Методы клонирования животных кратко

Обновлено: 02.07.2024

Возможность клонирования животных доказал Дж. Гердон, английский биолог, который первым сумел получить клонированные эмбрионы шпорцевых лягушек.

Он выжигал ультрафиолетом ядра икринок и затем подсаживал в них ядра, выделенные из клеток эпителия головастиков этого вида. Большая часть полученных таким образом икринок погибала, и лишь совсем маленькая их доля (2,5%) развивалась в головастиков.

Взрослых лягушек получить таким образом не удавалось. Тем не менее это был успех, и результаты опытов Гердона попали во многие учебники и руководства по биологии. В 1976 г. Гердон и его соавтор Р. Ласки публикуют работу, в которой описывают опыты с ядрами, выделенными из клеток почек, кожи и легкого уже взрослых шпорцевых лягушек.

Исследователи сначала подращивают эти клетки вне организма (in vitro), а затем вводят их ядра в безъядерные икринки. Четверть таких икринок начинает делиться, но вскоре замирает на одой из стадий развития. Тогда ученые выделяют ядра полученных эмбрионов и снова подсаживают их в лишенные собственных ядер икринки… В результате целой серии подобных пересадок на свет наконец-то появляется несколько головастиков. Хотя эксперименты Гердона и его последователей показали принципиальную возможность получения серийных клонов амфибий, появляющиеся на свет головастики упорно не желали превращаться во взрослых лягушек.

Вопрос, таким образом, по-прежнему заключался в том, можно ли вырастить из одной специализированной клетки его тела взрослое позвоночное животное. Опыты на амфибиях давали отрицательный результат, но ученые не прекращали исследований в этой области.

Более широкие исследования, охватывающие не только амфибий, но и рыб, а также дрозофил, в 1962 г. были начаты английским биологом Дж. Гордоном. Он первым в опытах с южноафриканскими жабами Xenopus laevis) в качестве донора ядер использовал не зародышевые клетки, а уже вполне специализировавшиеся клетки эпителия кишечника плавающего головастика.

Затем Гердон вместе с Ласки (1970) стали культивировать in vitro (вне организма в питательной среде) клетки почки, легкого и кожи взрослых животных и использовать уже эти клетки в качестве доноров ядер.

Примерно 25% первично реконструированных яйцеклеток развивались до стадии бластулы. При серийных пересадках они развивались до стадии плавающего головастика. Таким образом было показано, что клетки трех разных тканей взрослого позвоночного (X. laevis) содержат ядра, которые могут обеспечить развитие по крайней мере до стадии головастика.

В свою очередь Ди Берардино и Хофнер (1983) использовали для трансплантации ядра неделящихся и полностью дифференцированных клеток крови — эритроцитов лягушки Rana pipiens.

После серийной пересадки таких ядер 10% реконструированных яйцеклеток достигали стадии плавающего головастика. Эти эксперименты показали, что некоторые ядра соматических клеток способны сохранять тотипотентность.

Причины, по которым ядра клеток взрослых животных и даже поздних эмбрионов остаются тотипотентными, пока точно не установлены.

Решающую роль играет взаимодействие ядра и цитоплазмы. Содержащиеся в цитоплазме животных вещества принимают участие в регулировании экспрессии клеточного генов ядра.

Работы М. ди Бернардино и Н. Хоффера показали, что цитоплазма ооцитов амфибий содержит факторы, восстанавливающие тотипотентность ядер дифференцированных соматических клеток.

Эти факторы реактивируют репрессированные участки генома.

В 1985 г. была описана технология клонирования костных рыб, разработанная советскими учеными Л. А. Слепцовой, Н. В. Дабагян и К. Г. Газарян. Зародыши на стадии бластулы отделяли от желтка. Ядра клеток зародышей впрыскивали в цитоплазму неоплодотворенных икринок, которые начинали дробиться и развивались в личинки.

Эти эксперименты показали, что потеря ядром тотипотентности в процессе онтогенеза связана не с утерей генов, а их репрессией. При культивировании соматических клеток in vitro частота тотипотентности ядер увеличивается. Генетический механизм стабильной репрессии генома дифференцированных клеток не выяснен, способы восстановления тотипотентности не разработаны, поэтому в основном ведется клонирование путем трансплантации ядер эмбриональных клеток.

Пересадки ядер у млекопитающих начались позднее, в 80-х годах.

Это было связано с техническими трудностями, так как зигота млекопитающих имеет небольшие размеры. Например, диаметр зиготы мыши приблизительно 60 мкм, а диаметр оплодотворенной яйцеклетки лягушки около 1200 мкм, т.е. в 20 раз больше.

Достоверность полученных данных вначале была поставлены под сомнение, так как воспроизвести результаты проведенных экспериментов в других лабораториях не удавалось, однако пару лет спустя Дж. Мак Грат и Д. Солтер также достигли успеха. В этих экспериментах клоны мышей удавалось получить лишь в том случае, если трансплантировали ядра эмбрионов на стадии не позднее 2 бластомеров.

Возможно поэтому первые значительные успехи в клонировании эмбрионов были достигнуты на других видах млекопитающих, а не на мышах. Тем не менее, работы с мышами, несмотря на их непростую судьбу, значительно расширили наши представления о методологии клонирования млекопитающих.

1883 — Открытие яйцеклетки немецким цитологом Оскаром Гертвигом.

1977 — Профессор зоологии Оксфордского университета Дж.

Гордон клонирует более полусотни лягушек.

1985 — 4 января в одной из клиник северного Лондона родилась девочка у миссис Коттон — первой в мире суррогатной матери (зачата не из яйцеклетки миссис Коттон).

1987 — Специалисты Университета имени Дж. Вашингтона, использовавшие специальный фермент, сумели разделить клетки человеческого зародыша и клонировать их до стадии тридцати двух клеток (бластов, бластомеров).

Дж. Гордон

Первые успешные опыты по клонированию животных были проведены в середине 1970-х годов английским эмбриологом Дж. Гордоном (J. Gordon) в экспериментах на амфибиях, когда замена ядра яйцеклетки на ядро из соматической клетки взрослой лягушки привела к появлению головастика.

Это показало, что техника трансплантации ядер из соматических клеток взрослых организмов в энуклеированные ооциты позволяет получать генетические копии организма, послужившего донором ядер дифференциированных клеток. Результат эксперимента стал основанием для вывода об обратимости эмбриональной дифференцировки генома по крайней мере у земноводных.

В своем эксперименте Кэмпбелл и его коллеги извлекли из эмбриона овцы на ранней стадии развития (на стадии эмбрионального диска) клетку и вырастили культуру клеток, то есть добились того, что клетка размножилась в искусственной питательной среде.

Полученные генетически идентичные клетки (клеточная линия) сохранили тотипонентность. Затем ученые взяли яйцеклетку овцы-реципиента, тщательно удалили из нее весь хромосомный материал и добились ее слияния с тотипотентной клеткой из культуры.

Полученные синтетические эмбрионы выращивали до стадии морулы-бластулы, а затем имплантировали в матку овцы. В результате удалось вырастить нескольких нормальных ягнят, которые были генетически идентичны.

В принципе, после того, как получена устойчивая линия тотипонентных клеток, ничто не мешает вносить в них генетические изменения. Например, перестраивая или удаляя отдельные гены, можно создавать трансгенные линии овец и других сельскохозяйственных животных. Однако прежде чем эта технология найдет практическое применение, предстоит решить еще множество проблем.

Пока число клонированных животных очень мало по сравнению с числом исходных эмбрионов, из клеток которых удавалось получить культуру.

Многие клетки погибали, не успев достичь стадии бластоцисты. Не ясно, вызван ли высокий процент неудач разнообразными вредными факторами, воздействующими на клетку при манипуляциях с нею, или гетерогенностью самой клеточной линии.

Последнее менее вероятно, поскольку процент успешных случаев не меняется при пересевах культуры. Для прояснения этого вопроса необходимо исследовать другие тотипотентные клеточные линии.

Результативность пересадки ядра в яйцеклетку и ее последующее благополучное развитие зависит от адекватного перепрограммирования ядра донора.

Макромолекулы (белки и транспортная РНК) ооцита отвечают за его развитие только в течение сравнительно короткого времени (между двумя клеточными делениями), и чем этот период короче, тем меньше остается времени для перепрограммирования.

Клетки более зрелых эмбрионов требуют большего времени для перепрограммирования, поэтому вероятность успеха при их использовании снижается. Определенную роль играет также совместимость ядра донора и цитоплазмы реципиента, все еще слабо изученная.

Успех пересадки клеточных ядер связан по крайней мере с двумя факторами.

Во-первых, овулировавшие ооциты являются лучшими реципиентами, чем зиготы, либо потому, что у неоплодотворенных яйцеклеток остается больше времени для перепрограммирования, либо потому, что их цитоплазма является более подходящей.

Возможно, в цитоплазме ооцита есть элементы, необходимые для перестройки хромосом и активации генома и исчезающие после оплодотворения либо потому, что они каким-то образом связаны с реплицирующейся ДНК, либо в результате запрограммированного распада. Во-вторых, клетки с ядрами донора, взятыми на стадиях G1 или G0 клеточного цикла, развиваются гораздо лучше, чем клетки с ядрами со стадий S или G2. Интуитивно это кажется понятным, ведь перепрограммировать открытый реплицирующийся геном проще.

Клонирование животных возможно с помощью экспериментальных манипуляций с яйцеклетками (ооцитами) и ядрами соматических клеток животных in vitro и in vivo подобно тому, как в природе появляются однояйцевые близнецы.

В 1996 году появились их публикации по успешному рождению ягнят в результате трансплантации ядер, полученных из фибробластов плода овцы, в энуклеированные ооциты.

В окончательном виде проблема клонирования животных была решена группой Вильмута в 1997, когда родилась овца по кличке Долли — первое млекопитающее, полученное из ядра взрослой соматической клетки: собственное ядро ооцита было заменено на ядро клетки из культуры эпителиальных клеток молочной железы взрослой лактирующей овцы.

В дальнейшем были проведены успешные эксперименты по клонированию различных млекопитающих с использованием ядер, взятых из взрослых соматических клеток животных (мышь, коза, свинья, корова), а также взятых у мёртвых, замороженных на несколько лет, животных. Появление технологии клонирования животных вызвало не только большой научный интерес, но и привлекло внимание крупного бизнеса во многих странах. Подобные работы ведутся и в России, но целенаправленной программы исследований не существует.

В целом технология клонирования животных ещё находится в стадия развития. У большого числа полученных таким образом организмов наблюдаются различные патологии, приводящие к внутриутробной гибели или гибели сразу после рождения.

В апреле 2008 года Южнокорейские таможенники приступили к дрессировке семи щенков, клонированных из соматических клеткок лучшего корейского розыскного пса породы канадский лабрадор-ретривер.

По мнению южнокорейских ученых, 90 % клонированных щенков будут удовлетворять требованиям для работы на таможне, тогда как лишь менее 30 % обычных щенков проходят тесты на профпригодность.

Клонирование с целью воссоздания вымерших видов

Клонирование может быть использовано для воссоздания естественых популяций животных, вымерших по вине человека.

Несмотря на наличие определённых проблем и трудностей, первые результаты в данном направлении уже имеются.

Клонирование бантенгов

Произведшая клонирование американская компания Advanced Cell Technology сообщила, что в нем использовались клетки животных, которые умерли в 1980 году, не оставив потомства.

Бантенгов клонировали, перенеся их генетический материал в пустые яйцеклетки обычных домашних коров; из 16 зародышей до рождения дожили только два.

Императорский дятел

В последний раз императорского дятла видели в Мексике в 1958 году.

С тех пор орнитологи пытаются найти следы этой популяции, но безуспешно. Около десяти лет назад появились даже слухи, что птица еще живет на планете, но и они не подтвердились.

Зато в музеях остались чучела птицы. Научный сотрудник Дарвиновского музея Игорь Фадеев считает, что если операцию по выделению ДНК провести со всеми чучелами, которые находятся в разных странах мира, то дятла можно будет воскресить.

В разных музеях мира на сегодняшний день осталось лишь десять чучел императорского дятла.

Если проект увенчается успехом, то в недалеком будущем на нашей планете, возможно, вновь появится императорский дятел.

В Государственном Дарвиновском музее уверены, что последние методы молекулярной биологии позволяют выделить и воспроизвести ДНК этих птиц.

Дронт

В июне 2006 года голландские учёные обнаружили на острове Маврикий хорошо сохранившиеся останки дронта — вымершей исторически недавно (в XVII веке) нелетающей птицы.

Клонирование гигантских птиц

Планы по клонированию исчезнувших гигантских птиц были поставлены под сомнение в результате исследований учёных Оксфордского университета.

Выделив участки ДНК из останков вымерших птиц, ученые обнаружили, что их генетический материал настолько разрушен, что современная технология не позволяет провести полноценное клонирование. Цель научных работ состояла в возрождении вымерших несколько веков назад новозеландского страуса Моа, а также Мадагаскарского эпиорниса (птицы-слона).

Образцы ДНК были взяты из фрагментов тканей, сохранившихся в музеях. Однако ученые не смогли получить достаточную по своей длине цепочку ДНК, чтобы провести клонирование.

1970 — успешное клонирование лягушки

1985 — клонирование костных рыб

1996 — овечка Долли.

1997 — первая мышь..

1998 — первая корова.

1999 — первый козёл.

2001 — первая кошка.

2002 — первый кролик.

2003 — первые бык, мул, олень.

2004 — первый опыт клонирования с коммерческими целями (кошки).

2005 — первая собака (афганская борзая по кличке Снуппи).

2006 — первый хорёк

2007 — вторая собака

2008 — третья собака (лабрадор по кличке Чейс).

Начало коммерческого клонирования собак

Клонирование животных достигается в результате переноса ядра из дифференциированной клетки в неоплодотворенную яйцеклетку, у которой удалено собственное ядро (энуклеированная яйцеклетка), с последующей пересадкой реконструированной яйцеклетки в яйцевод приемной матери. Первые успешные опыты по клонированию животных были проведены в середине 1970-х гг. английским эмбриологом Дж. Гордоном (Gordon) в экспериментах на амфибиях, когда замена ядра яйцеклетки на ядро из соматической клетки взрослой лягушки привела к появлению головастика.

Это показало, что техника трансплантации ядер из соматических клеток взрослых организмов в энуклеированные ооциты позволяет получать генетические копии организма, послужившего донором ядер дифференциированных клеток, и стало основанием для вывода об обратимости эмбриональной дифференцировки генома по крайней мере у земноводных.

В 1996 появились их публикации по успешному рождению ягнят в результате трансплантации ядер, полученных из фибробластов плода овцы, в энуклеированные ооциты. В конечном виде проблема клонирования животных была решена группой Вильмута в 1997, когда родилась овца по имени Долли — первое животное, полученное из ядра взрослой соматической клетки: собственное ядро ооцита было заменено на ядро клетки из культуры эпителиальных клеток молочной железы взрослой лактирующей овцы.

Появление технологии клонирования животных вызвало не только большой научный интерес, но и привлекло внимание крупных компаний и финансового бизнеса во многих странах. Подобные работы ведутся и в России, но целенаправленной программы исследований не существует.

В целом технология клонирования животных еще находится в стадия развития. У большого числа полученных таким образом организмов наблюдаются различные патологии, приводящие к внутриутробной гибели или гибели сразу после рождения.

Использование технологии клонирования предоставляет уникальную возможность получать фенотипически и генетически идентичных животных, которые могут быть использованы для решения различных теоретических и практических задач, стоящих перед биомедициной и сельским хозяйством.

В частности, использование клонирования животных должно способствовать изучению проблемы тотипотентности диффренциированных клеток, развития и старения организмов, злокачественного перерождения клеток.

Благодаря технологии клонирования появилась возможность ускоренной генетической селекции и тиражирования животных с рекордными производственными показателями. В сочетании с трансгенозом (см. Трансгенные животные) клонирование животных открывает дополнительные возможности для производства ценных биологически активных белков, используемых для лечения различных заболеваний человека. Клонирование животных позволит проводить испытания медицинских препаратов на идентичных животных. В медицине представляется перспективной клеточная терапия на базе использования клонированных клеток.

Такие клетки должны компенсировать недостаток и дефект собственных клеток организма и, главное, не будут отторгаться при трансплантации. Технология клонирования животных позволит, по-видимому, осуществлять и широкомасштабную ксенотрансплантацию органов, т. е. замену отдельных органов человека на соответствующие органы клонированных животных.

В вопросе клонирования человека в настоящее время существует как техническая, так и большая этическая проблемы. В большом числе стран использование данной технологии применительно к человеку официально запрещено и преследуется по закону (США, Франция, Германия, Япония), причем во Франции, например, за эксперименты по клонированию человека предусмотрено тюремное заключение сроком до 20 лет.

Это, однако, не исключает окончательно возможность ее использования в будущем, после детального изучения молекулярных механизмов взаимодействия цитоплазмы ооцита-реципиента и ядра соматической клетки-донора, а также совершенствования самой техники клонирования животных.

В частности, в Англии уже разрешено проведение экспериментов по клонированию с использованием эмбриональных клеток человека. Вместе с тем надо помнить, что остается одно ясное и принципиальное ограничение, связанное с клонированием человека: интеллект человека клонировать нельзя.

Создание клонов – давняя мечта научных исследователей, которая была отображена во многочисленных литературных и фильмографических произведениях. С недавних пор данная мечта реализовалось – клонирование животных стало реальностью.

Что такое клон
Какие животные были клонированы?
Методы клонирования
Зачем нужны клоны?
Трудности и проблемы при клонировании млекопитающих
Проблема клонирования человека

Что такое клон

Любой живой организм имеет некоторую программу развития (онтогенеза), которая зашифрована в дезоксирибонуклеиновой кислоте. Дезоксирибонуклеиновая кислота – это полимерное соединение, состоящие из мономеров – нуклеотидов, которые объединены в триплеты. Расположение нуклеотидов и триплетов индивидуальное у каждого живого организма – это является основой индивидуальных отличий одного живого существа от другого, принадлежащих к одному виду, семейству, отряду и так далее.

Клонирование – это биотехнологический процесс, в ходе которого происходит образование группы идентичных организмов (клеток или молекул – в клеточной инженерии), которых имеют одинаковую последовательность триплетов в ДНК. Такие организмы называются клонами.

Какие животные были клонированы?

Идея клонирования животных зародилась в учёных кругах более ста лет назад. Первыми клонированными животными являются представители класса амфибий. Английский эмбриолог Джордж Гёрдон проводил эксперименты по созданию копий лягушек. В данных опытах производилось пересадка ядер кишечника головастиков. В результате эксперимента было доказано, что первичные половые клетки могут сохраниться с пересаженными в них ядрами. Данное исследование встретило колоссальную негативную реакцию со стороны общественности, и работы по проведению клонирования амфибий были прекращены на несколько лет. Позже в начале 1970-ых годов была произведена пересадка ядер из соматической клетки взрослой лягушки в ооциты, из которых позже выросли головастики, а затем и взрослые лягушки.

После успешного клонирования лягушек ученые принялись проводить эксперименты по созданию копий представителей класса млекопитающих. Ходят слухи, что в закрытых лабораториях советским ученым в конце восьмидесятых годов удалось получить несколько клонов домовой мыши. Официально первым млекопитающим, которое было получено путем пересадки ядра из соматической клетки в генеративную, является овца по кличке Долли. Клонирование Долли произошло в результате деятельности шотландской группы исследователей в 1996 году. С тех пор были получены клоны целого ряда млекопитающих:

мышь;
морской ёж;
коза;
тутовый шелкопряд;
насекомые (например, дрозофилы);
корова;
лошадь;
свинья.

Методы клонирования

Клонирование живых организмов осуществляется в рамках молекулярной инженерии, поэтому методы клонирования отчасти пересекаются с методами обозначенной науки.

Метод пересадки ядер

Любая живая клетка состоит из двух основных компонентов: ядра и цитоплазмы. Цитоплазма – хранилище органоидов, в котором они осуществляют свою жизнедеятельность. Ядро – это хранилище генетической информации, также с помощью ядра реализуются такие процессы, как наследственность и изменчивость. При реализации метода пересадки ядер происходит банальное встраивание ядра соматической клетки в генеративную, однако данная технология возможна лишь при работе с амфибиями. При пересадке ядер млекопитающих используется иная технология, суть которой заключается в следующем: посредством микропипетки соматическую клетку вводят под оболочку яйцеклетки, затем, используя электрический ток, проводят разряд, в результате которого происходит столкновение двух субстратов и тем самым обе клетки сливаются в единую, которая содержит генетическую информацию соматической клетки (так как ядро яйцеклетки было предварительно разрушено). Далее наступает стадия культивирования, а затем реализуется имплантация имеющегося эмбриона на этапе морулы (2-ой этап эмбрионального развития млекопитающих) в матку животного данного вида. Данная биотехнология является самой передовой, она использовалась при клонировании овечки Долли.

Метод разделения эмбриона на первых стадия дробления

Метод активации неоплодотворенного яйца

Данная технология является одной из первых методик клонирования животных, с её помощью получилось создать клон тутового шелкопряда. Яйцеклетку термически нагревали, не давая произойти первому мейотическому делению, из яйца вылуплялись самки. Позже метод был усовершенствован: под воздействием гамма-излучения, что делало женскую половую клетку не способной к оплодотворению, а проникшее ядро сперматозоида удваивалось, в результате чего появлялись только самцы. Открытие данного метода принадлежит советскому деятелю Астраулову

Зачем нужны клоны?

Клонирование животных – крайне дорогостоящая процедура, однако её проведение имеет теоретический и практический смысл. Во-первых, способность клонировать животных позволяет человеку получить еще больший контроль над природой. Во-вторых, клонирование позволяет понять устройство механизма реализации генетической информации, перенесенной в другой организм, а также подтвердить или опровергнуть гипотезу о накоплении мутаций в ДНК (если гипотеза верна. то клоны должны быть подвержены более быстрому старению). В-третьих, ученые грезят надеждами о том, чтобы сначала воссоздать, а затем клонировать вымершие виды животных, правда, пока что подобное остается лишь в головах исследователей и не имеет практических путей реализации. Клонирование практически применимо для следующих целей:

спасение вымирающих видов животных (посредством клонирования особей из Красной книги возможно размножение последних в искусственных ареалах обитания с последующим заселением клонов в естественную среду);
накопление и увеличение количества полезных и породистых особей;
клонирование человека – принесет возможность разрешить многие вопросы социологии и психологии, а также позволит создавать донорскую базу органов (однако данная цель активно подвергается гонениям со стороны церкви и биоэтических комитетов).

Трудности и проблемы при клонировании млекопитающих

Трудности клонирования заключаются в финансовых затратах на низкоэффективные процедуры. Дело в том, что в эксперименте с овечкой Долли понадобилось 277 попыток для того, чтобы создание клона овцы завершилось успехом. Проблемы клонирования многочисленны, обозначим самые значимые из них:

Низкая эффективность процедуры (см выше).
Быстрое старение и появление заболеваний у клонов. Это происходит, скорее всего, в результате накопления мутации в ДНК, которое было использовано донором для получения клона. При рождении копий не отмечалось проблем со здоровьем, однако впоследствии наблюдалось резкое старение, возникновение заболеваний органов и систем, а также ранняя смертность. Данная проблема до сих пор не решена учеными, так как невозможно защитить ДНК от свободнорадикальных мутаций, которые происходят с ней на протяжении жизнедеятельности особи.
Отличие клонов от оригинала. Несмотря на единую генетическую информацию, отличия между клоном и оригиналом возможны вследствие двух причин:

разные условия фенотипического развития организма;
инактивация хромосом во время ранних стадий эмбрионального развития.

Проблема клонирования человека

О клонировании человеческой особи мыслители думали еще в древности. На текущем этапе развития науки это стало возможным (подтверждением данных слов являются эксперименты с клонированием человеческих эмбрионов в Китае). Однако перед учеными встает ряд преград:

Однако абсолютно по-другому картина раскрывается при рассмотрении процедуры клонирования в терапевтических целях, дело в том, что стволовые клетки эмбриона с одинаковой генетической информацией, что и у хозяина, позволят продлить жизнь и омолодить оригинал, а эмбрион просто будет убит. Но данное грамотное использование процедуры создания копий наталкивается на протест со стороны биоэтики, так как многие видные представители последней считают уничтожение эмбриона – убийством.

Клонировали ли человека? На этот вопрос нельзя дать однозначного ответа. С одной стороны, определенно да, так как в последние годы в Китае удалось создать клоны человеческих эмбрионов, с другой стороны, нет четкого понятия в современной общественной науке, с какого момента эмбрион может считать человеком.

Серия процессов, позволяющая получить генетически идентичные копии живого организма, известна как клонирование. Существует три метода. Первым клонированным млекопитающим стала овца по имени Долли. Это случилось в 1996 году.

На рисунке показаны основные этапы репродуктивного клонирования, позволившего создать Долли. Клетку взяли из вымени биологической матери Долли. Ядро извлекли из яйцеклетки другой овцы. Затем ядро клетки матери Долли ввели в яйцеклетку и спровоцировали деление. Яйцеклетка — теперь уже эмбрион — была подсажена третьей овце, суррогатной матери. Долли родилась естественным путем в Рослинском институте в Эдинбурге, в Шотландии

Известна польза терапевтического клонирования для медицины: с его помощью создают эмбриональные стволовые клетки. Такие клетки используются для строительства, поддержания и восстановления организма. Так как все это происходит естественным образом, их применяют для лечения поврежденных или зараженных органов. Тем не менее, стволовые клетки одного человека, пересаженные другому, провоцируют иммунный ответ. Ученые рассматривают клонирование как способ создать стволовые клетки, генетически идентичные организму, который их использует. В будущем с помощью этих клеток можно было бы восстанавливать ткани и даже заменять органы целиком.

Овечка Долли

Овечка Долли родилась здоровой и впоследствии принесла шесть ягнят. Она прожила всего шесть лет и умерла от заболевания легких. Вероятно, болезнь возникла из-за того, что Долли проводила слишком много времени в помещении — она была очень ценной особью, и ее не могли оставить в поле. Однако было также высказано предположение, что хромосомы Долли старше ее — они не обновились, переходя от матери. Не исключено, что это стало причиной ранней смерти

Другие эксперименты по клонированию проводили с рыбами, свиньями, кошками, крысами и верблюдом-дромадером. Ученые клонировали дикого быка гаура, находящегося на грани исчезновения, чтобы продемонстрировать возможности науки для увеличения популяций редких животных и даже воссоздания вымерших. Генетики берут образцы генетического материала у вымирающих животных в надежде, что в случае необходимости их можно будет клонировать.

Обзор

Автор

Редакторы

Спонсором приза зрительских симпатий выступила компания BioVitrum.

Сегодня существует ряд этических преград для дальнейшего развития клонирования, тем более в отношении человека. Некоторые мировые религии считают клонирование человека недопустимым. В некоторых странах клонирование запрещено вообще. В части стран запрещено клонирование, при котором воспроизводится целый многоклеточный организм [3].

Клонирование в биологии — это появление естественным или искусственным путем нескольких генетически идентичных живых организмов. Термин в том же смысле нередко применяют по отношению к одноклеточным организмам и клеткам многоклеточных организмов.

Естественное клонирование

В действительности, клонирование свойственно и растительному, и животному мирам. Например, вегетативное размножение растений, деление бактерий, клональное размножение ящериц. В том числе рождение близнецов у людей — тоже пример естественного клонирования.

Искусственное клонирование

Это группа методов, при которых целенаправленно создаются клоны молекул, клеток, многоклеточных организмов.

Бактериальное клонирование — это целенаправленное создание и выращивание бактериальных клонов для биотехнологий.

Молекулярное клонирование, при котором получают клоны фрагмента ДНК, а затем вставляют в необходимые клетки.

Искусственное клонирование многоклеточных организмов. При этом виде клонирования можно создать клоны клеток, тканей, целого органа или даже организма. Именно искусственное клонирование многоклеточных организмов является предметом споров и разногласий научного сообщества, религии, и предметом этой статьи.

Немного о биологии размножения многоклеточных организмов

Совокупность наследственного материала клетки называется геномом. Многоклеточные организмы — эукариоты. Одной из особенностей эукариотических клеток является то, что наследственный материал находится в ядре клетки в виде хромосом, а также в виде кольцевидной ДНК в митохондриях.

Хромосома — нитевидная структура, состоящая из ДНК и белков. Именно ДНК несет генетическую информацию. Например, в ядре клеток человека содержится 23 пары хромосом (то есть всего 46) [4]. В половых клетках человека содержится половина — 23 хромосомы. При соединении двух половых клеток — маминой и папиной — получается клетка зигота с 46-ю хромосомами (рис. 1). Зигота дает начало всем будущем клеткам и тканям организма. Таким образом, в естественных условиях все клетки многоклеточного организма несут генетическую информацию от своих отца (мужской гаметы) и матери (женской гаметы) [5]. Клетки, содержащие 23 хромосомы, называются гаплоидными, а содержащие все 46 хромосом — диплоидными. В организме млекопитающих все клетки, кроме половых, являются диплоидными соматическими [4], [6].

Рисунок 1. Результат оплодотворения — зигота человека

У разных млекопитающих — разное количество хромосом (см. табл.).

Название млекопитающего	Количество хромосом диплоидного набора	Количество хромосом гаплоидного набора
Человек	46	23
Шимпанзе	48	24
Овца	54	27

Немного истории клонирования

У клонирования сложный и тернистый путь.

В 40-х годах прошлого века советский ученый-эмбриолог Г.В. Лопашов проводил эксперименты по переносу клеточных ядер в энуклеированную (лишенную ядра) яйцеклетку земноводных. Аналогичные работы с земноводными проводили эмбриологи Т. Кинг и Р. Бриггс в США. В 50-х годах английский эмбриолог Д. Гордон пересаживал ядра соматических клеток в яйцеклетки лягушки. В 1963 году Тонг Дизхоу получал клоны карпа. В 1975 году были опубликованы результаты успешной работы Д. Бромхола по клонирования кроликов. В 1983 году Л.А. Слепцова и ее коллеги клонировали костистых рыб (вьюнов). В 80-х годах прошлого столетия ученый С. Вилладсен провел серию успешных опытов по клонированию сельскохозяйственных животных путем переноса в яйцеклетку ядра зародыша. В 1997 году Йэн Уилмат и Кейт Кэмпбелл из Шотландии объявили о прорыве: проведено клонирование овцы с использованием соматической, не зародышевой, клетки [1], [7]!

Долли — самка овцы, первое млекопитающее, которое смогли клонировать из зрелой соматической клетки путем замещения ядра. Технология получения этого клона была следующей.

Рисунок 2. Схема клонирования овцы Долли

Например, клонирование может помочь получить животных и растения с необходимыми параметрами, такими как плодовитость, устойчивость к болезням. Опыты с клонированием могут помочь в лечении болезней. Очень интересной является перспектива использования клонирования для восстановления популяции вымерших или вымирающих видов. Отдельного внимания заслуживают опыты терапевтического клонирования — получение культуры стволовых клеток для разработки новых методов терапии тяжелых заболеваний, например, онкологических [7].

Клоны — кто они — чудо или чудовища? Некоторые ученые считают клонирование панацеей в избавлении от генетических болезней, кто-то видит в этой технологии вселенское зло, ибо кто есть клон — искусственный человек без души? Мы постараемся ответить на эти и другие вопросы о таком противоречивом явлении.

САМАЯ ЗНАМЕНИТАЯ ОВЦА В МИРЕ

Клонирование человека — вопрос этики, а не технологии.

Клонирование — тоже часть биотехнологий. Это создание точной копии объекта: человека, животного или растения. Растения часто создают своих клонов, размножаясь вегетативным способом. Клонирование человека вызывает мощный резонанс в обществе. В большинстве своем он связан с нарушением этических норм. А вот клонирование животных — вещь вполне реальная и даже неоднократно опробованная учеными.

Самый известный из четвероногих клонов — овца Долли. Пятого июля 1996 года на свет появилось первое официально клонированное животное. Мир узнал о мощном прорыве в генетике лишь спустя семь месяцев после рождения овцы.

Долли стала одной из многочисленных попыток ученых получить клон живого организма. До нее эта же группа ученых безуспешно пыталась клонировать еще двух овец, однако они почти сразу умерли.

Эксперимент поставила группа генетиков под руководством Яна Вилмута и Кита Кэмпбелла в Рослинском институте в Шотландии. В процессе создания Долли в 277 овечьих яйцеклеток были подселены ядра из неполовых клеток животного. В результате подсадки образовалось 29 эмбрионов, из которых выжил лишь единственный — зародыш Долли.

Долли прожила всего 6 лет, хотя средний возраст овец — 10-12 лет. Она умерла 14 февраля 2003 года. Причиной смерти стало прогрессирующее заболевание легких, вызванное ретровирусом. От таких болезней чаще страдают старые овцы. Однако ученые так и не доказали, что проблемы с легкими вызвало именно преждевременное старение подопытной. Вероятно, Долли заболела из-за безвылазного пребывания в помещении. Ее практически не выгуливали, а солнце, зеленая трава и свежий воздух — залог здоровья и долголетия овец. Овечку также долгое время мучил артрит, вызванный избыточным весом тела. Ученые поняли, что обе болезни медленно убивают несчастное животное. После этого было принято решение усыпить овцу.

За свою недолгую по овечьим меркам жизнь Долли успела родить шесть ягнят и стать любимицей многих ученых и людей во всем мире.

ДОЛЛИ — ТЕЗКА АМЕРИКАНКОЙ ПЕВИЦЫ

Новорожденному ягненку-клону присвоили идентификационный код 6LL3. Свое имя Долли получила лишь через несколько месяцев, когда ученые убедились, что животное жизнеспособно. Овцу назвали в честь американской кантри-певицы Долли Партон.

После успеха с Долли ученые вошли в кураж и опробовали эксперимент с клонированием на других млекопитающих: мышах, лошадях, быках, кошках и собаках. Проводились опыты по клонированию замороженных мертвых животных. Это дало ученым надежду возродить вымершие виды животных.

Ученые верят: однажды путем клонирования им удастся воссоздать вымершие виды животных. Однажды им удалось клонировать вымершее животное. Пиренейский каменный козел исчез в 2000 году. Используя замороженные клетки последнего представителя этого вида, генетики применяли ту же технику, что и с Долли. Клонирование прошло успешно, но родившийся козленок умер из-за патологии легких через несколько минут после рождения.

Ученые дали миру понять, что клонирование может спасти вымирающие виды, а также дать жизнь искусственным видам и породам. Но такие простые методы, как в случае с Долли, не в силах решить проблему генетического разнообразия. Для ее решения нужны более дорогие и гибкие подходы.

Появление Долли вызвало у общества ряд этических и философских вопросов. Начались разговоры о клонировании человека, к которым религиозные деятели отнеслись критически. Правительства некоторых стран ограничили финансирование исследований по клонированию. А парламенты запретили разработки, нацеленные на клонирование человека.

ВИДЫ КЛОНИРОВАННЫХ ЖИВОТНЫХ

Помимо Долли в разные времена ученым удалось клонировать и других животных. Хронология клонирования животных:

1970 — успешное клонирование лягушки;
1985 — клонирование костных рыб;
1987 — мышь;
1996 — овца Долли;
1998 — корова;
1999 — козел;
2001 — кошка;
2002 — кролик;
2003 — бык, мул, олень;
2005 — собака (афганская борзая по кличке Снуппи);
2006 — хорек;
2007 — вторая собака;
2008 — третья собака (лабрадор по кличке Чейс). Клонирована по государственному заказу;
2009 — первое успешное клонирование верблюда. Также впервые в Иране была успешно клонирована коза;
2011 — восемь клонированных щенков койота.

Благодаря достижениям ученых-генетиков мир узнал о том, что такое клонирование. Техника клонирования открывает множество возможностей. Хочется верить, что такие опыты служат лишь полезным целям, таким как спасение жизни, сохранение вымирающих видов и восстановление вымерших видов животных.

А как же обстоят дела с клонированием людей? До сих пор нет никаких доказательств того, что клонирование людей когда-либо осуществлялось. До сих пор наука не ответила на массу любопытных вопросов. Например, если вы клонируете себя и сможете украсть органы своего клона, будете ли вы виновным? Или если начнется работа с генами человека, получится ли у ученых создать идеальный генофонд? А главное: что будет, если клонировать клона?

НЕ ТАКИЕ УЖ МЫ И РАЗНЫЕ

ДНК всех людей совпадает на 99,9%. Лишь 0,1% есть то, что делает нас разными.

Читайте также: