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Was passiert metabolisch, wenn ein Ei mit dem Kern einer Körperzelle verschmilzt?

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In der Stammzellbiologie ist bekannt, dass embryonale Stammzellen in den ersten 3 Tagen der Entwicklung transkriptionell inaktiv sind. Während des Kerntransfers somatischer Zellen enthält der Kern jedoch wahrscheinlich verschiedene Polymerasen und RNA, sowohl kodierende als auch nicht-kodierende. Beeinflusst dies die Erfolgsraten des Klonens?


Kerntransfer somatischer Zellen ist eine Methode zur Erzeugung eines lebensfähigen Embryos aus einer Körperzelle und einer Eizelle. EIN somatischer Kern wird in ein eingefügt entkerntes Ei, wo der somatische Kern durch zytoplasmatische Faktoren der Eizelle umprogrammiert wird, um eine Zygote (befruchtete Eizelle) zu werden.

Dies erfordert die Verwendung von Eiern in der Metaphase II des Zellzyklus. Somatische Zellkerne müssen sich in der Interphase (G0/G1) befinden. Interphase ist der Teil des Zellzyklus, der nicht von beobachtbaren Veränderungen unter dem Mikroskop begleitet wird.

Was bestimmt die Erfolgsraten beim Klonen?

4. Okt. und andere Yamanaka-Faktoren sind für den Zellkerntransfer somatischer Zellen essentiell Erfolg (Zahlungsmauer).

Hier skizziert:

"... wir denken jetzt, dass das Zytoplasma der Eizelle den somatischen Zellkern zu stark umprogrammieren könnte, oder dass der somatische Zellkern empfindlicher auf die Reprogrammierungsfaktoren der Eizelle reagiert als die Kerne der Samenzellen."

Daher ist es unwahrscheinlich, dass der Erfolg der Reprogrammierung und des Klonens beeinflusst wird durch somatische Kernpolymerasen und RNA.


Nukleartransfer

Nukleartransfer ist eine Form des Klonens. Die Schritte umfassen das Entfernen der DNA aus einer Eizelle (unbefruchtete Eizelle) und das Injizieren des Zellkerns, der die zu klonierende DNA enthält. In seltenen Fällen teilt sich die neu konstruierte Zelle normal und repliziert die neue DNA, während sie in einem pluripotenten Zustand bleibt. Werden die geklonten Zellen in die Gebärmutter eines weiblichen Säugetiers eingebracht, entwickelt sich in seltenen Fällen ein geklonter Organismus. So wurden das Schaf Dolly und viele andere Arten geklont. Kühe werden häufig geklont, um diejenigen auszuwählen, die die beste Milchproduktion haben. Am 24. Januar 2018 sollen erstmals zwei Affenklone mit der Technik erzeugt worden sein. [1] [2] [3]

Trotzdem hat die geringe Effizienz der Technik einige Forscher, insbesondere Ian Wilmut, der Schöpfer von Dolly, dem geklonten Schaf, dazu veranlasst, sie aufzugeben. [4]


Was passiert im Zellkern nach der Befruchtung?

Ein Wissenschaftlerteam des Helmholtz Zentrums Mühlenchen zeigt Veränderungen in der unmittelbaren Umgebung der DNA nach der Verschmelzung von Eizelle und Spermien zur Zygote. Die Ergebnisse legen nahe, warum sich aus den Keimzellen alle denkbaren Körperzellen entwickeln können. Die Studie wurde in der Zeitschrift veröffentlicht Gene und Entwicklung.

Monate vor dem oft zitierten Wunder der Geburt geschehen zahlreiche Ereignisse, die die Wissenschaft noch immer nicht vollständig versteht. Dazu gehört zum Beispiel die Frage, wie eine einzelne Zelle der Ursprung aller nachfolgenden Zellen im zukünftigen Organismus sein kann. Wie dies möglich ist, ist das Ziel von Prof. Dr. Maria-Elena Torres-Padilla, Direktorin des Instituts für Epigenetik und Stammzellen (IES) am Helmholtz Zentrum München und Professorin für Stammzellbiologie an der Ludwig-Maximilians-Universität München München.

„Uns interessieren vor allem die Ereignisse, die erforderlich sind, wenn sich die Zellen so oft teilen und sich so unterschiedlich entwickeln sollen, zum Beispiel Zellen aus der Haut, der Leber und dem Herzen“, erklärt der Forscher. In einer aktuellen Studie gingen sie und ihr Team dieses Problem an, indem sie das sogenannte Chromatin untersuchten, das sich auf die DNA und die sie umgebenden Proteine ​​(Histone) bezieht. "Wir haben uns angeschaut, wie sich bestimmte Histone nach der Befruchtung verändern, wodurch wir einen neuen Mechanismus erklären konnten."

Kleine Aufsätze, große Effekte

Die Autoren entdeckten, dass das Molekül Suv4-20h2, eine sogenannte Histon-Methyltransferase, über das Chromatin wandert und kleine chemische Veränderungen (sogenannte Methylgruppen) an die Histone anheftet. Wenn diese chemischen Veränderungen hinzukommen, wird die Zelle in ihrer Teilung und Entwicklung eingeschränkt, erklärt Torres-Padilla. Aber sobald die Befruchtung erfolgt, verschwinden die Anhaftungen und die befruchtete Eizelle kann sich zu einem neuen Organismus entwickeln.

Um diese Ergebnisse zu bestätigen, verwendeten die Forscher ein experimentelles Modell, um den Effekt zu testen, den Suv4-20h2 in der befruchteten Eizelle aktiv zu halten. „Wir konnten zeigen, dass in diesem Fall die Methylgruppen an den Histonen verbleiben“, erklärt Erstautor Andre Eid, Doktorand am IES. "Dies stoppt die Entwicklung und die Zellen kamen nicht über die erste Teilung hinaus."

In weiteren Experimenten konnte das Team zeigen, dass dieser Mechanismus wahrscheinlich darauf beruht, dass die Methylgruppen an den Histonen zu einem Defekt bei der Vervielfältigung des genetischen Materials, der sogenannten Replikation, führen. Dieser Defekt verursacht dann einen Replikations-"Checkpoint", wodurch der Zellzyklus zum Erliegen kommt.

„Unsere Ergebnisse haben uns Einblicke in die komplexen Zusammenhänge zwischen dem Chromatin und der Fähigkeit von Zellen gegeben, sich zu anderen Zelltypen zu entwickeln – der sogenannten Totipotenz“, relativiert Torres-Padilla die Ergebnisse. Dies ist ein wichtiger Schritt sowohl für die menschliche Embryologie als auch für das Verständnis bestimmter Krebsarten, bei denen die Zellen sehr ähnliche Mechanismen aufweisen, die ihre Wachstumsrate beeinflussen.


Inhalt

Kerntransfer somatischer Zellen ist eine Technik zum Klonen, bei der der Kern einer somatischen Zelle in das Zytoplasma einer entkernten Eizelle übertragen wird. Nach den somatischen Zelltransfers beeinflussen die zytoplasmatischen Faktoren den Kern, um eine Zygote zu werden. Das Blastozystenstadium wird vom Ei entwickelt, um embryonale Stammzellen aus der inneren Zellmasse der Blastozyste zu erzeugen. [3] Das erste Tier, das mit dieser Technik entwickelt wurde, war das Schaf Dolly im Jahr 1996. [4]

Der Prozess der somatischen Zellkerntransplantation umfasst zwei verschiedene Zellen. Die erste ist eine weibliche Keimzelle, die als Eizelle (Ei/Oozyte) bekannt ist. In menschlichen SCNT-Experimenten werden diese Eizellen durch zustimmende Spender unter Verwendung einer Eierstockstimulation gewonnen. Die zweite ist eine somatische Zelle, die sich auf die Zellen des menschlichen Körpers bezieht. Hautzellen, Fettzellen und Leberzellen sind nur einige Beispiele. Das genetische Material der Spendereizelle wird entfernt und verworfen, wodurch sie „deprogrammiert“ bleibt. Übrig bleiben eine Körperzelle und eine entkernte Eizelle. Diese werden dann fusioniert, indem die Körperzelle in die „leere“ Eizelle eingeführt wird. [5] Nach dem Einsetzen in das Ei wird der somatische Zellkern von seiner Wirts-Eizelle umprogrammiert. Die Eizelle, die jetzt den Kern der Körperzelle enthält, wird durch einen Schock stimuliert und beginnt sich zu teilen. Das Ei ist nun lebensfähig und in der Lage, einen erwachsenen Organismus zu produzieren, der alle notwendigen genetischen Informationen von nur einem Elternteil enthält. Die Entwicklung erfolgt normal und nach vielen mitotischen Teilungen bildet die einzelne Zelle eine Blastozyste (ein Embryo im Frühstadium mit etwa 100 Zellen) mit einem identischen Genom wie der ursprüngliche Organismus (d. h. ein Klon). [6] Stammzellen können dann durch Zerstörung dieses Klonembryos zur Verwendung beim therapeutischen Klonen gewonnen werden oder im Fall des reproduktiven Klonens wird der Klonembryo zur weiteren Entwicklung in eine Wirtsmutter implantiert und ausgetragen.

Stammzellforschung Bearbeiten

Die Kerntransplantation somatischer Zellen ist zu einem Forschungsschwerpunkt in der Stammzellforschung geworden. Ziel dieses Verfahrens ist es, aus einem geklonten Embryo pluripotente Zellen zu gewinnen. Diese Zellen stimmten genetisch mit dem Spenderorganismus überein, aus dem sie stammten. Dies gibt ihnen die Möglichkeit, patientenspezifische pluripotente Zellen zu erzeugen, die dann in Therapien oder in der Krankheitsforschung eingesetzt werden könnten. [7]

Embryonale Stammzellen sind undifferenzierte Zellen eines Embryos. Diesen Zellen wird ein pluripotentes Potenzial zugeschrieben, da sie die Fähigkeit besitzen, alle in einem erwachsenen Organismus vorkommenden Gewebe hervorzubringen. Diese Fähigkeit ermöglicht es Stammzellen, jeden Zelltyp zu erzeugen, der dann transplantiert werden könnte, um beschädigte oder zerstörte Zellen zu ersetzen. Kontroversen um die menschliche ESC-Arbeit aufgrund der Zerstörung lebensfähiger menschlicher Embryonen. SCNT führt Wissenschaftler dazu, nach einer alternativen Methode zur Gewinnung von Stammzellen zu suchen, und ist eine solche Methode.

Eine potentielle Verwendung von Stammzellen, die genetisch auf einen Patienten abgestimmt sind, besteht darin, Zelllinien zu erzeugen, deren Gene mit einer bestimmten Krankheit eines Patienten verbunden sind. Auf diese Weise in vitro Modell erstellt werden könnte, wäre nützlich, um diese bestimmte Krankheit zu untersuchen, möglicherweise ihre Pathophysiologie zu entdecken und Therapien zu entdecken. [8] Wenn beispielsweise eine Person mit Parkinson-Krankheit ihre Körperzellen spendet, würden die aus der SCNT resultierenden Stammzellen Gene haben, die zur Parkinson-Krankheit beitragen. Die krankheitsspezifischen Stammzelllinien könnten dann untersucht werden, um den Zustand besser zu verstehen. [9]

Eine weitere Anwendung der SCNT-Stammzellforschung besteht darin, patientenspezifische Stammzelllinien zu verwenden, um Gewebe oder sogar Organe für die Transplantation in den jeweiligen Patienten zu erzeugen. [10] Die resultierenden Zellen wären genetisch identisch mit dem somatischen Zellspender, wodurch Komplikationen durch die Abstoßung des Immunsystems vermieden würden. [9] [11]

Nur eine Handvoll Labore weltweit verwenden derzeit SCNT-Techniken in der Forschung an menschlichen Stammzellen. In den USA forschen Wissenschaftler des Harvard Stem Cell Institute, der University of California San Francisco, der Oregon Health & Science University [12] Stemagen (La Jolla, CA) und möglicherweise Advanced Cell Technology derzeit an einer Technik, um somatische Zellkerntransfer zur Herstellung embryonaler Stammzellen. [13] Im Vereinigten Königreich hat die Human Fertilization and Embryology Authority Forschungsgruppen am Roslin Institute und am Newcastle Center for Life die Erlaubnis erteilt. [14] SCNT kann auch in China vorkommen. [fünfzehn]

Im Jahr 2005 veröffentlichte ein südkoreanisches Forschungsteam unter der Leitung von Professor Hwang Woo-suk Behauptungen, Stammzelllinien über SCNT gewonnen zu haben [16], unterstützte diese Behauptungen jedoch mit fabrizierten Daten. [17] Neuere Beweise haben bewiesen, dass er tatsächlich eine Stammzelllinie aus einer Parthenote erstellt hat. [18] [19]

Obwohl beim Klonen von Tieren zahlreiche Erfolge erzielt wurden, bleiben Fragen zu den Mechanismen der Reprogrammierung in der Eizelle. Trotz vieler Versuche war der Erfolg bei der Herstellung von humanen embryonalen Kerntransfer-Stammzellen begrenzt. Es liegt ein Problem in der Fähigkeit der menschlichen Zelle, eine Blastozyste zu bilden, wobei die Zellen das achtzellige Entwicklungsstadium nicht überschreiten. Es wird angenommen, dass dies darauf zurückzuführen ist, dass der somatische Zellkern nicht in der Lage ist, embryonale Gene einzuschalten, die für die richtige Entwicklung entscheidend sind. Diese früheren Experimente verwendeten Verfahren, die bei Nicht-Primatentieren mit geringem Erfolg entwickelt wurden.

Eine Forschungsgruppe der Oregon Health & Science University demonstrierte erfolgreich SCNT-Verfahren, die für Primaten unter Verwendung von Hautzellen entwickelt wurden. Der Schlüssel zu ihrem Erfolg war die Verwendung von Eizellen in der Metaphase II (MII) des Zellzyklus. Eizellen in MII enthalten spezielle Faktoren im Zytoplasma, die eine besondere Fähigkeit besitzen, implantierte somatische Zellkerne in Zellen mit pluripotenten Zuständen umzuprogrammieren. Wenn der Kern der Eizelle entfernt wird, verliert die Zelle ihre genetische Information. Dies wurde dafür verantwortlich gemacht, warum entkernte Eier in ihrer Reprogrammierungsfähigkeit behindert werden. Es wird theoretisiert, dass die kritischen embryonalen Gene physisch mit den Chromosomen der Eizelle verbunden sind, die Enukleation wirkt sich negativ auf diese Faktoren aus. Eine andere Möglichkeit besteht darin, den Eikern zu entfernen oder den somatischen Kern einzufügen, der den Zytoplasten schädigt und die Reprogrammierungsfähigkeit beeinträchtigt.

Vor diesem Hintergrund wandte die Forschergruppe ihre neue Technik an, um humane SCNT-Stammzellen herzustellen. Im Mai 2013 berichtete die Oregon-Gruppe über die erfolgreiche Gewinnung menschlicher embryonaler Stammzelllinien, die durch SCNT gewonnen wurden, unter Verwendung von fötalen und kindlichen Spenderzellen. Unter Verwendung von MII-Oozyten von Freiwilligen und ihrem verbesserten SCNT-Verfahren wurden erfolgreich menschliche Klonembryonen hergestellt. Diese Embryonen waren von schlechter Qualität, ihnen fehlte eine wesentliche innere Zellmasse und das Trophektoderm war schlecht konstruiert. Die unvollkommenen Embryonen verhinderten den Erwerb von menschlichem ESC. Die Zugabe von Koffein während der Entfernung des Kerns der Eizelle und der Verschmelzung der Körperzelle und der Eizelle verbesserte die Blastozystenbildung und die ESC-Isolierung. Es wurde festgestellt, dass die erhaltenen ESC Teratome produzieren können, pluripotente Transkriptionsfaktoren exprimieren und einen normalen 46XX-Karyotyp exprimieren, was darauf hindeutet, dass diese SCNT tatsächlich ESC-ähnlich waren. [12] Dies war das erste Mal, dass SCNT erfolgreich zur Umprogrammierung menschlicher Körperzellen eingesetzt wurde. In dieser Studie wurden fötale und infantile somatische Zellen verwendet, um ihre ESC zu produzieren.

Im April 2014 baute ein internationales Forscherteam diesen Durchbruch weiter aus. Es blieb die Frage, ob derselbe Erfolg auch mit adulten Körperzellen erreicht werden könnte. Es wurde angenommen, dass epigenetische und altersbedingte Veränderungen möglicherweise die Fähigkeit von erwachsenen Körperzellen zur Reprogrammierung behindern. Durch die Implementierung des von der Oregon-Forschungsgruppe bahnbrechenden Verfahrens konnten sie tatsächlich Stammzellen züchten, die durch SCNT mit adulten Zellen von zwei Spendern im Alter von 35 und 75 Jahren erzeugt wurden, was darauf hindeutet, dass das Alter die Fähigkeit einer Zelle zur Reprogrammierung nicht behindert. [20] [21]

Ende April 2014 war die New York Stem Cell Foundation erfolgreich bei der Herstellung von SCNT-Stammzellen aus adulten Körperzellen. Eine dieser Stammzelllinien wurde aus den Spenderzellen eines Typ-1-Diabetikers gewonnen. Die Gruppe war dann in der Lage, diese Stammzellen erfolgreich zu kultivieren und die Differenzierung zu induzieren. Bei der Injektion in Mäuse bildeten sich erfolgreich Zellen aller drei Keimblätter. Die bedeutendsten dieser Zellen waren diejenigen, die Insulin exprimierten und in der Lage waren, das Hormon zu sezernieren. [22] Diese insulinproduzierenden Zellen könnten für eine Ersatztherapie bei Diabetikern verwendet werden, was ein echtes therapeutisches Potenzial für SCNT-Stammzellen demonstriert.

Der Impuls für die SCNT-basierte Stammzellforschung wurde durch die Entwicklung und Verbesserung alternativer Methoden zur Gewinnung von Stammzellen gemindert. Im Jahr 2007 wurden beim Menschen Methoden entwickelt, normale Körperzellen in pluripotente Stammzellen umzuprogrammieren. Im folgenden Jahr erreichte diese Methode ein wichtiges Ziel der SCNT-basierten Stammzellforschung: die Gewinnung pluripotenter Stammzelllinien, die alle Gene aufweisen, die mit verschiedenen Krankheiten in Verbindung stehen . [23] Einige Wissenschaftler, die an der SCNT-basierten Stammzellforschung arbeiten, sind kürzlich zu den neuen Methoden der induzierten pluripotenten Stammzellen übergegangen. Obwohl neuere Studien in Frage gestellt haben, wie ähnlich iPS-Zellen embryonalen Stammzellen sind. Das epigenetische Gedächtnis bei iPS beeinflusst die Zelllinie, in die es differenzieren kann. Zum Beispiel wird eine aus einer Blutzelle stammende iPS-Zelle effizienter bei der Differenzierung in Blutzellen sein, während sie bei der Bildung eines Neurons weniger effizient ist. [24] Dies wirft die Frage auf, wie gut iPS-Zellen den Goldstandard ESC in Experimenten nachahmen können, da Stammzellen die Fähigkeit haben, sich in jeden Zelltyp zu differenzieren. SCNT-Stammzellen stellen kein solches Problem dar und bleiben in Stammzellstudien weiterhin relevant.

Reproduktives Klonen Bearbeiten

Diese Technik ist derzeit die Grundlage für das Klonen von Tieren (wie dem berühmten Dolly, dem Schaf) [25] und wurde als möglicher Weg zum Klonen von Menschen vorgeschlagen. Die Verwendung von SCNT beim reproduktiven Klonen hat sich mit begrenztem Erfolg als schwierig erwiesen. Hohe fetale und neonatale Todesfälle machen den Prozess sehr ineffizient. Resultierende geklonte Nachkommen sind auch bei nicht-menschlichen Arten von Entwicklungs- und Prägestörungen geplagt. Aus diesen Gründen sowie moralischen und ethischen Einwänden ist das reproduktive Klonen beim Menschen in mehr als 30 Ländern verboten. [26] Die meisten Forscher glauben, dass es in absehbarer Zeit nicht möglich sein wird, mit der gegenwärtigen Klonierungstechnik einen menschlichen Klon herzustellen, der sich bis zur Reife entwickeln wird. Es bleibt eine Möglichkeit, obwohl kritische Anpassungen erforderlich sind, um die derzeitigen Einschränkungen während der frühen Embryonalentwicklung bei menschlichen SCNT zu überwinden. [27] [28]

Es besteht auch das Potenzial zur Behandlung von Krankheiten, die mit Mutationen in der mitochondrialen DNA verbunden sind. Neuere Studien zeigen, dass die SCNT des Zellkerns einer von einer dieser Erkrankungen betroffenen Körperzelle in eine gesunde Eizelle die Vererbung der mitochondrialen Erkrankung verhindert. Diese Behandlung beinhaltet kein Klonen, sondern würde ein Kind mit drei genetischen Eltern hervorbringen. Ein Vater liefert eine Samenzelle, eine Mutter liefert den Eikern und eine andere Mutter liefert die entkernte Eizelle. [10]

Im Jahr 2018 wurde das erste erfolgreiche Klonen von Primaten durch somatischen Zellkerntransfer, die gleiche Methode wie das Schaf Dolly, mit der Geburt von zwei lebenden weiblichen Klonen (krabbenfressende Makaken namens Zhong Zhong und Hua Hua) wurde gemeldet. [2] [29] [30] [31] [32]

Nukleartransfer zwischen Arten Bearbeiten

Interspecies Nuclear Transfer (iSCNT) ist ein Mittel des Kerntransfers somatischer Zellen, das die Rettung bedrohter Arten oder sogar die Wiederherstellung von Arten nach ihrem Aussterben erleichtert. Die Technik ähnelt der SCNT-Klonierung, die typischerweise zwischen Haustieren und Nagetieren durchgeführt wird, oder wo ein Vorrat an Eizellen und Ersatztieren vorhanden ist. Das Klonen stark gefährdeter oder ausgestorbener Arten erfordert jedoch den Einsatz einer alternativen Klonmethode. Beim Kerntransfer zwischen den Arten werden ein Wirt und ein Spender von zwei verschiedenen Organismen verwendet, die eng verwandte Arten sind und derselben Gattung angehören. Im Jahr 2000 konnte Robert Lanza einen geklonten Fötus eines Gaurs produzieren, Bos gaurus, erfolgreich mit einer Hauskuh kombiniert, Bos Stier. [33]

Der Interspezies-Kerntransfer belegt die Universalität des auslösenden Mechanismus der Zellkern-Reprogrammierung. Gupta et al. [34] untersuchten beispielsweise die Möglichkeit, transgene geklonte Embryonen durch somatischen Zellkerntransfer (iSCNT) von Rindern, Mäusen und Hühnern in entkernte Schweineoozyten herzustellen. Darüber hinaus konnte NCSU23-Medium, das für die In-vitro-Kultur von Schweineembryonen entwickelt wurde, die in-vitro-Entwicklung von Rinder-, Mäuse- und Hühner-iSCNT-Embryonen bis zum Blastozystenstadium unterstützen. Darüber hinaus kann der Oozytenzytoplast von Schafen zum Remodellieren und Reprogrammieren menschlicher somatischer Zellen zurück in das embryonale Stadium verwendet werden. [35]

Der somatische Zellkerntransfer (SCNT) kann ineffizient sein, da sowohl die Eizelle als auch der eingebrachte Zellkern in der frühen Forschung enorm beansprucht werden. Dies kann zu einem geringen Prozentsatz erfolgreich reprogrammierter Zellen führen. Zum Beispiel wurde das Schaf Dolly 1996 geboren, nachdem 277 Eier für die SCNT verwendet wurden, wodurch 29 lebensfähige Embryonen erzeugt wurden, was einer nur mickrigen Effizienz von 0,3% entspricht. [36] Nur drei dieser Embryonen überlebten bis zur Geburt und nur einer überlebte das Erwachsenenalter. [25] Millie, der überlebende Nachkomme, brauchte 95 Versuche, um zu produzieren, [36] weil das Verfahren nicht automatisiert war, sondern manuell unter einem Mikroskop durchgeführt werden musste, war SCNT sehr ressourcenintensiv. Ein weiterer Grund für die hohe Sterblichkeitsrate bei geklonten Nachkommen ist, dass der Fötus größer ist als andere große Nachkommen, was zum Tod kurz nach der Geburt führt. [36] Auch die Biochemie, die an der Reprogrammierung des differenzierten somatischen Zellkerns und der Aktivierung des Empfänger-Ei beteiligt ist, war noch lange nicht verstanden. Eine weitere Einschränkung ist der Versuch, während der SCNT einzellige Embryonen zu verwenden. Wenn nur einzellige geklonte Embryonen verwendet werden, besteht eine Wahrscheinlichkeit von 65%, dass das Experiment bei der Herstellung von Morula oder Blastozyste fehlschlägt. Auch die Biochemie muss äußerst genau sein, da der Tod der meisten späten geklonten Föten durch eine unzureichende Plazentation verursacht wird. [36] Bis 2014 meldeten Forscher jedoch Erfolgsraten von 70-80% beim Klonen von Schweinen [37] und im Jahr 2016 wurde berichtet, dass ein koreanisches Unternehmen, Sooam Biotech, 500 geklonte Embryonen pro Tag produziert. [38]

Bei der SCNT werden nicht alle genetischen Informationen der Spenderzelle übertragen, da die Mitochondrien der Spenderzelle, die ihre eigene mitochondriale DNA enthalten, zurückbleiben. Die resultierenden Hybridzellen behalten jene mitochondrialen Strukturen, die ursprünglich zum Ei gehörten. Folglich sind Klone wie Dolly, die aus SCNT geboren werden, keine perfekten Kopien des Donors des Zellkerns. Diese Tatsache kann auch die potenziellen Vorteile von SCNT-abgeleiteten Geweben und Organen für die Therapie beeinträchtigen, da es nach der Transplantation eine Immunantwort auf die nicht-eigene mtDNA geben kann.

Vorschläge zur Verwendung von Nukleustransfertechniken in der Forschung an menschlichen Stammzellen werfen eine Reihe von Bedenken auf, die über den moralischen Status jedes erzeugten Embryos hinausgehen. Diese haben zu einigen Einzelpersonen und Organisationen geführt, die nicht gegen die Forschung an humanen embryonalen Stammzellen, besorgt zu sein oder gegen die SCNT-Forschung. [39] [40] [41]

Eine Sorge ist, dass die Bildung von Blastula in der SCNT-basierten humanen Stammzellforschung zum reproduktiven Klonen von Menschen führen wird. Beide Prozesse verwenden den gleichen ersten Schritt: die Erzeugung eines nukleartransferierten Embryos, höchstwahrscheinlich über SCNT. Diejenigen, die diese Bedenken haben, plädieren oft für eine strenge Regulierung der SCNT, um die Implantation von abgeleiteten Produkten zum Zwecke der menschlichen Fortpflanzung auszuschließen [42] oder ihr Verbot. [39]

Ein zweites wichtiges Anliegen ist die geeignete Quelle für die benötigten Eier. SCNT benötigt menschliche Eizellen, die nur von Frauen gewonnen werden können. Die häufigste Quelle für diese Eizellen sind heute Eizellen, die während der IVF-Behandlung produziert werden und den klinischen Bedarf übersteigen. Dies ist ein minimal-invasives Verfahren, das jedoch einige Gesundheitsrisiken wie das ovarielle Überstimulationssyndrom birgt.

Eine Vision für erfolgreiche Stammzelltherapien besteht darin, maßgeschneiderte Stammzelllinien für Patienten zu entwickeln. Jede kundenspezifische Stammzelllinie würde aus einer Sammlung identischer Stammzellen bestehen, von denen jede die eigene DNA des Patienten trägt, wodurch jegliche Abstoßungsprobleme bei der Transplantation der Stammzellen zur Behandlung reduziert oder eliminiert werden. Um beispielsweise einen Mann mit Parkinson-Krankheit zu behandeln, würde ein Zellkern einer seiner Zellen durch SCNT in eine Eizelle einer Eizellspenderin transplantiert, wodurch eine einzigartige Stammzellenlinie entsteht, die mit den eigenen Zellen des Patienten fast identisch ist. (Es gäbe Unterschiede. Zum Beispiel wäre die mitochondriale DNA die gleiche wie die der Eizellspenderin. Im Vergleich dazu würden seine eigenen Zellen die mitochondriale DNA seiner Mutter tragen.)

Potenziell könnten Millionen von Patienten von einer Stammzelltherapie profitieren, und jeder Patient würde eine große Anzahl gespendeter Eizellen benötigen, um erfolgreich eine einzige maßgeschneiderte therapeutische Stammzelllinie zu erstellen. Eine so große Anzahl gespendeter Eizellen würde die Anzahl der Eizellen übersteigen, die derzeit übrig bleiben und von Paaren verfügbar sind, die versuchen, Kinder durch assistierte Reproduktionstechnologie zu bekommen. Daher müssten gesunde junge Frauen dazu gebracht werden, Eier zu verkaufen, die für die Herstellung von benutzerdefinierten Stammzelllinien verwendet werden könnten, die dann von der medizinischen Industrie gekauft und an Patienten verkauft werden könnten. Es ist bisher unklar, woher all diese Eier kommen würden.

Stammzellexperten halten es für unwahrscheinlich, dass in einem entwickelten Land so viele menschliche Eizellen gespendet werden, da die langfristigen Auswirkungen der Behandlung einer großen Anzahl gesunder junger Frauen mit hohen Hormondosen auf die öffentliche Gesundheit unbekannt sind, um einen Hyperovulation zu induzieren (Ovating mehrere Eier auf einmal). Obwohl solche Behandlungen seit mehreren Jahrzehnten durchgeführt werden, wurden die Langzeitwirkungen weder untersucht noch für sicher erklärt, dass sie bei ansonsten gesunden Frauen in großem Maßstab angewendet werden können. Es ist bekannt, dass längerfristige Behandlungen mit viel niedrigeren Hormondosen die Krebsrate Jahrzehnte später erhöhen. Ob Hormonbehandlungen zur Auslösung eines Hyperovulation ähnliche Wirkungen haben könnten, ist nicht bekannt. Es gibt auch ethische Fragen rund um das Bezahlen von Eiern. Im Allgemeinen gilt die Vermarktung von Körperteilen als unethisch und ist in den meisten Ländern verboten. Menschliche Eier sind seit einiger Zeit eine bemerkenswerte Ausnahme von dieser Regel.

Um das Problem der Schaffung eines Marktes für menschliche Eizellen anzugehen, untersuchen einige Stammzellforscher die Möglichkeit, künstliche Eizellen herzustellen. Im Erfolgsfall wären keine menschlichen Eizellspenden erforderlich, um benutzerdefinierte Stammzelllinien zu erstellen. Allerdings kann diese Technologie noch in weiter Ferne liegen.

SCNT mit menschlichen Zellen ist derzeit im Vereinigten Königreich für Forschungszwecke legal, da sie in den Human Fertilization and Embryology Act 1990 aufgenommen wurde. [43] [5] Für die Durchführung oder den Versuch muss die Genehmigung der Human Fertilization and Embryology Authority SCNT.

In den Vereinigten Staaten bleibt die Praxis legal, da sie nicht durch Bundesgesetze geregelt wurde. [44] Im Jahr 2002 verbietet jedoch ein Moratorium der US-Bundesförderung für SCNT die Finanzierung der Praxis zu Forschungszwecken. Somit kann SCNT, obwohl legal, nicht vom Bund finanziert werden. [45] Amerikanische Wissenschaftler haben kürzlich argumentiert, dass diese Richtlinien moralisch falsch sind und überarbeitet werden sollten, da das Produkt von SCNT ein Klonembryo und kein menschlicher Embryo ist. [46]

2003 verabschiedeten die Vereinten Nationen einen von Costa Rica vorgelegten Vorschlag, in dem die Mitgliedstaaten aufgefordert wurden, "alle Formen des Klonens von Menschen zu verbieten, soweit sie mit der Menschenwürde und dem Schutz des menschlichen Lebens unvereinbar sind". [47] Dieser Satz kann je nach Interpretation SCNT enthalten.

Die des Europarats Konvention über Menschenrechte und Biomedizin und sein Zusatzprotokoll zur Konvention zum Schutz der Menschenrechte und der Würde des Menschen in Bezug auf die Anwendung von Biologie und Medizin über das Verbot des Klonens von Menschen scheinen SCNT von Menschen zu verbieten. Von den 45 Mitgliedstaaten des Rates sind die Konvention wurde von 31 unterzeichnet und von 18 ratifiziert Zusatzprotokoll wurde von 29 Mitgliedsstaaten unterzeichnet und von 14 ratifiziert. [48]


1) Nehmen Sie einen sauberen Objektträger und geben Sie mit einer Pipette einen Tropfen destilliertes Wasser darauf, damit die Probe daran haftet. Verwenden Sie eine Pinzette, um die Probe auf den Objektträger zu legen.

2) Dann färben Sie es. Sie können Farbstoffe verwenden, um bestimmte subzelluläre Strukturen hervorzuheben, z. B. Methylenblau färbt DNA und Jod färbt Zwiebelzellen

3) Legen Sie ein Deckglas über die Probe und drücken Sie es leicht nach unten, damit keine Luftblasen darauf erscheinen

4) Befestigen Sie die Folie an der Bühne

5) Wählen Sie ein Objektiv zum Durchschauen. Mit dem Grobeinstellungsknopf können Sie den Tisch nach oben oder unten bewegen und mit dem Feineinstellungsknopf das Bild klarer machen

6) Schauen Sie durch die Okularlinse, um das SICHTFELD zu sehen.
FOV mit einem klaren Lineal messen
Sie kann sich ändern, wenn Sie die Vergrößerung mit dem Objektiv erhöhen oder verringern.
Daher müssen Sie Ihr Sichtfeld durch die Vergrößerung dividieren oder multiplizieren


Reproduktives Klonen

Das reproduktive Klonen ist eine Methode, die verwendet wird, um einen Klon oder eine identische Kopie eines gesamten mehrzelligen Organismus herzustellen. Die meisten mehrzelligen Organismen vermehren sich auf sexuelle Weise, was die genetische Hybridisierung zweier Individuen (Eltern) beinhaltet, wodurch es unmöglich wird, eine identische Kopie oder einen identischen Klon von einem der Elternteile zu erzeugen. Jüngste Fortschritte in der Biotechnologie haben es möglich gemacht, im Labor eine ungeschlechtliche Fortpflanzung von Säugetieren künstlich herbeizuführen.

Parthenogenese oder "jungfräuliche Geburt" tritt auf, wenn ein Embryo wächst und sich entwickelt, ohne dass die Befruchtung der Eizelle stattfindet. Dies ist eine Form der asexuellen Fortpflanzung. Ein Beispiel für Parthenogenese tritt bei Arten auf, bei denen das Weibchen ein Ei legt. Wenn das Ei befruchtet wird, ist es ein diploides Ei und das Individuum entwickelt sich zu einem Weibchen, wenn das Ei nicht befruchtet wird, bleibt es ein haploides Ei und entwickelt sich zu einem Männchen. Das unbefruchtete Ei wird als parthenogenes oder jungfräuliches Ei bezeichnet. Einige Insekten und Reptilien legen parthenogene Eier, die sich zu Erwachsenen entwickeln können.

Die sexuelle Fortpflanzung erfordert zwei Zellen, wenn die haploide Ei- und Samenzellen verschmelzen, es entsteht eine diploide Zygote. Der Zygotenkern enthält die genetische Information, um ein neues Individuum hervorzubringen. Die frühe Embryonalentwicklung erfordert jedoch das in der Eizelle enthaltene zytoplasmatische Material. Diese Idee bildet die Grundlage für das reproduktive Klonen. Wenn der haploide Kern einer Eizelle durch einen diploiden Kern aus der Zelle eines Individuums derselben Spezies (genannt Spender) ersetzt wird, wird sie zu einer Zygote, die mit der Spenderin genetisch identisch ist. Der somatische Zellkerntransfer ist die Technik, einen diploiden Kern in ein entkerntes Ei zu übertragen. Es kann entweder zum therapeutischen Klonen oder zum reproduktiven Klonen verwendet werden.

Das erste geklonte Tier war Dolly, ein Schaf, das 1996 geboren wurde. Die Erfolgsrate des reproduktiven Klonens war damals sehr gering. Dolly lebte sieben Jahre und starb an Atemwegskomplikationen. Es gibt Spekulationen, dass das Alter der DNA die Lebenserwartung eines geklonten Individuums beeinflussen kann, da die Zell-DNA zu einem älteren Individuum gehört. Seit Dolly wurden mehrere Tiere (z. B. Pferde, Bullen und Ziegen) erfolgreich geklont, obwohl diese Personen häufig Gesichts-, Gliedmaßen- und Herzanomalien aufweisen. Es gab Versuche, geklonte menschliche Embryonen als Quellen für embryonale Stammzellen herzustellen. Manchmal als Klonen zu therapeutischen Zwecken bezeichnet, produziert diese Technik Stammzellen, die versuchen, schädliche Krankheiten oder Defekte zu beheben (im Gegensatz zum reproduktiven Klonen, das darauf abzielt, einen Organismus zu reproduzieren). Dennoch stießen die Bemühungen zum therapeutischen Klonen aus bioethischen Erwägungen auf Widerstand.

Abbildung (PageIndex<1>): Reproduktives Klonen von Dolly, dem Schaf: Das Schaf Dolly war das erste geklonte Säugetier. Um Dolly herzustellen, wurde der Zellkern einer Spendereizelle entfernt. Der Zellkern eines zweiten Schafes wurde dann in die Zelle eingeführt, die sich bis zum Blastozystenstadium teilen konnte, bevor sie in eine Leihmutter implantiert wurde.


Biologiefrage: Wie reprogrammiert eine Eizelle den Zellkern in SCNT?

Hi,
Ich habe Klonen in Biologie studiert (ich bin in der 13. Klasse), und ich verstehe nicht, wie der Transfer somatischer Zellkerne funktioniert. Ich verstehe den Vorgang – Einsetzen eines Körperzellkerns in eine Eizelle – aber wie wird der somatische Zellkern in einen totipotenten Zustand zurückversetzt? Ich dachte, Forscher wüssten nur, wie man aus Körperzellen pluripotente Stammzellen herstellt, aber das wäre nicht in der Lage, alle Zelltypen, die für einen ganz neuen Embryo benötigt werden, richtig zu machen.
Laut Wikipedia wird die ganze Zelle in das Ei eingefügt und "von ihrer Wirts-Eizelle umprogrammiert" - weiß jemand wie das passiert?

Ich weiß, dass es wahrscheinlich über die A-Level-Spezifikation hinausgeht, aber ich bin nur neugierig und die Google-Suche hat nicht wirklich geholfen, weil ich nicht weiß, wonach ich suche. Vielen Dank!

Nicht das, was Sie suchen? Versuchen Sie&hellip

(Originalpost von Labormädchen)
Hi,
Ich habe Klonen in Biologie studiert (ich bin in der 13. Klasse), und ich verstehe nicht, wie der Transfer somatischer Zellkerne funktioniert. Ich verstehe den Prozess – Einsetzen eines Körperzellkerns in eine Eizelle – aber wie wird der somatische Zellkern in einen totipotenten Zustand zurückversetzt? Ich dachte, Forscher wüssten nur, wie man aus Körperzellen pluripotente Stammzellen herstellt, aber das wäre nicht in der Lage, alle Zelltypen, die für einen ganz neuen Embryo benötigt werden, richtig zu machen.
Laut Wikipedia wird die ganze Zelle in das Ei eingefügt und "von ihrer Wirts-Eizelle umprogrammiert" - weiß jemand wie das passiert?

I know its probably beyond the a-level spec, but I'm just curious and google search hasn't really helped because i don't know what I'm looking for. Vielen Dank!

The phrase used in this 2018 paper https://www.sciencedirect.com/scienc. 11124718305801 is "the mechanisms underlying SCNT-mediated reprogramming are largely unknown". This is partly why it has taken so much time to make further progress on mammalian cloning since "Dolly" the sheep. Modification of epigenetic markers is certainly an important part of the process (for example, demethylating parts of the donor DNA), but there are lots of other things going on.

I don't know if you have already done this, but using a Google scholar search instead of an normal Google search will produce hits from more technical sources (eg "genetic reprogramming in SCNT")


Biology question: how does an egg cell reprogramme the nucleus in SCNT?

Hi,
I've been studying cloning in biology (I'm in year 13), and I don't understand how somatic cell nuclear transfer works. I get the process - putting a body cell nucleus into an egg cell - but how is the somatic cell nucleus returned to a totipotent state? I thought researchers only knew how to make pluripotent stem cells from body cells, but that wouldn't be able to make all the cell types needed for a whole new embryo right.
According to Wikipedia the whole cell is inserted into the egg and is "reprogrammed by its host egg cell" - anyone know how this happens?

I know its probably beyond the a-level spec, but I'm just curious and google search hasn't really helped because i don't know what I'm looking for. Vielen Dank!

Not what you're looking for? Try&hellip

(Original post by labgirl)
Hi,
I've been studying cloning in biology (I'm in year 13), and I don't understand how somatic cell nuclear transfer works. I get the process - putting a body cell nucleus into an egg cell - but how is the somatic cell nucleus returned to a totipotent state? I thought researchers only knew how to make pluripotent stem cells from body cells, but that wouldn't be able to make all the cell types needed for a whole new embryo right.
According to Wikipedia the whole cell is inserted into the egg and is "reprogrammed by its host egg cell" - anyone know how this happens?

I know its probably beyond the a-level spec, but I'm just curious and google search hasn't really helped because i don't know what I'm looking for. Vielen Dank!

The phrase used in this 2018 paper https://www.sciencedirect.com/scienc. 11124718305801 is "the mechanisms underlying SCNT-mediated reprogramming are largely unknown". This is partly why it has taken so much time to make further progress on mammalian cloning since "Dolly" the sheep. Modification of epigenetic markers is certainly an important part of the process (for example, demethylating parts of the donor DNA), but there are lots of other things going on.

I don't know if you have already done this, but using a Google scholar search instead of an normal Google search will produce hits from more technical sources (eg "genetic reprogramming in SCNT")


What metabolically happens when an egg fuses with the nucleus of a somatic cell - Biology

What an excellent question! The fact that you are asking this in only the tenth grade is especially impressive, and is a testimony to yourself, your teacher, and the rapid progress of molecular biology.

I'm not particularly knowledgeable in this field, but my first impulse is to say that, yes, this seems possible.

Certainly if we have the ability to grow a clone using DNA derived from a somatic cell, it should be possible to do the same using reproductive material. Both of the methods you described seem feasible. For two females to reproduce, taking the haploid DNA from one egg and using it to fertilize the other would seem like the most straightforward approach. Of course, with two females only female offspring would be possible (at least in the case of humans). For two males to reproduce, some egg material would be necessary, so this would have to approximate a more traditional cloning exercise, but involving the removal of two sets of haploid DNA for insertion into a vacated egg. This procedure would be more complex and thus less likely to be successful, but probably not impossible. Also, with two human males it should be possible to produce male or female children.

Of course, while the theory seems sound, in application actually pulling it off is quite another matter. On reflection it's hard to believe that this hasn't been tried yet, but if such a procedure were successfully performed it would certainly have made some headlines, so maybe it really hasn't been done. Hopefully somebody who's more familiar with this field can give you a better answer. Otherwise, I say go for it! (Just not with humans).

This is a tough question. It reminded me of a question someone asked a while ago about whether a male could produce sperm with another individual's genes. (You can see that answer at scienceline Just do a search using "sertoli" as a key word.)

Your question is similar in some ways because it's about trying to get cells to form an embryo in a way that they usually don't. Let's look at what each gamete (sex cell) contributes to make an Embryo. You already know that each is haploid and contributes half of the genes needed. The egg cell supplies the organelles, cytosol (cell fluids), and cytokeleton. In addition to genes, the sperm supplies the centrosomes, which are vital to allowing the fertilized egg to divide. As I understand it, the centrosomes are lost from the egg cell and put into the final polar body (along with the excess DNA). So a vertebrate cell can't divide until it's fertilized.

So let's say one were to take an egg, insert the DNA from another egg, and then insert centrosomes from another cell, would the cell divide? Well, you might have to give it a mild elektrischer Schock to start division. That's what they do in some cloning techniques. There's still no guarantee it would work, but at least the pieces would be there. As for the two-sperm question, it seems like an egg would be needed too, in order to supply organelles and other inside things along with the outside covering of the egg (follicle) .

But let's say the nucleus were removed from the egg, a sperm's nucleus were implanted in the egg, then sperm were allowed to fertilize the egg. Could it work? Vielleicht. There's so much we still don't know about "standard" fertilization that it's tough to say.

About the question of legality, there are laws requiring humane treatment of animals in research. If they were followed, doing this research on mice, frogs, etc. would probably be legal. If you're asking about people, it's obviously a lot more complicated. There would be a lot of controversy, but I don't know whether it would be legal or not. Ist der genotype (genetic code) of each gamete a person makes the same? If you're not sure, think about crossover.
Thanks for asking,

I want to complement you, Elena, for such thought provoking question. I would give you an A just for such critical thinking. My students ask questions like: Do I have to read the book? Will it be in the test?

I had lunch with my three genetics colleagues and we discussed your question. I will attempt to answer it in the following way:

The answer is "YES" theoretically, it is possible for two humans (or animals) of the same sex to have offspring. If we understand all the intricacies of biological events, they can be replicated in the lab. The problem is, that we still do not understand much of gene regulation and reproduction.

In 1997 the news of "Dolly" the sheep caused headlines throughout the world. Dr. Ian Wilmut and his associates at Rosalind Institute, England did what many scientists thought was impossible. They cloned a mammal, using the nucleus (diploid) from an adult tissue and placed it in the egg cell whose nucleus was removed. This process is called "Nuclear Transfer".

Today, besides sheep, we have cloned monkey and cat. Here a diploid nucleus is used, therefore it is asexual reproduction. No one has successfully replicated this in a normal human cell. Once this process is refined and we understand all the gene regulation, it can be done in humans. This will provide an option for lesbian couple to have a child. The donor partner will contribute all the 46 chromosomes. The recipient will contribute its mitochondrial DNA, which is a very small amount of extra chromosomal DNA, less than 1%. The recipient partner will carry the child and provide the child with nourishment.

Unlike in case of IVF where the egg and sperm come from two different sources, in gay couples, one can contribute a sperm, and the partner will be left out. Some unsuccessful attempts have been made to fuse two haploid cell from same sex individuals and it never resulted in fertilization or implantation. One of the explanation is that there is a phenomenon known as genetic imprinting. The research on human germ cell and embryo is not allowed in this country. Even if it were to be allowed, the success rate will be not very good.

Dolly was the result of 1 out of 277 fusion (many hours/days/years/dollars). Not a very good success rate. Dolly is already showing signs of early aging. Lets assume that we are successful in fertilizing two haploid nucleus from two separate females. What can we predict about the offspring? There are many diseases that have been diagnosed, they are result of uniparental disomy: a condition where a particular chromosome comes from the same parent.

For example, when both chromosome # 15 comes from mother, the child is born with a genetic disorder called Prader Willi Syndrome and when both # 15 comes from father, it causes Angelman Syndrome. Later it was discovered, that it was not the whole # 15 that was causing the problem, but a single gene that came from mother or father. So if one gene from same sex can cause this much problem, what will happen when all the genes were maternal or paternal? This is what we call the Genetic Imprinting. The questions we should ask are: Why would we do this? Who would pay the cost? Who will benefit from the technology? and etc.

While we say that theoretically every thing is possible, it does not mean that every thing should be done and pursued unless we have good reasons to justify such expense.

You have essentially described "cloning by nuclear transfer". In the case of Dolly the sheep, and more recently many other mammals, "clones" have been produced in the following (simplified) way:

1. isolate an egg, and remove its nucleus (genetic material)
2. isolate the nucleus of a somatic cell (say, from the mammary gland) and insert it into the enucleated egg.
3. "activate" development (by electrical shock and calcium, essentially mimicking the act of fertilization).
4. Allow the embryo (which now has a nuclear genome identical to the mammary gland cell donor) to develop to an early embryonic stage, then implant it into a surrogate mom's uterus.
5. Carry embryo--> fetus to term and deliver a new "baby" animal that is a genomic clone of the animal that donated the mammary gland cell.

Another variation on the theme is actually fusing a diploid somatic cell with an enucleated oocyte (as opposed to moving just the nucleus).

This type of "cloning" is now pretty common in mice and some other vertebrates. In humans, of course, this is illegal. Es gibt viele ethical considerations, but even beyond the ethics is the issue of success rate and viability of offspring. The success rate (% embryos that make it to term) is very low and there is increasing evidence that offspring produced in this manner have some genetic differences that may be problematic. A high percentage of cloned mammals tend to be born large and then are obese (and perhaps may have some other problems as well). We do not know why. We do not really understand the basic mechanism of genetic reprogramming that occurs in eggs (and stem cells) so "successful cloning" is really just hit or miss.

Consider this: Dolly, the sheep, was the first mammal cloned in this way. An enucleated egg was provided with a diploid nucleus from a cell taken from the mammary gland of a 6 year old ewe. How old, then, is Dolly? Is her age based on the time she was born or based on how old her DNA (genetic material) is i.e. 6 years older than her actual chronological age? As you might imagine, studying cloned animals can be useful for studying cellular/genetic aging mechanisms.

You can find out more about the science and ethics of cloning by nuclear transfer, somatic cell fusion and stem cell cloning by visiting the website of the National Institutes of Health National Institutes of Health . Be careful of any web based information other than on validated, referenced sites -- there is a tremendous amount of misinformation and disinformation out there (as you might imagine given that it is such a crucial issue).

"Clone. The Road to Dolly and the Path Ahead." by Gina Kolata.
"Dolly and the Age of Biological Control." by Wilmut, Campbell and Tudge.


2 Parts of Cell Division | Cytology

The process in which a cell divides to form two new cells, each containing a nucleus, is called cell division. It is of two types i.e., mitosis and meiosis.

In mitosis, which is also called vegetative cell division, the chromosomes in the nucleus are duplicated into two chromatids. The nuclear membrane breaks down, the centromeres divide, and the chromatids move to either end of the cell on the spindle.

There is the reformation of nuclear membrane around each group of chromatids, and a new cell wall is laid down between them. Because of this entire process, each new cell gains exactly the same chromosomes and genetic material. Prophase, metaphase, anaphase and telophase are the four stages of mitosis. Two daughter cells are produced after mitosis.

In meiosis, which is also called reduction division, the haploid sex cells are produced from the diploid cells. In this division, the daughter cells receive a haploid set of chromosomes from the diploid parent cell.

Meiosis involves two cell divisions, and usually there is no inter-phase between the two divisions. In meiosis division I, the replicated homologous chromosomes pair with each other on the spindle, and at this stage the crossing over takes place.

Soon, the chromosomes are separated to either end of the spindle. Meiosis division I consists of a long prophase I (including stages such as leptotene, zygotene, pachytene, diplotene and diakinesis), metaphase I, anaphase I and telophase I.

In meiosis division II, the chromatids of each clironioiome come apart at the centromere, and separate to each end of the second spindle. Meiosis division II consists of prophase II, metaphase II, anaphase II and telophase II. Four daughter cells are produced after meiosis.

Parts of Cell Division:

1. Mitosis:

The mitosis is a part of somatic cell division which includes the division of the nucleus (called mitosis or katyokinesis) and the division of the cytoplasm (called cytokinesis). Strasburger (1875), a German botanist, was the first to work out the details of mitosis. Mitosis can be studied best in the root tip and shoot up of several plants. But the most favourable material is the apices of onion roots.

In mitosis, the metabolic nucleus (Fig. 25 A) passes through a complicated system of changes in the form of four different stages, viz., prophase, metaphase, anaphase and telophase.

Some important aspects of all these stages are discussed below:

In this longest stage of mitosis, the metabolic nucleus (Fig. 25A) contains several delicate and coiled thread-like structures called chromonemata, which are not distinguishable as separate structures.

Some distinct, slender, thread-like chromosomes start appearing in the early stages of prophase (Fig. 25B). Longer chromosomes become spirally coiled. The individual chromosomes are always longitudinally double, and each longitudinal half of the chromosomes is called a chromatid.

Both the chromatids of a chromosome remain coiled around each other almost throughout their length. In the later stages of prophase the chromosomes become somewhat thickened, and their double nature becomes quite clear (Fig. 25C).

The chromatids become irregular and hairy. But their hairiness is soon lost and they become smooth and more thick. Each chromatid soon divides longitudinally into two, and thus at this stage a chromosome consists of four thread-like structures called chromonemata (Fig. 25 D), of which two each belong to two chromatids.

Around each chromatid is accumulated a chromosomal substance in the form of a sheath or matrix. Some constrictions or attachment regions are seen in the chromosomes at this stage.

These constrictions are called centromeres. The nucleolus or nucleoli start decreasing in size and ultimately disappear as the prophase stage ends. This is now the starting point of the next stage, i.e., metaphase.

The metaphase stage is initiated by the disappea­rance of the nuclear membrane and the appearance of a spindle-like body called nuclear spindle (Fig. 26). The nuclear spindle is usually bipolar, consists of fine and delicate fibrils, and originates either from the nuclear sap or from the cytoplasm. The nucleolus also completely disappears.

The chromosomes become shorter and thicker, and move to the equatorial plane of the spindle becoming completely apart from one another. In metaphase, the centromeres of the chromosomes position themselves at the centre of the spindle or along the line of the equator forming the metaphase plate.

The chromosomes are observed best during the metaphase stage. The centromere of each chromosome divides so that each chromatid contains its own centromere. The centromeres of each pair of chromatids get attached to the spindle fibres passing towards the poles of opposite sides. The centromeres of each pair of chromatids appear to repel each other at the end of metaphase and beginning of the next stage i.e., anaphase.

In the beginning of this shortest phase of mitosis, the centromeres of each pair of chromatids start repelling and moving towards the two opposite poles. Soon, the chromatids get separated from each other and the spindles get elongated.

Ultimately the two sets of the chromatids are separated completely from each other and reach to the two opposite poles of the spindle (Fig. 27). Anaphase is followed by the next stage, i.e., telophase.

In the beginning of telophase the chromatids form a close group at each pole (Fig. 28 A) and are now considered as chromosomes.

This is followed by the following changes:

(i) Disappearance of polar caps of the spindle

(ii) Formation of a nuclear membrane around each group of chromosomes (Fig. 28 B)

(iii) Reappearance of nucleoli

(iv) Disappearance of spindle body and matrix

(v) Reorganization of the chromosomes in the two nuclei

(vi) Reappearance of nuclear sap and.

(vii) Enlargement of both the newly formed nuclei (Fig. 28C).

It includes two phenomena, i.e., the division of the cytoplasm and the formation of the cell wall. The cytoplasm divides usually by the formation of new cell wall in the equatorial region (also called cell-plate method), or sometimes by furrowing i.e., by cleavage of the cytoplasm.

The cell-plate formation starts usually in the late telophase stage (Fig. 28C) by the deposition of the new cellulose particles in the equatorial region. A delicate membrane soon develops by the fusion of these cellulose particles, and divides the cytoplasm into two young and new cells (Fig. 28 D).

All stages of mitosis are together shown in Fig. 38.

Significance of Mitosis:

ich. Mitosis results in the formation of two daughter cells identical with that of the parental cell.

ii. By this process, DNA, the main component of chromosomes, is distributed equally among the two newly formed nuclei.

iii. Both the daughter cells formed after mitosis are identical and have the same genetic constitution, qualitatively as well as quantitatively, as the parent cell.

NS. The number of chromosomes remain the same from one generation to another generation.

v. Resulted daughter cells have the same characters as were present in the parent cell.

vi. The characters of the plants grown by vegetative reproduction may be preserved for a long period.

2. Meiosis:

The meiosis is a process of cell division by which the chromosomes are reduced from the diploid to the haploid number. It takes place in all sexually reproducing organisms. Haploid sex cells are produced from the diploid cells in meiosis.

Van Benedin, while working on the horse thread-worm (Parascaris equorum), observed in 1883 that there were twice as many chromosomes visible during mitosis in the fertilized egg as there had been in the sperm and egg nuclei before the mitosis.

By this observation, Van Benedin concluded that the contribution of each of the female and male gametes was half the chromosome number to the zygote. Weismann suggested in 1887 that in each generation there must occur reduction division at some stage in which the chromosome number is reduced to half.

Flemming (1887) and Strasburger (1888) observed that two nuclear divisions take place in rapid succession just prior to the formation of mature eggs and sperms in animals and formation of pollen grains in angiosperms. The entire process of reduction division leading to the formation of gametes was termed as “meiosis” in 1905.

‘Meiosis’ consists of two successive divisions of the diploid mother nucleus, i.e.:

(i) Meiosis division I in which the diploid chromosome number (2n) is reduced to haploid chromosome number n, and

(ii) Meiosis division II which is a mitotic division.

Meiosis Division I:

In this division the chromosomes are reduced to half, and therefore this is a reduction division.

Meiosis division I is divisible into four major stages (Prophase I, metaphase I, anaphase I and telophase I) which are briefly discussed below:

This is a complicated and prolonged phase of meiosis which can be subdivided further into five substages, i.e., leptotene, zygotene, pachytene, diplotene and diakinesis.

The important features of all these five substages are under-mentioned:

The diploid nucleus enlarges in volume. The chromosomes appear as long, thin and single threads which soon begin to coil. Several, small, bead-like granules (chromomeres) appear in each thread-like chromosome (Fig. 29A).

The homologous chromosomes come together, get themselves arranged side by side, and form pairs or bivalents (Fig. 29B). This pairing is also called synapsis. The pairing chromosomes soon begin to shorten and get thickened, but there is no actual fusion.

In this stage the chromosomes become shorter, thicker and get splitted into chromatids linked at the centromeres (Fig. 30). From a pair of each homologous chromosomes are thus produced four chromatids. Identification of the homologous chromosomes can be made in pachytene, which is a long stage of prophase I.

Centromeres of paired chromosomes move away from each other (Fig. 31). This movement is because of the development of some repulsive force between the homologous chromosomes. However, the homologous chromosomes remain connected at one or more points called chiasmata.

The physical exchange of genetic material takes place at each chiasma under the process called crossing over. Further coiling and shortening of chromosomes is also seen in late stage of diplotene which soon changes into the diakinesis.

In this last stage of the first meiotic prophase the chromosomes are shortest and thickest. The nuclear membrane starts disinte­grating. The nucleolus also disintegrates and disappears (Fig. 32).

The chromosome bivalents move towards the periphery of the nucleus and remain connected only at the points of chiasmata. The chromosomes are finally released into the cytoplasm.

Two major events of metaphase I include complete disintegration of nuclear membrane and the formation of spindle (Fig. 33). All the chromosomes, each along with their two chromatids, move to the equatorial region of the newly formed spindle.

Differing from the metaphase stage of mitosis, the centromeres of chromosome pairs in metaphase stage of meiosis I become attached with the spindle fibres near the equatorial region. The centromeres remain clearly apart from each other and face the opposite poles while the arms of the chromosome pairs lie towards the equator.

There is first a repulsion and then movement of the two centromeres of the homologous chromosomes towards the opposite poles of the spindle in anaphase I (Fig. 34A).

A centromere carries either a paternal or a maternal chromosome to one pole but not both the chromosomes. This actually reduces the chromosome number from diploid (2n) to haploid (n), which is the main feature of meiosis or reduction division.

A nuclear membrane develops around each group of homologous chromosomes present on the two opposite poles in the form of a compact group in telophase I (Fig. 34 B). The nucleolus reappears.

Both the so formed daughter nuclei contain haploid number (n) of chromo­somes, and each chromosome contains a pair of chromatids. Both the daughter nuclei may or may not be separated by a plasma membrane and soon pass on to the next division, i.e., meiosis division II.

Meiosis Division II:

This division includes almost all the phases found in mitosis.

Four different phases which constitute meiosis division II are prophase II, metaphase II, anaphase II and telophase II, and main events of all these four phases are discussed below:

The chromosomes split into chromatids (Fig. 35 A) in both the haploid nuclei and cells formed after meiosis division I. The splitted chromatids remain connected only at the centromeres. The chromosomes start coiling and become shorter and thicker. The nuclear membrane and nucleolus start disintegrating and some spindle fibres also start appearing.

The chromosomes get arranged in an equatorial position in the newly-formed spindle (Fig. 35B). Very soon, the chromosome pair separates, of which each contains its own centromere. This is a very short phase of meiosis division II.

In this phase, the two sister chromosomes of each pair start to move towards the opposite poles of the spindle (Fig. 35C). They are being drawn towards the opposite poles by their centromeres.

Each polar group of chromo­somes get enveloped by a nuclear membrane, and there is the reappearance of nucleolus. Four cells are formed by cytokinesis, and the nucleus in all these so formed four young cells contain haploid number (n) of chromosomes.

In this way, four haploid cells are resulted from a single diploid cell in the process of meiosis (Fig. 38).

Significance of Meiosis:

In the process of sexual reproduction the male and female gametes fuse to form a zygote which gives rise to the new offsprings.

If the gametes contained the same number of chromosomes as that of their parents, the offsprings would have an ever- increasing chromosomes number in all future generations to come, and this might have resulted always in the formation of new and peculiar types of offsprings, much different from that of their parents.

To solve this problem, nature has provided the phenomenon of meiosis to all sexually reproducing plants and animals. Meiosis maintains the haploid nature of gametes.

DNA, the sole hereditary material, is distributed equally among the gametes by the process of meiosis.

Meiosis forms spores (n) from the spore mother cells (2n) and thus maintains the alternation of generations in organisms.


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Bemerkungen:

  1. Andrian

    nicht wirklich

  2. Aramuro

    Bravo, dieser Satz kam genau den richtigen Ort

  3. Vizahn

    Ich entschuldige mich, aber meiner Meinung nach begehen Sie einen Fehler. Ich kann die Position verteidigen. Schreiben Sie mir in PM, wir werden diskutieren.

  4. Gucage

    Die sehr nützliche Nachricht

  5. Vunos

    And you so tried?



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