Klooni on solu tai yksilö, joka on identtinen toisen kanssa.

Biologiassa kloonaus on prosessi, jossa tuotetaan yksi tai useampi geneettisesti identtinen yksilö. Kokonaisilla yksilöillä tarkoitetaan yleensä identtisen kopion tarkoituksellista tuottamista. Tämä onnistui ensimmäisen kerran nisäkkäillä kuuluisan Dolly-lampaan avulla. Ihmisen identtiset kaksoset ovat luonnollisia klooneja. Samoin ovat suvuttoman lisääntymisen jälkeläiset ja kaikki parthenogeneettiset lisääntymiset, joihin ei liity meioosia.

Kloonaus on luonnollista joillekin eläimille, mutta nisäkkäillä se on harvinaista. Poikkeuksena on yhdeksänhihainen vyötiäinen, joka synnyttää yleensä identtisiä nelosia.

Genetiikassa ja solubiologiassa kloonaus viittaa erityisesti DNA-sekvenssiin ja sitä kautta kaikkiin muihin makromolekyyleihin.

Solulinjoissa esiintyy kloonauksia, mutta siihen liittyy joitakin ilmeisiä ehtoja. DNA:n muutokset missä tahansa muodossa tarkoittavat, että tytärsolut eivät ole identtisiä emosolujen kanssa. Tyypillisesti kehityksen aikana geenit kytkeytyvät päälle ja pois päältä, ja tytärsolut erilaistuvat vähitellen kypsiksi kudossoluiksi. Nämä eivät ole identtisiä alkuperäisten kantasolujen kanssa, joten ne ovat klooneja vain siinä mielessä, että ne ovat peräisin samasta emosolusta.

Molekyylin laboratoriossa tapahtuvaa kopiointia tarkkojen kopioiden tuottamiseksi kutsutaan myös kloonaukseksi.

Tyypit ja tarkoitukset

Kloonausta voidaan jakaa karkeasti seuraaviin tyyppeihin:

  • Reproduktoiva kloonaus — tarkoituksena luoda kokonainen elävä yksilö, joka on geneettinen kopio toisesta yksilöstä. Tämä on aiheuttanut paljon eettistä keskustelua ja käytännössä sitä ei tehdä ihmisillä.
  • Terapeuttinen kloonaus — synnytetään alkiosoluja tai kantasoluja taudin tutkimusta ja hoitoa varten, esimerkiksi solusiirtohoitoihin. Tavoitteena ei ole syntetisoida elävää yksilöä vaan tuottaa soluja kudosten korvaamiseen.
  • Molekyylikloonaus — geenitason kopiointi laboratoriossa, esimerkiksi plasmidivektoreihin liittämällä tai PCR:lla monistamalla. Tätä käytetään tutkimuksessa, lääketieteessä ja bioteknologiassa.
  • Kasvien ja joidenkin eläinten kloonaus — vegetatiivinen lisääntyminen (esim. pistokkaat, juurimukulat) kopioi kasvin genetiikan luonnollisesti tai viljelyssä.
  • Luonnollinen kloonaus — identtiset kaksoset, parthenogeneesi tai muut suvuttoman lisääntymisen tavat, joissa perimä on sama kuin vanhemmalla.

Menetelmät

Keskeisiä kloonausmenetelmiä ovat muun muassa:

  • Somatic cell nuclear transfer (SCNT) — aikuissolun tuman siirto ytimettyyn munasoluun. Tätä menetelmää käytettiin Dollyn tapauksessa. SCNT:ssä esiintyy usein teknisiä haasteita, kuten alhainen onnistumisprosentti ja kehityshäiriöt.
  • Blastomeerien erottelu (embryo splitting) — varhaisessa alkiossa olevien solujen jakaminen useiksi alkioksi, joista kehittyy identtisiä yksilöitä. Tämä muistuttaa luonnollista identtisten kaksosten syntyä.
  • Molekyylitekniikat — DNA:n leikkaus ja liittäminen vektoreihin, PCR-monikopiointi, sekvensointi ja rekombinanttitekniikat, joiden avulla yksittäisiä geenejä tai DNA-fragmentteja kloonataan ja tutkitaan.
  • Kasvullinen lisääntyminen — esimerkiksi pistokkaat, kerrokset tai itu- ja juurimukulat, joita käytetään maataloudessa ja puutarhanhoidossa.

Sovellukset

  • Biolääketiede: mallieläimien luominen taudin mekanismien tutkimukseen, geneettisesti muunneltujen eläinten ja solulinjojen tuottaminen, kantasolupohjaiset hoidot.
  • Maatalous ja karjatalous: taitotavalla tuotetut paremmat siat, lehmät tai kasvilajikkeet, jotka kantavat haluttuja ominaisuuksia.
  • Bioteknologia: proteiinien tuotto (esim. insuliini), geenien tutkimus ja teollisuussovellukset.
  • Uhanalaisten lajien suojelu: mahdollisuus lisätä populaatiokokoa, mutta soveltuvuus ja eettisyys arvioitava tapauskohtaisesti.

Rajoitukset ja riskit

Kloonauksessa on useita biologisia ja eettisiä ongelmia:

  • Matala tehokkuus — monet kloonausyritykset epäonnistuvat, ja syntyville yksilöille voi kehittyä vakavia terveysongelmia.
  • Epigeneettiset erot — vaikka DNA-sekvenssi olisi sama, geenien säätely (eli mitkä geenit ovat päällä tai pois) voi poiketa, mikä vaikuttaa kehitykseen ja terveyteen.
  • Mitochondriaalinen perimä — SCNT:ssa äidinmunasolun mitokondriot säilyvät, joten kloonilla voi olla eroja alkuperäiseen soluun verrattuna mitokondriaalisen DNA:n osalta.
  • Eettiset ja lainsäädännölliset kysymykset — ihmis­kloonausta koskee laajaa kansainvälistä kieltoa tai rajoituksia, ja eläinkloonaus herättää huolta eläinten hyvinvoinnista.

Esimerkkejä ja huomionarvoisia seikkoja

Dollyn tapaus oli merkittävä koska se oli ensimmäinen todiste siitä, että aikuisen eläimen soluista voidaan aikaansaada kokonainen yksilö. Kuitenkin Dollyn syntyyn liittyi ympäristö- ja terveysongelmia, ja se kuoli ennenaikaisesti verrattuna moniin saman lajin edustajiin.

Luonnolliset kloonit, kuten identtiset kaksoset tai suvuttomasti lisääntyvät jälkeläiset, osoittavat että täydellinen geneettinen identtisyys voi esiintyä luonnossa ilman ihmisen väliintuloa. Toisaalta laboratorio-olosuhteissa tuotettu klooni ei aina ole biologisesti tai terveydellisesti täysin samanlainen johtuen edellä mainituista epigeneettisistä ja solutasoisista eroista.

Yhteenveto

Kloonaus kattaa laajan kirjon ilmiöitä luonnollisesta kaksosuudesta ja kasvien vegetatiivisesta lisääntymisestä tutkijoiden käyttämään molekyylikloonaustekniikkaan ja eläinten tai solujen tarkoitukselliseen kloonaamiseen. Menetelmät tarjoavat voimakkaita työkaluja tutkimukseen ja sovelluksiin, mutta ne tuovat mukanaan biologisia rajoitteita, riskejä ja merkittäviä eettisiä kysymyksiä, jotka on huomioitava päätöksenteossa ja sääntelyssä.