Biotehnologii. Clonarea.

Biotehnologii. Clonarea.

Biotehnologia se defineste ca fiind multimea metodelor si tehnologiilor folosite in cadrul proceselor biologice industrial-productive sau proceselor biogenetice controlate in scopul regenerarilor vegetale, animale, sau umane.

Conventia ONU pentru diversitatea biologica defineste biotehnologia drept: 'Orice aplicatie tehnologica care utilizeaza sisteme biologice, organisme vii, sau derivate ale acestora, pentru a crea sau modifica produse sau procese in scopuri bine determinate'

Biotehnologiile acopera intreaga diversitate a tehnicilor « documentate » de progresele microbiologiei, biochimiei, biologiei celulare si moleculare, ale ingineriei chimice, ale informaticii, utilizate in procese industriale extrem de variate : un domeniu vast care este interesant in primul rand pentru industria agroalimentara, industria farmaceutica, medicina si mediu.

Se estimeaza ca exista aproximativ 5 000 de intreprinderi in domeniul biotehnologiei in toata lumea. Unii observatori afirma ca biotehnologia intra intr-o faza a dezvoltarii sale comparabila cu cea prin care au trecut calculatoarele si informatica in anii 1970-1980. Dezvoltarea rapida din acest sector ofera numeroase oportunitati de cariera in cercetarea si dezvoltarea biotehnologica, in vanzari si marketing, in productie si controlul calitatii, ca si in administrarea si gestiunea informatiei.

Biotehnologul se ocupa cu activitati de cercetare fundamentala sau de cercetare aplicata intr-o universitate, un laborator public, sau intr-un serviciu de cercetare si dezvoltare dintr-o mare companie.

Biotehnologiile sunt implicate puternic in:

-industria alimentara si agricultura

-industria farmaceutica

-in medicina

-industria chimica si bioenergetica

-industria extractiva pentru recuperarea minereurilor sarace in titei

Pentru industria alimentara producatorii principali sunt reprezentati de microorganisme(bacterii, drojdii si mucegaiuri-fungii filamentosi-)

Bacteriiile sunt organisme unicelulare de tip procariot care se inmultesc prin diviziune celulara.

Drojdiile sunt organisme de tip eucariot, cu un singur cromozom, care se inmultesc prin inmugurire.

Fungii filamentosi sunt organisme pluricelulare de tip eucariot, care se inmultesc prin spori.

CLONAREA

Clonarea reprezinta procesul de a creea o copie identica genetic a unui original. Clona in sensul biologic reprezinta un organism multicelular care poseda exact aceleasi gene cu un alt organism viu. In natura acest lucru este posibil doar accidental la gemenii monozigoti-care s-au dezvoltat prin fertilizarea unui singur ovul de catre un singur spermatozoid si din motive inca necunoscuta zigotul format (oul fertilizat) s-a divizat in doi zigoti.
In biologie clonarea este procesul de producere a populatiilor formate din indivizi identici genetic similara cu inmultirea asexuata a bacteriilor, insectelor sau plantelor. In biotehnologie clonarea se refera la procesele folosite pentru a creea copii ale fragmentelor de ADN (clonarea moleculara), ale celulelor (clonarea celulara) sau organismelor.

Clonarea umana reprezinta creearea unei copii genetice a unui om care exista deja. Termenul este folosit pentru clonarea umana artificiala, facuta in laborator si nu cea naturala -gemenii, tripletii monozigoti. Clonarea presupune lipsa aportului genetic masculin la conceptie.
Clona poate apartine genetic unui barbat sau unei femei in viata. Contactul sexual dintre cele doua sexe nu mai este necesar. Fertilizarea nu mai este facuta de catre un spermatozoid. Pentru clonare poate fi folosita orice celula adulta din corpul uman.
Este necesar un ovul de la care s-a inlaturat nucleul si in care se introduce nucleul unei celule adulte din corpul uman, alta decit un ovul. Prin anumite tehnici care se vor aplica ovulului acum fertilizat acesta va incepe sa se divida precum intro conceptie normala cu un spermatozoid. Zigotul nou format va fi implantat in uterul unei mame purtatoare. Clona sau copia genetica care se va naste va prezenta fenotipul (aspectul fizic, caracteristicele comportamentale, fiziologice si biochimice) precum si genotipul (totalitatea factorilor ereditari-genele) celui care a donat celula adulta si nu a donatoarei ovului sau a mamei purtatoare.
Avind in vedere ca toate celulele corpului uman, indiferent de localizare anatomica si functie indeplinita poseda acelasi ADN, poate fi folosita orice celula pentru clonare. Totusi functia distincta a celulei prelevate va fi inhibata de catre ovul care va reprograma ADN-ul celulei pentru a se divide ca un zigot (ou fecundat Toate aceste procese au loc fara prezenta unui spermatozoid, in laborator pe o placa de sticla, sub microscop si nu in uterul mamei. Aceasta este clonarea umana reproductiva din care vor rezulta nou-nascuti identici cu donatorul. Clona va avea doar un singur parinte genetic-donatorul de celula. Acesta poate fi considerat fratele geaman identic al donatorului, dar mai tinar.

Etimologie:

Termenul de clonare este derivat din grecescul κλων (mladita). In horticultura se refera la o generatie a unei plante de cultura, obtinuta prin inmultire vegetativa.

Exista trei tipuri diferite de clonare:

1. Clonarea embrionara

Reprezinta o tehnica medicala care produce gemeni monozigoti (identici) sau tripleti. Aceasta duplica procesul pe care natura il foloseste pentru a produce gemeni sau tripleti.

2. Clonarea ADN-ului adult (clonarea reproductiva)

Aceasta tehnica intentioneaza sa produca duplicate ale unui animal existent. A fost folosita pentru a clona oi si alte mamifere. ADN-ul dintrun ovul este inlaturat si inlocuit cu ADN-ul matur dintro celula adulta. Apoi ovulul fertilizat denumit acum pre-ambrion este implantat in uter si permite dezvoltarea unui nou animal.

3. Clonarea terapeutica (clonarea biochimica)

Este o procedura ale carei stadii initiale sunt identice cu clonarea de ADN adult. Totusi celulele stem sunt prelevate de pe embrioni pentru a produce tesuturi sau un intreg organ pentru transplantul inapoi a persoana care a donat ADN-ul. Pre-embrionul folosit moare in acest proces.

Desi practica clonarii organismelor este raspindita de citeva sute de ani in horticultura, recentele descoperiri tehnologice care au permis si clonarea animala sunt extrem de controversate. S-au desfasurat multiple programe pro si contra clonarii umane. Unele grupari se opun clonarii terapeutice, dar cele mai multe organizatii religioase, guvernamentale si stiintifice se opun clonarii reproductive. Unele persoane considera non-etic folosirea unei clone umane pentru a salva viata cuiva. Biserica Catolica si multe organizatii religioase se opun tuturor formelor de clonare, deoarece viata incepe cu conceptia. Iudaismul nu considera viata incepind o data cu conceptia si au unele intrebari in legatura cu clonarea. Ortodoxismul nu se opune ferm clonarii.

Primul mamifer clonat cu succes, din celulele unui animal adult, s-a nascut la 5 iulie 1996. Profesorul Ian Wilmut, de la Institutul Roslin din Edinburgh, a transferat nuclee, provenite din glanda mamara a unei oi mature, in ovulele unei oi din alta rasa. Din 277 de transferuri s-au obtinut 29 de embrioni, care au ajuns in faza de blastocist. Dupa 148 de zile, din singurul embrion, care a supravietuit dupa implantare, s-a nascut oaia Dolly. Aceasta realizare a fost capitala pentru evolutia acestor experimente, pentru ca nu s-au mai folosit nuclee de embrioni, ci celule de la un organism adult. Dupa nasterea oitei Dolly, cercetarea in domeniul clonarii a evoluat mult. In 1998, s-a anuntat nasterea a doua vaci si obtinerea a 20 de copii de soareci.

In Romania, au fost facute cu succes experiente de clonare a animalelor domestice, pe baza nucleelor din celule embrionare de la taurine, la Universitatea de Stiinte agricole din Timisoara, iar de la ovine, la Statiunea de Crestere si Ameliorare a Ovinelor de la Pallas-Constanta.

Tehnica transferului nuclear a fost aplicata, pana la urma, si fiintelor umane. Primele informatii despre rezultate ale cercetarii in acest domeniu au aparut in 1993, cand doi cercetatori americani, J.Hall si R. Stilmann, au anuntat intentiile lor de a face asemenea experimente pe celule umane. Mai tarziu, in 1998, intr-un centru de sterilitate al unui spital din Seul, a fost obtinut, prin tehnica Honolulu, un embrion uman. Nucleul folosit apartinea aceleiasi persoane de la care fusese prelevat ovulul. Procesul a fost intrerupt in momentul in care divizarea ajunsese la patru celule, datorita restrictiilor impuse de guvernul coreean. Oameni de stiinta din Statele Unite au declarat, in 2001, ca au clonat cu succes embrioni de maimuta. Peste cateva luni, la 24 noiembrie 2001, cercetatorii de la Advanced Cell Technology au anuntat obtinerea mai multor embrioni umani clonati in scop de cercetare a celulei stem. Acestia au murit insa in stadiul de 2, 4 si 6 celule. La 25 decembrie 2002, Brigitte Boisselier, biochimista, reprezentanta a companiei Clonaid, a anuntat nasterea primului copil clonat. Ea este membra a gruparii Rael, o secta infiintata de ziaristul francez, stabilit in Canada, Claude Vorilhon. Mentorul acestei miscari, denumite 'Raelian Movement', care numara de mii de membri, proveniti din 84 de tari, pretinde ca a fost contactat de Elohim, in 1973. Potrivit acestui mesaj, viata pe pamant ar fi fost creata in mod artificial de reprezentanti ai altui sistem solar, iar omul a aparut acum 25 de mii de ani, prin clonare. Un studio recent, publicat in revista britanica British Medical Journal, contrazice declaratiile companiei Clonaid, sustinand ca, pana in acest moment, clonarea umana ar fi imposibil de realizat.

Clonarea reproductiva nu este admisa deocamdata nicaieri in lume. Rezolutia Comisiei pentru probleme de bioetica a Parlamentului Europei, din 7 septembrie 2000, interzice 'utilizarea embrionilor umani pentru producerea de celule tulpinare'.

Printr-o decizie a UNESCO, din 1997, se interzice in spatiul european clonarea reproductiva umana.

Exista, totusi, unele tari (Suedia, Marea Britanie, Franta) unde cercetarile terapeutice pe embrionii umani clonati continua, iar cercetarile in domeniul clonarii terapeutice implica si perfectionarea tehnicilor clonarii reproductive. Marea Britanie a fost prima tara care a autorizat asemenea tip de cercetare, in 1990, instituind cel mai liberal cadru juridic in acest sens. Embrionii umani folositi in cercetari distructive se obtin prin aceleasi tehnici utilizate in cazul oii Dolly. Dupa care se extrag celulele stem din embrionii clonati si acestia sunt distrusi. Potrivit cercetatorilor, celulele stem, obtinute prin asa-zisa clonare terapeutica, au multe avantaje fata de cele obtinute in mod conventional, din embrioni neclonati. Tesuturile sau organele create prin aceasta tehnica nu ar mai fi respinse pentru ca acestea ar contine aceeasi structura genetica, ca si adultul caruia i se face operatia de transplant.

Clonarea terapeutica, care are aceleasi etape, ca orisice clonare, implica crearea si distrugerea de embrioni umani. Toate problemele de etica, create de cercetarea pe embrioni, se pastreaza in acest caz, pentru ca embrionii umani clonati au acelasi statut ca si cei creati prin alte tehnici. Daca ar fi sa ajunga la maturitate, fiintele umane clonate ar putea fi fizic identice cu cele de la care au fost prelevate nucleele transferate. Evident, ar avea o personalitate si o identitate separata.

Celulele stem

Celulele stem (din engleza, 'tulpinare') au capacitatea de a se reinnoi nelimitat, de a se reproduce, fara sa se diferentieze, putand da nastere unor celule cu putere proliferatorie limitata, din care sa rezulte populatii de celule bine diferentiate, cum sunt celulele nervoase, musculare sau hepatice. Studiile asupra celulelor stem dureaza de aproape 30 de ani. Oamenii de stiinta cred ca, pe aceasta cale, vor gasi cea mai sigura solutie pentru tratarea unor boli degenerative, caci nu exista reactii imunitare, de respingere.

Cercetarile de pana acum au aratat ca celulele stem se gasesc in multe din tesuturile organismului uman. Acestea insa au capacitatea foarte redusa de a da nastere altui tip de tesut, decat cel pentru care au fost produse de organism. Au fost descoperite, in ultimii ani, celule provenite de la organismul uman, in stare sa dea nastere la mai multe tipuri de tesuturi, in special hematic, muscular si nervos. Asemenea celule stem pluripotente au fost descoperite in maduva osoasa, in creier, in tesuturile conjunctive ale diverselor organe si in cordonul ombilical. Se utilizeaza deja celule stem neurale vii, care sunt obtinute din cadavrele adultilor, la cateva ore dupa moartea acestora. Se vorbeste astazi tot mai mult despre recuperarea celulelor stem din tesuturile organismelor adulte si reprogramarea lor, cu scopul obtinerii de culturi de tesuturi specializate. Celulele stem de adult au o mare elasticitate, iar capacitatea lor depinde in mare masura de informatia genetica ce poate fi reprogramata. Au fost tratate boli genetice rare, la soareci, prin inserarea genei lipsa in celulele stem ale acestora. Revista Science a anuntat, in aprilie 2000, primul succes inregistrat in terapia genelor umane, tratand diverse boli imunodeficitare la copii, prin inserarea genelor lipsa in celulele stem din maduva osoasa.

Cercetari recente au pus in evidenta faptul ca celulele adultilor pot fi mai usor de manipulat, o data ce li se dau semnale noi ele se transforma in diferite tipuri de celula, care pot fi folosite dupa aceea la repararea unor tesuturi bolnave.

Pentru eliminarea pericolului proliferarii acestor celule nelimitat si fara control, fapt care ar duce la crearea unor tumori canceroase, cercetatorii americani au descoperit diferite tehnici, prin care li se poate 'programa' maturizarea, identificand factori de crestere si proteine reglatoare. Oamenii de stiinta de la Universitatea din Texas au identificat enzima telomeraza, care poate 'imortaliza' culturile celulelor stem de adult, fara riscul cresterii necontrolate, specifica celulelor canceroase. Alti cercetatori au pus la punct si tehnici noi de multiplicare la celulele stem ale maduvei osoase, care pot sa capete un ritm de inmultire de un miliard in sase saptamani.

Cercetatorii de la Cambridge au gasit o cale de a transforma celulele dezvoltate complet de la un adult in celulele stem, iar specialisti din California au transformat tesut de grasime in muschi, oase si cartilaje. O companie din New Jerssey a declarat ca a elaborat o noua tehnica de obtinere a unei surse bogate de celule stemice din placenta expulzata la nastere din uterul unei femei. Medici din Canada au tratat un copil de 9 luni, bolnav de cancer, cu celule stem extrase din cordonul sau ombilical.

Compania, care a finantat cercetarile pentru clonarea oitei Dolly, a anuntat ca cercetatorii sai au inregistrat succese in transformarea pielii de vaca in celule ale inimii, iar cercetatori din Sheffield si Cardiff au descoperit un mod de regenerare a oaselor si a celulelor creierului. Compania Osiris Therapeutics din Baltimore (SUA) s-a specializat in restaurarea tesutului distrus sau bolnav. Au fost obtinute celule care pot reface tesuturi de maduva osoasa, oase, cartilagii, ligamente, tendoane, grasime precum si muschi. Aceasta companie considera ca a gasit tehnici, prin care sa se trateze multe afectiuni, imbatranirea si bolile degenerative. e crede ca celulele stem embrionare ar avea un potential mai mare decat celulele stem de adult. Folosirea lor insa reprezinta un grav atentat la adresa vietii umane. Recoltarea celulelor presupune moartea embrionilor. Exista tendinta de a se produce embrioni umani pentru a se obtine celule stem, de fapt, pentru a fi distrusi.

Se prefigureaza deja o industrie destinata comercializarii celulelor stem. Se recurge la subterfugii, pentru a se depasi limitele impuse de legi in tarile unde exista deja un asemenea sistem legislativ. Se procura celule stem de la producatori din tari in care nu exista legi in domeniu.

Chinezii, la randul lor, au afirmat ca au clonat embrioni umani, la Colegiul Medical Xiangya, dar nu exista documente care sa ateste aceste afirmatii. Lu Guangxiu, cunoscuta anterior pentru unele studii de fertilizare in vitro, sustine ca a reusit sa cloneze embrioni umani pana la stadiul in care a obtinut o cultura de celule stem. Cercetatoarea chineza crede ca a depasit dificultatea principala care apare in situatiile obisnuite, si anume respingerea de catre trupul bolnavului a tesuturilor transplantate. Clonand chiar celulele pacientului, sansele de respingere scad simtitor. Pana acum celulele stem erau produse din embrionii de care clinicile de fertilizare in vitro se dispensau, acesti embrioni urmand a fi distrusi. Cu toate acestea, nici in cazul chinezilor nu se poate vorbi de clonarea unor embrioni umani dezvoltati. Sa retinem insa ca metoda aplicata de Ian Wilmut si echipa sa de la Institutul Roslin, dupa cum arata Lu Guangxiu, poate fi imbunatatita, evitand esecurile de pana acum in care majoritatea embrionilor mureau repede, fara a avea timp sa se dezvolte pana la stadiul de blastocite, termen care presupune un grup de cateva sute de celule.

Probleme de natura etica la clonare

Opinia publica, la toate nivelele ei (stiintific, politic sau religios), si-a exprimat nelinistile in legatura cu amploarea care au luat-o cercetarile in domeniul clonarii umane. Clonarea, ca metoda generala, atenteaza la viabilitatea organismelor, mergand in directia unei fixatii genotipice, in contra principiului naturii, care asigura dezvoltarea vietii, ce duce la diversitate genetica.

Nasterea omului pe aceasta cale ignora principiul valorii personale a corpului uman. Statutul omului, in felul acesta, este schimbat chiar de la conceptie. Nu mai ia nastere prin intalnirea a doi gameti, ceea ce presupune zestrea genetica a doi parinti. Prin tehnicile de laborator, copilului i se asigura descendenta doar a unui singur parinte. In mod violent i se impune un anumit destin. Prin manipulare genetica exista posibilitatea crearii de organisme identice, ce ar putea fi mai usor dominate si utilizate de sisteme politici totalitare. Clonarea unor indivizi dotati numai cu o anumita functiune, care sunt rezistenti doar la radiatii nucleare sau la anumite medii poluante, poate fi utilizata in activitati diverse, preponderent politice. Crearea de indivizi identici, din punct de vedere biologic, ar putea rasturna relatiile de familie. Fiul, nascut prin clonare, poate fi considerat un geaman sau un frate al tatalui. Asa stau lucrurile din punct de vedere genetic, situatie ce duce la distrugerea echilibrului psihologic al familiei, nemaiexistand suport pentru relatii de tip paternal. Lucrurile s-ar complica si mai mult, daca copilul-clona ar apartine unui homosexual sau unei lesbiene.

Din punct de vedere psihologic, cea mai mare trauma o constituie insa lipsa originalitatii. Omul, fiind o creatie a unei lumi ce are la baza relatiile sociale si principiul diversitatii, nu se impaca cu ideea de duplicat. Dificultatile de natura psihologica sporesc, atunci cand cel care asigura paternitatea ADN-ului este un necunoscut sau tine sa ramana anonim. Copilul nu mai poate afla nimic despre descendenta sa biologica. Clonarea presupune un anumit determinism care il lipseste pe om de posibilitatea de a avea un destin. Din punct de vedere biologic, un asemenea om este legat de evolutia modelului sau, caci in programul sau genetic sunt inscrise toate calitatile sau defectele antecesorului.

Si clonarea terapeutica presupune probleme de ordin moral nerezolvate. Existenta tesuturilor sau a organelor de schimb, create in vederea transplantului, deschide oportunitatea unui adevarat marketing, iar ca subiect de comercializare, persoana umana este diminuata, devenind mijloc si nu scop. Manipularea genetica asigura punerea in practica a unor capricii ale omului. In felul acesta poate fi judecata chiar dorinta acelora care-si doresc reproducerea unei persoane disparute, in conditii tragice, sau copierea unor personalitati din lumea politicii, culturii sau sportului.Multi cercetatori considera ca aceste probleme, de ordin legal sau moral, pot fi rezolvate daca se produce clonarea pana in a 14-cea zi de viata. Raportul Warnock (1984), dar si alte documente, sustine ca nu se poate vorbi de o identitate biologica, specifica unei fiinte umane, pana la formarea placii neurale.

Tehnica clonarii ofera inca sanse reduse de reusita. La clonarea oitei Dolly au fost inregistrate pe parcurs 236 de esecuri. Foarte multi embrioni mor, fie la implantare, fie pe parcursul gestatiei, inainte ca, doar prin accident, sa ajunga la nastere. Iar tehnicile de pana acum nu asigura dezvoltarea fara pericolul aparitiei unor anormalitati.

Ramane nerezolvata in continuare problema fertilitatii si longevitatii fiintelor clonate. Dupa datele de pana acum, imbatranirea presupune o scurtare a secventelor ADN, situate la extremitatea cromozomilor, ceea ce inseamna ca organismele clonate au la nastere varsta persoanelor de la care a fost prelevat materialul genetic.

De ce este importanta clonarea?

Scopul acestor cercetari nu este de a obtine copii ale unor animale deja existente ci folosirea acestora drept modele expermentale in vederea rezolvarii unor boli umane, pentru obtinerea unor celule stem sau a unor substante terapeutice. O alta explicatie terapeutica ar putea fi modificarea genetica a unor animale pentru ca organele lor sa poate fi tolerate de sistemul imun si transplantate la om.
Astfel clonarea la om reprezinta o modalitate de control si tratament al bolilor. Exista si voci care se opun clonarii umane din motive de ordin etic. In timp s-au deosebit clonarea reproductiva (producerea unui embrion uman cu scopul de a se initia o sarcina si de a se naste un copil) de clonarea terapeutica prin care se urmareste obtinerea unor celule stem (susa) pluripotente care au potentialul de a produce celule sau tesuturi normale, utile pentru inlocuirea celor distruse prin boli.