Клонирование

Тема: Клонирование

Содержание

Введение

Размножение растений

Клонирование шелкопряда

Первые опыты на амфибиях

Эксперименты с мышами

Кролики и коровы

Клонирование овец

Проблемы клонирования человека

Проблемы клонирования человека

Возможные последствия клонирования человека

Заключение

Список литературы

Введение

Термин клон происходит от греческого слова «klon», что означает веточка, побег, отпрыск. Клонированию можно давать много определений, вот некоторые самые распространенные из них, клонирование - популяция клеток или организмов произошедших от общего предка путём бесполого размножения, причём потомок при этом генетически идентичен своему предку.

Воспроизводство организмов полностью повторяющих особь, возможно только в том случае, если генетическая информация матери будет без каких-либо изменений передана дочерям. Но при естественном половом размножении этому препятствует мейоз. Незрелая яйцеклетка, имеющая двойной, или диплоидный набор хромосом - носителей наследственной информации - делиться дважды и в результате образуются четыре гаплоидных, с одинарным набором хромосом, клетки. Три из них дегенерируют, а четвёртая с большим запасом питательных веществ, становится яйцеклеткой. У многих животных она в силу гаплоидности не может развиваться в новый организм. Для этого необходимо оплодотворение. Организм, развившийся из оплодотворенной яйцеклетки, приобретает признаки, которые определяются взаимодействием материнской и отцовской наследственности. Следовательно, при половом размножении мать не может быть повторена в потомстве.

XX век стал веком величайших открытий во всех областях естествознания, веком научно-технической революции, которая изменила и облик Земли, и облик ее обитателей. Возможно, одной из основных отраслей знания, которые будут определять облик нашего мира в следующем веке, является генетика.

С этой сравнительно молодой наукой всегда было связано немало споров и противоречий, но последние достижения генетики и генной инженерии, которая вполне может считаться самостоятельной дисциплиной, в таких областях, как исследование генома человека и клонирование, хотя и открыли широкие перспективы развития биотехнологий и лечения различных заболеваний, сделали возможным изменение самой сущности человека, породив тем самым множество вопросов этического, даже, скорее, философского, характера.

Имеет ли человек право изменять то, что создано природой? Имеет ли право исправлять ее ошибки и, если да, то где та грань, которую нельзя переступать? Не обернутся ли научные знания катастрофой для всего человечества, как это случилось, когда была открыта энергия атома, уничтожившая Хиросиму, Нагасаки и Чернобыль?

Размножение растений

Клонирование, прежде всего, изначально относится к вегетативному размножению. Клонирование растений черенками, почками или клубнями известно уже более 4 тысяч лет. Начиная с 70-х гг. нашего столетия для клонирования растений стали широко использовать небольшие группы и даже соматические (неполовые) клетки.

Дело в том, что у растений в отличие от животных по мере их роста, в ходе клеточной специализации - дифференцировки - клетки не теряют так называемые тотипотентные свойства, то есть, не теряют своей способности реализовывать всю генетическую информацию, заложенную в ядре. Поэтому практически любая растительная клетка, сохранившее в процессе дифференцировки своё ядро, может дать начало новому оргазму. Эта особенность растительных клеток лежит в основе многих методов генетики и селекции.

При вегетативном размножении и при клонировании гены не распределяются по потокам, как в случае полового размножения, а сохраняются в полном составе в течение многих поколений. Все организмы, входящие в состав определённого клона имеют одинаковый набор генов и фенотипически не различаются между собой.

Клетки животных, дифференцируясь, лишаются тотипотенстности, и в этом, одно из существенных отличий от клеток растений. Как будет показано ниже именно здесь главное препятствие для клонирования взрослых позвоночных животных.

Клонирование шелкопряда

В изобретение клонирования животных, несомненно, надо отдать должное русским учёным. Сто лет тому назад русский зоолог московского университета А.А. Тихомиров впервые открыл, что яички тутового шелкопряда в результате различных химических и физических воздействий начинают развиваться без оплодотворения.

Однако это развитие, названное партеногенезом, рано останавливалось: партеногенетические эмбрионы погибли ещё до вылупления личинок из яиц. Но это уже была прелюдия к клонированию животных.

Б.Л. Астауров в 30-е гг. в результате длительных исследований, получивших мировую известность, подобрал термическое воздействие, которое одновременно активизировало неоплодотворённое яйцо к развитию и блокировало стадию мейоза, то есть превращение диплоидного ядра яйцеклетки в гаплоидное. Развитие с ядром, оставшимся диплоидным, заканчивалось вылуплением личинок, точно повторяющих генотип матери, включая и пол. Так, в результате амейотического партеногенеза были получены первые генетические копии, идентичные матери.

Количество вылупившихся партеногенетических гусениц находилось в зависимости от жизнеспособности матери.

Поэтому у «чистых» пород вылупление гусениц не превышало 1%, в то время как у значительно более жизнеспособных межрасовых гибридов оно достигло 40-50%. Несмотря на огромный успех, автор этого метода пережил горькое разочарование: партеногенетическое потомство характеризовалось пониженной жизнеспособностью на эмбриональных и постэмбриональных стадиях развития (гусеницы, куколки, бабочки). Гусеницы развивались неравномерно, среди них было много уродливых, а завитые ими коконы различались по массе. Позже Астауров улучшил метод, применив гибридизацию между селекционными линиями. Так он смог повысить жизнеспособность у новых клонов до нормы, но довести до этого уровня другие количественные признаки ему не удалось: например масса партеногенетических коконов не превышала 82% от массы нормальных коконов такого же генотипа.

Позднее установили причины партеногенетической депрессии и сложными методами, которые позволили накапливать «гены партеногенеза», вывели новые высокожизнестойкие клоны самок, а позднее и партеногенетических самцов. Скрещивая таких самцов со своими «матерями» или склонными к партеногенезу самками других клонов, получили потомство с ещё большей склонностью к партеногенезу. От лучших в этом отношении самок закладывали новые клоны.

В результате многолетнего отбора удалось накопить в генотипе селекционируемых клонов невиданно большое число генов, обуславливающих высокую склонность к партеногенезу. Вылупление гусениц достигло 90%, а их жизнеспособность повысилась до 95-100%, опередив в этом отношении обычные породы и гибриды. В дальнейшем «скрестили» с помощью партеногенетических самцов два генетически резко отличающихся клона разных рас и от лучших гибридных самок вывели сверхжизнеспособные клоны.

Наконец, научились клонировать самцов тутового шелкопряда. Это стало возможным после того, как удалось получить самцов, у которых все парные гены были идентичными, или гомозиготными. Вначале таких самцов клонировали особым мужским партеногенезом (андрогенезом). Для этого воздействием гамма-лучей и высокой температуры лишали ядро яйца способности к оплодотворению. Ядро проникшего в такое яйцо сперматозоида, не встретив дееспособного женского ядра, само, удваиваясь, приступало к развитию мужского зародыша, который естественно повторял генотип отца. Таким способом ведутся мужские клоны в десятках поколениях. Позже один из таких клонов был преобразован в обоеполовую линию, также состоящих из генетически идентичных (за исключением половых хромосом) теперь уже самок и самцов. Поскольку положивший начало этой линии полностью гомозиготный отец возник в результате размножения, приравненного к самооплодотворению, то сам он и линия двойников обоего пола имеют пониженную жизнеспособность. Скрещивая между собой две такие линии, стали без труда получать гибридных и высоко жизнеспособных двойников в неограниченном количестве.

Итоги клонирования шелкопряда: полученные клоны самок и самцов тутового шелкопряда для практического шелководства непригодны, но это не крах всех надежд. Целесообразно использовать клоны не для непосредственного применения в шелководческой практике, а на племя для выдающегося по продуктивности потомства. Примерная схема использования клонов в промышленном производстве выглядит следующим образом. Из большого количества коконов выбирают те, из которых развиваются выдающиеся по продуктивности самки, и от каждой получают партеногенетическое потомство, для дальнейшей работы используют партеногенетических клоны, которые повторяют высокую продуктивность матери и проявляют высокую склонность к партеногенезу. За этим следует скрещивание с определёнными клонированными самцами и из полученного гибридного поколения выбирают два производства, только те клоны, которые дали прекрасное во всех отношениях потомство. Его высокие качества обусловлены не только предшествующей селекцией, а ещё и тем, что в процессе отбора особей на высокую склонность к партеногенезу в их генотипе образуется комплекс генов жизнеспособности, компенсирующей вредное влияние искусственного размножения. При переводе клонов на половое размножение этот комплекс, оказавшись несбалансированным, сильно повышает гетерозис.

Первые опыты на амфибиях

Возможность клонирования эмбрионов позвоночных впервые была показана в конце 40-х начале 50-х гг. в опытах на амфибиях, когда эмбриолог Георгий Викторович Лопашов разработал метод пересадки (трансплантации) ядер в яйцеклетку лягушки. В июне 1948 года он отправил в «Журнал общей биологии» статью, написанную по материалам собственных экспериментов. Однако на беду Лопашова в августе 1948 года состоялась печально известная сессия ВАСХНИЛ, утвердившая по воле коммунистических вождей беспредельное господство в биологии малограмотного агронома Т.Д.Лысенко, и набор статьи Лопашова, принятой к печати, был рассыпан, потому что она доказывала ведущую роль ядра и содержащихся в нём хромосом в индивидуальном развитии организмов. Работу Лопашова забыли, а в 50-х гг. американские эмбриологи Бриггс и Кинг выполнили сходные опыты, и приоритет достался им, как это часто случалось в истории российской науки.

Бриггс и Кинг разработали микрохирургический метод пересадки ядер эмбриональных клеток с помощью тонкой стеклянной пипетки в лишённые ядра клетки (энуклеированные клетки).

Они установили, что если брать ядра из клеток зародыша на ранней стадии его развития - бластуле (бластула - стадия в развитии зародыша, представляющая собой полный шар из одного слоя клеток), то примерно в 80% случаях зародыши благополучно развиваются дальше и превращаются в нормального головастика. Если же развитие зародышей продвинулось на следующую стадию - гастулу, то лишь менее чем в 20% случаев оперированные клетки развивались нормально. Эти результаты позже были подтверждены в других работах.

Большой вклад в эту область внёс английский биолог Гёрдон. Он первый в опытах с южноафриканской жабой Xenopus laevis в качестве донора ядер использовал не зародышевые клетки, а уже вполне специализировавшиеся клетки эпителия кишечника плавающего головастика. Ядра яйцеклеток-реципиентов он не удалял хирургическим путём, а разрушал ультрафиолетовыми лучами. В большинстве случаев реконструированные яйцеклетки не развивались, но примерно десятая часть из них образовывала эмбрионы, 5% из этих эмбрионов достигали стадии бластулы, 2,5% стадии головастика и только 1% развивалось в половозрелые особи однако появление нескольких взрослых особей в таких условиях могло быть связано с тем, что среди клеток эпителия кишечника развивающегося головастика довольно длительно присутствуют первичные половые клетки, ядра, которых могли быть использованы для пересадки. В последующих работах, как самого автора, так и других исследователей не смогли подтвердить данные этих первых опытов.

Позже Гёрдон модифицировал эксперимент. Поскольку большинство реконструированных яйцеклеток с ядром клетки кишечного эпителия погибают до завершения стадии гастулы, он попробовал извлечь из них ядра на стадии бластулы и снова пересадить их в новые энуклеированные яйцеклетки, такая процедура называется «серийной пересадкой». Число зародышей с нормальным развитием после этого увеличилось, и они развивались до более поздних стадий по сравнению с зародышами, полученными в результате первичной пересадки ядер.

Затем Гёрдон вместе с Ласки (1970 год) стали культивировать in vitro (вне организма в питательной среде) клетки почки, лёгкого и кожи взрослых животных и использовать уже эти клетки в качестве доноров ядер. Примерно 25% первично реконструированных яйцеклеток развивались до стадии бластулы. При серийных пересадках они развивались до стадии головастика. Таким образом, было показано, что клетки 3-х разных тканей взрослого позвоночного содержит ядра, которые могут обеспечить развитие по крайней может до стадии головастика.

В свою очередь ДиБерардино и Хофнер использовали для трансплантации ядра неделящихся и полностью дифференцированных клеток крови - эритроцитов лягушки Rana Pipiens. После серийной пересадки таких ядер 10% реконструированных яйцеклеток достигали стадии плавающего головастика. Однако даже с помощью многократных серийных пересадок (более 100 клеточных циклов) реконструированные яйцеклетки дальше стадии головастика не развивались.

Таким образом, во многих работах показано, что в случае амфибий донорами ядер могут стать лишь зародыши на ранних стадиях развития. Некоторые авторы называют подобные эксперименты клонированием амфибий, хотя правильнее их называть клонированием эмбрионов амфибий, так как в этом случае размножают бесполым путём не взрослых животных, а их зародышей.

Дифференцировка клеток в ходе развития позвоночных сопровождается инактиваций неработающих генов, поэтому клетки теряют тотипотентность, дифференцировка становится необратимой. В конце концов, у одних клеток происходит репрессирование генома, у других в той или иной степени деградирует ДНК, а в некоторых случаях разрушается даже ядро. Однако на ряду с дифференцируемыми клетками, культивируемыми in vitro клеточные популяции содержат малодифференцируемые стволовые клетки, которые и могут быть использованы как доноры ядер для клонирования млекопитающих.

Опыты с амфибиями показали, что ядра различных клеток одного и того же организма генетически идентичны и в процессе дифференциации постепенно теряют способность обеспечивать развитие реконструированных яйцеклеток, однако серийные пересадки ядер и культивирование клеток in vitro в какой-то степени увеличивают эту способность.

Эксперименты с мышами

Успешные опыты с амфибиями заставили задуматься учёных о клонировании млекопитающих, в частности мышей.

МакКиннелл в одной из своих работах отмечал, что необходимые для этого методы уже существуют и непонятно почему мышь до сих пор не клонирована.

Однако предсказания МакКиннелла не сбылись, хотя в конце 70-х гг. опыты на мышах действительно начались и протекали весьма драматично. К тому времени весьма основательно были изучены биология и генетика ранних этапов развития млекопитающих и в частности мыши как модельного объекта.

Работа методически оказалась довольно трудной, прежде всего, потому что объём яйцеклетки у млекопитающих примерно в тысячу раз меньше, чем у амфибий. Однако эти трудности были успешно преодолены. Экспериментаторы научились успешно микрохирургическим путём удалять пронуклеусы (одно из двух гаплоидных ядер в яйце млекопитающих, в период после проникновения сперматозоида, но до слияния женского и мужского пронуклеусов в ядро зиготы в процессе оплодотворения. Мужское ядро формируется из ядерного материала сперматозоида, женское из хромосом яйцеклетки) из зигот мыши и пересаживать в них клеточные ядра ранних эмбрионов. Однако все полученные разным способом зародыши мышей развивались лишь до стадии бластулы.

В 1977 году появилось сенсационное сообщение Хоппе и Илменсе о том, что они получили 7 взрослых самок мышей, пять из имели только материнский, а две отцовский геном. Это, якобы, зависело от того, какой пронуклеус был оставлен в яйце - женский или мужской, он и определял особи по типу гиногенеза или андрогенеза (гиногенез - развитие яйца без участия сперматозоида, андрогенез - развитие яйца, имеющие только отцовские хромосомы - мужской партеногенез). Их успех был связан, по описанию авторов, с тем, что, удаляя один пронуклеус, они удваивали число хромосом другого, обрабатывая яйца специальным веществом, затем выращивали полученные диплоидные гомозиготные ародыши in vitro до стадии бластулы и пересаживали в матку самки-реципиента для дальнейшего развития.

Казалось, теперь можно будет быстро получить млекопитающих со 100% гомозиготностью по всем признакам. Это особенно важно для селекции, так как для получения сельскохозяйственных животных, в частности крупного рогатого скота с закреплёнными особо ценными качествами обычными приёмами требуются десятки лет работы.

Однако данные Хоппе и Илменси подтвердить не удалось, хотя многие пытались это сделать. Оказалось, что полученные любым способом диплоидные андрогенетические и гиногенетические зародыши мышей погибают, а тех же стадиях, что и диплоидные партеногенетические (развивающиеся из неоплодотворённой яйцеклетки) эмбрионы.

Значительно усовершенствовав методы извлечения ядер и введения их в клетку, МакГрат и Солтер провели свою серию экспериментов и сообщили, что высокий выход живых мышей они получили, когда в качестве доноров ядер они использовали зиготы, но если донорами были ранние эмбрионы, то реконструированные яйцеклетки, как и прежде, развивались только до стадии бластулы.

Метод МакГрата - Солтера стал широко использоваться разными экспериментаторами. Так Манн и Ловел-Банж выделяли пронуклеусы яиц, активированных к партеногенезу, и пересаживал их в энуклеированные зиготы мышей. В этих случаях эмбрионы погибали на ранних стадиях. Если же, наоборот, пронуклеусы получали из оплодотворённых яиц и пересаживали в партеногенетические и лишённые ядра яйца, то такие зародыши развивались нормально до рождения.

Сурани с соавторами установили, что если добавить женские пронуклеус из зиготы мыши к гаплоидному набору хромосом яйцеклетки, то нормального развития не происходит, добавление же мужского ядра приводит к нормальному развитию. С другой стороны, рекомбинация женского и мужского пронуклеусов из ранних оплодотворённых яйцеклеток мышей обеспечивает нормальное развитие, а комбинация 2-х мужских или 2-х женских пронуклеусов останавливает развитие эмбриона.

Эти опыты показали, что для нормального развития млекопитающих требуется два набора хромосом - отцовский и материнский. Поэтому ни у одного из известного вида млекопитающих не описан партеногенез. Поэтому же работы Хоппе и Илменсе не удалось повторить.

Однако такие исследование ещё дважды будоражили научное сообщество. В 1982 году пересадили ядра клеток партеногенетических бластул мышей в энуклеированные зиготы. Некоторые из этих реконструированных яйцеклеток нормально развивались, и якобы получены четыре взрослых самки, но в свете вышесказанного эти результаты маловероятны.

Гибель партеногенетических (гиногенетических и андрогенетических) зародышей у млекопитающих связана с различной активацией онтогенеза материнского и отцовских геномов. Механизм, регулирующий эти функциональные различия, был назван геномным импритингом и изучался в ряде работ, где было показано, что для нормального развития млекопитающих требуется наличие мужского генома.

Другая статья Илменсе и Хоппе имела ещё больший резонанс. Авторы сообщили о пересадке ядер внутренней клеточной массы бластулы в энуклеированные зиготы мышей и получения трёх взрослых особей (двух самок и одного самца), генетически идентичной донорской линии мышей. Введение ядер-доноров и удаление пронуклеусов из зиготы проводили за один приём, затем реконструированные яйцеклетки культивировали in vitro до стадии бластулы и пересаживали в матку самок. Из 16 пересаженных бластул три развились во взрослых особей. В следующей работе эти же авторы использовали в качестве доноров-ядер клетки эмбрионов ещё более поздней стадии (семь суток) и будто бы получили трёх половозрелых мышей. Однако никто из работающих в том же направлении не смог добиться подобных результатов, и достоверность результатов Илменсе и Хоппе вновь была поставлена под сомнение.

МакГрат и Солтер показали, что ядра 8-клеточных зародышей и клеток внутренней клеточной массы бластулы не обеспечивают развития in vitro реконструированных яйцеклеток даже до стадии морулы, которая предшествует стадии бластулы. Наибольшая часть (5%) 4-клеточных зародышей даёт возможность развиваться только до стадии морулы. В тоже время 19% реконструированных яйцеклеток 2-ядерных клеточных зародышей, смогли спокойно достичь стадии морулы или бластулы.

Эти и другие данные показывают, что в эмбриогенезе у мышей клеточное ядро рано теряет тотипотентность, что связано, очевидно, с очень ранней активизацией генома зародыша - уже на стадиях двух клеток. У других млекопитающих, в частности у кроликов, овец и крупного рогатого скота, активизация первой группы генов в эмбриогенезе происходит позднее, на 8-16 клеточной стадии. Возможно, поэтому первые значительные успехи в клонировании животных были достигнуты на других видах млекопитающих, а не на мышах.

Особый интерес вызывают опыты группы учёных из университета в Гонолулу во главе с Риузо Янагимачи. Авторам удалось усовершенствовать метод Уилмута, о котором речь пойдёт ниже, они отказались от электрической стимуляции слияния донорской соматической клетки с яйцеклеткой и изобрели такую микропипетку, с помощью которой можно было бы безболезненно извлекать ядро из соматической клетки и трансплантировать его в обезъядренную клетку. Кроме того, авторы использовали в качестве донорских относительно менее дифференцированные ядра клеток. Наконец, удалось, как бы синхронизировать процессы, протекающие в яйцеклетке и трансплантируемом в нём ядре, что позволило обеспечить естественные ядерно-цитолазматические взаимоотношения между ядром и цитоплазмой, поскольку трансплантируемое дифференцированное в определённом направлении ядро и цитоплазма яйцеклетки до того работали как бы в разных режимах.

Авторы использовали для трансплантации ядра клеток, окружающих ооцит (клеток так называемого cumulus oophorus), клеток Сертоли из семенников и клеток, выделенных из мозга. Ядра, выделенные из соматических клеток, инъецировали в энуклеированное яйцо с помощью микропипетки. Яйцо активировали к развитию, поместив в специальный раствор (так называемый HEPES-CZB), свободный от кальция, и добавляя стронций и цитохалазин. Стронций активировал яйцо, а кальций подавлял образование полярных телец. Эмбрионов культивировали до стадии 2-8 клеток, морулы или бластулы, а затем трансплантировали в матку приёмной матери, где многие из них имплантировались и некоторые из них (15-16%) продолжали своё развитие. Процент выхода рождённых мышат (их извлекали с помощью кесарева сечения на 18, 5-19-й дни беременности) был, однако, низок - в разных сериях экспериментов от 2 до 2,8%. Молекулярные исследования доказали принадлежность ядер рождённых мышат к клеткам донора соматических клеток. Таким образом, по крайней мере в некоторых случаях доказана способность ядер соматических клеток обеспечивать нормальное развитие млекопитающих.

Тем не менее, работы с мышами, несмотря на их непростую судьбу, значительно расширили наши представления о методологии млекопитающих.

Кролики и коровы

Американские исследователи Стик и Робл, используя метод Солтера и МакГрата, получили шесть живых кроликов, пересадив ядра 8-клеточных эмбрионов одной породы в лишённые ядра яйцеклетки кроликов другой породы. Фенотип родившихся полностью соответствовал фенотипу донора.

Однако только 6 из 164 реконструированных яйцеклеток (3,7%) развились в нормальных животных. Это, конечно, очень низкий выход, практически не позволяющий рассчитывать на получение таким способом клона генетически идентичных животных. Ценность этой работы, тем не менее, в том, что она показала возможность клонирования эмбрионов кроликов.

Работа с реконструированными яйцеклетками крупных домашних животных, коров или овец, идёт несколько по-другому. Их сначала культивируют не in vitro, а in vivo - в перевязанном яйцеводе овцы - промежуточного (первого) реципиента. Затем их оттуда вымывают и трансплантируют в матку окончательного (второго) реципиента - коровы или овцы соответственно, где их развитие происходит до развитого детёныша. Уиландсин предложил заключить реконструированные яйцеклетки в агаровый цилиндр, который он потом трансплантировал в перевязанный яйцевод овцы или коровы. По данным одних авторов реконструированные зародыши лучше развиваются в яйцеводе, чем в культивированной среде, хотя некоторые исследователи получили неплохие результаты и при культивировании in vitro.

Американцы Робл и его сотрудники использовали щадящий метод извлечения ядра без прокалывания мембраны яйцеклетки, предложенные МакГратом и Солтером, пересаживали в зиготы так называемые кариопласты - мужской и женский пронуклеусы вместе с окружающей их цитоплазмой, а также ядра 2-, 4- или 8-клеточных эмбрионов коровы. Сначала пронуклеусы центрифигурировали, чтобы освободить пронуклеусы от окружающих их гранул желтка, после чего ядра были хорошо видны под микроскопом, что значительно облегчало их удаление. При помощи манипулятора и заострённой стеклянной пипетки извлекали один из бластомеров вместе с ядром из ранних зародышей и переносили его в энуклеированную зиготу.

Реконструированные зародыши были заключены в агаровый цилиндр и пересажены в перевязанный яйцевод овцы. Через пять дней культивирования их вымывали, освобождали от агара и исследовали. Реконструированные зародыши в этом случае развивались только в тех случаях, где зиготы в зиготы пересаживали пронуклеусы: 17% таких зародышей достигли стадии морулы или бластулы. Два зародыша были пересажены второму реципиенту - в матку коровы и развитие их завершилось рождением живых телят. Если в качестве доноров использовали ядра 2-, 4- и 8-клеточных зародышей, то реконструированные яйцеклетки не развивались даже до стадии морулы

Позже были и более успешные работы. Уиландсин, в частности, сообщил, что ему удалось получить четырёх генетически идентичных бычков холстейской породы в результате пересадки в реципиентные яйцеклетки ядер бластул одного 32-клеточного зародыша. Автор утверждал, что большинство ядер сохраняют тотипотентность на 32-клеточной стадии, а значительная их часть 64-клеточной стадии, обеспечивая нормальное развитие реконструированных яйцеклеток до стадии морулы в яйцеводе. После пересадки в матку коров - окончательных реципиентов. Как полагает автор, они могут и дальше нормально развиваться.

Бондиоли, используя в качестве доноров ядер 16-64-клеточные зародыши коров, трансплантировали 463 реконструированных зародыша в матку синхронизированных реципиентов, и было получено 92 живых телёнка. Семь из них были генетически идентичны, представляя собой клон, полученный в результате пересадки ядер клеток одного донорского эмбриона.

Таким образом, клеточные ядра зародышей крупного рогатого скота достаточно долго сохраняют тотипотентность и могут обеспечить полное развитие реконструированных яйцеклеток. Иначе говоря, методические трудности клонирования зародышей крупного рогатого скота практически решены. Но остаётся основная задача - найти донорские ядра, обладающие тотипотентностью, для клонирования взрослых животных.

Клонирование овец

Уиландсин ещё в 1986 году показал, что эмбрионы овец на 16-клетоной стадии развития сохраняют свою тотипотентность. Реконструированные яйцеклетки, содержащие ядра бластомеров 16-клетоных зародышей, развивались нормально до стадии бластулы в перевязанном яйцеводе овцы (в агаровом цилиндре), а после освобождения от агара, пересаживали в матку овцы - второго реципиента - ещё на 60 дней. В другом случае донорами служили ядра 8-клетоных зародышей и были получены три живых ягнёнка, фенотип которых соответствовал породе овцы-донора.

В 1989 году Смит и Уилмут трансплантировали ядра клеток 16-клетосного эмбриона и ранней бластулы в лишённые ядра неоплодотворенной яйцеклетки овец. В первом случае было получено два живых ягнёнка, фенотип которых соответствовал породе овец - доноров ядер. Во втором - один полностью сформировавшийся ягнёнок погиб во время родов. Его фенотип также соответствовал породе-донору. Авторы считали, что в ходе дифференциации эмбрионных клеток происходит инактивация некоторых важных для развития генов и в результате ядра бластулы уже не могут репрограммироваться в цитоплазме яйцеклетки и обеспечить нормальное развитие реконструированного зародыша. Поэтому в качестве доноров ядер лучше использовать 16-клеточные эмбрионы или культивированные in vitro линии эмбриональных клеток, ядра которых обладают тотипотентностью.

Позднее, в 1993-95 гг., группа исследователей под руководством Уилмута получила клон овец - пять идентичных животных, донорами ядер которых была культура эмбриональных клеток. Клеточную культуру получали следующим образом: выделяли микрохирургическим путём эмбриональный диск из 9-дневного овечьего эмбриона (бластулы) и культивировали клетки in vitro в течение многих пассажей (по крайней мере, до 25). Сначала клеточная культура напоминала культуру стволовых дифференцированных эмбриональных клеток, но вскоре, после 2-3 пассажей, клетки становились уплотнёнными и морфологически сходными с эпителиальными. Эта линия клеток из 9-дневного зародыша овцы была обозначена как TNT4.

Чтобы донорское ядро и реципиентная цитоплазма находилась на сходных стадиях клеточного цикла, останавливали деление культивируемых клеток TNT4 на определённой стадии (GO) и ядра этих клеток пересаживали в энуклеированные яйцеклетки (соответственно на стадии метафазы II). Реконструированные эмбрионы заключали в агар и трансплантировали в перевязанные яйцеводы овец. Через шесть дней эмбрионы вымывали из яйцеводов промежуточных реципиентов и исследовали под микроскопом. Отбирали те, которые достигали стадии морулы и бластулы и пересаживали их в матку овцы - окончательного реципиента, где развитие продолжалось до рождения. Родилось пять ягнят (самок), из них две погибли вскоре после рождения, третья в возрасте десяти дней, а две оставшихся нормально развивались и достигли 8-9-месячного возраста. Фенотипически все ягнята были сходны с породой овец, от которой получали исходную линию клеток TNT4. Это подтвердил и генетический анализ.

Эта работа, особенно в части культуры эмбриональных клеток, - значительное достижение в клонировании млекопитающих, хотя она и не вызвала особого интереса, как статья того же Уилмута с соавторами, опубликованная в 1997 году, где сообщалось, что в результате использования донорского ядра клетки молочной железы овцы было получено клональное животное - овца по кличке Долли. Последняя работа методически во многом повторяла предыдущие исследования 1996 года, но в ней учёные использовали не только эмбриональные, но ещё и фибробластоподобные клетки (фибропласты - клетки соединительной ткани) плода и клетки молочной железы взрослой овцы. Клетки молочной железы получали от 6-летней овцы породы Финн Дорсет, находящейся на последнем триместре беременности. Все три типа клеточных культур имели одинаковое число хромосом - 54, как обычно у овец. Эмбриональные клетки использовали в качестве доноров ядер на 7-9 пассажах культивирования, фибробластоподобные клетки плода на 4-6 пассажах и клетки молочной железы на 3-6 пассажах. Деление клеток всех трёх типов оставливали на стадии GO и ядра клеток пересаживали в энуклеированные ооциты (яйцеклетки) на стадии метафазы II. Большинство реконструированных эмбрионов сначала культивировали в перевязанном яйцеводе овцы, но некоторые эмбрионы культивировали in vitro в определённой среде. Коэффициент выхода морул и бластул при культивировании in vitro в одной серии опытов был даже вдвое выше, чем при культивировании в яйцеводе (поэтому, видимо, нет строгой необходимости в промежуточном реципиенте и можно обойтись культивированием in vitro).

Выход морул и бластул в серии опытов с культурой клеток молочной железы, был примерно втрое меньше, чем в двух других сериях, когда в качестве доноров ядер использовали фибропластов плода или эмбриональных клеток. Число живых ягнят в сравнении с числом пересаженных в матку окончательного реципиента морул или бластул было также в два раза ниже. В серии опытов с клетками молочной железы и 277 реконструированных яйцеклеток был получен только один живой ягнёнок, что говорит об очень низкой результативности такого рода экспериментов (0,36%). Анализ генетических маркеров всех семи родившихся в трёх сериях экспериментов живых ягнят показал, что клетки молочной железы были донорами ядер для одного, фибропласты плода - для двух и эмбриональные клетки четырёх ягнят. Овца Долли развилась из реконструированной яйцеклетки, донором ядра которой была культивируемая клетка молочной железы овцы породы Финн Дорсет. Долли фенотипически не отличается от овец этой породы, но сильно отличается от овцы-реципиента породы шотландская черномордая. Анализ генетических маркеров подтвердил тот результат.

Успех авторов этой работы, прежде всего, связан с использованием длительных клеточных культур, так как после многих пассажей в культуре клеток могли быть отобраны малодифференцированные стволовые клетки, которые вероятно и были использованы как доноры ядер. Большое значение имел также тот факт, что авторы, учитывая результат своих прошлых работ, синхронизировали стадии клеточного цикла яйцеклеток реципиента и яйцеклеток донора.

Своей работой Уилмут с коллегами продемонстрировали, что ядра клеток молочной железы взрослой овцы могут быть при определённых условиях репрограммированы цитоплазмой ооцита и дать развитие новому организму. Полученные данные заставили по-новому посмотреть на процесс клеточной дифференцировки. 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 повёрнуты вспять, и развитие организма может начаться из генетического материала взрослой дифференцированной клетки, что полностью противоречит раннее общепринятой биологической догме.

Проблемы клонирования человека

Возможность клонирования человека общественным мнением воспринимается неоднозначно, существуют обоснованные мнения «за» и «против». Примечательно, что вновь столкнулись позиции научных кругов и духовенства, выражающих полярные точки зрения в этом вопросе. При этом большинство ученных достаточно сдержанно относятся к возможности клонирования человека, значительно количество и противников этого среди них. Религиозные деятели в подавляющем большинстве категорически против проведения экспериментов такого рода, хотя представители некоторых экстравагантных культов поддерживают идею клонирования людей.

Проблема клонирования человека - проблема этическая в первую очередь. Человек вторгается в сферу бытия, за которую не ответственен в силу своей природы, что влечет непредсказуемость последствий таких шагов. Не случайно, представители основных религиозных течений в современном мире - христиане, иудеи и мусульмане, проявляют редкое единодушие в резко отрицательном отношении к клонированию человека. Божественным образом или естественно происходит человек, но он ни в коем случае не должен стать продукцией производства в прямом значении этого выражения.

В зависимости от целей производства клона различают клонирование, направленное на воспроизводство человеческого существа, как способа размножения (репродуктивное клонирование) и клонирование для медицинских целей (терапевтическое клонирование), например, в целях регенерации органов того же человека или производства медицинских препаратов. Вторая разновидность клонирования не направлена на полноценное воссоздание существа и методологически протекает без использования матки-донора.

Главенствующим направлением в сфере терапевтического клонирования являются исследования в области выращивания т.н. стволовых клеток, которые представляют собой своего рода строительный материал организма, они появляются на 4-5 день его развития.

По мнению многих, исследования в области стволовых клеток и является тем самым экстраординарным случаем, когда клонирование человека может быть разрешено, т.к. они могут помочь сохранить жизнь сотням и тысячам естественнорожденных. Однако, как правило, законодатель игнорирует это мнение и чаще всего использует только один регулятор для упорядочения этих отношений - запрет.

Мнения ученых по вопросу разрешения клонирования человека разделились. Сам Ян Уилмут считает, что клонирование человека абсолютно недопустимо, его французский коллега Жан-Француа Маттеи убежден в необходимости того, «чтобы ООН выработала специальные международные обязательные нормы по биоэтике, учитывающие последние достижения науки, вплоть до внесения дополнений в Декларацию прав человека». Саймон Фишел, научный директор клиники в Ноттингеме, напротив, считает, что «во многих отношениях клонирование может привести к огромным преимуществам».

Реакция церкви на новое открытие была однозначной. Так Мартин Робра, секретарь Всемирного церковного Совета, заявил о необходимости введения моратория на генетические исследования. С резким осуждением экспериментов по клонированию выступил глава римско-католической церкви Иоанн Павел II.

Газета «Оссерваторе романо», официальный печатный орган Святого Престола писала: «В научных исследованиях и экспериментах существуют границы, которые нельзя переступать не только по этическим соображениям, но и по причине, вытекающей из самого характера природы. Время от времени церковь уточняет эти границы, осуждая утилитарный подход к ним и отвергая все то, что, даже будучи технически возможным, не может быть оправдано с моральной точки зрения».

Какой бы точки зрения не придерживались власти, ясно одно - вопрос о клонировании человека нуждается в правовом регулировании. Реакция политиков не заставила долго ждать. Экс - президент США Билл Клинтон, например, заявил: «Это замечательное открытие (клонирование) поднимает множество важных вопросов. Оно может принести пользу в сферах науки и сельского хозяйства, однако чревато серьезными этическими проблемами».

А уже через короткое время на основании рекомендаций Национальной консультативной комиссии по вопросам биологической этики Клинтон направил в конгресс законопроект, запрещающий клонирование людей, как в государственных, так и в частных институтах. Дело в том, что по американским законам правительство может регулировать деятельность лишь тех учреждений, которые финансируются из государственного бюджета, поэтому в США вопрос о коммерческом использовании достижений науки, стоит довольно остро.

В Европе уже есть законодательная основа для запрещения клонирования человека - недавно Совет Европы одобрил Конвенцию по правам человека и биомедицине, в которую нужно будет внести лишь некоторые дополнения. Этот документ, налагающий строгие ограничения на возможные злоупотребления достижениями медицинской и биологической науки, в апреле 1997 года был открыт к подписанию 40 странами - членами Совета Европы. В Великобритании принятый в 1990 году закон «Об оплодотворении и эмбриологии» запрещает клонирование человека с использованием клеток эмбриона, однако, по мнению Шейлы Маклин, профессора права и медицинской этики университета Глазго, «эта технология не использует эмбрион, она использует взрослых особей».

Возможные последствия клонирования человека

Споры по поводу запрещения клонирования чуть было не привели к свертыванию проекта Уилмута, но ученым удалось отстоять результаты своей работы и продолжить исследования.

Действительно ли стоит бояться последствий клонирования человека? Каковы возможности применения новой технологии на практике? Газеты всего мира трубят о тиражировании гениев, которые откроют человечеству новые горизонты, или, наоборот, маньяков и террористов, которые, создав двойника, станут неуловимыми. Эти предположения абсолютно беспочвенны, так как влияние воспитания и социальной среды на формирование личности журналистами не учитывается. Многих пугает возможность выращивания клонов ради получения органов, идентичных органам донора. Такую перспективу исключать нельзя, но уже сейчас проводятся куда более человечные эксперименты по выращиванию млекопитающих, органы которых в дальнейшем можно будет пересаживать человеку.

Так технология трансплантации ядра увеличит шансы на успех при пересадке человеку свиного сердца. Велико значение новых методов для сельского хозяйства. Доктор Рон Джеймс, научный сотрудник фирмы «ПЛ Терапевтикс», которая приобрела права на результаты работы Вилмута, считает вполне реальным клонирование элитных пород крупного рогатого скота и других сельскохозяйственных животных.

Клонирование может быть применено и для спасения животных, занесенных в Красную книгу, и восстановления лесов, так необходимых для сохранения баланса в атмосфере. Новая технология пересадки ядра упростит создание трансгенных растений и животных, то есть организмов, в геном которых внесен какой либо посторонний ген, обуславливающий те или иные свойства, например холодостойкость и большую продуктивность, или выработку определенных веществ, в частности редких лекарств. Имеется опыт создания трансгенных организмов имеется и у иностранных и у наших российских ученых.

Одной из последних успешных работ ученых РАСХН в этой области было выведение трансгенной овцы, которая в процессе жизнедеятельности вырабатывает химозин - сычужный фермент, сбраживающий молоко. Фермент этот необходим для производства сыра, и теперь одна единственная овца обеспечивает редким веществом практически всю сырную промышленность России.

По мнению некоторых авторов, клонирование - идеальное средство для получения доноровских органов. Это одно из самых несуразных из всех заявлений насчет клонирования. Человеческий клон - это человеческое существо. В свободном обществе вы не можете заставить другое человеческое существо дать вам один из своих внутренних органов. Также вы ни коим образом не можете убить другого человека, чтобы получить один из его органов. Уже существующие законы препятствуют таким злоупотреблениям.

Необходимо заметить, что если ваш клон-близнец получил травму в несчастном случае, вас могут попросить отдать одну из ваших почек, чтобы сохранить жизнь клону! Если донор органа - еще ребенок, общество может пожелать вмешаться и объявить, что это запрещено. В действительности удаление какого-либо органа ребенка, будь то клона или нет, для трансплантации другому человеку - очень спорная практика, которая должна строго регулироваться. Многие законные будущие приложения технологии клонирования оказываются в сферах трансплантации органов, пересадки кожи для жертв пожаров и т.п. В этих случаях не требовалось бы клонирование целого человека, а только применение той же технологии переноса ядра клетки для выращивания новых тканей или органов для медицинских целей.

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

Стоит рассмотреть и влияние новых открытий генетики на общественное мнение в целом. Весьма интересна точка зрения, которой придерживается Аксель Кан, директор Лаборатории исследований в области генетики и молекулярной патологии при Парижском институте молекулярной генетики. В своей статье, посвященной возможности клонирования человека, он в первую очередь рассматривает социальные последствия экспериментов в этой области. Он считает, что если раньше было возможным лечение наследственных болезней путем замены генов, то новые технологии, применяемые для клонирования, открывают куда более широкие перспективы. Кан отмечает, что в современном обществе все больше людей хочет иметь гарантию того, что все их наследственные признаки в точности будут переданы следующему поколению.

Возможно, что это связано со все большей глобализацией культуры и потерей отдельными странами и культурами своей самобытности. Между тем проблема, связанная с неспособностью иметь детей вследствие заболеваний, определенного стиля жизни или иных причин, в развитых обществах приобретает все большее значение. Именно поэтому технология искусственного оплодотворения ICSI (intracytoplasmic sperm injection), позволяющая парам, не способным к воспроизводству, иметь детей, получила в обществе широкую поддержку.

Что же касается технологий, применяемых при клонировании, то они дают возможность обходиться генофондом только одного из родителей, что делает вполне реальным рождение детей даже в гомосексуальных браках. Из этого следует, что при определенных условиях общественное мнение может склониться в пользу разрешения клонирования человека. На сегодняшний день, в соответствии с опросом общественного мнения, проведенным телекомпанией ABC (ЭйБиСи), 53 процента американцев поддерживают идею продолжения экспериментов по клонированию животных, при этом 90 процентов категорически отвергают возможность клонирования человека.

Как будут развиваться события дальше, какие еще сюрпризы преподнесет нам генетика, сказать сложно, но то, что эта наука может сильно повлиять на ход мировой истории, не вызывает сомнений.

Заключение

Итак, работы по клонированию позвоночных были начаты на амфибиях в конце 40-х начале 50-х гг. и продолжаются вот уже более 4-х десятилетий. Что касается амфибий, то, как было сказано в соответствующем разделе, несмотря на значительные достижение, проблема клонирования взрослых особей остаётся до сих пор нерешённой.

Установлено, что в ходе клеточной дифференцировки у позвоночных происходит либо потеря определённых генных локусов либо их необратимая инактивация. Судя по всему, утрачивается та часть генома, которая контролирует не ранние, а более поздние стадии онтогенеза, в частности метаморфоз амфибий. Механизм этого явления не поддаётся пока научному объяснению. Но очевидно, что для клонирования взрослых животных необходимо использовать малодифференцируемые делящиеся клетки.

Запрет клонирования человека получает всё большее распространение в различных странах мира и на международном уровне. Сегодня этой проблемой обеспокоены почему-то только развитые страны, хотя проблема клонирования - проблема не только развитого мира. Клон человека - это не атомная бомба, лаборатории, в которых он может быть произведён, мобильны, а информация об этом относительно открыта. Клонирование человека может быть осуществлено при соответствующем техническом обеспечении в любой из развивающихся стран. Но, как правило, правовое регулирование этой сферы в развивающихся странах отсутствует.

Конечно же, оптимально было бы ввести запрет клонирования на основе универсального международного договора, и с предложением об этом в Объединённые Нации уже обратились правительства Германии и Франции, но пока никакого универсального акта в этой сфере не существует.

Наиболее распространён запрет клонирования в Европе. Он обеспечивается на региональном уровне в международном праве, в праве Европейского Союза и на уровне национального законодательства отдельных государств.

Большинство ученых сходятся на том, что попытки создать клон человека опасны и сомнительны с моральной точки зрения

Список литературы

1. Н. Грин, У. Стаут, Д. Тейлор, Биология, Москва, «Мир», 1993 г.

2. Ф. Киберштерн, Гены и генетика, Москва, «Параграф», 1995 г.

3. Стивен Вир «Клонирование человека аргументы в защиту» //Русская газета

4. 4.Кузина С., Черкасов И: «Клонирование человека: Происки дьявола или победа науки» // Комсомольская правда, 2007 г.

5. Кутковец Т.И., Юдин Б.Г. Уроки незаконченной дискуссии // Человек. 1998

6. Баев А.А. «Геном человека»: некоторые этико-правовые проблемы настоящего и будущего//Человек, 1995, №2

7. Дубинин Н.П. Генетика вчера, сегодня, завтра. М., «Советская Россия», 1981

8. Журнал «Человек», 1998 №3, Долли - случайность или закономерность? Конюхов Б.В.

9. Журнал «Свет: природа и человек», 1999 №1.

10. Журнал «Студенческий меридиан», 2001 январь.

11. Соровский образовательный журнал, 1999 №4, клонирование животных, Л. И. Корочкин.

12. «Природа», 1998 №7, клонирование животных: теория и практика Струнников В.А.