The use of cloning and stem cells to resurrect life: Robert Lanza at TEDxDeExtinction

Summary

El guion habla sobre la clonación y las células madre para resucitar la vida, explicando el proceso de transferencia de núcleo de célula somática y la reciente técnica de reprogramación celular. Se mencionan casos exitosos de clonación en varias especies y se explora la posibilidad de resucitar especies extintas utilizando técnicas avanzadas como las células iPS y la complementación tetraploide. Además, se destaca la importancia de estos avances para la conservación biológica.

Takeaways

• 🧬 La clonación y las células madre son tecnologías clave para la resurrección de la vida, con la clonación a través del traspaso nuclear de células somáticas siendo la más controvertida.
• 🔋 La clonación puede resultar en embriones preimplantacionales que se pueden desarrollar en células madre embrionarias o en organismos completos.
• 🔄 La reprogramación celular, que produce células madre pluripotentes inducidas (iPS), es una técnica más reciente que permite regresar una célula diferenciada a un estado de pluripotencia.
• 🐸 En 1958, John Gurdon clonó la primera criatura, una rana, y más tarde recibió el Premio Nobel por su trabajo.
• 🐑 Dolly, la oveja clonada, marcó un hito en la clonación de mamíferos, y desde entonces se han clonado especies como ratones, gatos, perros y vacas.
• 🐄 Se ha utilizado la clonación para crear una manada de vacas que producen álbumina humana en su leche, demostrando la aplicación práctica de la tecnología.
• 🌱 Se ha explorado la posibilidad de reconstruir animales extintos, como en la película 'Jurassic Park', utilizando técnicas de clonación y reprogramación celular.
• 🐘 Se ha logrado clonar especies en peligro de extinción, como el gaur, utilizando técnicas de clonación interespecieces.
• 🌐 Cada célula tiene dos genomas: el nuclear y el mitocondrial, siendo este último de herencia materna y crucial para la comunicación entre los genomas.
• 🦕 Aunque la clonación de dinosaurios es poco probable debido a la falta de material genético viable, la clonación y la reprogramación celular pueden ayudar a prevenir la extinción y resucitar especies en peligro.

Q & A

¿Cuáles son las dos formas principales de clonación mencionadas en el guion?

Las dos formas principales de clonación mencionadas son la transferencia de núcleo de célula somática y la reprogramación celular que lleva a las células madre pluripotentes inducidas (iPS cells).

¿Qué es la transferencia de núcleo de célula somática y cómo funciona?

La transferencia de núcleo de célula somática es un proceso de clonación donde se toma un núcleo de una célula somática y se inserta en un óvulo vacío. Se utiliza una carga eléctrica para fusionar ambos y se agregan sustancias químicas para engañar al óvulo y hacerle creer que está fecundado, lo que provoca la división celular.

¿Qué son las células madre embrionarias y cuál es su importancia?

Las células madre embrionarias son células pluripotentes que pueden desarrollarse en casi cualquier tipo de célula del cuerpo. Son importantes porque pueden ser utilizadas en la investigación y el tratamiento de enfermedades.

¿Cómo se relacionan las células iPS con las células madre embrionarias?

Las células iPS son similares a las células madre embrionarias en su capacidad de convertirse en casi cualquier tipo de célula. Se obtienen a partir de células somáticas adultas reprogramadas mediante la adición de factores de transcripción.

¿Cuál fue el primer animal clonado y quién lo logró?

El primer animal clonado fue una rana, logrado por John Gurdon en 1958, quien más tarde recibió el Premio Nobel por este logro.

¿Qué es la clonación interespecie y cómo se relaciona con la clonación de especies en peligro de extinción?

La clonación interespecie es el proceso de clonar una especie utilizando un óvulo de otra especie. Esto es crucial para la resurrección de especies extintas o la clonación de especies amenazadas, ya que permite usar óvulos de especies más comunes para clonar a las en peligro.

¿Qué fue el primer éxito en la clonación de una especie en peligro de extinción y cuál fue el desenlace?

El primer éxito fue el clon de un gaur, una especie de buey en peligro de extinción. Aunque el primer gaur clonado murió dos días después de nacer, el proceso demostró ser viable y posteriormente se logró con éxito con un banteng, otro animal en peligro de extinción.

¿Qué es la genómica mitocondrial y por qué es importante en la clonación?

La genómica mitocondrial es el conjunto de genes encontrados en las mitocondrias, que son las estructuras celulares que producen energía y son heredados matriarquialmente. Es importante en la clonación porque cada célula tiene dos genomas: el nuclear y el mitocondrial, y ambos deben comunicarse adecuadamente para el éxito de la clonación.

¿Qué es la complementación tetraploide y cómo se utiliza en la clonación?

La complementación tetraploide es un método en el que se fusionan dos células en la etapa de dos células, creando un organismo con doble cantidad de ADN (tetraploide). Este organismo solo puede formar la placenta y las membranas extraembrionarias, pero no el embrión. Se inyectan células iPS en la blastocyste tetraploide para que se desarrollen en el animal.

¿Cómo pueden las células iPS ayudar en la conservación de especies extintas o en peligro de extinción?

Las células iPS pueden ser utilizadas para crear embriones a partir de pequeñas muestras de piel de animales en peligro o extintos, reprogramadas para convertirse en células germinales y luego en óvulos o espermatozoides, lo que podría llevar a la creación de organismos completos.

Outlines

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🧬 Clonación y células madre: Resurrección de la vida

En este primer párrafo, se discute el uso de la clonación y las células madre para revivir la vida. Se explica que existen dos formas de replicar células y organismos: la clonación, conocida como transferencia de núcleo de célula somática, y la reprogramación celular, que lleva a las células madre inducidas pluripotentes (iPS). La clonación implica la fusión de un núcleo celular con un óvulo vacío y la posterior división para formar un embrión preimplantación. Este puede ser utilizado para obtener células madre embrionarias o para crear un organismo completo mediante un animal sustituto. Además, se menciona el clonado de diversas especies, incluyendo el primer animal clonado, una rana, por John Gurdon, quien recibió el Premio Nobel por su trabajo. También se explora la posibilidad de reconstruir animales extintos y la clonación de animales en peligro de extinción, destacando el uso de técnicas de clonación interespecie y la importancia de la comunicación entre los dos genomas celulares.

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🐃 Clonación de especies en peligro y la tecnología de iPS

Este segundo párrafo relata la historia de la clonación de un bisonte, una especie en peligro de extinción, utilizando técnicas de clonación interespecie. Se narra el proceso desde la obtención de un biopsia de piel hasta la implantación del embrión en una vaca. Aunque el primer bisonte clonado murió dos días después de nacer, el éxito se repitió con la clonación de un banteng, otro animal en peligro de extinción. Se aborda la crítica de que la tecnología de clonación no funciona y cómo se superaron los desafíos técnicos. Además, se introduce la posibilidad de clonar dinosaurios, aunque se señala que no es una realidad inmediata debido a los desafíos logísticos. Se menciona el trabajo de Yamanaka con las células iPS y su potencial en la conservación biológica, así como técnicas como la complementación tetraploide y la transformación de iPS en óvulos y espermatozoides para la creación de animales.

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🌿 Resurrección de especies extintas y la esperanza de la ciencia

El tercer párrafo concluye con la visión de la resurrección de especies extintas y la esperanza que la ciencia representa para la conservación. Se describe el objetivo de usar la tecnología de iPS para crear embriones de especies como el elefante, modificando sus genes para desarrollar características específicas y luego transformar esas células en óvulos y espermatozoides para dar lugar a organismos completos. Finalmente, se hace una referencia humorística a la película 'Jurassic Park' y se menciona la posibilidad de clonar a partir de mosquitos encerrados en ámbar, aunque se reconoce que esta es una broma y que la ciencia aún tiene límites en este aspecto.

Keywords

💡Clonación

La clonación es el proceso de crear un organismo genéticamente idéntico a otro ya existente. En el guion, se menciona que hay dos formas de clonar células y organismos, siendo la clonación, también conocida como transferencia de núcleo de célula somática, la más controversial. Se describe el proceso de inyectar el núcleo de una célula en un óvulo vacío y estimular su división para crear un embrión preimplantación. Este concepto es fundamental para entender la复活 de especies extintas y la creación de animales genéticamente modificados.

💡Células madre

Las células madre, también conocidas como células pluripotentes, son células que pueden desarrollarse en cualquier tipo de célula del cuerpo. En el guion, se menciona que al colocar un embrión preimplantación en un plato de Petri, se pueden cultivar células madre que pueden transformarse en casi cualquier tipo de célula. Este concepto es crucial para la investigación en terapias regenerativas y la manipulación genética.

💡Reprogramación celular

La reprogramación celular es un proceso por el cual una célula diferenciada se vuelve a una célula de estado pluripotente, similar a una célula madre embrionaria. En el guion, se describe cómo se pueden utilizar factores de transcripción para revertir una célula de piel a un estado de pluripotencia, lo que lleva a la creación de células IPS (induced pluripotent stem cells). Esta técnica es una alternativa a la clonación y tiene aplicaciones en la investigación y el tratamiento de enfermedades.

💡Especie extinta

Una especie extinta es una que ya no tiene individuos vivos en la naturaleza. El guion explora la posibilidad de resucitar especies extintas a través de técnicas de clonación y reprogramación celular, como se menciona en el caso de la clonación de un bucardo. Este término es central para entender el mensaje del video sobre la intersección entre la biología y la conservación de la biodiversidad.

💡Transferencia de núcleo de célula somática

La transferencia de núcleo de célula somática es el método utilizado en la clonación, donde se transfiere el núcleo de una célula somática a un óvulo vacío. El guion lo describe como el proceso que da comienzo a la creación de un embrión preimplantación. Este término es esencial para comprender el proceso de clonación y sus implicaciones éticas y científicas.

💡Células IPS (induced pluripotent stem cells)

Las células IPS son células somáticas reprogramadas para volver a un estado de pluripotencia. En el guion, se menciona que estas células pueden ser utilizadas para crear organismos completos, lo que abre nuevas posibilidades en la investigación médica y la conservación. Este concepto es clave para entender las nuevas fronteras en la biología celular y su potencial en la regeneración de tejidos y la cura de enfermedades.

💡Género mitocondrial

El género mitocondrial es el conjunto de genes encontrados en las mitocondrias, las cuales son las estructuras celulares que producen energía y son heredadas materniamente. En el guion, se explica que cada célula tiene dos genomas: el nuclear y el mitocondrial. La interacción entre estos dos genomas es crucial para el éxito de la clonación, y el guion lo ilustra con el ejemplo de la clonación de un gaur utilizando un óvulo de vaca.

💡Especie en peligro de extinción

Las especies en peligro de extinción son aquellas cuya supervivencia en la naturaleza está seriamente amenazada. El guion habla sobre la clonación de especies como el gaur y el banteng, que están cerca de la extinción. Este término es importante para entender los esfuerzos de conservación y la aplicación de la tecnología de la clonación para preservar la biodiversidad.

💡Clonación interespecie

La clonación interespecie es el proceso de clonar una especie utilizando un óvulo de otra especie. El guion menciona este enfoque como una técnica crucial para la resurrección de especies extintas o la clonación de especies en peligro de extinción. Este concepto es fundamental para comprender los desafíos y las soluciones tecnológicas en la biología de la reproducción asistida.

💡Tetraploide complementación

La tetraploide complementación es una técnica en la que se fusionan dos células en el desarrollo embrionario para crear un organismo con el doble de DNA. En el guion, se describe cómo se puede inyectar células IPS en un blastocisto tetraploide para desarrollar un animal. Este término es esencial para entender las nuevas técnicas en la biología del desarrollo y su potencial en la clonación y la reproducción asistida.

Highlights

克隆和干细胞技术可以用于复活生命。

克隆的两种方式：体细胞核移植和细胞重编程。

体细胞核移植的基本概念：将细胞核转移到空卵子中。

克隆可以产生胚胎干细胞，这些是身体的主细胞。

克隆的另一种选择是将胚胎植入代孕动物中，以创造完整生物体。

细胞重编程可以产生诱导多能干细胞（iPS细胞），类似于胚胎干细胞。

克隆技术已成功应用于多种物种，包括青蛙、绵羊、小鼠、山羊、猫和狗。

利用克隆技术，可以在奶牛的奶中产生人类白蛋白。

克隆技术可以用于重建灭绝动物，类似于《侏罗纪公园》。

克隆分为同种克隆和异种克隆，后者使用不同物种的卵子和细胞。

2000年，首次使用异种克隆技术克隆了濒临灭绝的物种——印度野牛。

克隆并非完全复制，因为每个细胞都包含两个基因组。

通过使用密切相关的物种，可以克服不同物种间克隆的障碍。

2003年，通过克隆技术成功诞生了一只小印度野牛。

克隆技术存在问题，但新技术正在解决这些瓶颈。

iPS细胞为保护生物学提供了新工具，可以用于恢复濒危和灭绝动物的基因。

四倍体互补技术可以用于产生含有iPS细胞的动物。

iPS细胞可以转化为精子和卵子，从而创造完整生物体。

尽管克隆技术存在挑战，但它为灭绝动物的复活提供了可能性。

Transcripts

Transcriber: Arthur Manookian Reviewer: Elisabeth Buffard

I'd like to speak to you

about the use of cloning and stem cells to resurrect life.

As you know, there are 2 ways to make copies of cells and organisms.

The first and most controversial

is cloning,

and that is also known as somatic cell nuclear transfer.

The concept is very simple,

you start out with an empty egg, that's the large circle you see

and then you place the cell you want to clone,

the smaller somatic cell right next to it,

then you send an electrical charge through the unit

and it damages the membrane between the two

and the nucleus of the cell you want to clone

dumps into that empty egg;

then you add some chemicals,

you fool that unit into thinking that it is fertilised,

it starts to divide

and you end up with what is known as preimplantation embryo.

Then you can do one of 2 things with that.

You can place that in a Petri dish

where you can turn that into embryonic stem cells

which are the master cells of the body

and they can turn into virtually every cell type.

And the other alternative

is that you can place that into a surrogate animal

to create an entire organism.

Another approach that is newer is known as Cell Reprogramming.

And that leads to what is known as induced pluripotent stem cells

or iPS cells.

You start out with a somatic cell on a piece of skin,

you throw in some transcription factors

and bring that differentiated cell back to a state of pluripotency

very much like an embryonic stem cell.

And we have new tricks now,

we can actually turn those cells into an entire organism as well.

So, to date, about 2 dozen different species have been cloned.

Back in 1958 John Gurdon cloned the first animal,

that was a frog,

In fact he was just recognised for that feat

a few months ago with the Nobel Prize,

and since that time, of course, there's been Dolly the cloned sheep,

and we and other groups have cloned mice and goats and even cats and dogs.

In fact, back in the 1990's, we cloned an entire herd of cows

from genetically modified cells.

So what you actually see here

are animals that are making human albumin in their milk,

So we could use the same approach to reconstruct extinct animals

à la Jurassic Park.

So in this case we took a skin biopsy from the ear of a cow,

we grew up the cells knocked in a gene cassette,

and then used ordinary eggs to create that herd of animals.

So similarly, as George Church would describe,

we can then take, say, an elephant cell, knock in the genes for tusks, or long ear,

or haemoglobin so he can live in a cold climate,

and then using the technique that I'll describe later,

we can create sperm and eggs and an entire organism from that.

So, there are 2 types of cloning.

One is known as interspecies cloning

and the other is intraspecies.

With the intraspecies,

you actually use the egg and the cell from the same species you want to clone,

but using this cross-species approach,

we can take the egg of one species to clone the cell from another.

And that's very important if you want to resurrect extinct animals

or if you want to clone endangered animals.

Back in 2000 we used this cross-species technique

to clone the first endangered species.

In this case it was a gaur,

which is a wild ox on the verge of extinction.

At the time everyone said, "That's not going to work, that's impossible."

and the reason for that

is that a clone isn't really entirely a clone.

It turns out that every cell has 2 genomes.

One is the mitochondrial genome,

and the mitochondria

are the organelles in the cell that make energy.

That's maternally inherited, so that will come from the egg.

And the other genome is the nuclear genome,

and that contains the genes that distinguish you and I

from an elephant or a mouse.

So those 2 genomes have to talk to one another,

and there's evidence that it can only occur

within 8 to 18 million years species radiation.

We got around that problem by using very closely related species,

concord and xenograft combinations.

In this particular case we had a gaur and a cow

and they are both in the Bos family.

Using that approach,

we were able to reconstruct these clone gaur embryos,

that may look like little circles to you,

but these are actually beautiful little gaur blastocysts.

The idea here was to create these embryos,

send them by FedEx off to a farm in Iowa

where they would be implanted into some ordinary cows.

It turned out that the first round we made

and put outside the door for the delivery truck guy to pick up,

unfortunately, we came the next morning, and they were still there.

But eventually FedEx did deliver a new round of these embryos,

they were indeed implanted into some animals.

I went to Iowa entranced over

We had 25% pregnancy rate.

Two of those we let continue onto term.

Unfortunately one of those aborted at late stage,

it was 202 days.

We let one of them continue to just day.

And here's Bessy, 8 months pregnant.

We were a bit nervous.

The whole world was following us, CNN was running in almost everyday

and we were concerned, "What if Bessy gave rise to an ordinary cow?

That would be very embarrassing!"

(Laugher)

And that's happened before.

So fortunately it did give rise to a beautiful little baby gaur.

It's a bit surreal

seeing this exotic endangered animal

that is normally born in bamboo jungles of Southeast Asia,

being born out in an Iwoa farm that reeked of cow manure,

but it was alive.

Died unfortunately 2 days later.

Everyone said, "See Bob, the technology doesn't work."

About 2 years later, we approached the San Diego zoo

and they came up with an animal that's known as banteng.

Only about 2000 of these animals are left on the planet.

And he had cells from this animal

that had been frozen away for a quarter of a century.

So they sent us a vial of these frozen cells

and again we put those into cow eggs, sent them back off to Iowa,

and indeed on April Fool's Day in 2003 we had a beautiful little baby banteng

which was ultimately transferred to San Diego zoo

where it lived with the other bantengs.

So this technology does work.

There are some problems,

but we have new technologies that I'll mention

that can now solve many of these bottlenecks.

I collect dinosaur fossils.

So when you go to my front door

the first thing you see is this Brantosaur's femur.

It's about 6 feet long and weighs 800 pounds.

And everyone goes, "Bob, you gotta clone it!"

and that animal was bigger than my house,

I don't know what the surrogate would be, although it is an egg!

(Laughter)

In any case, I actually live on an island,

and one day a USA Today reporter was there and said,

"You know, you have the island, you need the electric fence."

and I told him, "You can't clone from stone."

So you are not likely to see any dinosaurs in your back yard

any time soon.

But that doesn't mean extinction is necessarily forever.

You just heard from Alberto, about Celia,

so that was the first short-term success.

I remember back in 2000 going to Zaragoza, Spain

and meeting with them, meeting with the ministers.

That was only a few months after Celia had died

and we said we wanted to clone it.

They almost laughed and basically said that that was science fiction.

I actually still have a bottle of wine from one of the ministers

and I'm waiting I'm going to open it

when the first bucardos are released in the Pyrenees.

There are other species.

Mike Archer mentioned the gastric-brooding frog,

frozen cells, so hopefully we'll be able to resurrect that

using the cross species cloning.

But those techniques are limited as I mentioned,

so recently, a few months ago,

he shared the Nobel Prize with John Gurdon,

Dr Yamanaka discovered iPS cells,

these are the reprogrammed cells that I mentioned to you,

and using that approach we now have a new tool

for conservation biology.

So when Yamanaka published his paper showing for the first time

that we can make human iPS cells,

I published a letter in Science, saying that this could also be used

for conservation biology to restore genes

from endangered and extinct animals.

And that has been used successfully in some animals.

There are many techniques, this is just one of them here:

something known as Tetraploid complimentation.

What happens is, you start with your fertilised egg,

you let it divide the 2 cell stage,

and then you fuse those 2 cells so there's twice as much DNA in it,

that is why it is called the tetraploid.

And then you let that divide

and it continues to divide into what's known as a blastocyst.

That will only create the placenta, and extra embryonic membranes,

it will not create the embryo per say.

So you can inject iPS cells into that blastocyst

and they all to go on to become the animal

So you can start out with an embryo, surrogate that's white,

inject your iPS cells from a pigmented animal

and get all iPS animals, essentially clones.

So we can do that

and we can make iPS cells from almost any animals,

from horses, from avian species.

So you can make them very readily unlike the normal cloning procedure.

But the more likely way this is going to occur

is to actually turn the iPS cells into eggs and sperm.

You have just a little piece of skin from any endangered animal

or a closely related, say,

for the mammoth you can start with an elephant,

you add the transcription factors,

turn them into iPS cells

and then those can be coaxed into premodial germ cells

and then turn into either sperm or eggs.

And indeed that does work.

A few months ago for the first time

a group in Japan turned iPS cells into eggs

that resulted in live pups,

and a year before the same group turned iPS cells into sperm

that could create live pups as well.

So the goal for these extinct species is simply to start like an elephant cell,

upregulate the various genes for tusks, long ear, whatever,

and then you just create sperm and eggs,

and then you create an entire organism.

But just in case that doesn't work,

and for those of you who are Jurassic Park fans,

I actually have a piece of amber in my pocket

and it really does have a mosquito in it.

Thank you.

(Laughter)

(Applause)