Клонирование

"Бог создал человека по Своему образу и подобию, следовательно,

Человек должен жить вечно и бесконечно увеличивать свои знания

... клонирование — только один шаг"

Ричард Сид

Термин "клон" происходит от греческого слова "klon", что означает -

веточка, побег, черенок, и имеет отношение прежде всего к вегетативному

размножению. Клонирование растений черенками, почками или клубнями в

сельском хозяйстве, в частности в садоводстве, известно уже более 4-х тыс.

лет. При вегетативном размножении и при клонировании гены не распределяются

по потомкам, как в случае полового размножения, а сохраняются в полном

составе в течение многих поколений.

Однако у животных есть препятствие. По мере роста их клеток, они в ходе

клеточной специализации - дифференцировки - теряют способность

реализовывать всю генетическую информацию, заложенную в ядре

Возможность клонирования эмбрионов позвоночных впервые была показана в

начале 50-х годов в опытах на амфибиях. Опыты с ними показали, что серийные

пересадки ядер и культивирование клеток in vitro в какой-то степени

увеличивает эту способность.

Уже в начале 90-х была решена и проблема клонирования эмбриональных клеток

млекопитающих. Реконструированные яйцеклетки крупных домашних животных,

коров или овец сначала культивируют не in vitro, a in vivo - в перевязанном

яйцеводе овцы - промежуточного (первого) реципиента. Затем их оттуда

вымывают и трансплантируют в матку окончательного (второго) реципиента -

коровы или овцы соответственно, где их развитие происходит до рождения

детеныша.

Статья Уилмута с соавторами, появившаяся в начале 1997 года стала

сенсационной именно потому, что впервые клональное животное (овца по кличке

Долли) появилось в результате использования донорского ядра клетки молочной

железы взрослой овцы. У этого первого успешного эксперимента есть

существенный недостаток - очень низкий коэффициент выхода живых особей

(0,36%). Однако он доказывает возможность полноценного клонирования, (или

получения копии взрослого человека). Остаётся лишь разрешить технические и

этические вопросы.

Самое интересное, что методология клонирования, использованная Уилмутом

была подготовлена в СССР ещё в 1987-ом году, но в Академии наук на это

прореагировали вяло - не до того, видимо…

Но вернёмся к клонированию человека. Существует несколько способов обойти

этические проблемы – вырашивать отдельные органы из клеток рецепиента или

использовать животных. Но это только "косметический" метод. Реальный шаг к

бессмертию - искуственое изменение ДНК. В июне 2000 года и случилось то,

чего так долго ждали и чего некоторые так боялись. Появилось сообщение, что

ученым из уже знаменитой своей овцой Долли шотландской фирмы PPL

Therapeutics (коммерческого отделения Розлин Института в Эдинбурге) удалось

получить успешные клоны овечек с измененной ДНК. Шотландские ученые смогли

осуществить клонирование, при котором генетический материал клона был

"подправлен" с лучшую сторону. Однако именно этого, генетического

вмешательства и боятся многие противники клонирования.

Хотя Существует и уже узаконенный путь обхода запрета на клонирование

человека, который называется "терапевтическое" клонирование человеческих

существ. Речь идет о создании ранних эмбрионов - своего рода банка

донорских тканей для конкретных индивидуумов. Именно используя, его

американская компания Advanced Cell Technology Inc. (ACT, городе Вустер,

штат Массачусетс) объявила в ноябре 2001 года об успешном клонировании

человеческого эмбриона.

Интересно отметить, что эта компания в октябре получила правительственный

грант 1.8 млн. $ на проведение исследований в области биотехнологии.

Порадовала и реакция конкурентов: "Я очень рада, что мы не одиноки. Мы

получаем эмбрионы, каждый день", - заявила директор Clonaid Бриджит Боселье

(Brigitte Boisselier).

Для эксперимента учёные использовали в общей сложности 17 женских

яйцеклеток: удалив из них ядра, они внедрили на их место ядра,

позаимствованные из клеток кожи взрослого человека. В трёх яйцеклетках

начался нормальный процесс роста и деления. Когда эмбрионы состояли из 6-ти

клеток каждый, учёные прервали их дальнейшее развитие с тем, чтобы

использовать полученные клетки для дальнейших исследований.

Следует отметить, что стволовые клетки, которые, собственно, и являются

предметом интереса ученых, занимающихся исследованиями в области

терапевтического клонирования, можно выделить только из эмбриона, в своем

развитии достигшего стадии бластоцисты ( около сотни клеток). Однако

специалисты ACT заявляют, что созданные ими, в другом эксперименте,

обезьяньи зародыши развились до стадии бластоцисты. Из эмбрионов были

выделены стволовые клетки, которые в ходе их специализации удалось

превратить в нейроны. Сообщается, что эти нейроны оказались в состоянии

вырабатывать допамин и серотонин - два важнейших гормона, которые

вырабатываются мозгом.

В интервью CNN президент компании ACT доктор Майкл Вест сказал, что его

компания не заинтересована в клонировании людей, и что она не создавала

эмбрион человека для репродуктивных целей "Мы только хотим помочь больным

людям, нуждающимся в помощи, и в этом состоит работа всего нашего центра"

Для этого используются стволовые клетки (упрощенно - клетки ранних

человеческих зародышей.). Потенциал роста стволовых клеток просто

фантастический - достаточно вспомнить, что триллионноклеточный организм

новорожденного человека образуется из одной-единственной клетки всего лишь

за 9 месяцев! Но еще больше впечатляет потенциал дифференцировки - одна и

та же стволовая клетка может трансформироваться в любую(!) клетку человека,

будь то нейрон головного мозга, клетка печени или сердечный миоцит.

"Взрослым" клеткам такая трансформация не по силам. Одно уникальное

свойство этих клеток превращает их в поистине бесценный объект для

медицины. "Чужие" стволовые клетки, введенные в организм человека,

отторгаются гораздо слабее, чем пересаженные целые органы, состоящие из уже

дифференцированных клеток. Это означает, что в принципе можно выращивать в

лабораторных условиях предшественники самых разных клеток (сердечных,

нервных, печеночных, иммунных и др.), и затем трансплантировать их тяжело

больным людям вместо донорских органов.

Однако внезапно обнаружился вероятный предел клонирования - шесть

поколений. А в январе 2001 года появилась информация об открытии, которое

может сделать клонирование просто не нужным. Удалось повернуть вспять

биологические часы внутри человеческой клетки, заставив ее вернуться к

состоянию, в котором она находилась на момент образования в эмбрионе.

Но все ждут - когда-же появится первый клонированный человек. И если Ричард

Сид, объявивший об этой цели ещё в 1998-м году изчез в тени. Другой

"старейший" игрок - секта "раэлитов" - по прежнему активна. Раэлиты

убеждены в существовании вестников из космоса, которые указали человечеству

путь к процветанию — экспоненциальный рост научной мощи и все более

активное вмешательство в природные процессы. Представители секты и не

думают скрывать, что финансируют эксперименты по клонированию человека. В

феврале 2002 го года глава и основатель секты 55-летний канадец Клод

Ворильон, бывший спортивный репортер, ныне известный как Раэль, заявил, что

исследования компании «Клонэйд», приостановившей свою деятельность по

клонированию человека из-за преследований правительства США, продолжаются в

секретной лаборатории: «Процесс протекает успешно, ребенок родится через 12

или 24 месяца». После этого ещё несколько организаций заявило о том, что

ждёт появления человеческого клона. И вот, наконец, в начале 2003-го года

Раэлиты заявили о том что первый клонированный человек появился, но, к

сожалению, пока никаких интересных подробностей неизвестно

КЛОНИРОВАНИЕ. История и Методология

Первые опыты на амфибиях

Возможность клонирования эмбрионов позвоночных впервые была показана в

начале 50-х годов в опытах на амфибиях. Американские исследователи Бриггс и

Кинг разработали микрохирургический метод пересадки ядер эмбриональных

клеток с помощью тонкой стеклянной пипетки в лишенные ядра

(энуклеированные) яйцеклетки. Они установили, что если брать ядра из клеток

зародыша на ранней стадии его развития - бластуле, то примерно в 80%

случаев зародыш благополучно развивается дальше и превращается в

нормального головастика. Если же развитие зародыша, донора ядра,

продвинулось на следующую стадию - гаструлу, то лишь менее чем в 20%

случаев оперированные яйцеклетки развивались нормально. Эти результаты

позже были подтверждены и в других работах.

Большой вклад в эту область внес английский биолог Гердон. Он первым в

опытах с южноафриканскими жабами Xenopus laevis (1962) в качестве донора

ядер использовал не зародышевые клетки, а уже вполне специализировавшиеся

клетки эпителия кишечника плавающего головастика. Ядра яйцеклеток

реципиентов он не удалял хирургическим путем, а разрушал ультрафиолетовыми

лучами. В большинстве случаев реконструированные яйцеклетки не развивались,

но примерно десятая часть их них образовывала эмбрионы. 6,5% из этих

эмбрионов достигали стадии бластулы, 2,5% - стадии головастика и только 1%

развился в половозрелых особей (рис. 1). Однако появление нескольких

взрослых особей в таких условиях могло быть связано с тем, что среди клеток

эпителия кишечника развивающегося головастика довольно длительное время

присутствуют первичные половые клетки, ядра которых могли быть использованы

для пересадки. В последующих работах как сам автор, так и многие другие

исследователи не смогли подтвердить данные этих первых опытов.

Позже Гердон модифицировал эксперимент. Поскольку большинство

реконструированных яйцеклеток (с ядром клетки кишечного эпителия) погибают

до завершения стадии гаструлы, он попробовал извлечь из них ядра на стадии

бластулы и снова пересадить их в новые энуклеированные яйцеклетки (такая

процедура называется "серийной пересадкой" в отличие от "первичной

пересадки"). Число зародышей с нормальным развитием после этого

увеличивалось, и они развивались до более поздних стадий по сравнению с

зародышами, полученными в результате первичной пересадки ядер.

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 сною очередь ДиБерардино и Хофнер использовали для трансплантации ядра

недслящихся и полносгью дифференцированных клеток крови - эритроцитов

лягушки Rana pipiens. После серийной пересадки таких ядер 10%

реконструированных яйцеклеток достигали стадии плавающего головастика.

Однако даже с помощью многократных серийных пересадок (более 100 клеточных

циклов) реконструированные яйцеклетки дальше стадии головастика не

развивались.

Таким образом, во многих работах показано, что в случае амфибий донорами

ядер могут быть лишь зародыши на ранних стадиях развития. Некоторые авторы

называют подобные эксперименты клонированием амфибий, хотя правильнее

называть их клонированием эмбрионов амфибий, так как в этом случае мы

размножаем бесполым путем не взрослых животных, а зародышей.

Дифференцировка клеток в ходе развития позвоночных сопровождается

инактивацией неработающих генов. Поэтому клетки теряют тотипотентность,

дифференцировка становится необратимой. В конце концов у одних клеток

происходит полное репрессирование генома, у других - в той или иной степени

деградирует ДНК, а в некоторых случаях разрушается даже ядро. Однако наряду

с дифференцированными кочетками культивируемые in vitro клеточные популяции

содержат малодифференцированные стволовые клетки, которые и могут быть

использованы как доноры ядер для клонирования млекопитающих.

Опыты с амфибиями показали, что ядра различных типов клеток одного и того

же организма генетически идентичны и в процессе клеточной дифференцировки

постепенно теряют способность обеспечивать развитие реконструированных

яйцеклеток, однако серийные пересадки ядер и культивирование клеток in

vitro в какой-то степени увеличивает эту способность.

Неудачи экспериментов с мышами

Успешные опыты с амфибиями заставили ученых задуматься о клонировании

эмбрионов млекопитающих, в частности мышей. МакКиннел в одной из своих

работ отмечал, что все необходимые для этого методы уже существуют, и

непонятно, почему мышь до сих пор не клонирована. По его мнению, первыми

объектами должны были стать именно мелкие животные, такие как мышь или

кролик. Однако предсказание МакКиннелла не сбылось, хотя в конце 70-х годов

опыты на мышах действительно начались и протекали весьма драматично. К тому

времени, замечу, весьма основательно были изучены биология и генетика

ранних этапов развития млекопитающих, и, в частности, мыши как модельного

объекта.

Работа методически оказалась довольно трудной, прежде всего потому, что

объем яйцеклетки у млекопитающих примерно в тысячу раз меньше, чем у

амфибий. Однако эти трудности были успешно преодолены. Экспериментаторы

научились микрохирургически удалять пронуклеусы из зигот (оплодотворенных

яйцеклеток) мыши и пересаживать в них клеточные ядра ранних эмбрионов.

Однако все полученные разными способами зародыши мышей развивались лишь до

стадии бластоцисты.

Пронуклеус - одно из двух гаплоидных ядер в яйце млекопитающих в период

после проникновения сперматозоида, но до слияния мужского и женского

пронуклеусов в ядро зиготы в процессе оплодотворения. Мужское ядро

формируется из ядерного материала сперматозоида, женское - из хромосом

яйцеклетки.

Бластоциста (бластула) - зародыш млекопитающих на одной из ранних стадий

развития, еще до его имплантации в матку.

В 1977 году появилось сенсационное сообщение Хоппе и Илменси о том, что они

получили семь взрослых самок мышей, пять из которых имели голько

магеринский, а две - отцовский геном. Это, якобы, зависело от гого, какой

пронуклеус был оставлен в яйце - женский или мужской, он и определял

развитие особи но типу гиногенеза или андрогенеза. Их успех был связан, но

описанию авторов, с гем, что, удаляя один нронуклеус, они удваивали число

хромосом другого, обрабатывая яйца специальным веществом, затем выращивали

полученные диплоидные гомочиготные (с двумя одинаковыми наборами генов)

зародыши in vitro до стадии бластоцисты и пересаживали в матку самки-

реципиента для дальнейшего развития.

Казалось, теперь можно будет быстро получать млекопитающих со 100%-ной

гомозиготностью по всем генам. Это особенно важно в селекции, так как для

получения сельскохозяйственных животных, в частности, крупного рогатого

скота, с закрепленными особо ценными качествами обычными приемами требуются

десятки лет работы.

Однако, к сожалению, данные Хоппе и Илменси подтвердить не удалось, хотя

многие пытались это сделать. Оказалось, что полученные любым способом

диплоидные андрогенетические и гиногенетические зародыши мышей погибают на

тех же стадиях, что и диплоидные партеногенетические (развивающиеся из

неоплодотворенной яйцеклетки) эмбрионы.

Значительно усовершенствовав методы извлечения ядер и введения их в клетку,

МакГрат и Солтер провели свою серию экспериментов и сообщили, что высокий

выход живых мышей они получили, когда в качестве доноров ядер использовали

зиготы, но если донорами были ранние эмбрионы, то реконструированные

яйцеклетки, как и прежде, развивались только до стадии бластоцисты .

Метод МакГрата и Солтера стал широко использоваться разными

экспериментаторами. Так, Манн и Ловел-Бадж выделяли пронуклеусы из яиц,

активированных к партеногенезу, и пересаживали их энуклеированные зиготы

мышей. В этих случаях эмбрионы погибали на ранних стадиях. Если же

наоборот, пронуклеусы получали из оплодотворенных яиц и пересаживали в

партеногенетически активированные и лишенные ядра яйца, то такие зародыши

развивались нормально до рождения. Сурани с соавторами установили, что если

добавить женский пронуклеус из зиготы мыши к гаплоидному набору хромосом

яйцеклетки, то нормального развития не происходит, добавление же мужского

ядра приводит к нормальному развитию. С другой стороны, рекомбинации

мужского и женского пронуклеусов из разных оплодотворенных яйцеклеток мышей

обеспечивает нормальное развитие, а комбинация двух мужских или двух

женских пронуклеусов останавливает развитие эмбриона.

Эти опыты показали, что для нормального развития млекопитающих требуются

два набора хромосом - отцовский и материнский. Поэтому ни у одного из

известных видов млекопитающих не описан партеногенез. Поэтому работы Хоппе

и Илменси не удалось повторить.

Однако эти исследователи еще дважды будоражили научное сообщество. В 1982

году они пересадили ядра клеток партеногенетических бластоцист мышей в

энуклеированные зиготы Некоторые из этих реконструированных яйцеклеток

нормально развивались, и якобы были получены четыре взрослых самки. В свете

вышесказанного эти результаты весьма маловероятны.

Гибель партеногенетических (гиногенетических) и андрогенетических зародышей

у млекопитающих связана с различной активностью в онтогенезе материнского и

отцовского геномов. Механизм, регулирующий эти функциональные различия, был

назван геномным импринтингом и изучался в ряде работ, где было показано,

что для нормального развития млекопитающих требуется наличие мужского

генома. Другая статья Илменси и Хоппе имела еще больший резонанс.

Авторы сообщили о пересадке ядер клеток внутренней клеточной массы

бластоцисты в энуклеированные зиготы мышей и получении трех взрослых мышей

(двух самок и самца), генетически идентичных донорской линии мышей.

Введение ядер-доноров и удаление пронуклеусов из зиготы проводили за один

прием, затем реконструированные яйцеклетки культивировали in vitro до

стадии бластоцисты и пересаживали в матку самок. Из 16-ти пересаженных

бластоцист три развились во взрослых животных. В следующей работе (1982)

эти же авторы использовали в качестве доноров ядер клетки эмбрионов еще

более поздних стадий (7 суток) и будто бы получили трех половозрелых мышей.

Однако никто из работающих в том же направлении не смог добиться подобных

результатов, и достоверность данных Илменси и Хоппе была вновь поставлена

под сомнение.

МакГрат и Солтер показали, что ядра 8-клеточных зародышей и клеток

внутренней клеточной массы бластоцисты не обеспечивают развитие in vitro

реконструированных яйцеклеток даже до стадии морулы, которая предшествует

стадии бластоцисты. Небольшая часть (5%) ядер 4-клеточных зародышей дает

возможность развиваться только до стадии морулы. В то же время 19%

реконструированных яйцеклеток, содержащих ядра 2-клеточных зародышей,

смогли достичь стадии морулы или бластоцисты.

Эти и многие другие данные показывают, что в эмбриогенезе у мышей клеточные

ядра рано теряют тотипотентность, что связано очевидно, с очень ранней

активацией генома зародыша - уже на стадии 2-х клеток. У других

млекопитающих, в частности, у кроликов, овец и крупного рогатого скота,

активация первой группы генов в эмбриогенезе происходит позднее, на 8-16-

клеточной стадии. 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.

Кролики, коровы и свиньи

Американские исследонатели Стик и Робл, используя методику МакГрата и

Солтера, получили 6 живых кроликов, пересадив ядра 8клеточных эмбрионов

одной породы в лишенные ядра яйцеклетки кроликов другой породы. Фенотип

родившихся полностью соответствовал фенотипу донора.

Однако только 6 из 164 реконструированных яйцеклеток (3,7%) развились в

нормальных животных. Это, конечно, очень низкий выход, практически не

позволяющий рассчитывать на получение таким методом клона генетически

идентичных животных. Ценность этой работы тем не менее в том. что она

показала возможность клонирования эмбрионов кроликов.

Работа с реконструированными яйцеклетками крупных домашних животных, коров

или овец, идет несколько по-другому. Их сначала культивируют не in vitro, a

in vivo - в перевязанном яйцеводе овцы - промежуточного (первого)

реципиента. Затем их оттуда вымывают и трансплантируют в матку

окончательного (второго) реципиента - коровы или овцы соответственно, где

их развитие происходит до рождения детеныша. Уиладсин предложил заключать

реконструированные яйцеклетки в агаровый цилиндр, который он затем

трансплантировал в перевязанный яйцевод овцы. По данным одних авторов

реконструированные зародыши лучше развиваются в яйцеклетке, чем в

культуральной среде, хотя некоторые исследователи получили неплохие

результаты и при культивировании.

Американцы Робл и его сотрудники, используя щадящий метод извлечения ядра

без прокалывания мембраны яйцеклетки, предложенный МакГратом и Солтером,

пересаживали в зиготы так называемые кариопласты - мужской и женский

пронуклеусы вместе с окружающей их цитоплазмой, а также ядра 2-, 4- или 8-

клеточных эбрионов коровы. Сначала зиготы центрифугировали чтобы освободить

пронуклеусы от окружающих их гранул желтка, после чего ядра были хорошо

видны под микроскопом (рис. 2а), что значительно облегчало их удаление

(рис. 2б). При помощи манипулятора и заостренной стеклянной микропипетки

извлекали один из бластомеров вместе с ядром из ранних зародышей (рис. 2в)

и переносили его в энуклеированную зиготу (рис. 2г).

Реконструированные зародыши были заключены в агаровый цилиндр и пересажены

в перевязанный яйцевод овцы. Через пять дней культивирования их вымывали,

освобождали от агара и исследовали. Реконструктурированные зародыши в этой

работе развивались только в тех случаях, когда в зиготы пересаживали

пронуклеусы: 17% таких зародышей достигли стадии морулы или бластоцисты.

Два зародыша были пересажены второму реципиенту - в матку коровы, и

развитие их завершилось рождением живых телят. Если в качестве доноров

использовали ядра 2-, 4- или 8-клеточных зародышей, то реконструированные

яйцеклетки не развивались даже до стадии морулы.

Позже были и более успешные работы. Уиладсин, в частности. сообщил, что ему

удалось получить четырех генетически идентичных бычков холстейнской породы

в результате пересадки в реципиентные яйцеклетки ядер бластомеров одного 32-

клеточного зародыша. Автор утверждал, что большинство ядер сохраняет

тотипотентность на 32-клеточной стадии, а значительная их часть даже на 64-

клеточной стадии, обеспечивая нормальное развитие реконструированных

яйцеклеток до стадии ранней бластоцисты в яйцеводе овцы. После пересадки в

матку коров - окончательных реципиентов, как полагает автор, они могут и

дальше нормально развиваться.

Бондиоли и соавторы, используя в качестве доноров ядер 16-64-клеточные

зародыши коров, трансплантировали 463 реконструированных зародыша в матку

синхронизированных реципиентов, и было получено 92 живых теленка. Семь из

них были генетически идентичны, представляя собой клон, полученный в

результате пересадки ядер клеток одного донорского эмбриона.

Таким образом, клеточные ядра зародышей крупного рогатого скота достаточно

долго сохраняют тотипотентность и могут обеспечить полное развитие

реконструированных яйцеклеток. Иначе говоря, методические трудности

клонирования зародышей крупного рогатого скота практически решены. Но

остается основная задача - найти донорские ядра, обладающие

тотипотентностью, для клонирования взрослых животных.

Клонированию эмбрионов свиней посвящена только одна небольшая работа.

Скудность данных, видимо.и связана с определенными трудностями работы с

этим объектом.

Клонирование овец

Уиладсин еще в 1986 году показал, что и у эмбрионов овец на 16-клеточной

стадии развития ядра сохраняют тотипотентность. Реконструированные

яйцеклетки, содержащие ядра бластомеров 16-клеточных зародышей, развивались

нормально до стадии бластоцисты в перевязанном яйцеводе овцы (в агаровом

цилиндре), а после освобождения от агара и пересадки в матку овцы - второго

реципиента - еще 60 дней. В другом случае донорами служили ядра 8-клеточных

зародышей и были получены 3 живых ягненка, фенотип которых соотнетстиовал

породе овец - доноров.

В 1989 году Смит и Уилмут трансплантировали ядра клеток 16-клеточного

эмбриона и ранней бластоцисты в лишенные ядра неоплодотворенные яйцеклетки

овец. В первом случае было получено два живых ягненка, фенотип которых

соответствовал породе овец - доноров ядер. Во втором случае один полностью

сформировавшийся ягненок погиб во время родов. Его фенотип также

соответствовал породе - донору. Авторы считали, что в ходе дифференцировки

эмбриональных клеток происходит инактивация некоторых важных для развития

генов, в результате которой ядра бластоцисты уже не могут

репрограммироваться в цитоплазме яйцеклетки и обеспечить нормальное

развитие реконструированного зародыша. Поэтому, по мнению авторов, в

качестве доноров ядер лучше использовать 16-клеточные эмбрионы или

культивируемые in vitro линии эмбриональных клеток, ядра которых обладают

тотипотентностью.

Позднее, в 1993-1995 годах, группа исследователей под руководством Уилмута

получила клон овец - 5 идентичных животных, донорами ядер которых была

культура эмбриональных клеток. Клеточную культуру получали следующим

образом: выделяли микрохирургически эмбриональный диск из 9-дневного

овечьего эмбриона (бластоцисты) и культивировали клетки in vitro в течение

многих пассажей (по крайней мере до 25). Сначала клеточная культура

напоминала культуру стволовых недифференцированных эмбриональных клеток, но

вскоре, после 2-3-х пассажей, клетки становились уплотненными и

морфологически сходными с эпителиальными. Эта линия клеток из 9-дневного

зародыша овцы была обозначена как TNT4.

Чтобы донорское ядро и реципиентная цитоплазма находились на сходных

стадиях клеточного цикла, останавливали деление культивируемых клеток TNT4

на определенной стадии (GO) и ядра этих клеток пересаживали в

энуклеированные яйцеклетки (соответственно на стадии метафазы II).

Реконструированные эмбрионы заключали в агар и трансплантировали в

перевязанные яйцеводы овец. Через 6 дней эмбрионы вымывали из яйцевода

первого реципиента и исследовали под микроскопом. Отбирали те, которые

достигли стадии морулы или бластоцисты и пересаживали их в матку овцы -

окончательного реципиента, где развитие продолжалось до рождения. Родилось

5 ягнят (самок) из них 2 погибли вскоре после рождения, 3-й в возрасте 10

дней, а 2 оставшихся нормально развивались и достигли 8-9-месячного

возраста. Фенотипически все ягнята были сходны с породой овец, от которой

получали исходную линию клеток TNT4. Это подтвердил и генетический анализ.

Эта работа, особенно в части культуры эмбриональных клеток, - значительное

достижение в клонировании млекопитающих, хотя она и не вызвала столь

шумного интереса, как статья того же Уилмута с соавторами, опубликованная в

начале 1997 года, где сообщалось, что в результате использования донорского

ядра клетки молочной железы овцы было получено клональное животное - овца

по кличке Долли. Последняя работа методически во многом повторяет

предыдущее исследование 1996 года, но в ней ученые использовали не только

эмбриональные, но еще и фибробластоподобные клетки (фибробласты - клетки

соединительной ткани) плода и клетки молочной железы взрослой овцы. Клетки

молочной железы получали от шестилетней овцы породы финн дорcет,

находящейся на последнем триместре беременности. Все три типа клеточных

культур имели одинаковое число хромосом - 54, как обычно у овец.

Эмбриональные клетки использовали в качестве доноров ядер на 7-9-м пассажах

культивирования, фибробластоподобные клетки плода - на 4-6-м пассажах и

клетки молочной железы - на 3-6-м пассажах. Деление клеток всех трех типов

останавливали на стадии GO и ядра клеток пересаживали в энуклеированные

ооциты (яйцеклетки) на стадии метафазы II. Большинство реконструированных

эмбрионов сначала культивировали в перевязанном яйцеводе овцы, но некоторые

и in vitro в химически определенной среде. Коэффициент выхода морул или

бластоцист при культивировании in vitro в одной серии опытов был даже вдвое

выше, чем при культивировании в яйцеводе. (Поэтому, видимо, нет строки

необходимости в промежуточном реципиенте и можно обойтись культивированием

in vitro. Однако для полной уверенности в этом нужны дополнительные

данные.)

Выход морул или бластоцист в серии опытов с культурой клеток молочной

железы был примерно втрое меньше, чем в двух других сериях, когда в

качестве доноров ядер использовали культуру фибробластов плода или

эмбриональных клеток. Число живых ягнят в сравнении с числом пересаженных в

матку окончательного реципиента морул или бластоцист было также в два раза

ниже. В серии опытов с клетками молочной железы из 277 реконструированных

яйцеклеток был получен только один живой ягненок, что говорит об очень

низкой результативности такого рода экспериментов (0,36%). Анализ

генетических маркеров всех семи родившихся в трех сериях экспериментов

живых детенышей показал, что клетки молочной железы были донорами ядер для

одного, фибробласты плода - для двух и эмбриональные клетки - четырех

ягнят. Овца по кличке Долли развилась из реконструированной яйцеклетки,

донором ядра которой была культивируемая клетка молочной железы овцы породы

финн дорсет и фенотипически не отличается от овец этой породы, но сильно

отличается от овцы-реципиента (рис. 4). Анализ генетических маркеров

подтвердил этот результат.

Успех авторов этой работы прежде всего связан с использованием длительных

клеточных культур, так как после многих пассажей в культуре клеток могли

быть отобраны малодифференцированные стволовые клетки, которые, вероятно, и

были использованы как доноры ядер. Большое значение также имел тот факт,

что авторы, учитывая результаты своих предыдущих работ, синхронизировали

стадии клеточного цикла яйцеклеток реципиентов и клеток доноров.

Комментарий 2003-го года: В 2002 году у Долли было отмечено развитие

артрита, который как предполагается, мог стать результатом генных мутаций,

инициированных процессом клонирования. Помимо артрита у животного

наблюдался целый ряд отклонений от нормального развития и в феврале ученые

усыпили знаменитую овечку из-за прогрессирующей болезни легких. Долли

умерла в возрасте 6 лет. Ученые намерены детально проанализировать

состояние организма животного по результатам вскрытия

Заключение

Итак, работы по клонированию позвоночных были начаты на амфибиях в начале

50-х годов и интенсивно продолжаются вот уже более четырех десятилетий. Что

касается амфибий, то, как было сказано в соответствующем разделе, несмотря

на значительные достижения, проблема клонирования взрослых особей остается

до сих пор не решенной. Установлено, что в ходе клеточной дифференцировки у

позвоночных происходит или потеря определенных генных локусов или их

необратимая инактивация. Судя по всему, утрачивается та часть генома,

которая контролирует не ранние, а более поздние этапы онтогенеза, в

частности, метаморфоз амфибий. Механизм этого явления пока не поддается

научному объяснению. Но очевидно, что для клонирования взрослых позвоночных

необходимо использовать малодифференцированные делящиеся клетки. Это

методически важное положение было учтено в более поздних работах.

В 1979 году американский биолог МакКиннел, внесший большой вклад в работу с

амфибиями, утверждал, что полученные результаты не позволяют серьерно

говорить о возможности клонирования человека - тогда это казалось

недоступным для экспериментальных эмбриологов. Однако еще в то время многие

ученые, писатели и даже политики стали активно обсуждать возможностт

клонирования человека, а некоторые исследователи даже приступили к таким

экспериментам. Например, Шеттлз сообщил, что пересадил ядро

сперматогониальной клетки (диплоидного предшественника зрелого гаплоидного

спермия) в лишенную ядра яйцеклетку человека. В результате три

реконструированные яйцеклетки начали дробление, и возникли похожие на

морулы скопления клеток, которые позднее деградировали. Шеттлз полагал, что

если трансплантировать такие группы клеток в матку женщины, то они могли бы

нормально развиваться. МакКиннел тогда справедливо возразил, что такое

предположение маловероятно и совершенно необоснованно.

Еще 5-6 лет назад никто из ученых, а их работало довольно много в этой

области, не ставил вопрос об использовании в качестве доноров ядер клеток

взрослых млекопитающих. Работы сводились, в основном, к клонированию

эмбрионов домашних животных, и многие из этих исследований были не очень

успешны. Поэтому так поразило появившееся в начале 1997 года неожиданное

для всех сообщение авторского коллектива под руководством Уилмута, что им

удалось, используя соматические клетки взрослых животных, получить

клональное животное - овцу по кличке Долли. На самом деле, однако,

исследователи прошли долгий путь, и Уилмуту с сотрудниками пришлось собрать

воедино все существовавшие к тому времени достижения, прежде чем они смогли

сообщить о сенсационном результате своей работы.

У этого первого успешного эксперимента есть существенный недостаток - очень

низкий коэффициент выхода живых особей (0,36%), и если учесть также высокий

процент гибели развивающихся реконструированных яйцеклеток в плодный период

развития (62%), который в 10 раз выше, чем при обычном скрещивании (6%), то

встает вопрос о причинах гибели зародышей. Все ли пересаженные донорские

ядра обладали тотипотентностью? Сохранялся ли полностью их функциональный

геном (набор генов, необходимых для развития), все ли нужные для развития

гены были дерепрессированы? Это очень важные вопросы, и по одному животному

нельзя сделать окончательные выводы. Тем более, что результаты исследований

на амфибиях говорят о необратимом характере инактивации, репрессии генов в

ходе клеточной дифференцировки. Возможно, авторам крупно повезло, и они

достаточно случайно в трех разных клеточных популяциях отобрали за короткий

срок стволовые клетки, для которых характерна низкая дифференцированность и

способность к делению. Чтобы подтвердить результат этой, в буквальном

смысле слова с.енсационной работы, необходимы дополнительные исследования.

В ближайшие годы главная задача исследователей, работающих в данной области

- это, по-видимому, создание культивируемых in vitro линий

малодифференцированных стволовых клеток, характеризующихся высокой

скоростью деления. Ядра именно таких клеток должны обеспечить полное и

нормальное развитие реконструированных яйцеклеток, формирование не только

морфологических признаков, но и нормальных функциональных характеристик

клонированного организма.

Исследования Уилмута и сотрудников имеют не только практическое, но и

большое научное значение для генетики развития. В сущности, они нашли

условия, при которых цитоплазма ооцитов млекопитающих может

репрограммировать ядро соматической клетки, возвращая ей тотипотентность.

После публикации этой работы сразу и широко стал дискутироваться вопрос о

возможности клонирования человека. Чтобы его обсуждать, имеет смысл

выделить два аспекта: методический и этический.

Из изложенного выше следует, что методически или технически клонирование

взрослых млекопитающих разработано еще недостаточно, чтобы можно было уже

сейчас ставить вопрос о клонировании человека. Для этого необходимо

расширить круг исследований, включив в него. кроме овец. представителей и

других видов животных. Уилмут с сотрудниками, например, планирует

продолжить свои работы на коровах и свиньях. Такие работы необходимы, чтобы

установить, не ограничивается ли возможность клонирования взрослых

млекопитающих особенностями или спецификой какого-либо одного или

нескольких видов.

Затем необходимо существенно повысить выход жизнеспособных

реконструированных эмбрионов и взрослых клонированных животных, выяснить,

не влияют ли методические приемы на продолжительность жизни, функциональные

характерстики и плодовитость животных. Для клонирования человека очень

важно свести к минимуму риск, который, тем не менее, в определенной степени

все равно останется, риск дефектного развития реконструированной

яйцеклетки, главной причиной которого может быть неполное

репрограммирование генома донорского ядра.

Что касается этической строны дела, клонирование человека вызывает еще

больше возражений. Во-первых, становление человека как личности, базируется

не только на биологической наследственности, оно определяется также

семейной, социальной и культурной средой. При клонировании индивида

невозможно воссоздать все те условия воспитания и обучения, которые

сформировали личность его прототипа (донора ядра). Во-вторых, при бесполом

размножении изначально жесткая запрограммированность генотипа

предопределяет меньшее разнообразие взаимодействий развивающегося организма

с изменяющимися условиями среды (по сравнению с половым размножением, когда

в формировании индивида участвуют два генома, сложным и непредсказуемым

образом взаимодействующие между собой и с окружающей средой). В третьих,

практически все религиозные учения настаивают, что появление человека на

свет - в "руках" высших сил, что зачатие и рождение должно происходить

естественным путем.

Подводя итоги, следует признать, что говорить о клонировании человека можно

лишь сугубо теоретически. В сущности речь идет даже не о клонировании, а о

получении копии отдельного индивида, поскольку термин "клонирование"

предполагает получение некоего множества особей. Но слово уже прижилось,

поэтому имеет смысл пользоваться им по прежнему. Очевидно, что сегодня

вероятность отрицательных последствий этой процедуры значительно

перевешивает ее выгоды, поэтому, по моему глубокому убеждению, работы по

клонированию человека, как в настоящее время, так и в ближайшем будущем

проводить нецелесообразно.

Возможно, через какое-то время, когда будут усовершенствованы все этапы

этого сложного биотехнологического метода, ученые, социологи и другие

заинтересованные лица смогут вернуться к обсуждению целесообразности

клонирования человека. Однако это время, думаю, наступит не скоро, и в

любом случае решение вопроса о клонировании того или иного человека будет

регламентироваться строгими рамками и правилами, касаясь, возможно, только

некоторых медицинских проблем, скажем непреодолимого другими методами

бесплодия.

В то же время, работы с домашними животными очень важны с практической

точки зрения. Клонирование ценных трансгенных животных может быстро и

экономично обеспечить человечество новыми лекарственными препаратами,

содержащимися в молоке, специально полученных для этого генноинженерными

методами овец, коз или коров. Клонирование высокопродуктивных домашних

животных, в частности, молочных коров, может произвести буквально революцию

в сельском хозяйстве, так как только этим методом можно создать не

отдельные экземпляры, а целые стада элитных коров рекордисток. Это же

относится к размножению выдающихся спортивных лошадей, ценных пушных

зверей, сохранению редких и исчезающих животных в природных популяциях и

т.д.

Новые технологии, без сомнения, приносят пользу человечеству, и их

необходимо всячески поощрять. Запреты нужны в тех крайних случаях, когда

явно просматривается вред или ущерб для здоровья и благополучия людей. Пока

клонирование человека можно отнести к этому разряду. Нравственная сторона

проблемы, тем не менее, уже стоит в полный рост. Безудержно оптимистическую

позицию, как мне представляется, занимают только люди, плохо знающие

вопрос. Тем, кто знает его, ясно: переносить еще не решенную методически

научную разработку на человека безнравственно. Федерация научных обществ

экспериментальных биологов США - а это более 52 тыс. членов - в октябре

1997 года объявила пятилетний мораторий на эксперименты по клонированию

человека. Ведь они подразумевают участие множества конкретных людей,

которые захотят дать свои клетки, и суррогатных матерей, которые должны

будут выносить плод. А если так велико количество повреждений эмбрионов и

мертворождений, если неясен вообще конечный результат, этично ли даже

говорить о переносе эксперимента на живых людей? Более того, найдутся

безнравственные люди, которые под маркой помощи бесплодным парам, к

примеру, начнут выманивать большие деньги, что скомпрометирует саму идею,

научный поиск.

Я вовсе не отрицаю того, что в будущем, когда проблема будет полностью

решена методически, человечество признает клонирование как метод помощи

бесплодным парам, стремящимся иметь родного им ребенка. Хотя говорить,

скорее, надо будет не о ребенке как таковом, а об однояйцевом близнеце отца

или матери, каким будет клонированный ребенок в биологическом смысле. Но

тогда тем более потребуется заранее решить этические и юридические вопросы,

как это было для трансплантации органов во многих странах мира. Нормы

биоэтики выдвигаются сейчас на первый план. Те нравственные заповеди,

которыми человечество пользуется века, к сожалению, не предусматривают

новых закономерностей и возможностей, какие вносит в жизнь наука. Поэтому

людям и необходимо обсуждать и принимать новые законы общежития,

учитывающие новые реальности.

КЛОНИРОВАНИЕ: ОЧЕЛОВЕЧИВАНИЕ.

Вспомним, что наиболее близки к человеку по строению внутренних органов,

как ни странно, свиньи.

В марте 2000 г., биотехнологическая компания PPL Therapeutics объявила о

том, что в их исследовательском центре родились пять клонированных поросят.

Однако калифорнийская компания Geron Bio-Med прекратила финансирование

дальнейших исследований, опасаясь непредвиденных последствий

Клонирование свиньи более сложная операция, чем клонирование овец или

коров, так как для того, чтобы поддерживать одну беременность необходимо

несколько здоровых плодов. Органы свиньи наиболее подходят к человеку по

размерам. Свиньи легко размножаются и известны своей неприхотливостью. Но

самой большой проблемой остается отторжение органа животного, который

человеческий организм не принимает за свой. Именно в этом направлении будут

развиваться дальнейшие исследования ученых из Розлин Института. Ученые

видят один из возможных путей решения этой проблемы в том, чтобы

генетически "замаскировать" органы животного, для того, чтобы человеческий

организм не мог распознать их как чужие. Внимание ученых сосредоточено на

изучении гена под названием "alpha 1-3 gal transferase", который

ответственен за отторжение чужеродных тканей иммунной системой человека.

Этот подход увенчался успехом 2 января 2002 года, когда всё та же PPL

Therapeutics сообщила о появлении на свет пяти клонированных поросят

(Рождество, Ангел, Звезда, Радость и Мэри), органы которых идеально

подходят для пересадки человеку. В настоящее время учёные готовятся к

пересадке свиных клеток обезьянам, а до людей очередь дойдёт только через

четыре года

Еще одной темой для исследования является попытка "очеловечить"

генетическим путем органы свиньи, для того чтобы значительно снизить риск

отторжения. Для этого предполагалось вводить человеческие гены в хромосомы

клонируемых свиней.

Той же задачей, но без применения клонирования, занимаются и другие

институты. Например, компания "Imutran", расположенная в Кембридже, смогла

получить целое стадо свиней, в генетическом наборе которых уже отсутствует

одна из ключевых характеристик, ответственная за отторжение чужеродных

тканей. Как только будет получена пара мужской и женской особи, они будут

готовы производить на свет "генетически чистое потомство", с органами,

которые можно будет использовать для трансплантации.

Новости из “мира клонов“

Китайцы вырастили гибридный эмбрион кролика и человека

Учёные использовали технологию клонирования, чтобы создать гибридные

эмбрионы, содержащие соединение ДНК человека и кролика. Само собой, эта

дерзкая операция всполошила общественность. Возобновились дискуссии как об

этичности самого клонирования, так и о "скрещивании" человека с животными.

Как сообщает Washington Post, группа учёных из Второго Шанхайского

медуниверситета (Shanghai Second Medical University) под руководством

женщины — Хуэйчжень Шен (Huizhen Sheng) — сотворила более ста гибридных

эмбрионов, соединив клетки человеческой кожи с яйцеклетками кроликов.

Гибридам в течение нескольких дней позволили развиваться в лабораторных

блюдцах, а потом уничтожили, чтобы получить из них эмбриональные стволовые

клетки — законодательство Поднебесной не позволяет выращивать эмбрионов для

опытов больше 14 дней.

И вроде как всё у китайцев получилось, хотя аналогичные эксперименты

американских учёных, которые пытались создать гибридные эмбрионы, соединяя

человеческие клетки с яйцеклетками коров, успешными не были.

Сообщение китайских учёных, опубликованное в журнале Nature, подвигло ряд

деятелей, в особенности религиозных, раскритиковать их работу, назвав её

неэтичной: А что если такой гибрид попадёт в матку и разовьётся? "Вырастет

из сына свин"? Что это будет за существо? Кроликочеловек?

Поборников этики не смутила ни благородная цель, которую поставили перед

собой создатели гибридов — обеспечить учёных и медиков столь необходимыми

им стволовыми клетками, ни то, что человеческая ДНК в соединении являла

собой подавляющее большинство.

Дело в том, что кролики пожертвовали для экспериментов ДНК митохондрии,

хондриосомы, постоянно присутствующей в клетках. Дезоксирибонуклеиновая

кислота — неотъемлемый компонент митохондрии, способная к независимому от

ДНК ядра клетки процессу самовоспроизведения.

Никому не известно, может ли гибридный эмбрион стать жизнеспособным

зародышем, хотя кое-какие эксперименты с другими животными показывают, что

это крайне маловероятно.

Тех же исследователей, кого эксперимент китайцев не возмутил, не поверг в

шок, а заинтересовал, огорчило недостаточное количество деталей,

содержащихся как в публикации Nature, так и в материале журнала

"Исследования клетки" (Cell Research), издаваемого дважды в месяц

Шанхайским институтом биологии клетки Китайской академии наук (Shanghai

Institute of Cell Biology Chinese Academy of Sciences).

Ну, а сама группа Хуэйчжень Шен докладывает, что источником клеток кожи

были ткани крайней плоти двух 5-летних мальчиков и двух мужчин, а также

ткань кожи лица 60-летней женщины. Они соединили эти клетки с яйцеклетками

новозеландского кролика, из которых большая часть ДНК была удалена.

Получилось около 400 гибридных эмбрионов, из них чуть больше 100 дожили до

стадии, на которой начинают формироваться стволовые клетки.

Таким образом, учёные с помощью ДНК животных рассчитывают начать "массовое

производство" человеческих эмбрионов, которые будут служить источником

эмбриональных стволовых клеток. Эти клетки, как известно, могут

превратиться во все виды тканей.

Но чтобы создавать клонированные эмбрионы, учёным нужны здоровые и

"способные" клетки-партнёры: типа клеток кожи человека, с одной стороны, и

яйцеклеток животных, которые могут "перепрограммироваться" на генетическом

уровне и стать "родными" клетками эмбриона — с другой.

Поскольку получение человеческих яйцеклеток сопряжено с трудностями, риском

и вообще — процесс этот дорогостоящий, учёные решили попытаться получить то

же самое от животных.

Главный вопрос здесь — совместима ли митохондрическая ДНК братьев наших

меньших с ядром ДНК клетки человека. Результаты китайского эксперимента с

кроликами являются ответом "Да". Хотя этот положительный ответ породил и

протесты, и сомнения, группа Хуэйчжень Шен сумела и доказать кое-что.

А именно: Стволовые клетки, полученные из гибридных эмбрионов, способны к

росту в течение длительных периодов времени в лабораторных блюдцах и могут

превращаться в любой вид клетки.

По мнению американских экспертов в области клонирования, работа китайских

учёных — большой прогресс, поскольку в ней предлагается новая система

исследования механизмов взаимодействия яйцеклеток и взрослых клеток в

эмбриональной стадии.

В итоге эти исследования могут дать возможность глубже понять развитие

человека, процессы заживления ран и регенерации тканей.

Биолог из Гарварда (Harvard University) Дуглас Мелтон (Douglas Melton)

отметил, что создание китайцами "фантастического" эмбриона может кому-то

напомнить химеру из греческой мифологии с головой льва, головой козла и

хвостом змеи, но — это не первый случай, когда учёные смешивают в

лаборатории клетки человека и животных.

Были, например, эксперименты с мышами, которых для исследований

"обеспечивали" клетками человеческого мозга или частями иммунной системы.

Работу китайцев Мелтон назвал "чрезвычайно интересной" и выразил надежду,

что они не свернут с выбранного пути.

В то же время, Ричард Дёрфлингер (Richard Doerflinger) из Американской

конференции католических епископов (U.S. Conferense of Catholic Bishops)

заявил, что гибридные эмбрионы в достаточной степени человечны, чтобы

заслужить защиту: "Мы рассматриваем этот организм, как человеческую

разновидность". Кстати, а что думают по этому поводу сами кролики?

Доклад

по биологии

на тему: Клонирование

Выполнил:

Ученик 11 “А” класса

МШК №1 г. Горки

Панченко Михаил

Горки 2003.