I. КЛОНИРОВАНИЕ - ПРОБЛЕМА ЭТИЧЕСКАЯ

Механизм клонирования как процедура генной инженерии в целом не очень сложен. Обычная клетка живого организма, не вдаваясь в детали, это так называемая цитоплазма, в которой плавает ядро. Ядро содержит программу развития организма - набор генов, полученных от родителей. Половые клетки, в отличие от остальных клеток организма, укомплектованы только наполовину. Так, женская яйцеклетка, способная давать зародыш, до оплодотворения содержит неполный, набор генов, в ее ядре отсутствует мужской набор генов, или, точнее сказать, хромосом. Это обстоятельство и подсказало генетикам довольно простую схему опыта

Из половой яйцеклетки животного удаляется ядро и вместо него вводят ядро из любой обычной (неполовой) клетки организмадонора Такое ядро содержит полную генетическую информацию о своем организме, и теперь, если искусственно созданную клетку (цитоплазма от одного организма, а ядро от другого) подсадить в детородный орган приемной матери, то родившийся от нее организм будет генетической копией (клоном) того, из которого взято ядро. Таким продуктом рук человека стала овца Долли, о которой уже много написано и сказано. Ее творцы -- группа биологов, руководимая Яном Уилмутом из Рослинского института в Эдинбурге (Шотландия).

Безусловно, это большое научное достижение. Ценность разработанной методики в том, что она открыла возможность первоначально оценить своеобразие и полезность уже сформировавшегося организма, а затем принимать решение о целесообразности создания идентичной копии. Ранее эта методика была применима только для создания копий эмбрионов, то есть развивающихся организмов, ценность; которых была не ясна. Однако первая публикация в журнале "Nature" не дает окончательного ответа на вопрос: можно ли получать копии на базе клеток (ядер) взрослого организма. Вопервых, описан единственный позитивный результат, который пока не подтвержден ни самими авторами, ни кем-либо другим. Вовторых, статья не дает ответа и на ряд других вопросов. И главное: авторы работы не могут с уверенностью сказать, из ядра какой клетки получена Долли. Для клонирования брали клетки эпителия молочной железы, то есть вымени взрослой беременной овцы. Это может быть очень специфическая и редкая в организме клетка, которая возникает в молочной железе при беременности. Следует также иметь в виду, что получение Долли из ядра соматической клетки (если это действительно имело место) существенно изменяет наши представления о механизмах развития организмов и сопровождающих этот процесс изменениях генетического материала. По крайней мере до последнего времени считалось, что разного рода мутации, накапливающиеся в геноме, должны препятствовать процессу клонирования.

Реконструкция, технически не сложная операция, чаще всего выполняются обычным механическим инструментом, только очень мелким. Однако требуется большой опыт и умение. Ведь величина клетки довольно мала -- в пределах 1020 мкм, а ядро еще меньше. Шотландские экспериментаторы использовали, в частности, электрический разряд для слияния ядра и яйцеклетки. Есть определенные тонкости и на других этапах эксперимента. Но они технически преодолимы.

Насколько надежен предложенный подход, пока однозначно сказать нельзя. Уильмутом проведено около 300 пересадок ядер из клеток эпителия, но получена лишь одна нормальная взрослая овца, сходная генетически с донором ядра. Нельзя исключить, что, идя таким путем, при следующих сотнях пересадок не удастся получить ни одной копии. Настораживает слишком большая шумиха вокруг этой работы. Не исключено, что в ней есть элемент саморекламы.

Опыт с Долли показал, что во взрослом организме могут сохраняться отдельные клетки, способные развиваться в целый живой организм. И главным будет поиск этих специфических клеток. Оценивая дальнейшие перспективы клонирования, следует иметь в виду еще одну проблему: генокопии можно отлучать только неполовым путем. Нельзя исключить также то, что полученная генетическая копия вообще не сможет давать потомство. Тем не менее, можно себе представить, что в будущем при хорошо налаженной недорогой технологии клонирования можно будет получать стада элитных овец и буренок. Вероятно, таким путем можно будет исправить положение с исчезающими видами животных, внесенных в Красную книгу, например, пересадить ядро клетки замороженного мамонта в яйцеклетку слонихи из зоопарка. В России уже давно имеются специалисты, потенциально способные решать - проблемы эмбриогенетики. К сожалению, в последние годы многие из них работают за границей и, к стати сказать, очень ценятся там. И тем не менее, у нас имеются определенные успехи в этом направлении, которые, в первую очередь, связаны с переносом генов в ядрах зигот и эмбриональных клеток и последующим получением из них целых организмов. Такие эксперименты проводятся как в РАСХН, так и в РАН. Например, в нашем Институте недавно удалось впервые в России получить мышь у которой целенаправленно разрушен один из генов (это называется нокаутировать ген). Такой эксперимент принципиально не менее сложен, чем клонирование мыши с использованием эмбриональных клеток. На первом этапе мы получили химеру, то есть организм, часть клеток которого происходит от одной пары родителей, а часть от другой пары.

Получение химер -- овцекозы -- есть реальный факт. В этом случае используется такой прием -- перенос целых эмбриональных клеток одного вида организма в ранние эмбрионы другого вида. Недавно было сообщено о частичном эмбриональном развитии гибрида, состоящего из ядра свиньи, перенесенного в яйцо коровы. Так что сейчас трудно до конца представить фантастические возможности, которые несут в себе современная молекулярная генетика и эмбриогенетика.

Главная интрига в проблеме - клонирование человека? Но здесь надо иметь в виду не столько технические проблемы, сколько этические, психологические. Первое: в процессе клонирования может быть брак, что допустимо в случае животных и недопустимо в случае клонирования человека. Далее следует иметь в виду, что человек как индивидуум под влиянием генов формируется только процентов на 50. Остальное в значительной мере определяется условиями жизни. Воспроизвести полностью материальные и социальные условия развития, в каких формировался генетический оригинал, невозможно. Вместо гения может получиться удачливый рецидивист, вместо талантливого ученого -- неспособный коммерсант. И хотя очевидны все негативные моменты, запретить работы по клонированию человека невозможно. Большие деньги могут решать все. Нужен детальный анализ ситуации и четкое правовое регулирование.

Поэтому, не дожидаясь реальных успехов ученых в этом направлении, следует подумать о разработке юридических документов, регламентирующих подобную деятельность. Президент Клинтон, как известно, сразу же после появления статьи на эту тему ввел запрет на подобные эксперименты. Обсуждается она и в нашей Думе, в Европейской комиссии по этике.

В Англии уже 6 лет существует Акт, по которому запрещено осуществлять работы с ядрами и клетками человеческих эмбрионов. Однако работа шотландских ученых не подпадает под этот Акт, поскольку они использовали ядра клеток взрослой овцы. Дело в том, что когда готовился запрещающий Акт, никто не мог предположить, что подобное возможно. Теперь в Англии переполох, к которому подключились даже религиозные организации. Были предостережения от публикации статьи о Долли в журнале. Рассуждая теоретически о пользе создания генокопий, имеют в виду такие гуманные перспективы, как использование приема клонирования для создания генетических органовдублей с целью трансплантации без риска их отторжения.

Важнейшие открытия в биологии в XX веке

Подобно тому, как в конце XIX века открытия физики рентгеновских лучей и радиоактивности стимулировали развитие естествознания следующего века, так и достижения молекулярной биологии конца XX века определит, по-видимому...

Клонирование животных

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...

Основные проблемы генетики и роль воспроизводства в развитии живогов развитии живого

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...

Основы биотехнологии и ее научно-производственная база

Особенности клонирования

Клон - это идентичный близнец другого человека, отсроченный во времени. В сущности, речь идет даже не о клонировании, а о получении копии отдельного индивида, поскольку термин «клонирование» предполагает получение некоего множества особей...

Отрасли применения генной инженерии

Уже несколько десятилетий подряд ученые всего мира пытаются исследовать геном человека, где заложена вся его наследственная информация. Первым этапом этих глобальных исследований стало создание проекта «Геном Человека» в 1990 году...

Клонирование растений, в отличие от клонирования животных, является обычным процессом, с которым сталкивается любой цветовод или садовод. Ведь часто растение размножают отростками, черенками, усиками и т.д. Это и есть пример клонирования...

Процесс и проблемы клонирования

Эксперименты по клонированию человека продолжаются уже много лет. В 1993 году ученый из Южной Кореи (университет Кьюнджи) создал клон человека, вырастил его до 4 клеток и уничтожил. Понять, удался ли эксперимент, можно только...

Размножение - одно из фундаментальных свойств живого. Способы и формы размножения организмов

Получение идентичных потомков при помощи бесполого размножения называют клонированием. В естественных условиях клоны появляются редко. Общеизвестный пример естественного клонирования...

Современная биотехнология

Клонирование - совокупность методов, использующихся для получения клонов. Клонирование многоклеточных организмов включает пересадку ядер соматических клеток в оплодотворенное яйцо с удаленным пронуклеусом. Дж...

Современные проблемы клонирования. Их этическая сущность

Пожалуй, одним из наиболее ярких достижений генетики за последнее время является эксперимент по клонированию овцы, успешно завершенный 23 февраля 1997 года учеными Рослинского университета в Шотландии под руководством Яна Вилмута. Для того...

Трансформация бактерий как основа генной инженерии и молекулярного клонирования

Молекулярное клонирование (molecular cloning or gene cloning) - клонирование молекул ДНК (в том числе генов, фрагментов генов, совокупностей генов, ДНК-последовательностей, не содержащих гены)...

О. В. САБЛИНА,

кандидат биологических наук, СУНЦ НГУ

КЛОНИРОВАНИЕ ЖИВОТНЫХ

Пожалуй, ни одно из достижений биологической науки не вызывало такого накала страстей в обществе, как клонирование млекопитающих. Если некоторые люди, как биологи, так и не имеющие отношения к «Life Sciences» (наукам о жизни), с восторгом приняли появившуюся, хотя бы и теоретически, возможность клонирования человека и готовы завтра же клонироваться, то большинство неспециалистов отнеслись к такой возможности, мягко говоря, очень настороженно.

Бурные дебаты в средствах массовой информации привели к тому, что среди населения оказалось распространенным мнение о крайней опасности подобных исследований. Этому немало способствовали «клоны», «заселившие» художественную литературу и кино. Несколько лет назад одна из околонаучных группировок заявила о намерении клонировать Гитлера, для того чтобы его повесить за совершенные преступления. Это, в свою очередь, породило опасения, что диктаторы типа Гитлера могут увековечить свою власть, передав ее своим клонам. В большинстве подобных представлений клоны человека - «ненастоящие люди», тупые и злобные, а клонированные животные и растения угрожают погубить всю биосферу. Здесь следует особо отметить, что люди нередко путают клонирование и трансгенез, тогда как это абсолютно разные вещи. Действительно, при получении трансгенных многоклеточных животных применяют клонирование, однако в этом случае клонирование - не цель, а средство. Клонирование без транс-генеза - прием, широко используемый в самых разных по своим целям проектах.

Насколько обоснованы эти страхи и надежды? Представляется очень важным формирование спокойного взвешенного суждения относительно перспектив и возможных последствий этих исследований. Для этого нужно ответить на несколько основных вопросов, что мы и попытаемся сделать.

Итак, что же такое клонирование? Как клонируют животных? Почему ученые этим занимаются? Для чего можно использовать технику клонирования животных? Допустимо ли клонирование человека?

ЧТО ТАКОЕ КЛОН?

Греческое слово κλ w n означает побег, отросток. Сейчас клонами называются особи животных или растений, полученные путем бесполого размножения и имеющие полностью идентичные генотипы. Клоны очень широко распространены среди растений - все сорта вегетативно размножаемых культурных растений (картофель, плодовые и ягодные растения, гладиолусы, тюльпаны и т.д.) являются клонами. Разработанная в настоящее время техника микроклонального размножения позволяет получать за короткое время огромное количество генетически идентичных экземпляров даже таких растений, которые в естественных условиях вегетативно не размножаются.

У животных такой тип размножения распространен значительно меньше. Тем не менее известно более 10 ООО видов многоклеточных животных, размножающихся путем деления одного организма на два или даже несколько частей (аутофрагмен-тация), которые вырастают в полноценные организмы. Эти новые организмы также являются клонами. Естественные клоны, возникающие путем обособления части клеток организма и развития из них полноценной особи, характерны не только для таких примитивных животных, как губки или хрестоматийные гидры. Даже такие достаточно высоко организованные животные, как морские звезды и черви, могут размножаться делением. Но позвоночные или насекомые такой способности лишены. Тем не менее клоны, возникшие естественным путем, встречаются даже у млекопитающих.

Природными клонами являются так называемые монозиготные близнецы, которые происходят из одной оплодотворенной яйцеклетки. Это происходит, когда зародыш на самых ранних стадиях дробления разделяется на отдельные бластомеры и из каждого бластомера развивается самостоятельный организм. Например, у американского девятиполосного броненосца всегда рождается по четыре монозиготных близнеца. Разделение зародыша на стадии четырех бластомеров на самостоятельные зародыши - нормальное явление для этого млекопитающего.

Такие близнецы представляют собой как бы обособившиеся части одного организма и имеют один и тот же генотип, т. е. являются клонами.

Монозиготные (или идентичные) близнецы у человека также являются клонами. Наибольшее известное число родившихся монозиготных близнецов у человека равняется пяти. Вероятность рождения близнецов у человека невелика - среди белого населения Европы и Северной Америки она в среднем составляет около 1%. Реже всего близнецы рождаются в Японии. В африканском племени йоруба частота близнецов составляет 4,5% всех рождений, а в некоторых районах Бразилии - до 10%, однако только незначительная часть из них являются монозиготными. Существуют и семьи с генетической предрасположенностью к рождению близнецов, но тоже только дизиготных.

Одновременная овуляция обусловлена определенным сбоем в работе гормональной системы, который может иметь генетическую природу. Причина же, по которой происходят разделение зародыша и образование монозиготных близнецов у человека, неизвестна. Частота этого явления - около 0,3% во всех популяциях человека.

Очень редко случается, что по неизвестной причине зародыш разделяется не до конца. Тогда рождаются сросшиеся (вернее, недоразделившиеся), так называемые сиамские близнецы. Примерно четверть всех идентичных близнецов являются «зеркальными», например, один из близнецов левша, другой правша, у одного волосы на макушке закручены по часовой стрелке, у другого против, у одного сердце расположено слева, а печень справа, у другого - наоборот. Ученые считают, что «зеркальность» близнецов является следствием разделения эмбриона на достаточно поздней стадии развития.

Таким образом, клоны животных и человека - нормальное природное явление. Этот факт сразу позволяет ответить на некоторые вопросы в связи с клонированием человека: клоны - абсолютно нормальные, полноценные люди, отличающиеся от всех остальных людей только тем, что имеют генетического двойника. Они являются самостоятельными, автономными организмами, хотя и имеющими идентичные генотипы. Поэтому любые надежды достичь бессмертия путем клонирования абсолютно беспочвенны. По этой же причине клоны не могут нести никакой ответственности за поступки, совершенные их «генетическим оригиналом».

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ КЛОНИРОВАНИЕ ЖИВОТНЫХ

Клонированием называют искусственное получение клонов животных (в случае клонирования растений чаще пользуются терминами «вегетативное размножение», «меристемная культура»). Поскольку высшие животные не могут размножаться вегетативно, то для получения клона можно в принципе воспользоваться тремя методами:

удвоить набор хромосом в неоплодот-воренной яйцеклетке, получив таким образом диплоидную яйцеклетку, и заставить ее развиваться без оплодотворения;
искусственно получить монозиготных близнецов, разделив начавший развиваться эмбрион;
удалить ядро из яйцеклетки, заменив его на диплоидное ядро соматической клетки, и тоже заставить развиваться такую «зиготу».

Все эти три возможности ученые использовали для клонирования животных.

Первый способ удается применить не для всех животных. Еще в 30-е гг. XX в. Б.Л. Астаурову удалось с помощью термического воздействия активировать неопло-дотворенное яйцо тутового шелкопряда к* развитию, блокировав при этом прохождение первого деления мейоза. Естественно, ядро при этом оставалось диплоидным. Развитие такой диплоидной яйцеклетки заканчивалось вылуплением личинок, точно повторяющих генотип матери. Естественно, при этом получались только самки. К сожалению, разводить самок экономически невыгодно, так как при большей затрате корма они дают коконы худшего качества. В.А. Струнников усовершенствовал этот метод, разработав способ получения клонов тутового шелкопряда, состоящих только из особей мужского пола. Для этого на ядро яйцеклетки воздействовали гамма-лучами и высокой температурой. Это делало ядра, не способными к оплодотворению. Ядро сперматозоида, проникшего в такое яйцо, удваивалось и приступало к делению. Это приводило к развитию самца, повторявшего генотип отца. Правда, полученные клоны для промышленного шелководства непригодны, но их используют в селекции для получения эффекта гетерозиса. Это позволяет резко ускорить и облегчить получение выдающегося по продуктивности потомства. Сейчас эти методы широко применяются в шелководстве в Китае и Узбекистане.

К сожалению, успех с тутовым шелкопрядом является исключением - у других животных получить клоны таким способом не удается. Исследователи пробовали удалить один из пронуклеусов из оплодотворенной яйцеклетки и удваивали число хромосом другого, обрабатывая их веществами, разрушающими микротрубочки веретена деления. Получались диплоидные клетки, гомозиготные по всем генам (содержащие либо два материнских, либо два отцовских генома). Такие зиготы начинали дробиться, однако развитие прекращалось на ранней стадии и получить таким способом клоны млекопитающих оказалось невозможно. Были сделаны попытки пересадить пронуклеусы из одной оплодотворенной яйцеклетки в другую. Оказалось, что полученные таким способом зародыши развивались нормально только в том случае, если один пронуклеус представлял собой ядро яйцеклетки, а другой - сперматозоида. Эти эксперименты показали, что для нормального развития эмбрионов млекопитающих необходимы два разных генома - материнский и отцовский. Дело в том, что при формировании половых клеток имеет место геномный импринтинг - метилирование участков ДНК, что приводит к выключению метилированных генов. Это выключение остается на всю жизнь. Поскольку в мужских и в женских половых клетках выключаются разные гены, то для нормального развития организма нужны оба генома - одна работающая копия гена должна быть.

Второй метод - разделение эмбриона на ранних стадиях дробления в эмбриологии используют очень давно, правда в основном на морских ежах и лягушках. Именно таким способом были получены данные о способности выделенных из зародыша бластоме-ров дать начало полноценному организму. Клоны-монозиготные близнецы млекопитающих были получены существенно позже, но искусственное разделение эмбрионов и последующая их имплантация «суррогатным матерям» уже применяются в селекции сельскохозяйственных животных для получения большого числа потомков от особо ценных родителей. В 1999 г. таким способом была клонирована обезьяна. Оплодотворение было проведено в пробирке. Зародыш на стадии восьми клеток был разделен на четыре части, и каждая двуклеточная часть была имплантирована в матку другой обезьяны. Три зародыша при этом развиваться не стали, а из четвертого родилась обезьянка, которую назвали Тетра (Четвертинка).

Самое знаменитое клонированное животное, овечка Долли, была клонирована с помощью третьего метода - переноса генетического материала соматической клетки в яйцеклетку, лишенную собственного ядра.
Метод пересадки ядер был разработан еще в 40-х гг. XX в. русским эмбриологом Г.В. Лопашовым, работавшим с яйцеклетками лягушки. Правда, взрослых лягушек он не получил. Позднее англичанину Дж. Гёрдону удалось заставить яйцеклетки лягушки с чужим ядром развиваться до получения взрослых особей. Это было выдающееся достижение - ведь он пересаживал в яйцеклетку ядра дифференцированных клеток взрослого организма. Он использовал клетки плавательной перепонки и клетки эпителия кишечника. Но и у него до взрослого состояния развивалось не более 2% таких яйцеклеток, причем выросшие из них лягушки отличались меньшими размерами и пониженной жизнеспособностью по сравнению с их нормальными сверстниками.

Пересадить ядро в яйцеклетку млекопитающего значительно труднее, так как она примерно в 1000 раз мельче, чем яйцеклетка лягушки. В 1970-х гг. в нашей стране в Институте цитологии и генетики в Новосибирске на мышах это пытался сделать замечательный ученый Л.И. Корочкин. К сожалению, его работы не получили продолжения из-за трудностей с финансированием. Зарубежные ученые продолжали исследования, однако операция трансплантации ядра оказалась слишком травматичной для мышиных яйцеклеток. Поэтому экспериментаторы пошли другим путем - стали просто проводить слияние яйцеклетки, лишенной собственного ядра, с целой неповрежденной соматической клеткой.

Группа исследователей из Рослинско-го института в Шотландии, возглавляемая Я. Вилмутом, клонировавшие Долли, использовали для слияния клеток электрический импульс. Они удаляли ядра из зрелых яйцеклеток, затем с помощью микропипетки вводили под оболочку яйцеклетки соматическую клетку, выделенную из молочной железы овцы. С помощью электрического удара клетки сливались и в них стимулировалось деление. Затем, после культивирования в течение 6 дней в искусственных условиях, начавший развиваться эмбрион на стадии морулы имплантировали в матку специально подготовленной овцы другой породы (хорошо отличавшейся фенотипически от донора генетического материала). Рождение овечки Долли стало громкой сенсацией, а у некоторых ученых возникли сомнения в том, что она действительно была клоном. Однако специальные проведенные исследования ДНК показали, что Долли - настоящий клон.

В дальнейшем техника клонирования млекопитающих была усовершенствована. Группе ученых из университета Гонолулу под руководством Риузо Янагимачи удалось с помощью изобретенной ими микропипетки осуществить перенесение ядра соматической клетки непосредственно в яйцеклетку. Это позволило им обойтись без электрического импульса, который был далеко небезопасен для живых клеток. Кроме того, они использовали менее дифференцированные клетки - это были клетки кумулуса (соматических клеток, окружающих яйцеклетку и сопровождающих ее во время движения по яйцеводу). К настоящему времени этим методом клонированы и другие млекопитающие - корова, свинья, мышь, кошка, собака, лошадь, мул, обезьяна.

ЗАЧЕМ КЛОНИРОВАТЬ ЖИВОТНЫХ?

Несмотря на огромные успехи, клонирование млекопитающих остается сложной и дорогостоящей процедурой. Почему же ученые не оставляют эти эксперименты? Прежде всего потому, что это... интересно. Причем не просто любопытно - получится или нет, уже ясно, что получится. Клонирование млекопитающих чрезвычайно важно для фундаментальной науки. Это уникальный инструмент, позволяющий исследовать один из самых сложных и интригующих вопросов биологии - как, какими путями информация, записанная последовательностью нуклеотидов в ДНК, реализуется во взрослом неповторимом организме, каким образом осуществляется точнейшее взаимодействие тысяч генов, каждый из которых «включается» и «выключается» именно в то время и в той клетке, где это необходимо. Известно, что некоторые гены, работающие на самых ранних этапах эмбриогенеза, в ходе дальнейшего развития и дифферен-цировки клеток необратимо выключаются.

Как это происходит? Можно ли заставить дифференцированную клетку претерпеть обратную дифференцировку? На последний вопрос без клонирования ответить вообще невозможно. Сам факт, что клонирование млекопитающих удается, вроде бы говорит о том, что обратная дифференцировка возможна. Однако не все так просто. Часто животные клонированы из недифференцированных - эмбриональных стволовых клеток или из клеток кумулуса. В других случаях, возможно, также были использованы стволовые клетки. В частности, овечка Долли была клонирована из клетки молочной железы беременной овцы, а при беременности под действием гормонов стволовые клетки молочной железы начинают размножаться, так что вероятность того, что экспериментаторы возьмут именно стволовую клетку, повышается. Предполагают, что именно так и было с Долли. Этим может объясняться и очень малая эффективность клонирования - ведь стволовых клеток в ткани немного.

Но, конечно, если бы у метода клонирования не было хорошо просматриваемых практических выходов, исследования не были бы столь интенсивными. Какая же практическая польза может быть от клонированных животных? В первую очередь, клонирование высокопродуктивных домашних животных может быть использовано для получения в короткий срок больших количеств элитных коров, ценных пушных зверей, спортивных лошадей и т.д. Некоторые ученые считают, что клонирование никогда не будет широко применяться в животноводстве из-за того, что эта процедура весьма дорогая. Кроме того, условием селекции всегда было генетическое разнообразие, клонирование же, тиражируя один генотип, сужает это разнообразие. Тем не менее поскольку половое размножение необходимо связано с рекомбинацией, разрушающей сочетания аллелей, клонирование может помочь сохранить уникальные генотипы. Клонирование путем разделения начавших дробиться эмбрионов уже сейчас используется в селекции крупного рогатого скота.

Особые надежды ученые возлагают на клонирование диких животных, которым грозит исчезновение. Уже в настоящее время создаются «Замороженные Зоопарки» - образцы клеток таких животных, хранящиеся в замороженном виде при температуре жидкого азота (-196°С). В Америке уже родились два детеныша дикого быка бантенга, клонированные из клеток животного, умершего в 1980 г. Его клетки были заморожены и более 20 лет хранились в жидком азоте. Клонированы также другой вид дикого быка гаур, европейский дикий баран, дикие африканские степные кошки.

Клонирование кошек - особо интересный и важный эксперимент, проведенный в Институте Природы в городе Одюбоне (США). Там были получены два клона-самки от одной кошки-донора и один клон-самец от кота по имени Джаз. Джаз, в свою очередь, был выращен из эмбриона, который в течение 20 лет хранился в замороженном состоянии в жидком азоте, а потом был выношен и рожден обычной домашней кошкой. В 2005 г. обе кошки-клоны общими усилиями родили восьмерых котят. Отцом всех восьмерых был кот-клон Джаз. Этот опыт показал, что клоны способны к нормальному размножению. Следует, однако, понимать, что с помощью клонирования вряд ли удастся «воскресить» исчезнувший вид. Тем не менее это может помочь сохранить генофонд, если использовать полученные клоны в скрещиваниях с животными, содержащимися в зоопарках. Такое использование клонов может помочь избежать негативных последствий близкородственного скрещивания, неизбежного при малой численности вида.

Здесь следует сказать и о надеждах клонировать уже исчезнувших животных - мамонта, тасманийского сумчатого волка, зебры квагги. Оптимисты предполагают, что можно использовать ДНК этих животных, сохранившуюся либо в вечной мерзлоте, либо в законсервированных тканях. Однако предпринятая попытка клонировать тасманийского сумчатого волка, последнийэкземпляр которого погиб в зоопарке в 1936 г., не удалась. Это и неудивительно, так как в распоряжении ученых не было живых клеток, а только образцы тканей, хранившиеся в спирте. Из них была выделена ДНК, но она оказалась слишком поврежденной, да и существующие в настоящее время методы не позволяют клонировать животных») не имея достаточного количества живых клеток. По этой же причине мала вероятность когда-либо клонировать мамонта. Во всяком случае, все предпринятые попытки культивировать клетки мамонта, пролежавшие тысячелетия в вечной мерзлоте, оказались безуспешными. Кроме того, следует иметь в виду, что если даже и удалось бы получить и вырастить один клон мамонта или квагги, это не было бы воскрешением вида. Из одного или даже из нескольких экземпляров получить вид нельзя. Считается, что для устойчивого существования и воспроизведения вида необходимо по крайней мере несколько сотен особей. Поэтому ископаемая ДНК или ДНК из хранящихся в спирте тканей достаточна для анализа или даже для трансгенеза, но недостаточна для клонирования. Хотя известны случаи выживания вида после катастрофического падения численности. Один из таких видов - гепард. Генетический анализ показывает, что в его истории был момент, когда его поголовье составляло 7-10 особей. Хотя гепарды и выжили, последствия близкородственного скрещивания остались - частое бесплодие, мертворождения и другие трудности с размножением. Другой такой вид - человек. В эволюционной истории человека было не менее двух эпизодов прохождения резкого падения численности вида, а для американских индейцев - даже больше (заселение Америки шло из Восточной Сибири по Берингийскому перешейку очень небольшими группами - 7-10 человек). Именно поэтому генетическое разнообразие человека невелико, следствием чего является разнообразие фенотипическое - многие гены находятся в гомозиготном состоянии.

Безусловно, незаменимым методом клонирование является для получения трансгенных животных. Хотя применяются и другие методы получения трансгенных животных, именно клонирование позволяет получать животных с заданными свойствами для практических нужд. В том же Рослинском институте в Эдинбурге, где родилась Долли, были получены и клонированные овечки Полли и Молли. Для их клонирования были использованы генетически измененные клетки, культивировавшиеся в искусственных условиях. Эти клетки, кроме обычных овечьих генов, несли человеческий ген IX фактора свертываемости крови.

Генетическая конструкция содержала промотор, экспрессирующийся в клетках молочной железы. Поэтому белок, кодируемый этим геном, выделялся с молоком. Полли была первым клонированным трансгенным млекопитающим. Ее рождение открыло новые перспективы в лечении некоторых заболеваний человека. Ведь многие болезни связаны с нехваткой определенного белка - фактора свертываемости или гормона. До сего времени такие лекарства можно было получать только из донорской крови. А ведь количество гормона в крови очень мало! Кроме того, использование препаратов крови чревато инфекционными заболеваниями - не только СПИДом, но и вирусными гепатитами, которые не менее опасны. А трансгенных животных можно тщательно отобрать и проверить, содержать их на чистейших альпийских пастбищах. Ученые подсчитали, что для того чтобы обеспечить лекарственным белком всех (!) больных гемофилией на Земле, потребуется не слишком большое стадо трансгенных животных - 35-40 коров. При этом провести трансгенез и клонирование нужно-то всего только двух животных - самки и самца, а они, размножаясь естественным путем, передадут нужный ген потомству. При этом, поскольку у самцов ген в молочной железе не работает вообще, а у самок работает только во время лактации и продукт сразу же выводится с молоком из организма, никаких неудобств или нежелательных последствий для животных этот чужой ген не представляет. Сейчас используют в качестве таких биореакторов овец, коз, кроликов и даже мышей. Правда, коровы дают существенно больше молока, но и размножаются они гораздо медленнее и лактировать начинают позже. Есть и другие возможности использования трансгенных клонов и в научных, и в практических целях, но здесь мы это рассматривать не будем.

ТРУДНОСТИ И ПРОБЛЕМЫ, ВОЗНИКАЮЩИЕ ПРИ КЛОНИРОВАНИИ МЛЕКОПИТАЮЩИХ

Несмотря на впечатляющие успехи, пока нельзя утверждать, что клонирование стало обычной лабораторной методикой. Это по-прежнему очень сложная процедура, не слишком часто приводящая к ожидаемому результату. Какие же трудности возникают при клонировании животных?
В первую очередь, это низкая эффективность клонирования. Процедуры, применяемые при клонировании млекопитающих, являются весьма травмирующими для клеток. Далеко не всем клеткам удается их благополучно пережить. Не все начавшие развиваться эмбрионы доживают до рождения. Так, чтобы получить Долли, пришлось для выделения яйцеклеток прооперировать 40 овец (см. рис. 5). Из 430 яйцеклеток удалось получить 277 диплоидных «зигот», из которых только 29 начали развиваться и были имплантированы «суррогатным» матерям. Из них дожил до рождения всего один эмбрион - Долли. Для получения клонированной лошадки Прометеи было «сконструировано» около 840 эмбрионов, из них только 17 развились до того, чтобы их можно было имплантировать «матерям». Четыре из них стали развиваться, но до рождения дожила только одна Прометея.

Другой серьезной проблемой является здоровье родившихся клонов. Как правило, когда сообщается о рождении очередного клона, подчеркивается его отменное здоровье. Действительно, многие клонированные животные, вполне здоровые при рождении, доживали до взрослого состояния и рождали нормальных детенышей. Однако потом у них проявлялись нарушения со стороны разных систем органов. Так, Долли родилась здоровой и родила нескольких здоровых ягнят, но потом начала стремительно стареть и прожила вдвое меньше, чем обычная овца. Трансгенные Полли и Молли, также клонированные в Рослинском институте, прожили еще меньше. Успешно размножились клонированные степные кошки. Правда, о продолжительности их жизни данных пока нет. А вот бычок гаур, также производивший при рождении впечатление здорового, прожил всего два дня из-за кишечного заболевания. Вопрос о здоровье клонов еще нельзя считать окончательно решенным - результаты разных исследователей противоречивы. По некоторым данным очень многие клоны обладают слабым иммунитетом, подвержены простудным и желудочно-кишечным заболеваниям и стареют в 2-3 раза быстрее своих генетических родителей. Исследования японских ученых показали, что у клонированных мышей серьезно нарушено функционирование примерно 4% генов.

Но, пожалуй, самым обескураживающим оказалось то, что клоны могут довольно сильно отличаться от оригинала. Еще В.А. Струнниковым на тутовом шелкопряде было установлено, что, несмотря на одинаковые генотипы, члены одного клона оказываются непохожими по целому ряду признаков. В некоторых клонах это разнообразие оказалось даже большим, чем в обычных, генетически разнородных, популяциях. Несколько лет назад в США родилась очередная клонированная кошечка, которую назвали Сиси (Сс, CopyCat). Генетической мамой ее была трехцветная кошка Рэйн-боу (Радуга). Сиси оказалась непохожей на маму - двухцветной. Но анализ ДНК показал, что она действительно является клоном Радуги. Различия связаны с тем, что ген рыжей окраски находится в Х-хромосоме. У самок одна из Х-хромосом оказывается инактивированной в раннем эмбриогенезе. Инактивируются Х-хромосомы случайно, состояние инактивированности в клетке и клетках-потомках сохраняется на всю жизнь. У гетерозиготной кошки рыжими оказываются те клетки, где инактивирована «нерыжая» Х-хромосома. Клон был получен из одной соматической клетки, в которой одна из Х-хромосом уже была инактивирована. У Сиси инактивированной оказалась «рыжая» Х-хромосома. У млекопитающих в Х-хромосоме находится около 5% всех генов, и клоны могут оказаться непохожими друг на друга по достаточно большому числу признаков. Кстати, такое явление известно и для природных клонов - монозиготных близнецов. Были описаны две сестры - монозиготные близнецы, одна из которых была здорова, а у другой была гемофилия. Известно, что у женщин гемофилия бывает крайне редко, только в случае гомозиготное™. У гетерозигот примерно половина «здоровых» Х-хромосом инактивирована, но оставшейся половины достаточно для нормальной свертываемости крови. Упомянутые близнецы, по-виДимому, возникли в результате разделения эмбриона на стадии, когда Х-хромосомы уже были инакти-вированы и у одной из сестер нормальная хромосома оказалась инактивированной во всех клетках организма. Результатом стало развитие заболевания у гетерозиготы.

Могут быть и другие причины непохожести клонов. Все искусственно полученные клонированные эмбрионы развиваются не в таких условиях, как оригинал. Другими являются возраст суррогатной матери, её гормональный статус, питание и т. п. А эти факторы очень важны во время эмбриогенеза. Причинами различий клона и оригинала могут быть и вариации фенотипического проявления генов (экспрессивность и пенетрантность), различия в геноме митохондрий (клоны имеют не такие митохондрии, как оригинал), отличия в рисунке инактивации (импринтинг) некоторых генов в эмбриогенезе, неустранимые различия ядер соматических и половых клеток (например, неполная дедифференцировка ядра соматической клетки, помещенного в яйцеклетку).

ПРОБЛЕМА КЛОНИРОВАНИЯ ЧЕЛОВЕКА

Именно возможность искусственного клонирования человека вызвала бурные эмоции в обществе. Количество самых полярных высказываний (диапазон их от «к концу следующего столетия население планеты будет состоять из клонов» до «какой-то фантастический роман, интересный, но абсолютно нереалистичный») не поддается исчислению. Некоторые люди уже завещают сохранить их клетки в состоянии глубокого замораживания для того, чтобы, когда техника клонирования будет отработана, воскреснуть в виде клона, обеспечив тем самым себе бессмертие. Другие думают путем клонирования преодолеть бесплодие или вырастить себе «запасные части» - органы для трансплантации. Третьи хотят облагодетельствовать человечество, населив его клонами гениев. Насколько оправданы эти оценки и чаяния? Попробуем спокойно, «без гнева и пристрастья» ответить на некоторые вопросы, возникающие в связи с понятием «клонирование человека».

Вопрос первый: возможно ли клонирование человека? Ответ однозначен: да, конечно, технически это возможно.

Вопрос второй: зачем клонировать человека? Ответов несколько, разной степени реалистичности:

1. Достижение личного бессмертия. Эту перспективу можно серьезно не обсуждать, об абсурдности этих надежд было сказано выше.
2. Выращивание гениальных личностей. Главное сомнение - а будут ли они гениальными? Слишком сложный это признак, и, хотя генетическая составляющая в его формировании не вызывает сомнения, величина этой составляющей может варьировать, а влияние средовых факторов может быть велико и непредсказуемо. И - важный вопрос - будут ли они благодарны тем, кто создал их двойников, нарушив естественное право человека на собственную неповторимость? Ведь и у монозиготных близнецов иногда возникают проблемы, связанные именно с этим аспектом.
3. Научные исследования. Сомнительно, чтобы существовали такие научные проблемы, которые можно было бы разрешить исключительно только с помощью клонов человека (об этических аспектах этого - чуть позже).
4. Использование клонирования в медицинских целях. Это именно тот вопрос, который следует обсуждать серьезно.

Предполагается, что можно использовать клонирование для преодоления бесплодия - это так называемое репродуктивное клонирование. Бесплодие, действительно, является чрезвычайно важной проблемой, многие бездетные семьи согласны на самые дорогие процедуры, чтобы иметь возможность родить ребенка.

Но возникает вопрос - а что принципиально нового может дать клонирование по сравнению, например, с экстракорпоральным оплодотворением с использованием донорских половых клеток? Честный ответ будет - ничего. Клонированный ребенок не будет иметь генотипа, являющего комбинацией генотипов мужа и жены. Генетически такая девочка будет монозиготной сестрой своей матери, генов отца у нее не будет. Точно так же клонированный мальчик для своей матери будет генетически чужд. Другими словами, получить генетически полностью «своего» ребенка с помощью клонирования бездетная семья не сможет, так же как и при использовании донорских половых клеток («дети из пробирки», полученные с помощью собственных половых клеток мужа и жены, генетически не отличаются от «обычных» детей). А в таком случае - зачем такая сложная и, что особенно важно, очень рискованная процедура? А если вспомнить, какова эффективность клонирования, представить себе, сколько нужно получить яйцеклеток, чтобы родился один клон, который к тому же, возможно, будет больным, с укороченной продолжительностью жизни, сколько эмбрионов, уже начавших жить, погибнет, то перспектива репродуктивного клонирования человека становится устрашающей. В большинстве тех стран, где технически возможно осуществление клонирования человека, репродуктивное клонирование законодательно запрещено.

Терапевтическое клонирование предполагает получение эмбриона, выращивание его до 14-дневного возраста, а затем использование эмбриональных стволовых клеток в лечебных целях. Перспективы лечения с помощью стволовых клеток ошеломляющи - излечение многих нейродегене-ративных заболеваний (например болезней Альцгеймера, Паркинсона), восстановление утраченных органов, а при клонировании трансгенных клеток - лечение многих наследственных болезней. Но посмотрим правде в лицо: фактически это означает вырастить себе братика или сестричку, а потом - убить, чтобы использовать их клетки в качестве лекарства. И если убивается не новорожденный младенец, а двухнедельный эмбрион, дела это не меняет. И, хотя, ограниченное использование терапевтического клонирования в большинстве стран не запрещено, очевидно, что человечество вряд ли пойдет по этому пути. Поэтому ученые ищут другие пути для получения стволовых клеток.

Китайские ученые с целью получения эмбриональных стволовых клеток человека создали гибридные эмбрионы путем клонирования ядер клеток кожи человека в яйцеклетках кроликов. Было получено более 100 таких эмбрионов, которые в течение нескольких дней развивались в искусственных условиях, а затем из них были получены стволовые клетки. Неизбежно возникает вопрос, что получилось бы, если такой эмбрион имплантировали бы в матку суррогатной матери и дали ему возможность развиваться. Эксперименты с другими видами животных дают основания считать, что жизнеспособный плод вряд ли бы мог развиться. Ученые надеются, что такой способ получения стволовых клеток окажется этически более приемлемым, чем клонирование человеческих эмбрионов.

Но, к счастью, оказывается, что эмбриональные стволовые клетки можно получать гораздо проще, не прибегая к сомнительным с этической точки зрения манипуляциям. У каждого новорожденного в его собственной пуповинной крови содержится довольно много стволовых клеток. Если эти клетки выделить, а затем хранить в замороженном виде, их можно будет использовать, если возникнет такая необходимость. Создавать такие банки стволовых клеток можно уже сейчас. Правда, следует иметь в виду, что стволовые клетки еще могут преподнести сюрпризы, в том числе и неприятные. В частности, есть данные о том, что стволовые клетки могут легко приобретать свойства злокачественности. Скорее всего, это связано с тем, что в искусственных условиях они изъяты из-под жесткого контроля со стороны организма. А ведь контроль «социального поведения» клеток в организме не только жесткий, но весьма сложный и многоуровневый. Но, конечно, возможности использования стволовых клеток столь впечатляющи, что исследования в этой области и поиски доступного источника стволовых клеток будут продолжаться.

И наконец, последний вопрос: допустимо ли клонирование человека?
Конечно, клонирование человека, безусловно, недопустимо, пока не преодолены технические сложности и низкая эффективность клонирования, пока не гарантирована нормальная жизнеспособность клонов. Несмотря на то, что время от времени появляются сообщения о том, что где-то родились клонированные дети, до настоящего времени ни одного документированного, достоверного случая успешного клонирования человека нет. Сенсационное сообщение о клонировании человеческих эмбрионов с очень высокой эффективностью южнокорейским ученым Ву-Сук Хваном не подтвердилось, были получены доказательства фальсификации результатов. До того чтобы клонирование стало обычной безопасной процедурой, еще очень далеко. Смысл вопроса в другом - допустимо ли клонирование человека в принципе? Какие последствия могло бы иметь применение этого способа размножения?

Одним из вполне реальных последствий клонирования может стать нарушение соотношения полов в потомстве. Не секрет, что очень и очень многие семьи во многих странах хотели бы иметь скорее мальчика, чем девочку. Уже в настоящее время в Китае возможность пренатальной диагностики пола и меры по ограничению рождаемости привели к такому положению, что в некоторых районах среди детей наблюдается значительное преобладание мальчиков. Что будут делать эти мальчики, когда придет время заводить семью?

Другое негативное следствие широкого применения клонирования - снижение генетического разнообразия человека. Оно и так невелико - существенно меньше, чем, например, даже у таких малочисленных видов, как человекообразные обезьяны. Причина этого - резкое снижение численности вида, имевшее место не менее двух раз за последние 200 тыс. лет. Следствием является большое количество наследственных заболеваний и дефектов, вызываемых переходом мутантных аллелей в гомозиготное состояние. Дальнейшее снижение разнообразия может поставить под угрозу существование человека как вида. Правда, справедливости ради следует сказать, что столь широкого распространения клонирования вряд ли следует ожидать даже в отдаленном будущем.

И наконец, не следует забывать о тех последствиях, которые мы пока не в состоянии предусмотреть.

В заключение нужно сказать вот о чем. Стремительное развитие биологии и медицины поставило перед человеком множество новых вопросов, которые никогда раньше не возникали и не могли возникнуть - допустимость клонирования или эвтаназии; возможности реанимации поставили вопрос о границе жизни и смерти; угроза перенаселения Земли требует ограничения рождаемости. С подобными проблемами человечество никогда не сталкивалось и поэтому не выработало никаких этических установок по их поводу. Именно поэтому сейчас невозможно дать ясные и четкие ответы, что можно, а что нельзя. Нужно отдавать себе отчет и вот еще в чем: можно законодательно запретить те или иные работы, но природа человека такова, что, если что-нибудь (клонирование человека, например) технически возможно, оно рано или поздно будет сделано несмотря ни на какие запреты. Именно поэтому необходимо широкое обсуждение подобных вопросов, с тем чтобы вырабатывалось осознанное отношение к таким проблемам, по которым в настоящее время невозможно дать однозначного ответа.

"Биология для школьников" . - 2014 . - № 1 . - С. 18-29.

 Представлены основные этапы научных исследований, зарождения и восприятия идеи клонирования в современном мире, возможные области применения и технологии клонирования человека.

Введение

Шестьдесят лет назад немецкий эмбриолог, лауреат Нобелевской премии Ганс Шпеман (Spemann) впервые поставил вопрос о целостности и идентичности генома в течение всей жизни организма. Он же предложил эксперимент по переносу ядра какой-нибудь дифференцированной клетки в яйцеклетку с предварительно разрушенным собственным ядром.

Совместно с Дришем (Driesch) он впервые показал, что ядра ранних эмбрионов морских ежей и тритонов тотипотентны, т.е. способны обеспечивать развитие любых типов клеток.

Естественно встал вопрос, действительно ли рост, развитие и дифференциация эмбриона затрагивают необратимые модификации генома в соматических клетках.

Ниже приведены некоторые сведения об экспериментальном клонировании животных, отраженные в литературе.

Так, эксперименты, начатые в 1952 г. и проведенные на амфибиях , показали, что из ядер, полученных из клеток ранних эмбрионов, можно клонировать взрослый организм. Однако ядра клеток взрослого животного могли развиваться только до стадии головастика и не могли создавать взрослого клона .

Пересадка ядер у млекопитающих впервые была предпринята на мышах в 1983 г. Более 90% реконструированных зигот мыши, получивших пронуклеусы от других зигот, успешно достигали стадии бластоцисты . Однако когда переносили ядра из 4-, 8-клеточных эмбрионов или ядра внутренней клеточной массы в энуклиированные яйцеклетки, ни одна зигота не достигала стадии бластоцисты .

Опыты по клонированию других видов млекопитающих методом переноса ядер эмбриональных клеток имели определенный успех, и были получены клоны овцы, коровы, кролика, свиньи, козы . Причем первые клонированные овцы родились после переноса ядер 8- 16-клеточных эмбрионов . Потомство у коров и овец было получено также после переноса ядер тотипотентных клеток короткоживущей клеточной культуры, полученной из ранних преимплантационных эмбрионов .

Перенос ядер эмбриональных клеток можно осуществлять между близкородственными видами, например между M.musculus и M.caroli . В то же время на последней ежегодной встрече 1997 г. Международного общества по переносу эмбрионов (International Embryo Transfer Society) в Бостоне исследователи из Университета Висконсия-Мадисон сообщили об успешном клонировании 70 эмбрионов при использовании энуклиированных яйцеклеток коров и ядер от эмбриональных клеток овец, свиней, крыс и обезьян. Реконструированные эмбрионы культивировали до 60-120-клеточной стадии. Однако не было получено ни одной беременности после переноса эмбрионов.

В 1997 г. Рослинский институт совместно с биотехнологической компанией PPL Therapeutics объявили о клонировании 5 овец с помощью переноса ядер клеток фибробластов плода, в которые предварительно были введены искусственно созданные генетические конструкции. Две полученные таким образом трансгенные овцы несли ген фактора свертываемости крови IX человека. Предполагается, что данный высокоценный белок будет экспрессироваться с молоком овец. Таким образом, интеграция чужеродной ДНК в геном фибробластов не нарушила, которая контролирует эмбриональное развитие овец .

Оригонский региональный исследовательский центр по изучению приматов сообщил о клонировании двух обезьян при использовании ядер клеток эмбриона на стадии дифференцировки .

Американская биотехнологическая компания ABS Global Inc. сообщила о рождении в феврале 1997 г. бычка, полученного с помощью технологии клонирования и с использованием ядер первичных стволовых клеток 30-дневного эмбриона .

Все приведенные выше работы были выполнены с помощью переноса ядер эмбриональных недифференцированных или частично дифференцированных клеток плодов и эмбрионов и считалось, что получить клон с использованием ядра полностью дифференцированной клетки взрослого организма невозможно.

Та самая Долли

Наибольший резонанс общественности, в том числе и научной, вызвала работа Уилмута (Wilmut) с коллегами, появившаяся в февральском номере Nature за 1997 г. Это единственная на сегодняшний день опубликованная научная статья, посвященная получению живого потомства после переноса ядра, взятого из соматической клетки взрослого животного.

Вкратце результаты этой работы таковы. Были получены три новые клеточные популяции из клеток 9-дневных преимплантационых эмбрионов, 26-дневных плодов и клеток молочной железы 6-летней овцы. Ядра из данных клеток переносили в предварительно энуклиированные неоплодотворенные ооциты овцы. С помощью электропорации стимулировали слияние кариопласта с цитоплазмой и активацию ооцита . Реконструированные таким образом ооциты культивировали in vivo до стадии морула/бластоциста и переносили суррогатным овцам - реципиентам. Из 834 удачно реконструированных ооцитов было получено 8 живых ягнят, причем из 277 ооцитов, в которые переносили ядра клеток взрослого животного, получена только одна - знаменитая Долли .

Развитие эмбрионов, созданных путем переноса ядер, в первую очередь зависит от сохранения плоидии реконструированного эмбриона и создания условий, необходимых для нормальной регуляции экспрессии генов во времени и пространстве. Основополагающим фактором, по всей видимости, является стадия клеточного цикла донора и реципиента и взаимодействие между ними.

Так, если ядра клеток, находящихся на стадии S или G2, переносят в ооциты, находящиеся на стадии МII, они имеют тенденцию проходить дополнительную ДНК-репликацию и преждевременную конденсацию хромосом, что ведет к анеуплоидии и аномальному развитию реконструированного ооцита . Уилмут преодолел эту проблему с помощью трансплантации ядер из клеток, которые были блокированы на стадии G0 диплоидной фазы путем истощения содержания сыворотки в культуральной среде. Перенос ядер на этой стадии лучше с цитоплазмой ооцита, уменьшая случаи хромосомных аномалий. Этим можно объяснить существующие трудности в клонировании мышей: ядра эмбриональных клеток в ранней преимплантационной стадии в основном находятся в S и G2, и очень трудно (или почти невозможно) блокировать эмбриональные стволовые клетки на стадии G0 путем истощения сыворотки.

Другими факторами, которые могли влиять на успешный исход работы Уилмута, являются 1) большая доступность хроматина (за счет деспирализации ДНК) из клеток на стадии G0 ооцитарному ремоделирующему фактору/факторам; 2) начало транскрипции эмбрионального генома овцы на 8-16-клеточной стадии (у тех же мышей начало транскрипции происходит уже на поздней двуклеточной стадии). Теоретически такая поздняя активация генома позволяет эмбриону овцы в течение, по крайней мере, двух клеточных циклов репрограммировать и ремоделировать ДНК трансплантированного ядра взрослой клетки. Если последний аспект действительно играет значительную роль в данном эксперименте, будет очень трудно воспроизвести результаты клонирования на других видах млекопитающих, у которых активация эмбрионального генома происходит на более ранних стадиях, чем у овцы .

Своей работой Уилмут с коллегами продемонстрировали, что ядра клеток молочной железы взрослой овцы могут быть при определенных условиях репрограммированы цитоплазмой ооцита и дать развитие новому организму. Полученные данные заставили по-новому посмотреть на процесс клеточной дифференциации. Этот процесс, как оказалось, не носит необратимый характер. Совершенно ясно, что цитоплазматические факторы способны инициировать развитие нового организма на основе генетического материала ядра взрослой полностью дифференцированной клетки. Таким образом, биологические часы могут быть повернуты вспять, и развитие организма может начаться из генетического материала взрослой дифференцированной клетки, что полностью противоречит ранее общепринятой биологической догме.

Ученые в США пришли к выводу, что клонирование человека, по всей вероятности, неосуществимо. После проведения нескольких сотен опытов на обезьянах было установлено, что устройство яйцеклеток приматов, к которым относится и человек, делает их клонирование практически невозможным. Ни одну обезьяну клонировать так до сих пор и не удалось. Клонирование человека может оказаться неосуществимым, сообщает BBC . Причины этого кроются в биологии.

ПО ТЕМЕ

К выводам о невозможности клонирования пришли ученые США. По их словам, сотни попыток создать клон обезьяны провалились. Дело в том, что устройство яйцеклеток приматов, в том числе и человека, делает их клонирование практически невозможным, говорят ученые.

Клонированию успешно подвергаются некоторые животные, например мыши и овцы, однако появляются все более явные признаки того, что не все виды можно воспроизвести искусственным путем.

Это исследование, результаты которого были опубликованы в журнале "Science", добавляет аргументов тем, кто не верит в заявления компании Clonaid о создании первых человеческих клонов.

Напомним, что эта компания, созданная последователями уфологического культа раэлитов, сообщила о клонировании человека, однако не предоставила убедительных доказательств этому.

Большинство ученых сходятся на том, что попытки создать клон человека опасны и сомнительны с моральной точки зрения. Многие клоны животных появлялись на свет с теми или иными отклонениями. Здоровыми они рождались редко.

Исследователи университета Питтсбургской школы медицины попытались клонировать макаку-резус с помощью технологии, использовавшейся при создании клона знаменитой овцы Долли.

После сотен попыток им так ни разу не удалось добиться беременности у носителя клона. Другим группам ученым также не удалось клонировать обезьян.

Судя по всему, у приматов при делении клонированных клеток ДНК не передается новым клеткам должным образом. Некоторые клетки в итоге получают либо слишком много, либо слишком мало ДНК, и оказываются нежизнеспособными.

Ученые полагают, что попытки клонировать других приматов, в том числе и человека, похоже, обречены на провал.

"Таким образом подтверждается тот факт, что шарлатаны, сообщавшие о клонировании человека, никогда не понимали клеточной биологии настолько хорошо, чтобы добиться успеха", - заявил журналу "Sceince" руководитель группы доктор Джеральд Шаттен.

С момента изобретения термина «клон» в 1963 году генная инженерия пережила несколько колоссальных скачков: мы научились извлекать гены, разработали метод полимеразной цепной реакции, расшифровали геном человека и клонировали ряд млекопитающих. И все же, на человеке эволюция клонирования остановилась. С какими этическими, религиозными и технологическими проблемами она столкнулась? Т&P изучили историю создания генетических копий, чтобы понять, почему мы до сих пор не клонировали себя.

Слово «клонирование» (англ. «cloning») происходит от древнегреческого слова «κλών» - «веточка, отпрыск». Этот термин описывает целый ряд разнообразных процессов, которые позволяют создать генетическую копию биологического организма или его части. Внешний вид такой копии может отличаться от оригинала, однако с точки зрения ДНК она всегда полностью ему идентична: группа крови, свойства тканей, сумма качеств и предрасположенностей остаются теми же, что и в первом случае.

История клонирования началась больше ста лет назад, в 1901 году, когда немецкому эмбриологу Хансу Шпеману удалось разделить двухклеточный зародыш саламандры пополам, и вырастить из каждой половины полноценный организм. Так ученым стало известно, что на ранних стадиях развития необходимый объем информации содержит каждая клетка эмбриона. Год спустя другой специалист, генетик из США Уолтер Саттон предположил, что эти сведения находятся в клеточном ядре. Ханс Шпеман принял эту информацию к сведению и через 12 лет, в 1914 году, успешно провел опыт по пересадке ядра из одной клетки в другую, а спустя еще 24 года, в 1938 году, предположил, что ядро можно пересадить в безъядерную яйцеклетку.

Затем развитие клонирования практически остановилось, и только в 1958 году британскому биологу Джону Гердону удалось успешно клонировать шпорцевую лягушку. Для этого он использовал неповрежденные ядра соматических (не принимающих участие в размножении) клеток организма головастика. В 1963 году другой биолог, Джон Холдейн впервые использовал термин «клон», описывая работы Гердона. Тогда же китайский эмбриолог Тун Дичжоу провел эксперимент по переносу ДНК взрослого карпа-самца в икринку женской особи и получил жизнеспособную рыбу, - а заодно и звание «отца китайского клонирования». После этого было проведено несколько успешных экспериментов по клонированию живых организмов: моркови, выращенной из изолированной клетки (1964 год), мышей (1979 год), овцы, чей организмы был создан из эмбриональных клеток (1984 год), двух коров, «рожденных» из дифференцированных клеток однонедельного эмбриона и клеток зародыша (1986 год), еще двух овец по кличке Меган и Мораг (1995 год) и, наконец, Долли (1996 год). И все же, для ученых Долли стала скорее вопросом, чем ответом на вопрос.

Медицинские проблемы: аномалии и «старые» теломеры

Именно Долли на сегодняшний день принадлежит звание самого знаменитого клона в истории дисциплины. Ведь она была создана на основе генетического материала взрослой особи, а не зародыша или эмбриона, как ее предшественницы и предшественники. Однако источник ДНК, согласно предположением ряда ученых, стал для клонированной овцы проблемой. Концы хромосом в организме Долли - теломеры - оказались такими же короткими, как и у ее ядерного донора - взрослой овцы. За длину этих фрагментов в организме отвечает специфический фермент - теломераза. В случае со взрослым организмом млекопитающего она, чаще всего, активна только в половых и стволовых клетках, а также в клетках лимфоцитов в момент иммунного ответа. В тканях, состоящих из такого материала, хромосомы постоянно удлиняются, а вот во всех остальных - укорачиваются после каждого деления. Когда хромосомы достигают критической длины, клетка перестает делиться. Вот почему теломераза считается одним из главных внутриклеточных механизмов, который регулирует продолжительность жизни клеток.

Сегодня нельзя сказать точно, стали ли «старые» хромосомы Долли причиной ее ранней для овец кончины. Она прожила 6,5 лет, что составляет чуть больше половины обычной для этого вида продолжительности жизни.

Специалистам пришлось усыпить Долли, поскольку у нее развился вызванный вирусом аденоматоз (доброкачественные опухоли) легких и тяжелый артрит. Обыкноывенные овцы тоже нередко страдают этими заболеваниями, но чаще в конце жизни, так что исключать влияние длины теломер Долли на деградацию тканей, очевидно, нельзя. Ученым, которые хотели проверить гипотезу о «старых» теломерах клонированных живых существ, не удалось ее подтвердить: искусственное «состаривание» ядер клеток молодого теленка путем их длительного культивирования в пробирке после рождения его клонов дало совершенно противоположный результат: длина теломер в хромосомах новорожденных телят сильно увеличилась и даже перегнала нормальные показатели.

Теломеры клонированных животных могут оказаться короче, чем у их обыкновенных собратьев, однако это не единственная проблема. Большая часть эмбрионов млекопитающих, полученных путем клонирования, погибает. Момент рождения тоже является критическим. Новорожденные клоны часто страдают гигантизмом, умирают от респираторного дистресса, дефектов развития почек, печени, сердца, мозга, а также отсутствия в крови лейкоцитов. Если животное все-таки выживает, нередко к старости у него развиваются другие аномалии: например, клонированные мыши в преклонном возрасте часто страдают ожирением. Тем не менее, потомство клонированных теплокровных существ не наследует пороков их физиологии. Это позволяет говорить о том, что изменения ДНК и хроматина, которые могут возникать при пересадке донорского ядра, являются обратимыми и стираются, когда геном проходит через зародышевый путь: ряд поколений клеток от первичных половых клеток зародыша до половых продуктов взрослого организма.

Общественный аспект: как социализировать клона

Клонирование не позволяет полностью повторить сознание человека, ведь далеко не все в процессе его формирование обусловлено генетикой. Вот почему о полной идентичности донорской и клонированной личности речи идти не может, а потому практическая ценность клонирования в действительности намного ниже, чем то, как традиционно видят ее в своем сознании писатели- и режиссеры-фантасты. И все же, сегодня в любом случае остается неясным, как создать для клонированного человека место в обществе. Какое имя он должен носить? Как в его случае оформить отцовство, материнство, брак? Как решать правовые вопросы имущества и наследования? Очевидно, воссоздание человека на основе донорского генетического материала потребовало бы появления особой общественной и правовой ниши. Ее возникновение изменило бы ландшафт привычной системы семейных и социальных отношений намного сильнее, чем, к примеру, регистрация однополых браков.

Религиозный аспект: человек в роли Бога

Представители крупнейших религий и конфессий выступают против клонирования человека. Папа Римский Иоанн Павел II, который был предстоятелем Римско-католической церкви с 1978 по 2005 год, сформулировал ее позицию так: «Путь, указанный Христом, - это путь уважения человека, и любые исследования должны иметь целью познание его в его истинности, чтобы потом служить ему, а не манипулировать им в соответствии с проектом, который иногда высокомерно считается лучшим, чем проект самого Создателя. Для христианина тайна бытия настолько глубока, что она неисчерпаема для человеческого познания. Человек же, который с самонадеянностью Прометея возносит себя до арбитра между добром и злом, превращает прогресс в собственный абсолютный идеал и впоследствии бывает раздавлен им. Прошедший век с его идеологиями, которыми печально отмечена его трагическая история, и войнами, избороздившими его, стоит перед глазами всех как демонстрация результата такой самонадеянности».

Патриарх Русской православной церкви Алексий II, занимавший этот пост с 1990 по 2008 год, выступил против экспериментов по генетическому воссозданию человека еще жестче. «Клонирование человека - аморальный, безумный акт, ведущий к разрушению человеческой личности, бросающий вызов своему Создателю», - заявил патриарх. Далай-лама XIV также высказывался в отношении экспериментов по генетическому воссозданию человека с опаской. «Что касается клонирования, то, как научный эксперимент, оно имеет смысл, если принесет пользу конкретному человеку, но если применять его сплошь и рядом, в этом нет ничего хорошего», - заявил буддийский первосвященник.

Опасения верующих и служителей церкви вызывает не только тот факт, что в подобных экспериментах человек заступает за рамки традиционных способов воспроизведения своего вида и, по сути, берет на себя роль Бога, но и то, что даже в рамках одной попытки клонирования тканей с использованием эмбриональных клеток должно быть создано несколько зародышей, большая часть из которых погибнет или будет умерщвлена. В отличие от процесса клонирования, который предсказуемо не упоминается в Библии, о зарождении жизни человека в канонических христианских текстах информация есть. Псалом Давида 138:13-16 говорит: «Ибо Ты устроил внутренности мои и соткал меня во чреве матери моей. Славлю Тебя, потому что я дивно устроен. Дивны дела Твои, и душа моя вполне сознает это. Не сокрыты были от Тебя кости мои, когда я созидаем был в тайне, образуем был во глубине утробы. Зародыш мой видели очи Твои; в Твоей книге записаны все дни, для меня назначенные, когда ни одного из них еще не было». Это утверждение богословы традиционно трактуют как указание на то, что душа человека возникает не в момент его появления на свет, а раньше: между зачатием и рождением. Из-за этого уничтожение или гибель эмбриона может рассматриваться как убийство, а это противоречит одной из библейских заповедей: «Не убий».

Польза клона: воссоздавать органы, а не людей

Клонирование биологического материала человека в ближайшие десятилетия, тем не менее, может все-таки оказаться полезным и лишиться, наконец, своей «криминальной» мистической и этической составляющей. Современные технологии сохранения пуповинной крови позволяют брать из нее стволовые клетки для создания органов для пересадки. Такие органы идеально подходят человеку, поскольку несут в себе его собственный генетический материал и не отторгаются организмом. При этом для такой процедуры нет необходимости воссоздавать зародыш. Эксперименты для развития подобной технологии уже проводились: в 2006 году британским ученым удалось вырастить небольшую печень из клеток пуповинной крови зачатого и рожденного обычным способом младенца. Это произошло спустя несколько месяцев после его появления на свет. Орган получился небольшим: всего 2 см в диаметре, - однако его ткани были в порядке.

Тем не менее, сегодня более известны формы терапевтического клонирования, которые предполагают создание бластоцисты: эмбриона ранней стадии развития, состоящего из порядка 100 клеток. В перспективе бластоцисты, разумеется, являются людьми, так что их использование нередко вызывает такие же споры, как и клонирование с целью получения живого человека. Отчасти именно поэтому сегодня все формы клонирования, включая терапевтическое, во многих странах официально запрещены. Воссоздание человеческого биоматериала в терапевтических целях разрешается только в США, Индии, Великобритании и некоторых частях Австралии. Технологии сохранения пуповинной крови сегодня используются нередко, однако пока ученые рассматривают ее лишь как потенциальное средство борьбы с диабетом I типа и сердечнососудистыми заболеваниями, а не как возможный ресурс для создания органов для трансплантации.