Khái niệm cơ bản
Nhân bản vô tính (hay còn gọi là tạo dòng vô tính) là quá trình tạo ra một một tập hợp các cơ thể giống hệt nhau về mặt di truyền và giống bố (hoặc mẹ) ban đầu bằng phương thức sinh sản vô tính. Nhân bản vô tính dựa trên quan điểm cho rằng mọi tế bào của một cơ thể đa bào đều xuất từ một tế bào hợp tử ban đầu qua phân bào nguyên nhiễm, do đó nhân của chúng hoàn toàn giống hệt nhau về mặt di truyền.
Sinh sản vô tính là sự sinh sản không kèm theo tái tổ hợp di truyền, được thực hiện theo cơ chế phân bào mitose, trong đó genome được tái bản nguyên vẹn. Khác với sinh sản vô tính, sinh sản hữu tính (tiến hóa hơn) có kèm theo tái tổ hợp di truyền và được thực hiện theo cơ chế phân bào mitose và meiose. Tái tổ hợp di truyền là nguyên nhân dẫn đến sự đa dạng sinh học (biodiversity).
Sinh sản hữu tính là hình thức sinh sản phổ biến ở các sinh vật bậc cao. Trong khi đó sinh sản vô tính chỉ tồn tại ở những cơ thể có cấu trúc tương đối đơn giản và thấy nhiều ở thực vật (thực vật cũng có hình thức sinh sản hữu tính). Ở động vật bậc cao sinh sản vô tính chỉ tồn tại ở giai đoạn phát triển sớm hoặc dưới hình thức biến dạng của sinh sản hữu tính như hình thức đơn tính sinh.
2. Nhân bản vô tính ở động vật
Có thể hiểu một cách đơn giản đây là kỹ thuật nhân nhiều cá thể từ những tế bào vô tính (somatic cell).
Nhân bản vô tính động vật được đánh giá là một phương thức tăng số lượng các động vật thương mại và khoa học quan trọng. Đầu tiên, sự phát triển hoàn chỉnh chuột chỉ thu được khi tiền nhân (pronucleus) hoặc nhân (nucleus) từ các phôi chuột giai đoạn sớm hai tế bào được chuyển vào noãn bào đã phá bỏ nhân (enucleated oocyte). Nhân từ các giai đoạn sau được xem như không đủ khả năng để tái chương trình hóa hỗ trợ sự phát sinh phôi. Người ta cũng thấy rằng sự hoạt hóa nhân tạo (bằng cách kích thích điện) cho phép nhân từ các phôi chuột có tám tế bào được chuyển vào các tế bào chất giai đoạn MII, và việc chuyển theo từng chuỗi (sinh trưởng các trứng được khôi phục lại trong môi trường chứa cytochalasin B, sản xuất “hai nhân giống tiền nhân”, và chuyển tuần tự những cái này vào các phôi một tế bào được thụ tinh phá bỏ nhân trước đó) cải thiện việc sản xuất các dòng chuột. Bằng cách dùng phương thức chuyển nhân, cừu đã được tạo dòng từ các tế bào có nguồn gốc từ phôi, và cũng một cách có ý nghĩa từ các dòng tế bào soma có nguồn gốc từ thai và tuyến vú. Gần đây hơn, tạo dòng các phôi bò bằng cách chuyển đa nhân cũng đã được thông báo.
3. Nhân bản vô tính cừu Dolly
Đây là công trình thành công của Wilmut và Campbell (Ecosse, vùng Bắc nước Anh).
Đối tượng nghiên cứu ở đây không còn là những tế bào phôi nang, mà là những tế bào lấy từ tuyến vú một cừu cái Finn Dorset, sáu năm tuổi, lông trắng, ở thời kỳ ba tháng cuối từ khi cừu cái mang thai, là thời kỳ tế bào tuyến vú đã được phân hóa (differentiation) cao độ và phát triển.
Đem nuôi cấy in vitro các tế bào tuyến vú, để 5 ngày trong một môi trường nuôi cấy rất nghèo huyết thanh, với mục đích làm cho chu kỳ tế bào giảm từ từ cho tới khi ngừng hoàn toàn. Giai đoạn này được gọi là G0. Sau đó, làm lạnh trước khi đưa mỗi tế bào tuyến vú vào một noãn chưa thụ tinh, đã rút nhân của một cừu cái khác, đầu đen. Kết quả, một tế bào mới đã được hình thành, phát triển, tạo thành phôi.
Ở đây có sự phối hợp của hai kỹ thuật, một là hoạt hóa trứng đã lấy nhân ra của cừu đen, hai là làm ngừng chu kỳ sống của tế bào tuyến vú cừu trắng, tức là những tế bào soma đã được biệt hóa cao độ, tách từ một cơ thể trưởng thành và người ta đã thành công trong kỹ thuật dung hợp tế bào. Thành công này vượt lên các công trình trước đó, từ 1992 đã thất bại chủ yếu là do các tế bào phôi sử dụng để chuyển nhân không được định vị ở giai đoạn G0 (như trường hợp tạo cừu Dolly), mà đã phát triển tới G2 (pha tăng trưởng) hoặc S (pha tái bản, tổng hợp DNA), đã cản trở sự dung hợp tế bào.
Cừu Dolly sinh ngày 5. 7. 1996, có trọng lượng bình thường không có biểu hiện dị dạng như các thí nghiệm trước đây. Sống trong tử cung của “mẹ nuôi hộ” lông đen, nhưng cừu Dolly vẫn có lông trắng, các phân tích kiểm tra di truyền đã xác nhận cừu Dolly là bản sao của cừu Finn Dorset, cừu đã cung cấp tế bào tuyến vú.
Sau đó Wilmut và Campbell, còn tạo ra 3 cừu con từ những tế bào một bào thai 26 ngày và 4 cừu con từ những tế bào một phôi mới hình thành được 9 ngày. Thành công nêu trên chứng tỏ trong thí nghiệm đã có một động vật có vú lớn có thể được nhân bản từ tế bào soma mà không cần có tác động gì của tế bào sinh dục, ngoài sinh chất của một noãn bào. Người ta cũng đã thành công nhân bản khỉ và lợn và gần đây là trên cả người dùng các phôi non (14 ngày) để cung cấp nguyên liệu cấy ghép chữa bệnh.