varjúhájfélék sarjrügyei, vagy az őszülő (Bryophyllum crenatum) levéleredetű sarjrügyei, amelyek lehullva kis növényekké fejlődnek. A kutyák és a macskák vékonybelében élő galandférgek lárvaalakja a köztes gazda (pl. ember) májában és agyában bimbózni kezd, és többmilliószorosan is megsokszorozhatja magát.

A szűznemzés az ivartalan szaporodás egy további típusa. Ebben az esetben egyetlen nősténytől származnak a nőstény utódok. Bár a különféle állatfajokban különféle típusai ismertek, a szűznemzés az ivartalan szaporodás bevált módszere. (Zárójelben jegyzem meg, hogy bár az utódok genotípusa különböző lehet, változékonyságuk az anya génállományára korlátozódik.) Vannak olyan fajok, amelyekben a szűznemzés és az ivaros szaporodás váltakozik. A levéltetvek nyaranta szűznemzéssel szaporodnak (1. ábra). Ősszel, a nappalok rövidülésével, valamint a hőmérséklet csökkenésével ivarosan szaporodó, szárnyas formák jelennek meg. (A hím levéltetű jószerivel nem más, mint két here tokba zárva. Párzás után, rendeltetését betöltve, elpusztul.) A telet túlélő utódnőstények szűznemzéssel szaporodva újabb levéltetűklónokat hoznak létre, gyorsan meghódítva a tavasszal nyíló életteret.

Az ikresedés (embriók osztódása) azt jelenti, hogy bár egy nő- és egy hímivarsejt fúziójával egyetlen zigóta alakul ki, abból az embriógenezis során több azonos genetikai tartalmú utód fejlődik. Az ikresedés törvényszerűen játszódik le az egyik gilisztafajnál (Lumbricus trapezoides), valamint az övesállatoknál (tatu, armadilló). A kilencsávos armadilló (Dasypus novemcintus) nőstényének mindig négy, egy másik övesállatfaj (Dasypus hybridus) nőstényének többnyire nyolc egypetéjű ikre születik. Egy élősködő hártyásszárnyú (Encirtus tuscicollis) esetében egyetlen zigótából akár száz utód is képződhet. Az ember egypetéjű ikrei is klónoknak tekinthetők, bár többnyire csak ketten vannak.

A szervekből, szövetekből kiinduló klónozás legismertebb esetei minden bizonnyal a dugványozás, az oltás és a szemzés. Csupa olyan eljárás, amely során az ember szempontjából kiváló tulajdonságú növény egyetlen példányát elszaporítják. (Tudta a kedves olvasó, hogy a világon valaha élt valamennyi jonatánalmafa egyetlen "jonatánősfa" leszármazottja?) A dugványozás során ágakat dugnak nedves földbe, ahol azok meggyökeresednek, növénnyé regenerálódnak. Az oltás során ún. alanyra oltják a kiváló tulajdonságú növény egy hajtását, hogy az ott növénnyé fejlődjön. A szemzés rügy átültetését jelenti alanynövényre.

A regeneráción alapuló klónozás az állatvilágban sem ismeretlen, tipikus példaként a kaliforniai osztrigafarmerek esetét említem. Az 1930-as évek elején csökkenni kezdett osztrigafarmjuk hozama. Mint kiderült azért, mert az osztrigákon tengeri csillagok lakmároztak. Összeszedték a kártevőket, dühödten összeaprították őket, majd a darabkákat visszadöntötték az óceánba. A farmnak hamarosan vége lett: a sok regenerálódott és éhes kis tengeri csillag felfalta a megmaradt osztrigákat.

Az ún. ikresítés során fiatal, még nem nagyon sok sejtből álló embriókat osztanak két vagy több részre. Az embriórészekből alkalmas környezetben gyakran ép élőlény fejlődik. Az ikresítés béka- és madár- (csirke, fürj) embriók esetében könnyen megvalósítható, a magasabb rendű állatfajokban nehezen. Nemcsak azért, mert már a fiatal embriók sejtjeinek fejlődési programja többé-kevésbé meghatározott, hanem azért is, mert az embriók fejlődéséhez szükség van a szomszédos sejtek kommunikációjára.

Klónozás sejtekből

Általánosan ismert jelenség, hogy az egysejtű élőlény - baktérium, élesztő, penészgomba stb. - egyetlen sejtjének utódsejtjei együtt maradnak, és klónt (kolóniát, telepet) képeznek. Vannak olyan egysejtű paraziták, amelyek sejtjei bimbóznak, és olyan sarjakat képeznek, amelyek spóraként viselkednek. Olykor, mint pl. a maláriát okozó Plasmodium falciparum esetében, az egész sejt bimbókká alakul, és spóraszerű sarjakra esik szét, akár tízezerre.

A magasabb rendű növényeknél a sejtekből induló ivartalan szaporodás a természetben ismeretlen. A sejtszintű klónozás viszont már az 1950-es évek óta alkalmazott és bevált technika. Ha pl. egy sárgarépából izolált egyetlen sejtet a táptalaj felszínére (vagy tápoldatba) teszünk, a sejt osztódni kezd. Az utódsejtek egy differenciálatlan sejtekből álló sejthalmazt (ún. kalluszt) képeznek, amelyet, ha alkalmas növényi hormonokkal kiegészített táptalaj felszínére teszünk, növénnyé fejlődik (2. ábra). A sárgarépa nagyon sok sejtjével elvégezve a folyamatot, a répa klónozható. Az a tény, hogy a sárgarépa egyetlen testi sejtjéből növény regenerálható, azt mutatja, hogy a sejtek mindegyike tartalmazza mindazt a genetikai információt, amely a növény kifejlődéséhez szükséges. A növényi sejtek tenyésztésének lehetősége megváltoztatta a növénynemesítést. A sejttenyészet milliárdnyi sejtje közül kiszelektálhatók azok, amelyek valamilyen gyomirtó szernek ellenállnak, majd belőlük növények nevelhetők. Fuzionáltatni lehet különböző fajok sejtjeit, és közülük kiválaszthatók a legjobb tulajdonságúak. Az így tenyésztett növények sejtjeibe olyan géneket vihetünk be, amelyek kiváló tulajdonságokkal ruházzák fel a sejtet. Ezek a regenerált növények az ún. transzgénikus növények.

A sejtszintű "klónozódás" a magasabb rendű állatok esetében olykor spontán is megtörténik: megesik, hogy a két sejtből álló embrió sejtjei elkülönülnek, hogy belőlük egypetéjű ikrek fejlődjenek. Az ún. "ikresítést" az ember is elvégzi, pl. kiváló tulajdonságú szarvasmarhák gyors elszaporításáért. Az embriókat kimossák a petevezetékből, a két-négy sejtet szétválasztják, majd a sejteket külön-külön álterhes üszők méhébe ültetik, hogy ott borjakká fejlődjenek. Születtek már olyan borjak, amelyek élete négysejtű szarvasmarha-embrió négy különválasztott sejtjéből kezdődött. A nyolc sejtből álló szarvasmarha-embrió egy-egy sejtjéből azonban már nem lehet ikreket készíteni. További komplikációt jelent az a tény is, hogy a magasabb rendű állatok egyedfejlődése során kétféle sejttípus differenciálódik: az ivarsejtvonalsejtek, amelyekből majdan az ivarsejtek fejlődnek; valamint a testi sejtek, amelyek leszármazottai testi funkciót látnak el, és amelyekből nem képződnek ivarsejtek.

Sok olyan állatfaj ismert, amelyek testi sejtjeiből az egyedfejlődés során egész kromoszómák vagy kromoszómarészek vesznek el, és velük együtt olyan funkciók is, amelyek nélkül a sejtekből nem regeneráltatható élőlény. A nehézségek ellenére van megoldás magasabb rendű állatok klónozására sejtekből. Három lehetőség ismert: teratóma, illetve teratokarcinóma; az embrionális ősivar-; valamint az embrionális csírasejtek tenyészetéből kiindulva. A magasabb rendű gerincesekben az ősivarsejtek a vérárammal jutnak képződési helyüktől (a szikhólyag szomszédságából) a petefészekbe, illetve a herekezdeményekbe. Olykor megesik, hogy az ősivarsejtek némelyike valahol elakad, majd osztódik, és utódsejtjei ún. teratómadaganatot képeznek. (Növekedési faktorokkal¹ találkozva a teratómasejtek porccá, csonttá, szőrös bőrdarabkává stb. differenciálódnak, amelyeket általában kioperálnak. Sokan - tévesen - úgy vélik, hogy a kioperált szövet egy rendellenesen fejlődött ikertestvér része volt.) A rosszindulatúvá fajuló, áttéteket képező, teratómaeredetű rákos daganatok a teratokarcinómák. A teratóma-, illetve a teratokarcinómasejtek izolálhatók, tápoldatban osztódnak, és korlátlan ideig fenntarthatók. Fejlődési potenciáljuk olyan, mint a még csak néhány sejtből álló embrióké, mint azoké a sejttenyészetsejteké, amelyeket egy-egy embrió ősivarsejtjeiből, vagy az embrionális csírasejtekből, a testi sejtek őssejtjeiből készítettek.

A kérdés, miként lehet magasabb rendű gerinceseket klónozni sejttenyészetsejtekből? A legegyszerűbb megoldás a következő. Szívjunk sejttenyészetsejteket egy vékonyka üveg injekciós tűbe, és injektáljuk a sejteket egy embrió ún. belső sejttömegébe, amelyből az élőlény fejlődik; készítsünk ún. injekciós kimérát (3. ábra). A kiméra testét kétféle sejt alkotja: az embrió eredeti, valamint a beültetett sejtek. (A kétféle sejtet úgy választják meg, hogy könnyen megkülönböztethetők legyenek.) Megesik, hogy a beültetett sejtekből ivarsejtek lesznek, vagyis a kimérákat egymással keresztezve születnek olyan utódok, amelyek genetikai tartalma ugyanaz, mint a sejttenyészet sejtjeié, azé az élőlényé, amelyből a sejttenyészet készült. Az itt leírt módszerrel lényegében azt az élőlényt klónozhatjuk, amelyből a sejttenyészet sejtjei származtak. Az említett megoldás jelentősége roppant nagy. Alkalmas módszerekkel a sejttenyészet milliárdnyi sejtje közül kiválasztható az az egyetlen transzgénikus sejt, amelynek valamelyik kromoszómájába idegen eredetű DNS-t építettünk be. A sejt szaporítható, így belőle kiváló tulajdonságú élőlények származtathatók. Például olyanok, amelyek tejében a véralvadáshoz szükséges emberi fehérje van, ami felhasználható vérzékeny embertársaink gyógyítására.

Klónozás testi sejtek magjából

Amennyiben a testi sejtek magjai tartalmazzák mindazt a genetikai információt, amely a zigóta magjában volt és egy élőlény kifejlődéséhez szükséges, a sejtek magja beültethető egy olyan petesejt citoplazmájába, amelynek magját eltávolították, ún. "mesterséges zigótát" lehet létrehozni (4. ábra). A petesejt citoplazmájában benne vannak mindazok az anyagok, amelyek az embriógenezis elkezdődéséhez és folytatásához szükségesek. A mesterséges zigóta pedig áthidalja azt a problémát, hogy a testi sejtek fejlődési programja túlságosan meghatározott, és belőlük nem regenerálható élőlény. A mesterséges zigóta elve kiválóan bevált az afrikai karmosbéka (Xenopus laevis), birka és további fajok esetében. A leghíresebb, sejtmagból klónozott élőlény Dolly bárány volt (1996-2003), klónozása sok izgalmas kérdést vetett fel. Érdemes megjegyezni, hogy a "klónozás testi sejtek magjából" ma sem egyszerű technológia. A béka mesterséges zigótájának csak kis hányadából fejlődött béka, és Dollynak is 433 olyan "testvére" volt, amelyek az embriógenezis különféle szakaszaiban elpusztultak.

Elsősorban Dolly hívta fel a figyelmet azokra az új lehetőségekre, amelyek némelyike lassacskán valósággá válik. Képzeljünk el egy olyan embertársunkat, akinek infarktus miatt elhalt szívizomsejtjeinek egy része. Ha valamely szövetének (pl. körömágy) sejtjeinek néhány tucat magját egy-egy olyan érett emberi petesejtbe ültetnék, amelynek magját eltávolították, tucatnyi "mesterséges" zigótát lehetne készíteni. Közülük kiválasztható az, amelyik a legszebben fejlődik, és belőle egy embrionális csírasejttenyészet lenne készíthető. A csírasejttenyészethez megfelelő növekedési faktorokat adva el lehetne érni, hogy a sejtek szívizomsejtekké differenciálódjanak. A sejteket vissza lehetne ültetni a szívbe, pótolva az elhalt sejteket (amint azt a patkányok esetében már sikeresen megvalósították). Lévén a sejtek a sajátjai, nem következne be a kilökődési reakció, ami idegen eredetű sejtek esetében ma is komoly probléma. E "séma" alapján pótolni lehetne a megégett bőrsejteket, elhalt ideg-, máj- és ki tudja még, milyen sejteket.

Néhány szó a molekuláris klónozásról

Eddig az élőlények klónozásáról volt szó. A klónozás kifejezés az elmúlt néhány évtized óta azonban DNS-szakaszok klónozását is jelenti. Az ún. molekuláris klónozás DNS-szakaszok elszaporítását jelenti vektorban (fág, plazmid, mesterséges kromoszóma), vagy - egyre inkább - a polimeráz-láncreakció (PCR) módszerével. A kétféle klónozás bár tartalmilag meglehetősen különböző, közös benne, hogy egyetlen élőlény vagy DNS-szakasz megsokszorozását jelenti céltudatos emberi tevékenységgel.