Клонирование живых существ

Клонирование вызвало колоссальный интерес и спровоцировало множество противоречивых мнений как в научных кругах, так и среди широкой публики. Как говорилось выше, в некоторых странах потребовали немедленно запретить исследования по клонированию. В настоящий момент в Великобритании и других странах существуют законы, запрещающие клонирование человека. В США таких законов нет, однако президент Билл Клинтон издал указ, запрещающий использовать федеральный бюджет для поддержки исследований в этой области. Конгрессу США было предложено запретить клонирование человека.

Целью клонирования является получение потомства, генетически идентичного той особи, ядро которой было взято для клонирования. Как известно, ядро клетки содержит информацию (ДНК), определяющую основные характеристики растения или животного. Помимо этого, ДНК, содержащаяся в митохондриях клетки, является совершенно самостоятельной и не зависит от хромосомной ДНК.

В случае с овцой Долли клетки были взяты из тканей вымени и выращены в среде с 0,5 % сыворотки. Эта среда остановила рост клеток на стадии готовности, в результате чего активизировались все гены и клетки стали полностью задействованы. Под воздействием электрических импульсов эти клетки смешали с неоплодотворенными яйцеклетками, из которых предварительно были удалены ядра. После того как в особой среде клетки достигли необходимой стадии развития, эмбрионы вживили в матку другой овцы.

После того как из вымени взрослой овцы были взяты клетки, в результате их смешивания с яйцеклетками было получено 277 соединенных клеток, 29 из которых развивались до стадии бластоцита. Полученные 29 зародышей вживили в матки 13 овец. В результате родился только один живой ягненок — Долли. Неудивительно, что, если в качестве исходного материала для клонирования используются клетки взрослого животного, процент положительных результатов является достаточно низким.

Это долгий и сложный процесс, требующий выращивания донорских клеток в нескольких средах. Кроме того, в данном случае необходимо особым образом вырастить измененную яйцеклетку-реципиент и дождаться окончания необходимого срока беременности. Более удачные результаты достигаются в тех случаях, когда в качестве донорских берутся зародышевые клетки или клетки плода. Однако до тех пор, пока животное не достигнет зрелости, невозможно точно определить, какая особь наиболее подходит для донорских целей….

Возможность успешного клонирования беспозвоночных была выявлена в начале 50-х гг. XX в. в опытах на амфибиях. В апреле 2002 г. в США успешно проходила операция по клонированию свиньи редкой породы. Последняя женская особь по кличке Принцесса из находящегося под угрозой уничтожения семейства свиней в США была успешно клонирована в результате однократной имплантации эмбриона. Работа по клонированию была проведена компанией Infigen в Висконсине. У свиноматки родилось три клона, но один из них был случайно убит суррогатной матерью.

Если бы процент удачных результатов был достаточно высоким, данный метод мог бы существенно облегчить работу животноводов. Клоны характеризуются практически тем же генетическим набором, что и животное, ядра клеток которого были вживлены в яйцеклетки с удаленными ядрами. При этом пол животного не имеет значения.

Опыты с овцами показали, что можно взять клетки здорового животного и получить при этом животное с мясом и шерстью идеального качества. В случае с коровами нужно брать клетки животных, отличающихся большими удоями и качественным мясом.

Большой вклад в область клонирования животных внес английский биолог Гердон. Свои опыты он проводил на лягушках. Гердон первым в опытах над южноафриканскими жабами (Xenopus laevis) в 1962 г. в качестве донора ядер использовал не зародышевые клетки, как это было до него, а уже вполне сформировавшиеся клетки эпителия кишечника плавающего головастика.

Ученый разработал собственную методику удаления ядер из яйцеклеток. В отличие от других ученых, проводивших это хирургическим путем, он использовал ультрафиолетовые лучи. Ученый добился следующих результатов: примерно из 10 % реконструированных яйцеклеток образовывались эмбрионы, оставшиеся 90 % — вообще не развивались. Некоторые из образовавшихся эмбрионов достигали стадии бластулы (65 %), другие — стадии головастика (30 %), и только единицы развивались в половозрелых особей (5 %)….

По мнению ученых, если брать ядра из клеток зародыша на ранней стадии его развития — бластул, — то примерно в 80 % случаев зародыш продолжает успешно развиваться дальше.

В последующих исследованиях как Гердон, так и его последователи не смогли подтвердить данные этих первых опытов. Сам Гердон объясняет свои прошлые успехи тем, что появление нескольких взрослых особей может быть связано с тем, что среди клеток эпителия кишечника получившегося головастика довольно длительное время присутствовали первичные половые клетки, ядра которых могли быть использованы для пересадки.

Впоследствии Гердон пытался несколько раз повторить свой эксперимент. Принимая во внимание прошлые неудачи (большинство реконструированных яйцеклеток с ядром клетки кишечного эпителия погибают до завершения стадии гаструлы), он решил попробовать извлечь ядра на стадии бластулы и снова пересадить их в новые энуклеированные яйцеклетки. Впоследствии подобную процедуру назвали серийной пересадкой….

Несмотря на то что опыты по клонированию животных продолжаются уже не первое десятилетие, нельзя с уверенностью сказать, что учеными в этом направлении достигнут 100 %-ный успех.

Используя подобную методику, Гердону удалось увеличить число зародышей, которые развивались нормально до более поздних стадий по сравнению с зародышами, полученными в результате первичной пересадки ядер.

Некоторые свои эксперименты Гердон провел совместно с Ласки. Оба ученых попытались вырастить клетки почек, легких и кожи взрослых животных вне организма в питательной среде. Именно эти клетки ученые решили использовать в качестве доноров ядер.

В результате подобного эксперимента около 25 % первично реконструированных яйцеклеток развивалось до стадии бластулы. Ученые провели также несколько серийных пересадок, в результате яйцеклетки развивались до стадии плавающего головастика.

Ученые внесли огромный вклад в мировую науку. Благодаря этим исследованиям стало ясно, что клетки различных тканей взрослого позвоночного содержат ядра, которые могут обеспечить развитие по крайней мере до стадии головастика.

Другие ученые, Диберардино и Хофнер, продолжили дело Гердона, но в свою очередь попытались провести опыты над эритроцитами — дифференцированными клетками крови лягушки. Они также применили серийную пересадку таких ядер, в результате чего около 10 % реконструированных яйцеклеток достигали стадии плавающего головастика. Ученые решили не останавливаться на достигнутом и провели еще серию экспериментов. К сожалению, даже с помощью многократных серийных пересадок (более 100 клеточных циклов) реконструированным яйцеклеткам дальше стадии головастика развиться не удалось.

Последние эксперименты в области генетики показали, что в случае с амфибиями донорами ядер могут быть лишь зародыши на ранних стадиях развития. Данные эксперименты правильнее было бы называть клонированием именно зародышей амфибий, а не просто амфибий, как считают некоторые авторы.

Опыты с амфибиями также показали, что ядра различных типов клеток одного и того же организма генетически идентичны. В процессе клеточной дифференцировки такие ядра постепенно утрачивают способность обеспечивать развитие реконструированных яйцеклеток, однако серийные пересадки ядер и культивирование клеток вне питательной среды в определенной степени увеличивают эту способность.

Клонирование амфибий с каждым последующим экспериментом проходило все успешнее, что заставило ученых всерьез задуматься об экспериментах по клонированию эмбрионов млекопитающих, а именно мышей….

Многие ученые придерживаются точки зрения, что до тех пор, пока в клонировании животных не будет достигнуто 100 %-го успеха, нельзя проводить генетические опыты на человеке.

Необходимые разработки по методике клонирования млекопитающих уже были и, как отмечает Маккиннел, «…необходимые для этого методы уже существуют, и непонятно, почему мышь до сих пор не клонирована». Ученый предлагал первые опыты по клонированию млекопитающих провести на более мелких животных, например мышах или кроликах.

Вскоре опыты по клонированию млекопитающих действительно начались, но, к сожалению, они проходили не так успешно, как в случае с амфибиями. Исследования осложнялись тем, что объем яйцеклетки у млекопитающих примерно в 1000 раз меньше, чем у амфибий.

Долгое время никто из ученых не мог добиться положительных результатов. Но вскоре ситуация изменилась. Экспериментаторы научились микрохирургически удалять пронуклеусы из зигот (оплодотворенных яйцеклеток) мыши и пересаживать в них клеточные ядpa ранних эмбрионов. К сожалению, полученные зародыши мышей развивались лишь до стадии бластоциты, но все равно это был несомненный успех.

Ученые МакГрат и Солтер значительно усовершенствовали методы извлечения ядер и разработали собственную методику введения их в клетку. После многочисленных экспериментов они пришли к выводу, что в качестве доноров ядер необходимо использовать зиготы, только благодаря этому можно добиться получения эмбрионов. В противном случае реконструированные яйцеклетки смогут развиться только до стадии бластоциты.

Метод МакГрата и Солтера впоследствии стал широко использоваться многими учеными. Исследователи Манн и Ловел-Бадж начинали свои генетические опыты с того, что пытались выделить пронуклеусы из яиц, активированных к партеногенезу, и пересадить их в энуклеированные зиготы мышей. Результаты подобных экспериментов были печальными — эмбрионы погибали на ранних стадиях….

Несмотря на некоторые неудачи, которые преследовали ученых в опытах по клонированию мышей, подобные исследования значительно расширили представления о методике клонирования млекопитающих.

Тогда ученые стали получать пронуклеусы из оплодотворенных яиц и пересаживать их в партеногенетически активированные и лишенные ядра яйца. В этом случае зародыши развивались нормально до самого рождения.

Исследователь Сурани пришел к выводу, что добавляя женский пронуклеус из зиготы мыши к гаплоидному набору хромосом яйцеклетки, нельзя добиться нормального развития. Если же добавить женский пронуклеус из зиготы мыши к мужскому ядру, это приведет к нормальному развитию.

Проводя эксперименты, ученый установил, что нормальное развитие обеспечивает только рекомбинации мужского и женского пронуклеусов из разных оплодотворенных яйцеклеток мышей. И наоборот, комбинация 2 мужских или 2 женских пронуклеусов приведет к остановке развития эмбриона. Иными словами, для нормального развития млекопитающих требуется 2 набора хромосом — отцовский и материнский.

Ученый Хоппе проводил генетические исследования, пытаясь пересадить ядра клеток партеногенетических бластоцит мышей в энуклеированные зиготы. Опыты закончились успешно, ученому удалось получить 4 взрослые самки.

Хоппе пришел к выводу, что партеногенетические (гиногенетические) и андрогенетические зародыши у млекопитающих погибают вследствие различия активности онтогенеза материнского и отцовского геномов.

Ученый ввел новый термин «геномный импринтинг», обозначающий механизм, который отвечает за регулировку этих функциональных различий.

Результаты исследований Хоппе были опубликованы, в статье автор рассказывал о пересадке ядер клеток внутренней клеточной массы бластоциты в энуклеированные зиготы мышей. В результате Хоппе удалось получить 3 взрослые особи, которые являлись генетически идентичными донорской линии. По мнению ученого, чтобы результаты опыта были положительными, необходимо за один прием провести введение ядер-доноров и удаление пронуклеусов из зиготы. После этого реконструированные яйцеклетки следует выращивать вне питательной среды до стадии бластоциты, а затем пересадить в матку самки. Результат эксперимента был следующим: из 16 пересаженных бластоцит 3 развились во взрослых животных.

В последующих опытах Хоппе в качестве доноров ядер решил использовать клетки эмбрио нов на еще более поздней стадии (7 суток). Результатом было получение 3 взрослых особей мышей.

Другим исследователям не удалось повторить опыт Хоппе, поэтому долгое время успех ученого был под сомнением. Появилось большое количество статей в научных журналах о том, что ученый фальсифицировал результат.

Ученые МакГрат и Солтер также проводили генетические опыты. В скором времени они прищли к выводу, что ядра 8-клеточных зародышей и клеток внутренней клеточной массы бластоциты не обеспечивают развития вне питательной среды реконструированных яйцеклеток. В этом случае, по мнению ученых, клетки сложно вырастить даже до стадии морулы, а уж тем более до стадии бластоциты….

Многие ученые пытались в свое время клонировать мышей, однако положительных результатов в этом удалось добиться лишь единицам.

Лучшим результатом может быть развитие 5 % ядер 4-клеточных зародышей до стадии морулы. При этом около 19 % реконструированных яйцеклеток, содержащих ядра 2-клеточных зародышей, смогли достичь стадии морулы или бластоциты.

МакГрат и Солтер пришли к выводу, что в связи с очень ранней активацией генома зародыша (на стадии 2 клеток) в эмбриогенезе у мышей клеточные ядра рано теряют тотипотентность. У крупных млекопитающих активация первой группы генов в эмбриогенезе происходит намного позже, на 8-16-клеточной стадии. Именно этим ученые объясняют трудности при клонировании мышей.

В 2004 г. бразильские ученые заявили об успешном эксперименте по клонированию коровы. Животное появилось на свет благодаря использованию генетического материала другого клона.

Корова, получившая кличку Виторьоза, являлась точной копией другой коровы по кличке Витория, которую клонировали около 3 лет назад. Независимые эксперты провели исследование, по результатам которого стало ясно, что у коровы Витории ученые взяли немного кожи с уха через год после ее рождения. Затем клетки, содержавшиеся в этой коже, использовали для клонирования.

По заявлению ученых, клонированная корова родилась 5 февраля. Ученые, которые провели этот успешный эксперимент, протестировали ДНК животного, чтобы еще раз доказать, что клонирование прошло успешно.

Опыт бразильских ученых решили повторить ученые из Аргентины, которые также планируют провести эксперименты по клонированию коров….

«Мясо клонированных и обычных животных ничем не отличается. Ни один из существующих методов не способен обнаружить между ними никаких отличий», — объяснил генетик Вал Гиддингс (L. Val Giddings), вице-президент БИО, в прошлом сотрудник Министерства сельского хозяйства.

Аргентинские ученые решились на подобный опыт не просто ради научного эксперимента, а с целью улучшить качество и увеличить количество получаемых от коров молока и мяса. Исследователи с ветеринарного факультета университета в Буэнос-Айрес совместно с учеными Национального института агротехнологии провели необходимые эксперименты. Первый клонированный теленок должен был появиться на свет в начале 2001 г. Но, к сожалению, сведений об успешном завершении эксперимента впоследствии не поступало.

Самый масштабный проект по клонированию коров решили провести ученые из китайской компании «Цзиньню» в 2003 г. Они решили получить в общей сложности 479 клонированных коров. Этот эксперимент должен был стать самым крупным во всем мире.

По некоторым данным, уже во время первого эксперимента было получено от 20 до 50 клонированных телят. По версии врачей, клонированные животные появились на свет в деревне Люшиху уезда Урумчи Синьцзян-Уйгурского автономного района (СУАР)….

«Корова Vandyk К Integ Paradise, дважды становившаяся чемпионом Всемирной выставки достижений молочной промышленности World Dairy Expo, стала естественным кандидатом для клонирования. Когда вам попадается столь великолепный экземпляр, просто необходимо сделать его копии, чтобы более полно раскрыть его достоинства» (из периодической печати).

Зампредседателя уездного комитета Народного политического консультативного совета Фэн Лишэ отметил, что «…настоящий проект клонирования крупного рогатого скота реализуется совместно Китаем, Австралией, Канадой, США, Великобританией и другими странами. В результате реализации первой стадии проекта из 479 коров с клонированными эмбрионами забеременел 10 %. Этот показатель соответствует передовому мировому уровню». На осуществление данного проекта компания «Цзиньню» выделила около 1 млн долларов. На эти деньги было куплено новейшее оборудование, а также создан институт биотехнологических исследований.

По словам представителя компании «Цзиньню» цель масштабного проекта клонирования крупного рогатого скота — «…это дальнейшее развитие биофармацевтики и улучшение племенной работы».

Некоторыми независимыми компаниями были проведены исследования, доказывающие, что мясо и молоко клонированных коров полностью безопасно и ничем не отличается от мяса и молока обычных животных. «Мясо и молоко от крупного и мелкого рогатого скота и свиней так же безопасны, как те продукты, которые мы едим каждый день», — сказал Стивен Сандлоф (Stephen F. Sundlof), директор ветеринарной службы FDA.

Также С. Сандлоф призвал различные компании быть осторожнее с заявлениями о том, что их продукты не содержат ничего клонированного: «Такие заявления подразумевают, что «неклонированная» продукция более безопасна. FDA намерено бороться с такими утверждениями, если они ничем не подтверждены и вводят потребителей в заблуждение».

Многих ученых волнует вопрос о возможности клонирования вымерших видов, а также животных, занесенных в Красную книгу. Недавняя находка подарила исследователям надежду на скорое осуществление подобной задумки.

В Скалистых горах в штате Монтана палеонтологам удалось найти окаменевшие останки хищного динозавра Тиранозаврус Рекс….

В некоторых странах были проведены суды над учеными, проводившими незаконные генетические эксперименты по клонированию человека, и над теми, кто пытался фальсифицировать результаты исследований по клонированию животных.

Изучив под электронным микроскопом трещину в бедренной кости динозавра, ученые обнаружили мягкие ткани, которые лишь слегка были затронуты процессом минерализации.

Рассмотрев находку под сильнейшим микроскопом, ученые не поверили своим глазам — были видны кровеносные сосуды и ядра клеток. Сама ткань была достаточно упругой и эластичной, благодаря чему ученые надеются, что в будущем им удастся извлечь из нее ДНК для последующего клонирования доисторической рептилии.

Изучив образцы тканей, ученые обнаружили, что кровеносные сосуды динозавра практически неотличимы от аналогичных тканей страуса. Именно его многие ученые считают прямым наследником древних рептилий.

Группа палеонтологов из университета штата Северная Каролина намереваются провести дополнительные анализы для подтверждения идеи о том, что найденные мягкие ткани действительно не претерпели каких-либо необратимых изменений.

Эта находка позволила специалистам получить более точные данные о физиологии динозавров, а также биохимической структуре их тканей. Кроме того, ученые надеются получить подтверждение того, что эти рептилии были теплокровными существами.

Первую клонированную кошку удалось получить ученым из Техаса, однако котенок оказался совершенно непохожим на свою генетическую мать. Сиси, как назвали котенка, стала первым домашним животным-клоном.

Ученые предполагали, что Сиси будет точной копией своей генетической матери, однако ее окрас оказался совсем не похож на материнский. При этом с генетической точки зрения оригинал и клон совершенно идентичны.

Эксперимент финансировался 81-летним миллионером Джоном Сперлингом. Сперлинг утверждает, что в будущем планирует оказывать услуги по клонированию стареющих кошек и собак. Помимо этого, бизнесмен считает, что если эксперименты пройдут успешно, среди его клиентов будут и государственные структуры. Например, можно будет осуществлять клонирование собак-спасателей.

Сначала в лаборатории было создано 87 клонированных эмбрионов кошки, однако Сиси, как и в случае с овцой Долли, стала единственным выжившим зародышем.

Генетики были удовлетворены результатами эксперимента, поскольку до этого им удавалось клонировать лишь овец, мышей, коров, коз и свиней. Однако ученые опасались, что кошка, которая на данный момент чувствует себя нормально, вырастет не совсем здоровой, поскольку у клонированных животных часто бывает нарушена репродуктивная функция.

Однако недавно Сиси успешно родила 3 котят. Это событие приобрело международное значение, поскольку Сиси — первая в мире кошка-клон. Как сообщается на официальном сайте университета А&М (Техас), Сиси и ее потомство чувствуют себя хорошо, о чем свидетельствуют фотографии, на которых ученый Дуэйн Крэмер и его жена держат на руках котят и Сиси. Сам Крэмер принимал участие в первом в мире клонировании кошки, родившейся в декабре 2001 г.

Следует отметить, что зачатие и появление на свет котят произошли в результате естественного оплодотворения.

В августе 2005 г. южнокорейскими учеными был получен первый клон собаки. Это пленок афганской борзой, получивший кличку Снаппи. Этими же учеными был создан клонированный эмбрион человека, а позже началось создание стволовых клеток для 11 пациентов, имеющих различные болезни и повреждения.

В России пока не клонировали даже мышей, не говоря уже о кошках и собаках. Заместитель директора по науке Института общей генетики имени Вавилова И. Захаров заявил, что работы по клонированию высших животных не производятся, хотя для этого существует техническая возможность. По его словам, основные исследования в области клонирования начались с эксперимента по клонированию овцы Долли.

До этого ученые пытались клонировать лягушек и были убеждены, что создать клон млекопитающего не представляется возможным. Однако российские генетики проводят аналогичные клонированию опыты на мышах. В лабораториях Института общей генетики проводятся исследования по получению одной мыши из двух зародышей. Например, ученые используют эмбрионы белой и черной мышей. В результате рождается нормальная с виду мышь, только с окрасом зебры. Кстати, не удался эксперимент с неполовым зачатием мышей, поскольку у млекопитающих невозможно естественным путем получить организм из неоплодотворенной яйцеклетки. Однако в результате опытов несколько зародышей, не имеющих биологического отца, все же было создано. Довести до рождения эти эмбрионы ученым не удалось.

Несколько лет назад ученые из Англии впервые в мире проведи операцию по клонированию свиней. 5 марта 2000 г. британская компания PPL Therapeutics объявила о том, что в их исследовательском центре родилось 5 поросят, которых назвали Милли, Криста, Алексис, Корели, Дотком. Это первое клонирование, полученное от взрослой особи свиньи, завершившееся успешным результатом.

Ученые заявили, что основной целью исследования было получение измененных органов свиньи, которые будут использоваться для трансплантации вместо человеческих органов. В настоящее время в мире около 180 тыс. больных, нуждающихся в донорских органах, и лишь треть из них имеет шансы дождаться операции.

Органы свиньи наиболее подходят человеку по размерам. Кроме того, свиньи быстро размножаются и известны своей неприхотливостью. Единственной существенной проблемой является отторжение органа животного, который не принимает человеческий организм. Именно в этом направлении будут развиваться дальнейшие исследования английских ученых.

В качестве одного из оптимальных путей решения данной задачи, по мнению ученых, является генетическая «маскировка» органов животного, чтобы человеческий организм не смог идентифицировать их как чужие.

Если предположить, что будет проведено детальное исследование, а опыты не будут запрещены законом, вероятно, что однажды появится и клонированный человек. В настоящее время сложно сказать, положительным или отрицательным будет результат. Что касается положительных моментов возможности клонирования человека, это могло бы решить проблемы бездетных семей. Например, если у жены отсутствуют яичники, а сперма мужа нежизнеспособна, можно было бы взять ядро из клетки тканей жены или из клетки тканей мужа и использовать донорскую лишенную ядра яйцеклетку другой женщины. В первом случае родилась бы дочь, во втором — сын. Перестроенная и полностью задействованная клетка могла бы быть вживлена в матку жены или суррогатной матери и развиваться там до положенного срока. В результате ребенок был бы практически идентичен жене или мужу.