Клонирование

Коммерческое клонирование

Автор: Анна Багатурова

В последние десятилетия прошлого века происходило бурное развитие одной из интереснейших ветвей биологической науки - молекулярной генетики. Уже в начале 1970-х годов возникло новое направление генетики - генная инженерия. На основе ее методологии начали разрабатываться различного рода биотехнологии, создаваться генетически измененные организмы. Появилась возможность генной терапии некоторых заболеваний человека. К настоящему времени учеными сделано множество открытий в области клонировании животных из соматических клеток, которые успешно применяются на практике.

Идея клонирования Homo sapiens ставит перед человечеством такие проблемы, с какими оно прежде не сталкивалось. Так развивается наука, что каждый ее новый шаг несет с собой не только новые, неведомые ранее возможности, но и новые опасности.

Что же есть клонирование как таковое? В биологии - метод получения нескольких идентичных организмов путем бесполого (в том числе вегетативного) размножения, - говорит нам энциклопедия "Кругосвет". Именно так, на протяжении миллионов лет, размножаются в природе многие виды растений и некоторых животных. Однако сейчас термин "клонирование" обычно используется в более узком смысле и означает копирование клеток, генов, антител и даже многоклеточных организмов в лабораторных условиях. Появившиеся в результате бесполого размножения экземпляры по определению генетически одинаковы, однако и у них можно наблюдать наследственную изменчивость, обусловленную случайными мутациями или создаваемую искусственно лабораторными методами. Термин "клон" как таковой 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 известно уже тысячи лет. При вегетативном размножении и при клонировании гены не распределяются по потомкам, как в случае полового размножения, а сохраняются в полном составе. Только у животных все происходит иначе. По мере роста клеток животных происходит их специализация, то есть клетки теряют способность реализовывать всю генетическую информацию, заложенную в ядре многих поколений.

Вот такую схему клонирования приводит врач Эдди Лоренс (по материалам Русской службы ВВС).

Что подразумевается под репродуктивным клонированием? Это искусственное воспроизведение в лабораторных условиях генетически точной копии любого живого существа. Под терапевтическим клонированием, в свою очередь, подразумевается все то же репродуктивное клонирование, но с ограниченным до 14 дней сроком роста эмбриона или, как говорят специалисты, "бластоциста". По прошествии двух недель процесс размножения клеток прерывается. Такие клетки будущих органов названы "эмбриональными стволовыми клетками".

Около полувека назад были обнаружены спирали ДНК. Изучение ДНК привело к открытию процесса искусственного клонирования животных.

Возможность клонирования эмбрионов позвоночных впервые была показана в начале 1950-х годов в опытах на амфибиях. Опыты с ними показали, что серийные пересадки ядер и культивирование клеток in vitro в какой-то степени увеличивает эту способность. После получения патента в 1981 году появилось первое клонированное животное - мышь. В начале же 1990-х годов исследования ученых обратились и к крупным млекопитающим. Реконструированные яйцеклетки крупных домашних животных, коров или овец сначала культивируют не in vitro, a in vivo - в перевязанном яйцеводе овцы - промежуточного (первого) реципиента. Затем их оттуда вымывают и трансплантируют в матку окончательного (второго) реципиента - коровы или овцы соответственно, где их развитие происходит до рождения детеныша. Некоторое время назад СМИ потрясли сообщения о появлении Долли - шотландской овечки, представляющей, как утверждают ее создатели, точную копию ее генетической материи. Позже появился американский бычок Джефферсон и второй бычок, выведенный французскими биологами.

Неожиданно группа ученых из Рокфеллеровского и Гавайского университетов столкнулась с проблемой клонирования мышей в шестом поколении. По результатам исследований есть данные, что у подопытных животных возникает некий скрытый дефект, явно приобретенный в процессе клонирования. Выдвигаются две версии этого явления. Одна заключается в том, что окончание хромосомы с каждым поколением должно было бы "стачиваться", становясь короче, что могло привезти к вырождению, то есть к невозможности дальнейшего произведения потомства, так и к преждевременному старению клонов. Вторая версия - ухудшение общего состояния здоровья мышек-клонов с каждым новым клонированием. Но и эта версия не нашла пока подтверждения. Все эти данные настораживают и обращают внимание на то, что и другие млекопитающие (в том числе и человек) могут не избежать той же "участи".

Тем не менее, многие видят в клонировании одни позитивные стороны, и столь же многие этим пользуются. По сообщению Genoterra.ru, биотехнологическая компания Genetic Savings & Clone, имеющая четырехлетний опыт по клонированию кошек, уже работает над заказами шести клиентов, которые хотели бы видеть клонов своих питомцев после их ухода из жизни. Такое удовольствие им будет обходиться в 50000 долларов. На этой неделе компания представила публике четвертую клонированную кошку на Международной выставке кошек в Хьюстоне, США. Эту кошку прозвали Пичес, ядерным донором которой является кошка Манго. Они в целом похожи, но у клона имеется на спине светлое пятно. Такие различия у клонов неизбежны, поскольку в энуклеированной яйцеклетке реципиента остается митохондриальная ДНК, которая отличается от донорской. Немалую роль играют также различные средовые факторы, при которых происходило развитие животных. В 2005 году компания планирует приступить к клонированию собак.

Кроме этого недавно Genetic Savings & Clone лицензировала новый, улучшенный вариант процесса клонирования и продемонстрировала его результат - двух котят-клонов по имени Табули и Баба-Гануш. Новый процесс, названный "передача хроматина" (chromatin transfer) гораздо бережнее и полнее передаёт генетический материал от клетки донора к яйцеклетке, которая должна вырасти в клон. Ключ - в раскрытии ядерной мембраны и удалении лишних для данного процесса белков клетки кожи (которая обычно и используется при клонировании). Этот вид клонирования приводит более чем к 8-процентной норме успеха, говориться в статье на Genoterra.ru. "Очищенный" хроматин, похоже, производит клонированные эмбрионы более сходные с оригинальным организмом, что и показали котята, похожие на прототип не только внешне, но, кажется, и по характеру.

Но возвращение любимого животного в дом - иллюзия, потому, что определение "точно такой же" относится лишь к генетическому набору, в остальном это всё же будет другое существо.

В 2002 году была сформирована практически полная генетическая карта человека. Тогда же компания Clonaid (входит в состав религиозной секты Raelian Movement) объявила о том, что впервые в мире клонировала человека. За это время, по утверждению компании, на свет появилось три клонированных ребенка, однако серьезных доказательств этому не было представлено. Clonaid предлагает всем желающим заплатить $200 тыс. за право произвести собственную копию.

Какова же практическая польза клонирования?

Разработка биотехнологии получения в большом количестве стволовых клеток при терапевтическом клонировании даст возможность медикам корректировать и лечить многие до сих пор неизлечимые заболевания, такие, как диабет (инсулинозависимый), болезнь Паркинсона, болезнь Альцгеймера (старческое слабоумие), болезни сердечной мышцы (инфаркты миокарда), болезни почек, печени, заболевания костей, крови и другие.

Новая медицина будет базироваться на двух основных процессах: на выращивании здоровой ткани из стволовых клеток и пересадке такой ткани на место поврежденной или больной. В основе же метода создания здоровых тканей лежат два сложных биологических процесса - первоначальное клонирование человеческих эмбрионов до стадии появления "стволовых" клеток и последующее культивирование полученных клеток, и выращивание в питательных средах необходимых тканей и, может быть, органов.

Человек с давних времен мечтал выращивать только качественные и вкусные овощи и фрукты, разводить коров с хорошими удоями, овец с большим настригом шерсти или же отличных кур-несушек, иметь домашних животных - точных копий уже отживших свой век любимцев, были всегда. Однако только в последнее время этот здоровый интерес был подогрет успехами ученых в клонировании животных и растений. Но реально ли осуществить эту мечту человечества именно методами клонирования?

Появление на полях трансгенных сортов растений, устойчивых к насекомым, гербицидам и вирусам, знаменует новую эру в сельскохозяйственном производстве. Созданные генными инженерами растения смогут не только прокормить увеличивающееся население планеты, но и станут основным источником дешевых лекарств и материалов.

Биотехнология растений заметно отставала вплоть до последнего времени, но сейчас на рынке наблюдается устойчивый рост доли трансгенных растений с новыми полезными признаками. Вот такие данные приводятся в статье "Биотехнология растений": "Клонированные растения в США уже в 1996 году занимали площадь в 1,2 млн. га, которая в 1998 году увеличилась до 24,2 млн. га." Поскольку основные трансгенные формы кукурузы, сои, хлопчатника с устойчивостью к гербицидам и насекомым хорошо себя зарекомендовали, есть все основания ожидать, что площадь под клонированными растениями в будущем увеличится в несколько раз.

История генной инженерии растений начинается с 1982 года, когда впервые были получены генетически трансформированные растения. Метод трансформации основывался на природной способности бактерии Agrobacterium tumefaciens генетически модифицировать растения. Так, с помощью культивирования растительных клеток и тканей, гарантирующих безвирусность растения, были выведены всюду продаваемые гвоздики, хризантемы, герберы и другие декоративные растения. Также можно купить и цветки экзотических орхидных растений, производство клонов которых уже имеет промышленную основу. Некоторые сорта клубники, малины, цитрусовых выведены с использованием техники клонирования. Прежде для выведения нового сорта требовалось 10-30 лет, теперь же, благодаря применению методов культивирования тканей этот период сокращен до нескольких месяцев. Весьма перспективными признаются работы, связанные с производством на основе культивирования тканей растений лекарственных и технических веществ, которые невозможно получить путем синтеза. Так, уже получают подобным способом из клеточных структур барбариса изохинолиновый алкалоид берберин, а из женьшеня - гинсеносид.

Известно, что любой прогресс биотехнологии растений будет зависеть от разработки генетических систем и инструментов, которые позволят более эффективно управлять трансгенами.

Что же касается животных, то уже с начала XIX столетия ученые пытались решить вопрос о том, является ли сужение функций ядра дифференцированной клетки процессом необратимым. В дальнейшем была разработана методика клонирования ядер. Наибольшего успеха в клонировании эмбрионов амфибий добился английский биолог Джон Гердон. Он использовал метод серийных пересадок ядер и подтвердил гипотезу о постепенной утрате потенций по мере развития. Сходные результаты получили и другие исследователи.

Несмотря на эти успехи, отмечает в своей статье "Русский медицинский сервер", проблема клонирования амфибий остается нерешенной и по сей день. Теперь уже можно судить о том, что эта модель была выбрана учеными для подобных исследований не очень удачно, поскольку клонирование млекопитающих оказалось делом более простым. Не стоит забывать, что развитие микроскопической техники и технологии микроманипуляций в то время еще не позволяло манипулировать с эмбрионами млекопитающих и проводить трансплантацию ядер. Объем яйцеклетки амфибий примерно в 1000 раз больше объема ооцита плацентарных, поэтому амфибии и были так привлекательны для изучения ранних процессов развития.

В настоящее время проведены фундаментальные исследования проблемы клонирования мышей. Полноценное эмбриональное развитие и рождение здоровых и плодовитых клональных мышей было достигнуто только при трансплантации ядер кумулюсных клеток, клеток Сертоли, фибробластов из кончика хвоста, эмбриональных стволовых клеток и фетальных клеток гонад. В этих случаях количество новорожденных мышат не превышало 3% от общего числа реконструированных ооцитов.

Клонирование же домашних животных оказалось более трудным делом, чем предполагалось. В 2001 году компания Genetic Savings and Clone объявила о рождении первой в мире клонированной кошки. Эта компания, штаб-квартира которой находится в фешенебельном пригороде Сан-Франциско, Саосалито, специализируется на "увековечивании" домашних любимцев - кошек и собак. Не смотря на то, что первая в мире кошка-клон и была "сделана под копирку", она не похожа по окрасу ни на родную мать (донор ДНК), ни на приемную (которая вынашивала зародыш). Ученые объясняют это тем, что расцветка меха лишь частично зависит от генетической информации, влияют еще и факторы развития.

Тем не менее, вдохновленная первым успехом компания начала коммерческое клонирование первой партии кошек-клонов по коммерческому заказу. Стоимость услуги - 50 тысяч долларов.

"Год назад мы сказали, что начнем коммерческое обслуживание через год, и вот год прошел, - говорит Бен Карлсон (Ben Carlson), представитель компании Genetic Savings & Clone, - и пока невозможно делать прогнозы относительного того, сколько времени потребуется для того, чтобы доработать технологию для получения хороших результатов".

Собак клонировать пока не удалось вообще. У них, как говорят ученые, очень сложный репродуктивный цикл, и их яйцеклетки трудно добывать и выращивать.

Сегодня главный бизнес GSC заключается не в клонировании (оно все-таки еще не поставлено на поток), а в хранении образцов ДНК животных. Такая биопсия в США стоит от $100 до $500 в зависимости от параметров домашнего любимца.

Эксперты, тем не менее, предупреждают, что хозяева, доверившие компании клонирование своих питомцев, могут быть разочарованы. Как правило, любовь к конкретной кошке или собаке определяется ее повадками и характером, что имеет мало общего с генами. Они отмечают, что внешние факторы на развитие животного оказывают не меньший эффект, чем наследственность.

Клонирование овцы Долли в 1996 году Яном Вильмутом и его коллегами в Рослинском институте в Эдинбурге вызвало бурную реакцию во всем мире. Долли была зачата из клетки молочной железы овцы, которой уже давно не было в живых, а ее клетки хранились в жидком азоте. Методика, с помощью которой была создана Долли, известна под названием "перенос ядра", то есть из неоплодотворенной яйцеклетки было удалено ядро, а вместо него помещено ядро из соматической клетки. Из 277 яйцеклеток с пересаженным ядром лишь одна развивалась в относительно здоровое животное. Этот метод размножения является "асексуальным", так как он не требует наличия представителя каждого пола, чтобы создать ребенка. Успех Вилмута стал международной сенсацией.

В декабре 1998 года стало известно об удачных закончившихся попытках клонирования крупного рогатого скота, когда японцам И. Като, Т. Тани и сотр. удалось получить 8 здоровых телят после переноса 10 реконструированных эмбрионов в матку коров-реципиентов.

Очевидно, что требования животноводов к копиям своих животных куда как скромнее, нежели у желающих клонировать своих домашних любимцев. Давал бы клон столько же молока, что и "мать-клониха", а какой он расцветки и характера - какая разница? Исходя из этого, новозеландские биологи сделали недавно новый важный шаг в клонировании коров. В отличие от американских коллег из Калифорнии, они ограничились воспроизведением лишь одной особенности клонируемого животного. В их случае - способности коровы давать молоко с повышенным содержанием белков. Как это обычно во всех экспериментах по клонированию, процент выживших эмбрионов был очень низок. Из 126 трансгенных клонов выжили лишь 11, причем лишь девять из них обладали требуемой способностью. Так что перспективы развития данной области клонирования, как говорится, "налицо".

По сообщению газеты "Крестьянские ведомости", австралийская фирма пытается получить разрешение на клонирование самых известных скаковых лошадей-чемпионов последних лет. Правда, такое "тиражирование" в настоящее время запрещено законодательно.

Ученые компании Infigen, расположенной в штате Висконсин, успешно осуществили первое в сельском хозяйстве клонирование взрослых свиней. Клоны были получены из клеток двух взрослых самцов. Компания Infigen сообщает, что все клоны "здоровы и энергичны". Два самца были клонированы из-за их высокой генетической ценности. Один из них признан чемпионом графства Йоркшир на выставке-ярмарке 2000 года в штате Индиана, да и второй самец не уступает ему по своим качествам. "Ученые компании Infigen произвели три переноса ядер из линии клеток, полученных от первого самца, что в результате привело к одной удачной беременности", - объясняет Майкл Бишоп, президент и главный ученый компании. Три переноса ядер из линии клеток от одного самца вызвали три успешных беременности.

А вот неординарный шаг в развитии клонирования. Японские ученые всерьез рассматривают возможность клонировать мамонта. Если эксперимент, задуманный уже несколько лет назад, пройдет удачно, то доисторическое животное можно будет увидеть почти таким, каким его видели наши предки. Исследования проводятся на Колыме совместно с российскими учеными из Новосибирска и Якутска.

Внедрение в практику методов межвидового переноса ядер может открыть невиданные перспективы для спасения находящихся на грани исчезновения видов животных, отмечает Русский медицинский сервер.

В конце 2000 - начале 2001 г. весь научный мир следил за попыткой исследователей из американской фирмы "АСТ" клонировать вымирающий вид буйволов Bos gaurus (гяур), который когда-то был широко распространен на территории Индии и Юго-Западной Азии. Соматические клетки-доноры ядер (кожные фибробласты) были получены в результате биопсии post mortem от быка в возрасте 5 лет и после двух пассажей в культуре длительное время (8 лет) хранились в криоконсервированном состоянии в жидком азоте. Всего было получено четыре беременности. Чтобы подтвердить генетическое происхождение плодов, два из них были выборочно изъяты. Цитогенетический анализ подтвердил наличие в клетках характерного для гяуров нормального кариотипа, однако выяснилось, что вся митохондриальная ДНК происходит от яйцеклеток коров-доноров другого вида (Bos taurus).

К сожалению, в опыте американских ученых одна из беременностей прервалась на 200-дневном сроке, а в результате другой родился теленок, который умер спустя 48 ч. Представителями фирмы было заявлено, что это произошло "по причине инфекционного клостридиозного энтерита, не имеющего отношения к клонированию".

Реализация всего потенциала, заложенного в новой технологии клонирования, для спасения исчезающих видов животных может быть возможна только при разумном подходе к решению возникающих проблем. Стоит отметить, что в результате клонирования очень часто обнаруживается различная патология плодов: гипертрофированная плацента, гидроалантоис, плацентомы, увеличенные в размере кровеносные сосуды пупочного канатика, отечность плодных оболочек. Клоны, погибшие в течение нескольких дней после рождения, характеризуются наличием патологии сердца, легких, почек, мозга. У новорожденных также часто встречается так называемый "синдром крупного молодняка".

Клонированные животные долго не живут и отличаются пониженной способностью бороться с болезнями. Это показали эксперименты, результаты которых обнародовали исследователи из токийского Национального института инфекционных заболеваний, сообщает Newsru.com Для опытов они отобрали 12 клонированных мышей и столько же рожденных естественным путем. Клоны начали умирать уже после 311 дней жизни. Десять из них скончались, не протянув и 800 дней. За это же время умерла только одна "нормальная" мышь. Большая часть клонов скончалась от острого воспаления легких и болезней печени. Судя по всему, их иммунная система не могла бороться с инфекциями и производить достаточное количество нужных антител, считают японские исследователи.

Причины слабости клонов, полагают они, нуждаются в тщательном изучении и могут быть связаны с нарушениями на генетическом уровне и недостатками нынешней технологии репродуцирования.

Тем не менее, ученые не останавливаются в своих изысканиях. Многим видятся широкие перспективы клонирования. Например, ученые британской компании "PPL Therapeutics", успешно клонировавшие пять поросят в штате Вирджиния, органы и ткани которых могут использоваться для пересадки больным людям, полагают, что клинические испытания таких операций могут начаться в ближайшие четыре года, сообщают.

Но, как отмечают многие эксперты, до широкомасштабных операций по пересадке органов от свиньи к человеку обществу и научному миру необходимо еще решить целый ряд трудных этических вопросов, таких, как "корректность" трансплантации органов животного в организм человека или замена органов одного вида живых существ на органы другого вида.

С другой стороны, многие ученые считают, что уже очень скоро клонирование сельскохозяйственных животных начнет приносить первые плоды. Молоко клонов коров, мясо потомства клонированных коров и свиней может появиться в продаже уже в следующем году. Фактически и сейчас в США, где компании, занимающиеся разведением скота, создали уже около сотни клонов лучших представителей элитных пород, официального запрета такой деятельности нет.

 Однако есть неформальная просьба Управления по пищевым продуктам и лекарствам (FDA) не спешить с продажей таких продуктов. Национальная академия наук США подкрепила уверенность, что подобные продукты безопасны для здоровья. Как сообщают Медновости, в выводах комиссии, занимавшейся вопросами клонирования коров и свиней, содержится рекомендация по проведению некоторых дополнительных исследований, но в целом продажу продуктов из клонированных животных и их потомства ученые сочли безопасной. Конечно, речь не идет о том, чтобы забивать на мясо клонированных животных. Сейчас это очень дорогой процесс, как правило, обходящийся более чем в 20000 долларов. Однако животные из первого-второго поколения потомства клонов вполне могут пойти на мясо. Тем не менее, у экспертов FDA есть опасение, что при клонировании животных у владельцев может возникнуть соблазн подкорректировать их гены, чтобы улучшить характеристики. Этого ученые опасаются значительно больше, нежели самого клонирования, при котором гены животного остаются неизменными.

А вот в Японии с 1999 года было разрешено пополнять поголовье молочных и мясных пород с применением техники "тиражирования" оплодотворенных яйцеклеток. Однако при этом коммерческое клонирование в классическом понимании запрещено, то есть "с использованием соматической (неполовой) клетки". Но, велика вероятность того, что Япония все-таки станет первой в мире страной, где на прилавках магазинов появится мясо клонированных животных.

Так или иначе, возможности клонирования открывают новые перспективы для садоводов-огородников, фермеров-животноводов, а также медицины, хотя в настоящее время его применение ограничивается нерешенными технологическими и биологическими проблемами. Кроме того, нам не хватает знания структуры геномов сельскохозяйственных животных, что необходимо для их направленного изменения. Сначала продукция от клонированных животных должна пройти апробацию в соответствующем компетентном государственном органе, отвечающем за применение пищевых и лекарственных ресурсов, которое запрещает продажу молока или мяса генетически модифицированных и клонированных животных, пока не выработает все необходимые правила. Предстоит также еще провести эксперименты по проверке безопасности получаемого молока для людей. Однако, не смотря ни на что, возможно, все-таки рано или поздно, по полям и лугам загуляют стада клонированных и генетически модифицированных коров, а любимые лающие и мурлыкающие питомцы будут десятки лет услаждать взор своих хозяев и преданно заглядывать им в глаза.