Илья Захаров-Гезехус - ГенЭтика или Рожать нельзя клонировать

Клонирование - это размножение какого-либо организма частями или клетками его тела. Всем известно клонирование растений - размножение земляники усами или тополя срезанными ветками. Широко распространенное в мире растений, клонирование животных гораздо более редкое явление. Тем не менее оно существует и описано для ряда низших животных - полипов и плоских червей. Гидра и червь планария не только способны восстановить свое тело из отрезанного кусочка, но и образуют клоны в процессе естественного бесполого размножения.

Большинство более высокоорганизованных животных подобными способностями не обладает. Существует по меньшей мере две причины, по которым клетки тела - соматические клетки, сохраняющие в некоторых случаях способность к делению, не могут воссоздать целый организм. Первая заключается в том, что в природе организм берет начало из яйца - особенно большой, в сравнении с другими, клетки, богатой строительными материалами. Именно эти запасы необходимых веществ и обеспечивают успешное развитие зародыша. Вторая причина состоит в том, что соматические клетки высокоспециализированы - среди них, например, есть клетки кожи, нервные клетки, клетки поджелудочной железы, которые выполняют совершенно разные функции и различаются не только своим строением, но и тем набором белковых веществ, которые в них имеются. Все клетки одного организма, произошедшие в результате множества делений из исходного яйца, имеют один и тот же набор генов - генотип, однако в одних клетках функционируют одни гены, в других - другие. Имеются специальные механизмы, обеспечивающие включение и выключение генов при развитии зародыша и при дифференциации клеток, то есть при приобретении клетками особого строения и специальных функций. Некоторые из этих механизмов известны, другие пока еще не совсем понятны. У высших животных включение и выключение генов в разных клетках оказывается устойчивым, и клетки сохраняют заданную им программу даже при их изъятии из организма и переносе в условия искусственного культивирования.

Итак, для того чтобы получить из отдельной клетки целый животный организм, надо решить две задачи. Во- первых, снять все запреты на функционирование генов, то есть обеспечить, как говорят, дедифференцировку клеток, вернуть их в то состояние, в котором клетки были на ранних стадиях эмбрионального развития. Во-вторых, дать возможность генам строить новый организм, снабдив их с самого начала достаточным количеством питательных и строительных материалов.

Первые относительно успешные опыты в этом направлении были проведены на амфибиях еще в 50-е годы XX века. Американцы Р. Бриггс и Т. Кинг, а затем и другие исследователи микрохирургическим путем изолировали ядра из клеток ранних стадий развития зародышей лягушек (на этих стадиях еще не достигнуто жесткое программирование работы генов) и перенесли тонкой пипеткой эти ядра в яйцеклетку, из которой предварительно было удалено ее собственное ядро (в энуклеированные клетки) (см. рис. 1). Яйцеклетка начинала делиться, образовывались зародыши, часть которых развивалась до стадии головастиков, а единичные достигали стадии взрослой лягушки. Такие опыты по пересадке ядер показали, что их результат оказывается тем успешнее, чем моложе клетки, из которых брались ядра для пересадки. Более 20 лет не удавалось получить развития зародыша при использовании ядер из клеток взрослых лягушек; наконец в 1975 году удалось получить головастиков, происходивших от соматических клеток взрослого животного.

Хронология событий в клонировании позвоночных

Год

1952 Демонстрация возможности замены ядра яйцеклетки лягушки ядром эмбриональной клетки, получение из такого яйца головастика.

1975 Получение головастиков после пересадки в яйцеклетку ядра из клетки взрослой лягушки.

1986 Клонирование овец в результате переноса ядер из эмбриональных клеток.

1997 (24.02) Рождение овечки Долли - первого млекопитающего, клонированного путем пересадки ядра из клетки взрослого животного.

1998 Более 50 мышей получено путем клонирования из одной взрослой мыши; 8 телят - из одной взрослой коровы.

2000 Свиньи и козы клонированы из клеток взрослых животных.

2001 Компания ACT объявила о получении шестиклеточного человеческого зародыша в результате пересадки ядра в яйцеклетку.

2002 Кролики и котенок клонированы из клеток взрослых животных.

2002 (27.12) Компания «Клонейд» объявила о рождении первого клонированного младенца - Евы.

2003 (14.02) Смерть овечки Долли.

Были сделаны различные усовершенствования применяемых методов, однако в работе с амфибиями так и не удалось получить взрослых лягушек, если только ядра для пересадки не брались из зародышей ранней стадии развития (так называемой бластулы), в остальных случаях удавалось получить только головастиков. Опыты, таким образом, показали, что у позвоночных, во всяком случае у амфибий, при дифференцировке клеток складывается жесткий механизм регуляции работы генов, и полностью преодолеть его оказывается невозможным.

Объем яйцеклеток млекопитающих примерно в тысячу раз меньше, чем яйцеклеток амфибий. Уже одно это затрудняет проведение соответствующих экспериментов на млекопитающих. Тем не менее попытки клонировать мышей, используя технику пересадки ядер, стали предприниматься еще в 70-е годы XX века. В течение 20 лет они оставались безрезультатными, а первый успех при работе с ядрами клеток ранних эмбрионов, переносимыми в энуклеированные яйцеклетки млекопитающих, был достигнут не на мышах, а на овцах, коровах и кроликах. В экспериментах именно с этими животными удалось довести развитие полученных в результате ядерной трансплантации эмбрионов до рождения. Несколько позднее было продемонстрировано, что источником ядер для пересадки (трансплантации) могут быть клетки не только зародышей, но и происходящей от них клеточной культуры.

Долгое время задача получения взрослого организма из яйцеклетки с ядром, взятым из клетки не эмбриона, а взрослого животного, оставалась нерешенной. Только в 1997 году группой исследователей, работающих в Эдинбурге (Шотландия) под руководством И. Уилмута (Рослин Институт), было сообщено о получении ягненка, генетический материал которого берет начало от ядра клетки молочной железы взрослой овцы. Эта овца- донор принадлежала к породе Финн Дорсетт, приемная мать - к породе шотландская черномордая. Появившийся на свет ягненок - овечка Долли - по всем признакам походил на свою генетическую прародительницу. Его происхождение было подтверждено и анализом ДНК. Использованные клетки молочной железы до изоляции ядер прошли несколько делений в клеточной культуре. Успех при трансплантации их ядер был достаточно редким событием - один родившийся ягненок из 276 реконструированных яйцеклеток. Использование в качестве источника ядер эмбриональных клеток примерно в три раза повышало процент успешного получения зародышей.