Sažetak. Autor je na razini klasične i molekularne genetike prikazao osnovne pojmove i mehanizme nasljeđivanja te strukturu i funkciju genoma. Svi su nasljedni i reprodukcijski mehanizmi usmjereni k nastanku varijabilnosti kao osnove za prokreaciju i optimalnu biološku vrijednost osobe i populacije. Naprotiv, kloniranje nije prokreacija, nego identična reprodukcija s mnogo bioloških nedostataka, koji nisu u skladu s uobičajenom predodžbom o kloniranju, koja se zasniva na genetičkom determinizmu. Abstract. The author presents the basic concepts and mechanisms of heredity, as well as the structural and functional basis of the genome, at the levels of both the classic and the molecular genetics. All mechanisms of heredity and reproduction are focussed on the incresing variability as a premise of procreation and of an optimal biological background of individuals and the population. Cloning, on the contrary, is an identical reproduction with several disadvantages, which do not fit to the common image on cloning, based on the genetic determinism.

1. Uvod

Analiziranje genetičkih pojmova genom i klon u okviru ovog simpozija i pod tako zadanim naslovom nosi u sebi opasnost da se te dvije različite kategorije pojmova pokušaju dovesti u međusobnu vezu, premda im se ne nazire zajednički nazivnik. Uvrštavanje ove teme u simpozij ipak je opravdano, jer je poznavanje osnovnih pojmova o prenošenju svojstava iz naraštaja u naraštaj bitno za shvaćanje svih razina života, a prosječna je obaviještenost o dostignućima genetike fragmentarna, pojednostavljena, lišena širega konteksta i zato najčešće kriva.
Oba pojma iz naslova relativno su čest predmet priopćivanja u javnim medijima i to najčešće na način kojim se javnost uvjerava o novim velikim uspjesima znanosti koji nas dovode do samog praga rješavanja zagonetke života. Valja, međutim, imati na umu da je suvremena molekularna genetika, usprkos široko obznanjenim i nesumnjivim uspjesima, dometima i mogućnostima, ipak još uvijek ograničena na analizu metodološki joj pristupačnih mehanizama, te da joj do sada polučeni rezultati doduše omogućavaju široko polje korisne primjene i zloporabe, ali je još nisu bitno približili poimanju kauzalnosti. Na decidirano izjašnjenje o tome leži li mogućnost formuliranja posljednje pretpostavke unutar ili izvan granica moći prirodnih znanosti, zacijelo ćemo morati još pričekati.
Donedavna glavni je cilj genetičara bio pronalaženje gena za određena svojstva, određivanje njihova smještaja na kromosomu (tj. duž lanca DNA) te upoznavanje njihove funkcije, tj. proizvoda. To je do sada potpuno uspjelo samo u malim i jednostavnim genomima nižih organizama (bakterija, kvaščevih gljivica). U velikim genomima sisavaca potpuno je istražen samo mali broj gena (0,2% u miša, 2% u čovjeka). Osim toga, među višestaničnim organizmima predmetom istraživanja bio je samo mali broj vrsta, ali je i to bilo dovoljno da se upozna velika varijabilnost genoma, čak i unutar jedne jedine vrste. Nadalje - a to je najvažnija spoznaja suvremene genetike - pokazalo se da je dosadašnje shvaćanje gena i genoma bilo previše jednostavno i ograničeno: geni ne djeluju kao pojedinačne determinacijske jedinice, nego na vrlo složen način, za koji je značajna njihova izrazita promjenjljivost i uzajamno djelovanje: međusobno i s okolinom. Genom je vrlo složen sustav, u kojemu se pojedinačni geni ne mogu promatrati odvojeno od cjeline i u shvaćanju njihova djelovanja nema mjesta genetskom determinizmu (5, 9, 13, 16, 32). To nalaže i veliku kritičnost u evaluaciji genetskih testova u humanoj medicini (17, 19). Ta nova (ili bolje rečeno, na molekularnoj razini potvrđena davna) spoznaja o genu kao integralnom dijelu složene cjeline paradoksalno je dovela u pitanje i samu mogućnost jednoznačnog definiranja gena (32). I konačno, nije se daleko odmaklo u razjašnjavanju mehaniz(a)ma regulacije djelovanja gena u višestaničnih organizama pa je to prioritetna zadaća genetike u narednom razdoblju (47).
Iz tog izrazito dinamičnog i složenog područja, u kojemu usporedno s gomilanjem novih spoznaja raste i broj nedoumica i neriješenih pitanja, pokušat ćemo u ovome prikazu na najjednostavniji mogući način izdvojiti one poznate činjenice i pojmove, koji nas jasno upućuju na samu bît nasljeđivanja. A ona se sastoji u ostvarivanju onoga što je najbolje izrečeno u naslovu jednog udžbenika opće biologije (37): The Unity and Diversity of Life - jedinstvo i raznolikost života¹.

2. Definicije pojmova

U ovom ćemo se poglavlju prvi puta susresti s danas, nažalost, raširenom pojavom nepreciznosti, pa i prave neurednosti u uporabi znanstvenih naziva. Tako oni mogu biti višeznačni, ili pak potpuno pogrešni, tj. ne odgovaraju definiciji pojmova koje označavaju. Takva njihova uporaba često se ustaljuje te otežava razumijevanje i nerijetko navodi na krive zaključke.

2. 1. Genom

Genom je skup svih gena, ili ukupna količina deoksiribonukleinske kiseline (DNA) u stanici². U toj se definiciji podrazumijeva da se radi o tjelesnoj ili somatskoj (tj. ne spolnoj) stanici jedinke određene vrste (species). Kad se govori općenito o genomu vrste (tj. populacije jedinki iste vrste), misli se na osnovni, za vrstu karakterističan genetički ustroj koji uključuje i individualne varijacije nastale zbog različitih uzroka³.

Sličnim nazivom genotip označava se "cjelokupna genetička konstitucija" organizma ili pojedinačne stanice. Dok je genom skup svih gena u organizmu ili stanici, genotip je sveukupni potencijal izražavanja (ekspresije) tih gena (genoma), ili njihova sveukupna nasljedna (genetička) poruka. Genom je u neku ruku "materijalna baza" genotipa. Genotip se definira kao potencijal izražavanja zato što se on nikada potpuno ne ostvaruje. Naime u pojedinim vrstama stanica i u cijelom organizmu izražen je samo dio genotipa koji određuje njihove opće i specifične osobine (kao svojstva građe, funkcije i ponašanja). Taj izraženi dio genotipa naziva se fenotip. Oba se pojma i naziva (genotip i fenotip) mogu primijeniti i na pojedinačna svojstva koja su rezultat djelovanja gena⁴.

2.2. Klon i kloniranje

Klon je skup (bilo koji broj, uključivši i 1) genetički istovjetnih jedinki koje potječu od jedne jedine stanice ishodišne jedinke⁵. Prema tome svi članovi klona imaju jednaki genom (genotip), koji je istovjetan genomu (genotipu) ishodišne jedinke.

Kloniranje je postupak dobivanja klona od ishodišne jedinke. Pri tome se može raditi o kloniranju stanica (npr. višestrukom identičnom replikacijom B-limfocita in vitro u svrhu dobivanja monoklonskih protutijela) ili cijeloga organizma. Sukladno definiciji klona, kloniranje (odrasla) čovjeka moralo bi započeti izoliranjem jedne jedine stanice iz njegova tijela, koja bi se zatim u specifičnim uvjetima kulture in vitro razmnožavala (identično replicirala), a njezino bi se potomstvo (klon) potpuno dediferenciralo, tj. svaka bi stanica - članica klona postigla početni razvojni stupanj totipotentne oplođene jajne stanice (zigote). Uz to bi morala imati sposobnost da se nakon unošenja u hormonski priređenu maternicu usadi (implantira) i normalno razvija sve do porođajnog termina. Samo bi u tom slučaju novorođenče bilo pravi klon davaoca stanice. Zato začuđuje - i znakovito je za prosudbu nekih pojava u današnjoj znanosti - da je nedavna senzacija s ovcom Dolly (45), ne samo u široj javnosti sve do uključivanja zakonodavstva, već i u znanstvenom svijetu prešutno "prošla" kao kloniranje premda se radi o sasvim drukčijem postupku, u kojemu dolazi do miješanja dijelova genoma dviju jedinki⁶, što ne odgovara pojmu kloniranja (41). Svi su izgledi da će se ta neopravdana uporaba naziva kloniranje zadržati.

3. Genetika: nauka o nasljeđivanju i raznolikosti

Suprotno uobičajenom shvaćanju da je genetika samo nauka o nasljeđivanju, ona se zapravo bavi dvjema biološkim pojavama koje su samo naizgled proturječne: nasljeđivanjem (hereditet) i raznolikošću (varijabilnost). Naprotiv, postizanje varijabilnosti u svim fazama djelovanja gena i na svim razinama živoga svijeta (jedinka, populacija, vrsta i više taksonomske jedinice) osnovni je cilj nasljeđivanja i upravo su njemu prilagođeni glavni genetički mehanizmi! Nasljeđivanje nije "kruto" reproduciranje postojećih svojstava, nego održavanje "standarda elastičnog tipa", koji omogućuje nastajanje varijacija i modifikacija podložnih selekciji⁷, prilagodljivosti promjenjljivim uvjetima vanjske sredine i evoluciji. Drugim riječima, nasljeđivanje je prokreacija a ne reprodukcija!

Tu je temeljnu značajku nasljeđivanja uočila već klasična genetika, a suvremena ju je molekularna genetika potvrdila i učvrstila spoznaju o njoj nizom fundamentalnih otkrića.

3.1. Klasična genetika

Klasična genetika (Mendelova genetika, kromosomska teorija nasljeđivanja) jest naziv za razdoblje u razvoju genetike prije otkrića deoksiribonukleinske kiseline (DNA) kao molekularnog supstrata gena, tj. nositelja nasljednih svojstava živih organizama. Pojmovno se zasniva na shvaćanju o nasljeđivanju gena smještenih na kromosomima prema zakonima prenošenja kromosoma na susljedne generacije stanica, a metodološki na pokusima križanja koje je 1856. godine započeo Gregor Mendel (1822-1884) na biljkama, a počevši od 1912. godine znatno ih usavršio Thomas Hunt Morgan (1866-1945), koji je u genetiku uveo kao pokusni objekt vinsku mušicu (Drosophila).

3.2. Molekularna genetika

Nakon nekoliko važnih otkrića u međuvremenu, razdoblje molekularne genetike započelo je 1953. godine, kada su James Watson i Francis Crick objavili svoj model trodimenzionalne strukture DNA (double helix) i tako utrli put spoznaji o molekularnoj strukturi gena. Pojmovno se ona zasniva na shvaćanju gena kao odsječka molekule DNA i na prenošenju genetičke poruke molekularnom šifrom (genetic code). Bitne sastavnice njezine metodologije jesu eksperimentalno manipuliranje molekulom DNA i posredničkim molekulama RNA (ribonukleinska kiselina) te molekularna analiza mehanizama transkripcije i translacije šifrirane genetičke poruke. Stekavši te mogućnosti molekularna je genetika duboko prožela druge biološke discipline: citologiju, imunologiju, reprodukcijsku i razvojnu biologiju te nauku o evoluciji. Metodološki te praktičnom primjenom rezultata dosegla je do sada najvišu točku uvođenjem tehnologije rekombinantne DNA, poznatije kao genetički inženjering.

4. Kromosomi i geni

Samo u najprimitivnijih jednostaničnih organizama, bakterija i cijanobakterija ("modro-zelene alge") nasljedna je tvar (DNA) smještena slobodno u staničnoj citoplazmi; oni nemaju stanične jezgre i nazivaju se prokarioti. U svih ostalih vrsta (jednostaničnih i višestaničnih) DNA je smještena u staničnoj jezgri, koja je ovojnicom omeđena od citoplazme, pa se ta velika većina živih bića naziva eukarioti⁸. U razdoblju mirovanja eukariotske jezgre (tj. između dviju dioba, interfaza) u njoj se ne razabiru nikakve oblikovane tvorbe, nego samo amorfne nakupine različito obojene tvari (kromatin), koja sadržava molekule DNA na različitim stupnjevima spiralne zavijenosti.

4. 1. Kromosomi - nosioci gena

Tijekom stanične diobe kromatin se zgusne u štapićaste tvorbe različite duljine - kromosome. Preoblikovanje amorfnog kromatina u kromosome jest prilagodba staničnoj diobi: ono omogućava pravilnu raspodjelu nasljedne tvari u nove stanice. Broj kromosoma specifičan je za vrstu pa su mehanizmi stanične diobe i oplodnje prilagođeni održavanju toga broja u odraslom organizmu i tijekom embrionalnog razvoja⁹. Samo poremetnje stanične diobe i oplodnje dovode do promjene broja kromosoma (kromosomske anomalije ili aberacije) u nekima ili u svim stanicama u tijelu, a to je stanje najčešće povezano s patološkim promjenama. Tako npr. oko 30% čovječjih embrija umire unutar prvih dvaju tjedana nakon začeća zbog nepravilnog broja kromosoma kao posljedice poremećenog mehanizma oplodnje!

Kad se govori o broju kromosoma karakterističnom za vrstu, misli se na kromosome koji se pojavljuju za vrijeme diobe tjelesnih ili somatskih stanica (za razliku od spolnih stanica). To je dvostruki ili diploidni (oznaka 2n) broj, koji je u čovjeka 46. Za razliku od somatskih spolne stanice (gamete): spermij i jajna stanica imaju polovičan ili haploidni (oznaka n) broj kromosoma (u čovjeka 23), što je prilagodba za održavanje karakterističnog diploidnog broja nakon oplodnje. Od ukupno 46 kromosoma u čovjeka 44 su autosomi, a preostala dva su heterokromosomi (spolni kromosomi ili gonosomi) koji određuju spol osobe: X i Y (kombinacija XX za ženski, a XY za muški spol). Prema tome haploidne spolne stanice sadržavaju 22 autosoma i 1 heterokromosom (spermij X ili Y, a jajna stanica uvijek X).

Prije otkrića DNA kao molekularnog supstrata nasljeđivanja predodžba o genima bila je hipotetske naravi. Gen se je definirao kao funkcionalna jedinica nasljeđivanja, ili kao najmanje (nedjeljivo) mjesto (locus) na kromosomu odgovorno za prenošenje nekog nasljednog svojstva s roditelja na potomstvo. Pokusima križanja i upoznavanjem mehanizma diobe kojom nastaju spolne stanice spoznalo se da su geni nanizani duž kromosoma te da se gen za određeno svojstvo uvijek nalazi na istom mjestu na jednome od kromosoma.

4.2. Homologni kromosomi i geni

Ukupan broj od 46 kromosoma u somatskim stanicama čovjeka sastoji se od 23 para jednakih ili homolognih kromosoma (jednako su dugi i sadržavaju gene za ista svojstva na istim mjestima). Iznimku čini samo par spolnih kromosoma u muškog spola (XY), jer je Y-kromosom znatno manji od X-kromosoma i sadržava različite gene. Prema tome diploidne somatske stanice sadržavaju svaki kromosom i svaki gen u 2 kopije. Haploidne spolne stanice imaju samo po jednu kopiju svakoga kromosoma i gena, što znači da u somatskim stanicama u svakom homolognom paru jedan kromosom (pa prema tome i jedan gen za isto svojstvo) potječe od oca, a drugi od majke.

Za razumijevanje prenošenja nasljednih osobina na potomstvo važna je spoznaja da su dvije kopije istoga gena u diploidnom genomu ipak samo približno jednake. Naime, tijekom života, pod utjecajem raznih endogenih i egzogenih čimbenika, pojedini geni doživljavaju promjene (mutacije). Ako one nisu velike (oštećenja), ne mijenjaju bitno narav gena, ali ipak mogu unekoliko izmijeniti neke značajke njegova djelovanja. Zato - zbog različitog podrijetla (od oca i majke) - dva gena za isto svojstvo najčešće nisu jednaka, nego predstavljaju tzv. alternativne oblike istoga gena i nazivaju se alelomorfi ili aleli (za isto svojstvo). Te se razlike najčešće očituju kao svojstva dominantnosti i recesivnosti. To znači da ako je u jednom paru alela jedan od njih dominantan, a drugi recesivan (osoba je heterozigot za to svojstvo), u fenotipu će se izraziti svojstvo dominantnog alela, dok će svojstvo recesivnog alela ostati potisnuto (primjer: boja kose). Recesivni alel moći će se izraziti u fenotipu samo ako je osoba koja ga ima homozigot, tj. ako su joj oba alela za to svojstvo recesivna¹⁰. Dominantnost i recesivnost samo su najjednostavniji oblici uzajamnog odnosa alela. Na izražavanje gena u fenotipu utječu i brojne modifikacije tog osnovnog odnosa, koji još više proširuju promjenljivost fenotipa¹¹.

5. Prenošenje gena na potomstvo: stanične diobe i oplodnja

Zbog smještaja gena na kromosomima te zbog sposobnosti kromosoma (tj. DNA u njima) da se identično repliciraju (udvostručuju), mehanizmi stanične diobe omogućavaju da se kromosomi i geni pravilno razvrstavaju u novim stanicama (stanice-kćeri ili stanice-mladice). Pri tome se dvama različitim mehanizmima diobe stanice, mitozom i mejozom, postižu dva cilja: održavanje nepromijenjenog broja kromosoma u somatskim stanicama (mitoza) i redukcija broja kromosoma na polovični broj u spolnim stanicama (mejoza).

5.1. Mitoza

Na početku svake mitotičke diobe stanice (mitoze) svaki se kromosom (u kojemu se je prethodno identično replicirala DNA) podijeli na dvije kromatide. One se zatim pomiču u suprotnom smjeru tako da se po završetku stanične diobe svaka od njih nalazi u po jednoj od stanica-kćeri kao samostalni kromosom s jednakim sadržajem i rasporedom gena kakav je bio na ishodišnom kromosomu stanice-majke. Tako se mitozom kroz sve generacije stanica održava diploidni broj kromosoma karakterističan za vrstu (species).

Kad bi se geni nalazili samo na kromosomima, tj. u staničnoj jezgri, umnožavanje mitozom mogli bismo nazvati kloniranjem stanica. Međutim - a to je novija spoznaja, o kojoj će kasnije biti riječ - gena ima i izvan jezgre (citoplazmatska ili mitohondrijska DNA) u citoplazmatskim organelama - mitohondrijima. Oni se repliciraju neovisno (nesinkrono) o diobi jezgre, a tijekom mitoze neravnomjerno se raspoređuju u dvije stanice-kćeri. Zato je umnožavanje mitozom samo s obzirom na kromosomske gene kloniranje stanica, ali nije kloniranje cjelokupnoga genoma¹².

Kao identična replikacija kod koje se oba alela za svako svojstvo prenose u obje nove stanice, mitoza je prikladna za održavanje nepromijenjene nasljedne osnove u svim somatskim stanicama koje se tijekom života dijele. Uz neporemećene mitotičke diobe ne nastaje varijabilnost u populaciji stanica-potomaka. Međutim i tijekom mitoze pojedinih somatskih stanica može doći do poremećaja u razdvajanju kromosoma. To su tzv. somatske mutacije, koje nasljeđuju samo potomci oštećene stanice. Tako unutar jednog te istog organizma mogu nastati populacije stanica koje se međusobno razlikuju po broju kromosoma (mozaicizam ili miksoploidija)¹³.

Mitozom se u organizmu umnožavaju somatske stanice, osobito one koje su kratkoga vijeka pa zahtijevaju stalno obnavljanje (npr. epidermalne stanice kože), dok se u mladom organizmu mitotičkom diobom odvija rast. Na isti se način dijele i embrionalne stanice počevši od zigote te kasnije tijekom razvoja i diferencijacije specifičnih stanica pojedinih organa¹⁴. Kao mehanizam razmnožavanja mitoza postoji samo kod nižih organizama koji se razmnožavaju nespolnim načinom: binarnom fisijom (bakterije i praživi) ili pupanjem (odvajanjem izbojaka tjelesne stijenke, npr. hidra).

5.2. Mejoza

Mejoza je mehanizam stanične diobe kojim nastaju i sazrijevaju spolne stanice (gamete). Naziva se još i zoridbena ili redukcijska dioba, jer se u njoj tijekom sazrijevanja reducira broj kromosoma. Dok se mitozom svaka stanica podijeli na 2 nove stanice, od kojih svaka zadržava ukupan diploidni broj kromosoma i oba alela za svako svojstvo, prilikom mejoze svaka se ishodišna stanica podijeli na 4 nove stanice, od kojih svaka ima haploidan broj kromosoma i na njima samo po jedan alel (1 kopiju gena) za svako svojstvo.

Iako je redukcija broja kromosoma bitan preduvjet za uspješnu oplodnju, podjednako je važna posljedica mejoze razdvajanje homolognih kromosoma i alela na njima. To znači: ako je jedna osoba za neko svojstvo heterozigotna, od četiriju njezinih spolnih stanica dvije će imati samo dominantni, a dvije samo recesivni gen za to svojstvo.

Međutim, razdvajanje homolognih kromosoma tek je završni događaj u mejozi. Već u prvoj fazi mejoze homologni se kromosomi (svaki već podijeljen na dvije kromatide) međusobno sljubljuju, susjedne se kromatide na istim mjestima spoje i prelome te međusobno zamijene jedan ili više svojih odsječaka. Ta se pojava naziva krosingover (crossing-over ili cross-over). Kada se homologni kromosomi ponovno razdvoje, jedna od njihovih kromatida sadržava odsječke kromatide (i alele na njima) drugog člana homolognog para i obrnuto. Drugim riječima: sada se više ne može reći da jedan homologni kromosom nosi na sebi samo očeve gene, a drugi samo majčine, nego su očevi i majčini geni na njima djelomično pomiješani. Kada po završetku mejoze od matične stanice nastanu 4 spolne stanice, svaka će imati drukčiji genom: jedna očev, druga majčin, a preostale dvije mješovit s različitim udjelom očeva i majčina. Nije teško zamisliti kakve se sve kombinacije gena obih djedova i obadviju baka mogu pojaviti u potomaka dviju osoba čije su se spolne stanice sjedinile nakon što je svaka od njih prošla kroz mejozu! Prema tome, bitan je učinak mejoze što se u njoj krosingoverom postiže rekombinacija gena dviju osoba još prije oplodnje.

5.3. Oplodnja

Oplodnjom (fertilizacijom) postiže se uz, rekonstrukciju diploidnog broja kromosoma te genetičku determinaciju spola, i druga po redu rekombinacija gena. Budući da se prilikom oplodnje spermij i jajašce spajaju nasumce (s obzirom na alele koje nose na svojim kromosomima), u novom biću (zigoti) mogu nastati različite kombinacije alela za različita svojstva (heterozigotna, homozigotna dominantna, homozigotna recesivna), što se kasnije odražava u različitim fenotipskim svojstvima osobe. Tako se spolnim načinom razmnožavanja (mejoza + oplodnja) postiže rekombinacija gena u potomstvu i posljedično nasljedna raznolikost (genetička varijabilnost).

6. Prednosti spolnog razmnožavanja

Već smo spomenuli da se nespolnim načinom (binarnom fisijom ili ekvalnom staničnom diobom te pupanjem) razmnožavaju samo vrlo primitivni organizmi. Znakovito je da je njih evolucija zaobišla: kroz dugo razdoblje života na Zemlji ostali su primitivni usprkos velikoj reproduktivnoj moći. To daje naslutiti nedostatke nespolnog načina razmnožavanja.

Evolucija spolnog razmnožavanja još je uvijek zagonetna, ali su mu prednosti očite. Njime se dobiva potomstvo s novim kombinacijama nasljednih svojstava. Time se na razini populacije postiže velika varijabilnost fenotipova, koja je preduvjet za veću otpornost prema mutacijama i nepovoljnim okolišnim čimbenicima pa tako i za veću prilagodljivost promjenama životnih uvjeta. Zato spolno razmnožavanje omogućava održavanje i evoluciju živoga svijeta. Drugim riječima, ono je produktivno (prokreativno) i zato biološki vrjednije od nespolnog načina, koji je identična reprodukcija analogna kloniranju, u kojoj promjene mogu nastati samo mutacijom, a ne dopušta varijabilnost većeg dometa i prilagodbu promjenama uvjeta okoliša. Organizmi s nespolnim razmnožavanjem preživljavaju zahvaljujući visokoj stopi reprodukcije i to samo u ograničenim uvjetima vanjske sredine, tj, samo tako dugo dok se ti uvjeti ne promijene. Neotporni su na djelovanje štetnih vanjskih čimbenika pa i na beznačajne mutacije gena. Zato ne začuđuje što se već kod njih (npr. bakterija i nekih praživa) javljaju prvi pokušaji kombinacije gena. Ta je pojava poznata kao konjugacija ili "seks bez razmnožavanja": u razdoblju između dioba dvije se jedinke priljube jedna uz drugu i međusobno izmijene dio nasljednog materijala. Čak i hermafroditske životinje izbjegavaju samooplodnju te se uzajamno oplođuju! Partenogeneza je također vrlo rijetka pojava u prirodi i katkada se odvija samo kao alternativni oblik razmnožavanja u posebnim uvjetima vanjske sredine.

Do evolucije spola i spolnog razmnožavanja došlo je usprkos činjenici da je dvospolnost iz više razloga nepovoljna za preživljavanje jedinke (28). Ta je evolucija spolnosti zahtijevala velike promjene i inovacije u građi i funkciji organizama: novi, vrlo složeni oblik stanične diobe (mejoza) i ostale značajke sazrijevanja spolnih stanica, razvoj spolnih organa i sekundarnih spolnih obilježja koja potiču i usavršavaju spolno razmnožavanje (11, 28, 40, 41, 44). Slikovito se može reći da priroda pod svaku cijenu "bježi od kloniranja" te da niti u jednoj sastavnici života ne pokazuje toliko raznolikosti i maštovitosti kao na području spolnog razmnožavanja. Zasigurno, težnja k usavršavanju prokreacije spolnim razmnožavanjem najveći je napor prirode tijekom evolucije!

7. Varijabilnost na razini molekularne strukture gena i genoma

Premda je već otprije bilo jasno da je deoksiribonukleinska kiselina (DNA) u staničnoj jezgri nosilac nasljednih svojstava organizama, tek je razjašnjenje trodimenzionalnog ustroja te tvari (Watson i Crick, 1953) utrlo put upoznavanju molekularne strukture i funkcije gena. Mnoštvo spoznaja i fundamentalnih otkrića nakupljenih nakon toga te specifičan "jezik" kojim se molekularna biologija služi, otežava njezino razumijevanje u nestručnim krugovima. Zato ćemo na ovome mjestu dati samo sažet i općenit pregled nekih temeljnih činjenica relevantnih za predmet našega razmatranja.

7.1. DNA kao molekularni supstrat gena

U eukariotskih organizama DNA je izdužena (linearna) molekula sastavljena od dvaju lanaca nanizanih podjedinica (nukleotida). Ta su dva lanca spiralno zavijena jedan oko drugoga u dvostruku uzvojnicu (double helix). Svaki nukleotid na lancu sadržava jednu od četiriju baza: adenin (A), timin (T), gvanin (G) i citozin (C). Baze strše u unutrašnjost uzvojnice i međusobno povezuju dva susjedna lanca sparujući se pri tome na osnovi specifičnog uzajamnog afiniteta: A-T i G-C (zato je molekula DNA nalik spiralno zavijenim ljestvama). U jednome lancu baze mogu biti nanizane u bilo kojem redoslijedu, ali zbog specifičnog afiniteta među njima svaki lanac u paru mora po redoslijedu baza biti komplementaran drugome. To komplementarno sparivanje baza osnova je za dva glavna svojstva DNA: identičnu replikaciju i prijenos genetičke poruke.

Replikacija DNA odvija se prije svake stanične diobe i omogućava kasniju podjelu svakoga kromosoma na dvije kromatide. Započinje despiralizacijom molekule DNA i razdvajanjem njenih lanaca. Na oslobođene baze u nizu se komplementarno vežu slobodni nukleotidi iz okoline. Tako na svakom lancu nastane jedan novi lanac i cijela se molekula DNA udvostruči.

Prijenos genetičke poruke započinje sintezom posredničke molekule ribonukleinske kiseline (RNA), koja je jednostruki lanac s minimalno različitom strukturom (sastavom baza) od lanca DNA, koja ne sprečava njihovo komplementarno spajanje. Zato ta glasnička RNA (messenger RNA = mRNA) može nastati mehanizmom analognim replikaciji odsječka na jednom lancu molekule DNA, koja se na tome mjestu despiralizira.

Odsječak lanca DNA na kojemu se sintetizira jedna molekula mRNA jest molekularni ekvivalent gena. Njegova je funkcija da preko brojnih posredničkih i pomoćnih molekula sintetizira jednu molekulu bjelančevine (proteina). To je izraženo tzv. centralnom dogmom molekularne biologije: jedan gen - jedan protein (koja je danas već temeljito revidirana, jer se pokazalo da su odnosi znatno složeniji). "Jezik" za prenošenje genetičke poruke od DNA (gena) do bjelančevine naziva se genetička šifra (kôd) a sadržana je u redoslijedu baza na lancu DNA. Njegova je jedinica niz od tri baze (triplet baza) na lancu DNA i on se u cijelosti komplementarno prenosi na molekulu mRNA (koja umjesto baze timidina-T ima jednakovrijednu bazu uracil-U). Svaki triplet (na mRNA!) jest kodon za jednu aminokiselinu (niz međusobno povezanih aminokiselina čini polipeptidni lanac = protein). Tako se npr. triplet TAG na lancu DNA (genu) komplementarno prenosi kao triplet AUC na mRNA, a on je šifra za (kodira za) aminokiselinu izoleucin. Sa 4 baze nanizane u najrazličitijim kombinacijama (jedna te ista se može višestruko ponavljati u nizu) moguća je "konstrukcija" velikog broja različitih tripleta (između ostaloga ovisno i o tome od koje se baze u nizu šifra počinje "očitavati"). Tako se ovisno o broju, vrsti i redoslijedu očitanih baza u lancu DNA mogu sintetizirati polipeptidni lanci različite dužine i aminokiselinskog sastava te različitog redoslijeda aminokiselina u lancu, tj. bjelančevine različitih svojstava sposobne za različite funkcije.

Sinteza bjelančevina odvija se u dvije glavne faze: 1. Transkripcija ("prepisivanje" genetičke upute s DNA na mRNA) i 2. Translacija ("prevođenje" upute s mRNA na nizanje aminokiselina u polipeptidni lanac). U drugoj fazi sudjeluju još dvije vrste RNA: tRNA i rRNA, uz čiju se pomoć na pojedine kodone na mRNA vežu određene aminokiseline i slažu se u polipeptidni lanac. Treba naglasiti da je ovo krajnje pojednostavljen prikaz, jer se u svakoj fazi (i nakon njih) događa još nekoliko važnih procesa koji modificiraju konačni rezultat. Genetička poruka pokriva sve biološke potrebe organizma: počevši od nje sintetiziraju se sve tri vrste RNA i sve vrste bjelančevina: strukturne (koje izgrađuju stanice i tkiva), tzv. "luksuzne" (koje se izlučuje iz stanica za druge potrebe, npr. probavni enzimi, hormoni), enzime (koji sudjeluju u metabolizmu svih osnovnih sastojaka tijela: bjelančevina, masti i ugljikohidrata) i regulacijske (koji reguliraju transkripciju i translaciju genetičke poruke)¹⁵.

Genetički kôd je univerzalan! To znači da se uz neznatne iznimke (neke bakterije kod kojih su neki kodoni različiti) upotrebljava u svih živih organizama, biljaka i životinja. Jedinu bitnu iznimku čine neki virusi (retrovirusi), kod kojih transkripcija teče u obrnutom smjeru: od RNA na DNA.

U sastav gena ne ulaze samo oni nizovi (sekvence) baza koji izravno kodiraju za aminokiseline, već i razni dodatni nizovi, koji reguliraju transkripciju (određuju joj početak i kraj), ili su umetnuti u gen tijekom njegove evolucije, a funkcija im nije poznata (introni)¹⁶. Zato bi potpuna definicija gena trebala glasiti:

Gen je fizička i funkcionalna jedinica nasljeđivanja, koja prenosi nasljednu poruku iz naraštaja u naraštaj, a čini ga cijeli odsječak DNA potreban za sintezu jedne funkcionalne bjelančevine ili jedne molekule RNA.

Kromosom je na molekularnoj razini jedna jedina, veoma dugačka molekula DNA¹⁷, na poseban način vezana za bjelančevinske molekule, te višestruko spiralno zavijena u gusto zbijene navoje: to je oblik DNA prilagođen sudjelovanju velikog broja gena u staničnoj diobi.

7.2. Ustroj genoma

Čovječji je genom velik: ukupna količina DNA u diploidnom broju kromosoma sadržava oko 6 milijardi parova baza¹⁸. Međutim, premda bi ta količina DNA bila dovoljna za sintezu 3 milijuna bjelančevina, u čovječjem tijelu ih ima najviše 60.000 različitih vrsta. Uzme li se još u obzir da postoje mehanizmi kojima jedan gen može kodirati za više bjelančevina, jasno proizlazi da je u genomu velik broj gena neaktivan, ili barem ne kodira niti za jednu od poznatih vrsta bjelančevina. To je opća značajka eukariotskih genoma, osobito velikih genoma sisavaca: u njima je relativno mali postotak gena izravno angažiran u sintezi bjelančevina. Tome ima više razloga: 1. velika područja genoma zauzimaju sekvence umetnute u aktivne dijelove gena (introni), kojima je funkcija još neizvjesna, ali su jednim dijelom vjerojatno ostaci nekada aktivnih gena ("filogenetski otpad"), koji nemaju nikakve funkcije (pseudogeni); 2. mnogi geni imaju samo regulacijsku funkciju i ne očituju se izravno u sintezi bjelančevina; 3. neki su geni aktivni samo tijekom embrionalnog razvitka, a kasnije postaju nepotrebni i 4. mnogi se geni nalaze u genomu u više kopija (od nekoliko do 100.000 i više). Ta je pojava poznata pod nazivom repetitivna ili satelitska DNA. Nekima od tih sekvenca pridaje se stanovita neizravna funkcija u genomu, ali ih najviše pripada kategoriji pseudogena. Slikovito ih se naziva i "sebičnom" DNA, jer može činiti 25 - 35% DNA u genomu, a ne obavlja nikakvu funkciju¹⁹. Prisutnost nefunkcionalnih dijelova genoma djelomično objašnjava činjenicu da se velik broj mutacija gena ne primjećuje na fenotipu (tihe mutacije).

Procjenjuje se da u genomu sisavaca ima 100 - 150.000 aktivnih gena prosječne veličine oko 10.000 parova baza. Prosječna somatska stanica sadržava 10 - 20.000 gena, jedino ih neuroni mozga imaju mnogo više: oko 70.000.

7.3. Varijabilnost genoma

Dosadašnji prikaz strukture i funkcije gena bio je krajnje pojednostavljen i redukcionistički pa se je mogao steći dojam da se radi o nepromjenjivom standardu. Međutim danas je već posve jasno da se gen ne može promatrati izdvojeno iz konteksta cijeloga genoma (i utjecaja čimbenika okoline na nj!), a ta je spoznaja toliko promijenila poimanje gena, da je “centralna dogma”: jedan gen – jedan protein postala opsolentnom, a upitna je i sama mogućnost da se gen jednoznačno definira (32). Genom je kompleksna cjelina, podložna promjenama pod utjecajem endogenih i egzogenih čimbenika, koje i strukturu i funkciju gena čine vrlo fleksibilnom. Velik broj već poznatih mehanizama varijabilnosti u funkciji genoma teško je jednostavno prikazati pa ćemo se ograničiti samo na najjasnije primjere.

Tako se slijed baza unutar jednoga gena može početi očitavati na raznim mjestima, čime se mijenja sastav i redoslijed tripleta, pa prema tome i kodona na mRNA. Susjedni geni se mogu djelomično prekrivati (overlapping genes) pa dijelovi jednog te istoga gena mogu sudjelovati u sintezi različitih bjelančevina. Tijekom krosingovera u mejozi dolazi do rekombinacije pojedinih odsječaka DNA, što omogućava nove kombinacije u očitavanju tripleta. Poseban oblik varijabilnosti nalazimo u tzv. "obiteljima gena" (gene families). To su skupine sličnih gena nastalih duplikacijom i varijacijom ancestralnih gena, koji u različitim stanicama ili u različito vrijeme sintetiziraju vrlo slične, ali funkcionalno različite bjelančevine (npr. embrionalni, fetalni i konačni hemoglobin) (15). Posebno je izražena prilagodljivost genoma u sintezi imunoglobulina (protutijela), kada se jednoj osnovnoj bjelančevinskoj strukturi dodaju varijabilni dijelovi prilagođeni naravi antigena (32). Zanimljiv je i slučaj "bjelančevina koje dijele isti gen" (gene-sharing proteins"). Tako se bjelančevina očne leće (kristalin), koji leći omogućuje prozirnost i elastičnost, dodavanjem odgovarajućih aktivnih skupina pretvara u enzim koji djeluje u jetri (31).

Najveći doprinos poznavanju varijabilnosti genoma dalo je otkriće transpozona (transposable elements, jumping genes) ili "premjestivi" elementi genoma. To su odsječci DNA koji se mogu izdvojiti iz lanca, premjestiti se na neko drugo mjesto u molekuli i tamo se učvrstiti. Na novome mjestu oni mogu na različite načine utjecati na susjedne gene, mijenjati ih ili inaktivirati, a u kombinaciji s njihovim dijelovima čak i stvarati nove gene. Ima li se na umu da takvi geni u čovjeka čine 3 - 6% genoma, dobiva se prava predodžba o velikom rasponu varijabilnosti genoma i postaju jasnije neke rijetke i bizarne varijacije fenotipa koje opažamo u biljnom i životinjskom svijetu.

Važnu ulogu imaju mutacije, koje najviše pridonose varijabilnosti jedinki u populaciji. To su nagle nasljedne promjene koje mogu zahvatiti cijele kromosome ili samo pojedine gene. Kromosomske mutacije ili aberacije nastaju zbog poremećaja odjeljivanja kromosoma za vrijeme stanične diobe i mogu biti numeričke (suvišak ili manjak jednoga ili više kromosoma u stanicama), ili strukturne (delecija - otkidanje dijela kromosoma, translokacija - premještanje otkinutog dijela jednoga kromosoma na drugi). Genske mutacije (nekada nazivane "točkaste") zahvaćaju samo pojedine gene na kromosomu. One su najčešće pogreške u replikaciji DNA (npr. dodavanje ili gubitak jednog ili više odsječaka na lancu DNA, ili zamjena baza na njemu). Procjenjuje se da do takvih pogrešaka dolazi jedanput u milijun replikacija. Učestalost bi bila mnogo veća kada genom ne bi posjedovao vrlo učinkovit mehanizam popravka oštećenja (DNA-repair). Genske mutacije se uglavnom javljaju u spolnim stanicama, a kromosomske i u spolnim i u somatskim stanicama (somatske mutacije²⁰). Oba oblika mogu nastati bez poznatog uzroka (spontane m.), ili kao posljedica poznatih vanjskih (mutagenih) čimbenika (inducirane m.). Neke se od njih uopće ne izražavaju u fenotipu (tihe m.), ili su odgovorne samo za svojstva dominantnosti i recesivnosti alela. Izražajnost nekih od njih jasno je uočljiva kao promjena nekog svojstva zahvaćene osobe, a ima ih i štetnih (nasljedne, kongenitalne ili genske bolesti), pa čak i letalnih, koje izazivaju smrt u embrionalnom i fetalnom razdoblju, ili u različitoj dobi nakon rođenja.

Još jedna bizarna pojava pridonosi varijabilnosti našega genoma: to je mitohondrijska DNA²¹. Mitohondriji su citoplazmatske organele, kojih u stanici ima nekoliko stotina, a po funkciji su stanične "energetske baterije".Vladaju se kao semiautonomni sastojci stanice: imaju sposobnost autoreplikacije nezavisno od staničnog ciklusa i sadržavaju vlastitu DNA, koja je i po obliku i po svojstvima nekih kodona slična onoj u nekih primitivnih bakterija. Sintetizira 37 bjelančevina za vlastite strukturne i funkcionalne potrebe, dok preostale namiruje iz kromosomske DNA. Zbog svih tih osobitosti pretpostavlja se da se radi o intracelularnoj simbiozi ili endoparazitizmu: davno u evoluciji višestaničnih organizama jedna se je vrsta aerobnih bakterija naselila u stanice višestaničnih organizama i stupila s njima u odnos međusobne ovisnosti: stanica se njima koristi kao organelama za proizvodnju energije, a one su postale djelomično ovisne o staničnom genomu za sintezu svojih bjelančevina²². Zbog smještaja u citoplazmi nasljeđuju se samo od majke, a zbog autonomne replikacije i neovisnosti o staničnom mitotičkom mehanizmu nejednoliko se raspoređuju u novonastale stanice. Tako nastaje i druga bizarnost: s obzirom na sveukupni genom (komosomski + mitohondrijski) u svim našim stanicama postoji mozaicizam!

Zbog novih spoznaja o izvanrednoj strukturnoj složenosti, dinamičnosti, fleksibilnosti i varijabilnosti genoma (5, 47) i sam je pojam gena postao maglovit, a njegova klasična (pa i recentnija) definicija kao fizičke i funkcionalne jedinice nasljeđivanja više ne zadovoljava. Gen se danas može definirati samo uz navođenje operativnih kriterija koji variraju prema polazištu i svrsi (32). Zato ne začuđuje što se nakon plodnog razdoblja molekularne biologije gena danas sve češće govori o potrebi uvođenja nove znanstvene discipline: strukturne i funkcionalne genomike (9, 16). Čuju se i ozbiljna upozorenja na poteškoće s kojima će se susresti preventivno genetičko testiranje (17) i rad na Projektu humanoga genoma (13, 25, 35).

7.4 Regulacija aktivnosti gena

Regulacija genske aktivnosti je još uvijek najveći i najteže rješiv problem genetike i razvojne biologije, dviju bioloških disciplina koje su se nakon dugog vremena ponovno našle na zajedničkim problemima. Dakako, najlakše je išlo s prokariotima: zbog jednostavne jednostanične građe te malog, jednostavnog, slobodnog i pristupačnog genoma, oni izravno reagiraju na vanjsku sredinu. Promjene u neposrednom okolišu (npr. prisutnost ili odsutnost pojedinih hranjivih tvari) aktiviraju ili inaktiviraju pojedine njihove gene. Kod eukariota, a posebno kod viših oblika, postoji više zapreka odgonetavanju mehanizama regulacije: višestanična građa, genetički supstrat zatvoren u jezgru, te povrh svega izuzetno složeni genom, koji zasigurno zahtijeva i mnogo složenije mehanizme regulacije. U kompleksnom genomu složenoga organizma oni moraju odrediti koji će se gen aktivirati, koje će proizvode sintetizirati, kada i u koliko. Fragmentarnih podataka ima mnogo, ali ni jedan od njih ne pruža cjelovit odgovor na osnovna pitanja.

Kroz sva razmatranja o regulaciji provlači se pojam uzajamnog djelovanja (interakcije) kao osnovnog načela i to na svim razinama: od gena do cijeloga organizma i njegova odnosa sa životnom okolinom u najširem smislu. Već iz samoga poznavanja strukture, funkcije i varijabilnosti genoma proizlazi da postoje interakcije među samim genima, između gena i njihovih poizvoda (regulacijske bjelančevine, enzimi), između gena i svih sastojaka stanice koji ga okružuju (npr. metabolita), te između gena i elemenata vanjske sredine (npr. hranidbeni uvjeti embrija i fetusa s obzirom na uspješnost implantacije i kakvoću posteljice). Utjecaj nekih hormona i drugih vrsta signalnih molekula (npr. čimbenici rasta, vitamini) na ekspresiju gena opće je poznat. Izravni utjecaj vanjskih čimbenika izrazit je kod sinteze specifičnih protutijela za određene antigene. Na aktiviranje gena utječe i način njihova povezivanja s bjelančevinskim sastojcima kromosoma. Nedvojbeno je da regulacijski mehanizmi djeluju u svim fazama djelovanja gena: od transkripcije preko translacije sve do bjelančevine, pa i nakon toga.

Najveći izazov genetici jesu regulacijski mehanizmi koji upravljaju embrionalnim razvojem. Još iz doba klasične embriologije potječe dvojba oko dvaju mogućih načela embriogeneze: mozaičkog i regulacijskog tipa razvoja, preformacije ili epigeneze. Temeljno je pitanje razvojne biologije: Kako od omnipotentne zigote preko intermedijarnih pluripotentnih stanica nastanu potpuno diferencirane stanice sa strogo ograničenim funkcijama? Zigota sadrži genetičku informaciju za sve elemente građe i funkcije organizma. Ono što kasnije zbiva s njenim potomcima (embrionalnim stanicama) označava se terminom selektivna ekspresija gena (selektivna aktivacija i represija). Konačno diferencirana stanica ima sve gene kao zigota, ali su u njoj reprimirani svi osim onih koji služe za temeljne životne potrebe te za specifičnu funkciju. Netko je to duhovito izrazio riječima: "Diferencijacija - to je kad stanica sve zaboravi!" Većina rezultata eksperimentalne embriologije govori u prilog tvrdnji da i u embriogenezi vlada načelo interakcije: unutar stanica i među njima. Kod nekih životinja se već u jajnoj stanici (prije oplodnje!) javljaju ograničena područja citoplazme koja kasnije reguliraju ekspresiju gena u jezgrama embrionalnih stanica koje dospiju u to područje. To su tzv. citoplazmatski determinatori razvoja (23). U ranom razvoju sisavaca položaj embrionalnih stanica prema neposrednoj okolini (na površini ili u unutrašnjosti skupine) odlučuje o njihovoj razvojnoj sudbini. U nastajanju općeg plana građe embrija te u razvoju svih organa interakcije među embrionalnim stanicama i tkivima imaju odlučujuću ulogu. Međutim, i u tim eksperimentalno dokazanim fnomenima manjka poznavanje "aktivnog agensa" regulacije.
Značajna su zapažanja da i postignuto stanje diferenciranih stanica može biti reverzibilno. Jezgra diferencirane stanice transplantirana u enukleiranu jajnu stanicu može se pod utjecajem njezine citoplazme dediferencirati i započeti (a u rijetkim slučajevima i završiti) embrionalni razvoj. Genetičko reprogramiranje diferenciranih stanica i njihovo pretvaranje u stanice druge vrste (metaplazija ili transdiferencijacija) relativno je česta pojava, a može se i eksperimentalno postići (30).
Jedno od najvažnijih recentnih otkrića u razvojnoj genetici jest tzv. genomski upis (genomic imprinting). Radi se o tome da jedan te isti gen ima različita svojstva, već prema tome da li potječe od oca ili od majke (mnogo šire od jednostavnog odnosa dominantnosti i recesivnosti). I mutacije tih gena izazivaju posve različite nasljedne bolesti. Podrobnije upoznavanje tog fenomena zasigurno će promijeniti mnoge predodžbe o mehanizmima nasljeđivanja (22, 29). Srodan mu je problem kompenzacije genske doze, koji je najbolje proučen na primjeru X- kromosoma u ženskog spola (18). Dvostruka "doza" gena na X-kromosomu je štetna po organizam pa se zato jedan X-kromosom u ženskog embrija inaktivira vrlo rano u razvoju.
I mnoge druge pojave u razvoju organizma teško je "mehanički" protumačiti samo djelovanjem određenih gena (46), a znanje o regulacijskim mehanizmima još se uvijek nije znatnije odmaklo od fenomenologije. Ostaje otvoreno pitanje "kako ugraditi transkripciju gena u logiku stanica i organizama?" (47).

7.5. Čimbenici sredine

I znanstvene krugove i širu javnost zahvatila je u zadnje vrijeme prava pošast ponovno oživjelog genetičkog determinizma, vjerovanja da je svaka naša osobina, svaka naša vrlina i mana te svaka pojedinost naše osobnosti konačno određena ustrojem našega genoma (25, 27). Jedni jure za genima, a drugi ih se boje. To je u nekim sredinama zauzelo toliko maha da predstavlja ozbiljan etički i socijalni problem pa trezveni kritičari već govore o novom valu rasizma (25). Pritom se zanemaruju odavna utvrđene činjenice da i obične promjene vanjske sredine, kao što su temperatura i neke fizičke osobine, mogu bitno promijeniti ekspresiju genotipa u fenotipu nekih biljaka i životinja. Ustvari, geni su samo temelj na kojemu grade čimbenici okoline, a to se tiče čak i fizičkih svojstava osobe, a posebno viših razina ljudske osobnosti, za koje je i odgoj bitan čimbenik razvoja intelektualnih i duševnih svojstava (27). Interakcija genoma i čimbenika okoline toliko je složena da postoji bezbroj još nedovoljno poznatih načina na koje egzogeni čimbenici mogu modulirati djelovanje gena. Pisac izvrsne knjige o toj temi: The Doctrine of DNA. Biology as Ideology (25), renomirani molekularni genetičar R. C. Lewontin, tvrdi da i kada bi u tančine poznavao genom jedne osobe i sve podrobnosti iz njezina života, ne bi mogao stvoriti niti približnu predodžbu o njenim fizičkim, intelektualnim i drugim sposobnostima!

8. Kloniranje

8.1. Tzv. kontinuitet života

Zanimljivo je da se i u novije vrijeme izvlači iz zaborava i energično zagovara stara Weismannova teorija o "kontinuitetu zametne plazme". Po njoj - pojednostavljeno rečeno - nema pravoga početka inividualnog života, jer se već vrlo rano u embrionalnom razvoju dio majčine (cito)plazme (od koje se - uz udio jezgara obih roditelja - razvija cijeli embrio) odvaja u obliku spolnih prastanica namijenjenih prijenosu u naredni naraštaj. Prema tome, svaka živa stanica, pa prema tome i svaki organizam, samo su privremeni sudionici kontinuiteta života, koji traje od prvog pojavljivanja života na zemlji! (2). Ne želeći se upuštati u raspravu o takvom shvaćanju ljudskoga života i osobnosti, spominjem tu temu na ovome mjestu, jer se katkada čuje pitanje: nisu li i spolne stanice jednostanična živa bića? Strogo biološki, spolne stanice imaju i druge "nedostatke", zbog kojih se ne mogu definirati kao živa bića: nepotpuni genom (haploidan broj kromosoma), koji kao takavnije "izbalansiran" te nemogućnost rasta, razvoja, reprodukcije i adaptacije na vanjsku sredinu. Najbolji argument tome u prilog jest činjenica, da same ne mogu preživjeti više od 1 do 3 dana u jajovodu i maternici, a tu sposobnost steknu čim se spoje u diploidnu zigotu!

8.2. Kloniranje²³

U cijelom ovom tekstu nastojali smo pokazati da je varijabilnost temeljno načelo života, kojemu su u viših organizama prilagođeni svi mehanizmi nasljeđivanja i razmnožavanja. Kloniranje je potpuna suprotnost tome načelu: ono je od svih neprirodnih načina stvaranja čovjekova potomstva najneprirodniji, jer je to reprodukcija a ne prokreacija! To je biološka ocjena kloniranja. Preostaje nam da pokažemo da bi kloniranje čovjeka iznevjerilo očekivanja svih koji ga zamišljaju po predlošku znanstveno - fantastičnih filmova. Tome postoje sljedeći razlozi:

1. Klonirana bi osoba imala smanjenu prirodnu otpornost na infekcije i druge štetne utjecaje iz okoline;

2. Osoba klonirana od somatske stanice druge odrasle osobe ubrzano bi starila, jer joj je diobeni stanični aparat već oštećen prethodnim diobama (6).

3. U kloniranoj osobi mogle bi se u štetnom obliku manifestirati somatske mutacije, koje su na svome ishodišnom mjestu bile prikrivene ili beznačajne;

4. Klonirana osoba ne bi bila identična ishodišnoj osobi kao poželjnom uzorku zbog prethodno navedenih egzogenih utjecaja na ekspresiju genoma.

vo posljednje najbolje ilustriraju riječi jednog ženskog lika iz znanstveno-fantastičnog filma na temu kloniranja, kada je prvi put ugledala svoga kloniranog strica: Sve je isto: riječi, pokreti, boja glasa - sve je drugo isto, ali osjećaji ne.....To nije moj stric Ira!

Napomene:

1. Najveći dio podataka pripada danas već općem znanju i preuzet je iz udžbenika i priručnika navedenih u popisu literature pod brojevima 1, 4, 7, 12, 20, 24, 26, 33, 36, 37, 43 i 47. Ti se izvori ne citiraju u tekstu. Ostali se izvori citiraju rednim brojem u popisu literature.
   
2. Ta se definicija danas najčešće rabi, jer ima najveću "uporabnu vrijednost", iako se u literaturi još uvijek može naći i stara definicija, po kojoj je genom skup gena sadržanih na polovičnom (haploidnom) broju kromosoma, koji potječe ili od jednog ili od drugog roditelja. Ta je definicija neprikladna, jer: a) ne uzima u obzir različite spolne kromosome u muškog spola, b) ne obuhvaća različitost alela (dominantnog i recesivnog) pojedinih gena i c) ne uzima u obzir mitohondrijske gene u citoplazmi, koji se nasljeđuju samo od majke (tumačenje vidi kasnije).
   
3. U obzir dolaze prvenstveno mutacije te različite druge promjene nastale zbog dinamičnog ustroja genoma (tumačenje vidi kasnije).
   
4. Odnos (razlika) između genotipa i fenotipa jasno dolazi do izražaja u slučajevima kada je izražavanje gena u fenotipu spriječeno ili modificirano djelovanjem čimbenika okoline.
   
5. Kloniranje stanica i organizama treba razlikovati od kloniranja gena (DNA), koje je ključni postupak u tehnologiji rekombinantne DNA (genetički inženjering). Najpoznatiji je primjer proizvodnja inzulina ugrađivanjem čovječjeg gena za inzulin u genom bakterije, u kojemu on djeluje kao u vlastitom ishodišnom genomu. Brzim razmnožavanjem (kloniranjem) bakterije klonira se i ugrađeni gen, koji proizvodi veliku količinu inzulina.
   
6. Prenošenje gena iz jedne stanice u drugu može se postići transplantacijom jezgre jedne stanice u drugu stanicu kojoj je prethodno izvađena jezgra, ili stapanjem dviju stanica, od kojih je jednoj prethodno izvađena jezgra (tako je dobivena Dolly). Niti jedan od tih postupaka nije kloniranje, jer nakon uklanjanja jezgre u stanici ostaju citoplazmatski geni smješteni u mitohondrijima (vidi kasnije) (41).
   
7. Na ovome mjestu ne možemo dublje ulaziti u raspravu o pojmu selekcije, tek valja spomenuti da se u kontekstu molekularne genetike taj pojam bitno razlikuje od izvornog darvinističkog pojma "selekcije kroz borbu za opstanak".
   

8. Velik broj fundamentalnih spoznaja u molekularnoj biologiji (genetici) zahvaljujemo upravo istraživanjima na prokariotima, koji su zbog malog i jednostavnog genoma te brzog razmnožavanja vrlo prikladan predmet za tu vrstu istraživanja. Višestanični eukarioti imaju mnogo veći i složeniji genom, koji zbog zatvorenosti u jezgri nije izravno podložan promjenama pod utjecajem vanjske sredine. Zato je u eukariota mnogo teže dokučiti mehanizme regulacije genske aktivnosti. U istraživanjima eukariotskog genoma upotrebljavaju se mali genomi slični prokariotskom (plazmidi) kao nosioci (vektori) ugrađenih eukariotskih gena namijenjenih kloniranju (genetički inženjering).

9. Broj kromosoma je karakterističan za vrstu (species), ali bez stroge pravilnosti unutar i između viših taksonomskih jedinica. Tako npr. postoje velike razlike među kukcima: vinska mušica ima 8, muha 12, a pčela 32 kromosoma. Morski ježinac ima skoro isto toliko kromosoma (36) koliko i mačka (38). Međutim "čovjekoliki majmuni" imaju sličan broj kromosoma kao čovjek (46): orangutan, čimpanza i gorila 48, a gibon 44.

10. Svojstva dominantnosti i recesivnosti alela dobivaju veliku praktičnu medicinsku važnost kada se radi o štetnim mutacijama koje uzrokuju nasljedne bolesti. To posebno vrijedi za mutacije gena smještenih na X-kromosomu (spolno vezano nasljeđivanje); one se u muškom potomstvu mogu izraziti i kad su recesivne, jer im manjka drugi, normalni i dominantni alel na drugom X-kromosomu. U ženskom potomstvu taj je recesivni alel "pod kontrolom" dominantnog normalnog alela, pa ženske osobe mogu biti samo "prenositelji" patološkog gena, ali najčešće ne obolijevaju (primjeri: hemofilija, sljepoća za boje ili daltonizam). Mogu oboljeti samo iznimno, kad se recesivni patološki alel nađe na oba X-kromosoma (homozigot).

11. Zasnivaju se na različitim oblicima uzajamnog djelovanja gena, njihovu smještaju na somatskim ili spolnim kromosomima, na privremenom inaktiviranju nekih od njih, ili pak na trajnim promjenama njihove strukture ili smještaja na kromosomima (relevantni nazivi: nekompletna dominantnost, kodominantnost, multipli aleli, ekspresivnost, penetrantnost, poligenija, pleiotropija, vezani geni, pozicioni efekt, spolno vezano nasljeđivanje, mozaicizam, genomske i somatske mutacije, inaktiviranje gena, genomski upis i dr.).

12. Mitohondriji sadržavaju samo 37 gena, što se može činiti zanemarivim u ukupnom broju od preko 100.000 gena u čovječjem genomu, pa bi se i strogo pridržavanje kriterija za definiciju "pravo kloniranje ili ne" moglo smatrati besplodnom akademskom raspravom. Međutim mutacije nekih mitohondrijskih gena uzrokom su teških degenerativnih oboljenja živčanog i mišićnog sustava, a nepravilno razvrstavanje mitohondrija u stanicama-kćerima te njihovo samostalno umnožavanje mogu nakon stanovitog broja staničnih dioba dovesti do nagomilavanja "bolesnih" mitohondrija samo u pojedinim populacijama stanica (42). To se heterogeno potomstvo tada zasigurno ne može smatrati pravim klonom.

13. Ako se radi o kromosomskoj aberaciji koja izaziva nasljedno oboljenje (npr. Downov sindrom), simptomi će biti manje izraženi nego u osoba koje su anomaliju naslijedile od roditelja pa ona u njima postoji u svim stanicama.

14. I u odraslom organizmu u raznim organima postoje nediferencirane stanice embrionalnog tipa, koje svojim umnožavanjem i diferencijacijom nadomještaju istrošene i odumrle stanice (npr. stanice koštane srži koje se diferenciraju u zrele krvne stanice), ili pak sudjeluju u zacjeljivanju oštećenih tkiva (npr. kost nakon prijeloma). Takve se stanice općenito nazivaju matičnim stanicama (stem cells).

15. Valja naglasiti da tijekom razvoja organizma geni ne reguliraju samo progresivne razvojne procese (rast, diferencijaciju, morfogenezu), nego i selektivno propadanje stanica (tzv. programirana smrt stanica ili apoptoza), koje ima važnu ulogu u razvojnim procesima (38).

16. Dužina molekule DNA (ili odsječka na njoj) te veličina cijeloga genoma izražava se brojem parova baza (bp = base pairs), a dužina dijela lanca DNA (ili gena) ili mRNA brojem baza (b ili kb = kilobase = 1000 baza).

17. U različito velikim kromosomima molekula DNA se može sastojati od 50 - 250 milijuna parova baza, što znači da bi razvučena bila duga 1,7 - 8,5 cm!

18. Toliki broj slova ispunio bi 10 milijuna stranica knjige velikog formata; međutim kako je molekula DNA vrlo tanka, cijela bi ta količina stala u kocku obujma manjeg od 2 kvadratna mikrona!

19. Metodom tzv. hibridizacije DNA mogu se utvrditi razlike između DNA (redoslijeda baza) dviju vrsta. One su često vrlo male. U procjeni stvarne razlike treba imati na umu velik udio neaktivne DNA, te činjenicu da većinu aktivnih gena u genomu čine tzv. "domaćinski geni" (housekeeping genes), koji kodiraju za bjelančevine koje održavaju osnovnu strukturu i funkciju stanica, a one se minimalno razlikuju među vrstama.

20. Usp. poglavlje 5.1

21. Usp. poglavlje 5.1. i bilješku 12.

22. Stanice zelenih biljaka imaju 2 vrste citoplazmatskih "parazita" sličnih genomskih svojstava: mitohondrije i kloroplaste, organele koje sadržavaju fotosintetski pigment klorofil.

23. Iscpni podaci i komentari o kloniranju nalaze se u člancima citiranima u popisu literature pod brojevima: 3, 8, 10, 14, 21, 28, 34, 39 i 41.

Literatura:

1. Alberts, B., Bray, D., Lewis, J., Raff, M., Roberts, K., Watson, J. D., Molecular Biology of the Cell, 3rd ed., Garland, New
   York, 1994.
2. Biggers, J. D., When does life begin?, The Sciences 21 (10), 10-14, 1989.
3. Bouchard, T. J., Jr., Whenever the twain shall meet, The Sciences, September/October,/October,1997, str. 52-57.
4. Burns, G. W., Bottino, P. J., The Science of Genetics, 6th ed.,Macmillan, New York, 1989.
5. Chadwick, D., Cardew, G. (eds.), Variation in the Human Genome, Ciba Foundation Symposium 197, John Wiley & Sons,
    Chichester, 1996, str. 1-5, 315-317.
6. Crompton, N. E. A., Telomeres, senescence and cellular radiation response, CMLS Cell. mol. life sci. 53, 568-575, 1997.
7. De Robertis, E. D. P., De Robertis, E. M. F., Jr., Cell and Molecular Biology, 8thed., Lea & Febiger, Philadelphia, 1987.
8. Di Berardino, M. A., McKinnell, R. G., Backward compatible, The Sciences, September/October 1997, str. 32-37.
9. Duboule, D., The evolution of genomics, Science 278, 555, 1997.
10. Eser, A., Frühwald, W., Honnefelder, L., Markl, H., Reiter, J., Tanner, W., Winnacker, E.-L-, Klonierung beim Menschen.
     Biologische Grundlagen und ethisch - rechtliche Bewertung. Z. Med. Ethik 43, 169-181, 1997.
11. George, F. W., Wilson, J. D., Sex determination and differentiation, The Physiology of Reproduction, Vol. 1 (E. Knobil and
     J. D.Neill,eds.), Raven Press, New York, 1988, pp. 3-23.
12. Gilbert, S. F., Developmental Biology, 4th ed., Sinauer Associates, Sunderland, 1994.
13. Grant Cooper, N., The Human Genome Project. Deciphering the Blueprint of Heredity, University Science Books, Mill
      Valley, 1994.
14. Hart, R., Turturro, A., Leakey, J., Born again? The Science September/ October1997, str. 47-51.
15. Henikoff, S., Greene, E.A., Pietrokovski, S., Bork, P., Attwood, T. K.,Hood, L., Gene families: the taxonomy of protein
      paralogs and chimeras, Science 278, 609-614, 1997.
16. Hieter, P., Bogunsku, M., Functional genomics: it’s all how you read it, Science 278, 601-605, 1997.
17. Holtzman, N. A., Murphy, P. D., Watson, M. S., Bart, P. A., Predictive genetictesting: from basic research to clinical
      practice, Science 278, 602- 605, 1997.
18. Jamieson, R. V., Tam, P. P. L., Gardiner-Garden, M., X-chromosom activity: impact of imprinting and chromatin structure,
      Int. J. Dev. Biol. 40, 1065-1080, 1996.
19. Kent-First, M., A lesson from mosaics: don’t leave the genetics out of molecular genetics, The Journal of NIH Research 9
      (7), 29-33, 1997.
20. King, R. C., Stansfield, W.D., A Dictionary of Genetics, 3rd ed., Oxford University Press, New York, 1985.
21. Kitcher, Ph., Whose self is it, anyway? The Sciences, September/October 1997, 58-62.
22. Latham, K. E., Stage-specific and cell type-specificaspects of genomic imprinting effects in mammals, Differentiation 59,
     269-282, 1995.
23. Levak - Švajger, B., Determinatori razvitka u citoplazmi jajne stanice, u: Biološke osnove suvremene medicine, III. dio
     (Katedra za biologiju Medicinskog fakulteta Sveučilišta u Zagrebu, Školska knjiga, Zagreb, 1986, str. 77-94.
24. Lewin, B., Genes, 6th ed., Oxford University Press, New York, 1997.
25. Lewontin,R.C., The Doctrine of DNA. Biology as Ideology, Penguin Books, London,1991.
26. Lodish, H., Baltimore, D., Berk, A., Zipursky, S. L., Matsudaira, P.,Darnell, J., Molecular Cell Biology, 3rd ed., Scientific
     American Books, New York, 1995.
27. McGue, M., The democracy of genes, Nature 388, 417-418, 1997.
28. Michod, R.E., What good is sex?, The Sciences, September / October 1997, str. 42-46.
29. Monk, M., Epigenetic programming of gene expression and imprinting in mouse and human development, u: Organization
     of the Early Vertebrate Embryo (N. Zagris et al., eds), Plenum Press, New York, 1995, pp. 11-22.
30. Okada, T.S., Transdifferentiation. Flexibility in Cell Differentiation.Clarendon Press, Oxford, 1991.
31. Piatigorsky, J., Wistow, G.J., Enzyme/crystallins: gene sharing as an evolutionary strategy , Cell 57, 197-199, 1989
32. Portin, P., The concept of the gene: short history and present status, Quart. Rev. Biol. 68(2), 173-223, 1993.
33. Postlethwait, J.H., Hopson, J.L., The Nature of Life, McGraw-Hill, New York, 1989.
34. Ribalow, M. Z., Take two. Have moovies about cloning prepared us for the real thing? The Sciences, September/October
     1997, str. 38-41.
35. Roven, L., Mahairas, G., Hood, L., Sequencing the human genome, Science 278, 605-607, 1997.
36. Sadler, T. W., Langmanova medicinska embriologija, 7. izd., Školska knjiga, Zagreb, 1996.
37. Starr, C., Taggart, R., Biology. The Unity and Diversity of Life, 5th ed., Wadsworth, Belmont, 1981.
38. Švajger,A., Propadanje stanica kao normalna biološka pojava, Lij. vjes. 90, 843-856, 1968.
39. Švajger,A., "Kloniranje" čovječjeg embrija, Glas.Hrvat.katol.liječ.druš. IV (1-2), 4-8, 1994.
40. Švajger, A., Izbor spola djeteta, Glas. Hrvat.katol.liječ.druš. VI (2), 6-22, 1996.
41. Švajger, A., Kloniranje: pojmovi, zablude, obmana i strah, Glas.Hrvat.katol.liječ.druš. VII (2), 8-20, 1997.
42. Wallace, D.C., Mitochondrial DNA in aging and disease, Sci.Am., August 1997, pp. 22-29.
43. Wilkins, A.S., Genetic Analysis of Animal Development, 2nd ed., Wiley-Lyss, New York, 1993.
44. Williams, G. C., Plan and Purpose in Nature, Weidenfeld & Nicholson, London, 1996, str. 79-96.
45. Wilmut,I., Schnieke,A.E., McWhir,J., Kind,A.J., Campbell,K.H.C., Viable offspring derived from fetal and adult mammalian
     cells, Nature, 385, 810-813, 1997.
46. Wolpert, L., Do we understand development? Science 266, 571-572, 1994.
47. Yamamoto, K. R., Genetic regulation (Progress and prospects in biomedical research), The Journal of NIH Research 6 (5),
     59-60, 1994.
48. Zergollern, Lj. i sur., Medicinska genetika 2, Školska knjiga, Zagreb, 1996.

O'Rahilly R, Müller F: Embryology & Teratology, Wiley-Liss, New York, 1992.
Sadler TW: Langmanova medicinska embriologija, 7.izd., Školska knjiga, Zagreb, 1996.
Švajger A, Levak-Švajger B: Kritično razdoblje razvitka i teratogeno djelovanje činilaca iz okoline.
Zbornik radova II. kongresa ekologa Jugoslavije, Zagreb, 1979, str.1375-1384.