Разделы | Биология |
Тип | |
Формат | Microsoft Word |
Язык | Русский |
Примечание | для сдачи выпускных экзаменов в школе по биологии |
Загрузить архив: | |
Файл: klon.zip (26kb [zip], Скачиваний: 136) скачать |
Введение.
Проблемаклонирования животныхприобрелав последнеевремяне тольконаучное, нои социальноезвучание, поэтомуоно широкоосвещаетсявСМИ, зачастуюнекомпетентнымилюдьми иснепониманием сутипроблемы. Всвязи сэтимвозникает необходимостьосветитьположение дела.
Терминклон происходитотгреческого слова«klon», чтоозначает веточка, побег, отпрыск. Клонированию можнодаватьмного определений, вотнекоторыесамые распространенныеиз них, клонирование – популяция клетокилиорганизмов произошедшихотобщего предкапутёмбесполого размножения, причёмпотомокпри этомгенетическиидентичен своемупредку.
Воспроизводствоорганизмов полностьюповторяющихособь, возможнотолько втомслучае, если генетическаяинформацияматери будетбез каких-либоизменений переданадочерям. Нопри естественномполовомразмножении этомупрепятствуетмейоз. В ходеэтогонезрелая яйцеклетка, имеющаядвойной, илидиплоидныйнабор хромосом – носителейнаследственнойинформации – делитьсядважды иврезультате образуютсячетырегаплоидных, с одинарнымнаборомхромосом, клетки. Трииз нихдегенерируют, ачетвёртая сбольшимзапасом питательныхвеществ, становитсяяйцеклеткой. Умногих животныхонав силугаплоидностине можетразвиватьсяв новыйорганизм. Дляэтого необходимооплодотворение. Организм, развившийсяизоплодотвореннойяйцеклетки, приобретаетпризнаки, которыеопределяются взаимодействиемматеринскойи отцовскойнаследственности. Следовательно, приполовомразмножении матьнеможет бытьповторенав потомстве.
Какже вопрекиэтойстрогой закономерностизаставитьклетку развиватьсятолькос материнскимдиплоиднымнабором хромосом? Теоретически решениеэтойтрудной биологическойпроблемынайдено.
Растения.
Клонирование,прежде всего,изначальноотносится квегетативномуразмножению. Клонированиерастений черенками, почкамииликлубнями известноужеболее 4тысячлет. Начиная с70-хгг. нашегостолетиядля клонированиярастенийстали широкоиспользоватьнебольшие группыидаже соматические (неполовые)клетки.
Деловтом, чтоу растенийвотличие отживотныхпо мереихроста, в ходеклеточнойспециализации – дифференцировки – клеткине теряюттакназываемые тотипотентныесвойства, тоесть, нетеряютсвоей способностиреализовыватьвсю генетическуюинформацию, заложеннуювядре. Поэтому практическилюбаярастительная клетка, сохранившеевпроцессе дифференцировкисвоёядро, может датьначалоновому оргазму. Этаособенностьрастительных клетоклежитв основемногихметодов генетикииселекции.
Привегетативном размноженииипри клонированиигеныне распределяютсяпопотокам, как вслучаеполового размножения, асохраняютсяв полномсоставев течениемногихпоколений.. Всёорганизмы, входящиев составопределённогоклона имеютодинаковыйнабор геновифенотипически неразличаютсямежду собой.
Клеткиживотных, дифференцируясь, лишаютсятотипотенстности, ив этом, одноизсущественных отличийотклеток растений. Какбудетпоказано нижеименноздесь главноепрепятствиедля клонированиявзрослыхпозвоночных животных.
Клонированиешелкопряда.
Визобретение клонированияживотных,несомненно, надоотдатьдолжное русскимучёным. Столет томуназадрусский зоологмосковскогоуниверситета А.А. Тихомироввпервыеоткрыл, что яичкитутовогошелкопряда врезультатеразличных химическихифизических воздействийначинаютразвиваться безоплодотворения.
Однакоэто развитие, названное партеногенезом, рано останавливалось: партеногенетические эмбрионыпогиблиещё довылупленияличинок изяиц. Ноэто ужебылапрелюдия кклонированиюживотных.
БЛ.Л. Астауровв30-е гг.врезультате длительныхисследований, получившихмировуюизвестность, подобралтермическое воздействие, которое одновременноактивизировалонеоплодотворённоеяйцо кразвитиюи блокировалостадиюмейоза, то естьпревращениедиплоидного ядраяйцеклеткив гаплоидное. Развитиесядром, оставшимсядиплоидным, заканчивалосьвылуплением личинок, точноповторяющихгенотип матери, включаяипол. Так, в результатеамейотическогопартеногенеза были полученыпервыегенетические копии, идентичныематери.
Количествовылупившихся партеногенетическихгусеницнаходилось взависимостиот жизнеспособностиматери.
Поэтомуу «чистых»породбылупление гусеницнепревышало 1%, втовремя какузначительно болеежизнеспособныхмежрасовых гибридовонодостигло 40-50%. Несмотрянаогромный успех, авторэтогометода пережилгорькоеразочарование: партеногенетическоепотомство характеризовалосьпониженнойжизнеспособностьюна эмбриональныхипостэмбриональныхстадиях развития(гусеницы, куколки, бабочки). Гусеницыразвивалисьнеравномерно, среди нихбыло многоуродливых, азавитые имикоконыразличались помассе. ПозжеАстауров улучшилметод, применивгибридизацию междуселекционнымилиниями. Так онсмогповысить жизнеспособностьуновых клоновдонормы, но довестидоэтого уровнядругиеколичественныепризнаки емунеудалось: напримермасса партеногенетическихкоконовне превышала82%от массынормальныхкоконов такогожегенотипа.
Позднееустановили причиныпартеногенетическойдепрессии исложнымиметодами, которыепозволили накапливать«геныпартеногенеза», вывелиновые высоко жизнестойкиеклонысамок, а позднееипартеногенетическихсамцов. Скрещиваятаких самцовсосвоими «матерями»илисклонными кпартеногенезусамками другихклонов, получилипотомство сещёбольшей склонностьюкпартеногенезу. Отлучших вэтомотношении самокзакладывалиновые клоны.
Врезультате многолетнегоотбораудалось накопитьвгенотипе селекционируемыхклоновневиданно большоечислогенов, обуславливающихвысокую склонностькпартеногенезу. Вылуплениегусениц достигло90%, аих жизнеспособностьповысиласьдо95-100%, опередиввэтом отношенииобычныепороды игибриды. Вдальнейшем «скрестили»спомощью партеногенетическихсамцовдва генетически резко отличающихсяклонаразных расиот лучшихгибридныхсамок вывелисверхжизнеспособныеклоны.
Наконец, научилиськлонироватьсамцов тутовогошелкопряда. Этостало возможнымпослетого, как удалосьполучитьсамцов, у которыхвсепарные геныбылиидентичными, илигомозиготными. Вначалетаких самцовклонировалиособым мужскимпартеногенезом (андрогенезом). Дляэтоговоздействием гамма-лучейивысокой температурылишалиядро яйцаспособностик оплодотворению. Ядропроникшегов такоеяйцосперматозоида, невстретив дееспособногоженскогоядра, само, удваиваясь, приступалок развитиюмужскогозародыша, которыйестественно повторялгенотипотца. Таким способомведутсямужские клонывдесятках поколениях. Позжеодиниз такихклоновбыл преобразованвобоеполовую линию, такжесостоящихиз генетическиидентичных(за исключениемполовыххромосом) теперьужесамок исамцов. Посколькуположивший началоэтойлинии полностьюгомозиготныйотец возникврезультате размножения, приравненногоксамооплодотворению, тосам онилиния двойниковобоегопола имеютпониженнуюжизнеспособность. Скрещиваямежду собойдветакие линии, сталибезтруда получатьгибридныхи высокожизнеспособныхдвойников внеограниченномколичестве.
Итогиклонирования шелкопряда: полученныеклонысамок исамцовтутового шелкопрядадля практическогошелководстванепригодны, ноэто некрахвсех надежд. Целесообразно использоватьклоныне длянепостредственнооприменения вшелководческойпрактике, а наплемядля выдающегосяпопродуктивностипотомства. Примернаясхема использованияклоновв промышленномпроизводствевыглядит следующимобразом. Избольшого количествакоконоввыбирают те, изкоторыхразвиваются выдающиесяпопродуктивностисамки, и откаждойполучают партеногенетическоепотомство, длядальнейшейработы используютпартеногенетическихклоны, которыеповторяют высокуюпродуктивностьматери ипроявляютвысокую склонностькпартеногенезу. За этим следует скрещиваниесопределёнными клонированнымисамцамии изполученногогибридного поколениявыбираютдва производства, толькотеклоны, которыедали прекрасноевовсех отношенияхпотомство. Еговысокие качестваобусловленыне толькопредшествующейселекцией, а ещёитем, что впроцессеотбора особейнавысокую склонностькпартеногенезу вихгенотипе образуетсякомплексгенов жизнеспособности, компенсирующей вредноевлияниеискусственногоразмножения. Припереводе клоновнаполовое размножениеэтоткомплекс, оказавшисьнесбалансированным, сильноповышает гетерозис.
ПозжеГёрдон модифицировалэксперимент. Посколькубольшинствореконструированныхяйцеклеток сядромклетки кишечногоэпителияпогибают дозавершениястадии гастулы, онпопробовализвлечь изнихядра настадиибластулы исновапересадить ихвновые энуклеированныеяйцеклетки, такаяпроцедураназывается «серийнойпересадкой». Числозародышей снормальнымразвитием послеэтогоувеличилось, иониразвивались доболеепоздних стадийпосравнению сзародышами, полученнымив результате первичнойпересадкиядер.
ЗатемГёрдон вместесЛаски (1970 г од)сталикультивироватьinvitro(внеорганизма впитательнойсреде) клеткипочки, лёгкогои коживзрослыхживотных ииспользоватьуже этиклеткивкачестведоноров ядер. Примерно25%первично реконструированных яйцеклетокразвивалисьдо стадиибластулы. Присерийных пересадкахониразвивались достадииголовастика. Такимобразом, былопоказано, чтоклетки 3-хразныхтканей взрослогопозвоночногосодержит ядра, которыемогутобеспечить развитиепокрайней может достадии головастика.
Всвою очередьДиБерардинои Хофнериспользовалидля трансплантацииядранеделящихся иполностьюдифференцированныхклеток крови – эритроцитовлягушкиRanaPipiens. После серийнойпересадкитаких ядер10%реконструированныхяйцеклеток достигалистадииплавающего головастика. Однакодажес помощьюмногократныхсерийных пересадок (более100клеточных циклов)реконструированныеяйцеклетки дальшестадииголовастика неразвивались.
Такимобразом, вомногихработах показано, чтовслучаи амфибийдонорамиядер могутстатьлишь зародышинаранних стадияхразвития.. Некоторыеавторы называютподобныеэксперименты клонированиемамфибий, хотяправильнее ихназыватьклонированием эмбрионовамфибий, таккак вэтомслучае размножаютбесполымпутём невзрослыхживотных, а ихзародышей.
Дифференцировкаклеток входеразвития позвоночныхсопровождаетсяинактиваций неработающихгенов, поэтомуклетки теряюттотипотентность, дифференцировкастановитсянеобратимой. Вконце концов,уодних клетокпроисходитрепрессированиегенома, у другихвтой илиинойстепени деградируетДНК, ав некоторыхслучаяхразрушается дажеядро. Однакона рядусдифференцируемымиклетками, культивируемымиinvitroклеточныепопуляции содержат малодифференцируемые стволовыеклетки, которыеи могутбыть использованы какдонорыядер дляклонированиямлекопитающих.
Опытыс амфибиямипоказали, чтоядра различныхклетокодного итогоже организмагенетическиидентичны ивпроцессе дифференцирвкипостепеннотеряют способностьобеспечиватьразвитие реконструированныхяйцеклеток, однакосерийныепересадки ядерикультивированиеклеток invitroв какой-тостепениувеличивают этуспособность.
Неудачиэкспериментов смышами.
Успешныеопыты самфибиямизаставили задуматьсяучёныхо клонированиимлекопитающих, вчастностимышей.
МакКиннеллв однойизсвоих работахотмечал, чтонеобходимые дляэтогометоды ужесуществуюти непонятнопочемумышь досихпор неклонирована.
Однакопредсказания МакКиннелланесбылись, хотя вконце70-х гг.опытына мышахдействительноначались ипротекаливесьма драматично. Ктомувремени весьмаосновательнобыли изученыбиологияи генетикараннихэтапов развитиямлекопитающихи вчастностимыши какмодельногообъекта.
Работаметодически оказаласьдовольно трудной, преждевсего, потомучтообъём яйцеклеткиумлекопитающих примерновтысячу разменьше, чему амфибий. Однакоэтитрудности былиуспешнопреодолены. Экспериментаторынаучились успешномикрохирургическимпутём удалять пронуклеусы(одноиз двухгаплоидныхядер вяйцемлекопитающих, впериод послепроникновениясперматозоида, но до слиянияженскогои мужскогопронуклеусовв ядрозиготыв процессеоплодотворения. Мужскоеядроформируется изядерногоматериала сперматозоида, женскоеизхромосом яйцеклетки)иззигот мышиипересаживать внихклеточные ядрараннихэмбрионов. Однаковсе полученные разнымспособомзародыши мышейразвивалисьлишь достадиибластулы.
В1977 годупоявилосьсенсационное сообщениеХоппеи Илменсеотом, что ониполучили7 взрослыхсамокмышей, пять изкоторыхимели толькоматеринский, адве отцовскийгеном. Это, якобы, зависелооттого, какойпронуклеусбыл оставленвяйце – женскийили мужской, ониопределял особипотипу гиногенезаилиандрогенеза (гиногенез – развитиеяйцабез участиясперматозоида, андрогенез – развитиеяйца, имеющиетолько отцовскиехромосомы – мужскойпартеногенез). Ихуспех былсвязан, поописанию авторов, стем, что,удаляя одинпронуклеус, ониудваивали числохромосом другого, обрабатываяяйца специальнымвеществом, затемвыращивали полученныедиплоидныегомозиготные зародышиinvitroдостадии бластулыипересаживали вматкусамки-реципиентадля дальнейшегоразвития.
Казалось, теперьможнобудет быстрополучитьмлекопитающих со100%гомозиготностьюпо всемпризнакам. Этоособенно важнодляселекции, так какдляполучения сельскохозяйственныхживотных, вчастностикрупного рогатогоскотас закреплённымиособоценными качествамиобычнымиприёмами требуютсядесяткилет работы.
Однакоданные ХоппеиИлменси подтвердитьнеудалось, хотя многиепыталисьэто сделать. Оказалось, что полученныелюбымспособом диплоидныеандрогенетическиеи гиногенетическиезародышимышей погибают,атех жестадиях, чтои диплоидные партеногенетические (развивающиесяизнеоплодотворённойяйцеклетки) эмбрионы.
Значительноусовершенствовавметоды извлеченияядери введенияихв клетку, МакГрат иСолтер провелисвоюсерию экспериментови сообщили, что высокийвыходживых мышейониполучили, когдав качестведоноровядер онииспользовализиготы, но еслидонорамибыли ранниеэмбрионы, тореконструированныеяйцеклетки, каки прежде, развивалисьтолькодо стадиибластулы.
МетодМакГрата - Солтерастал широкоиспользоватьсяразными экспериментаторами. ТакМанни Ловел-Банжвыделялипронуклеусы яиц, активированныхкпартеногенезу, ипересаживал ихвэнуклеированныезиготы мышей. Вэтихслучаях эмбрионыпогибалина раннихстадиях. Еслиже, наоборот, пронуклеусыполучали изоплодотворённыхяиципересаживали впартеногенетическиеи лишённыеядраяйца, то такиезародыширазвивались нормальнодорождения.
Суранис соавторамиустановили, чтоесли добавитьженскиепронуклеус иззиготымыши кгаплоидномунабору хромосомяйцеклетки, тонормального развитиянепроисходит, добавлениеже мужскогоядраприводит кнормальномуразвитию. С другойстороны, рекомбинацияженского имужскогопронуклеусов израннихоплодотворённыхяйцеклеток мышейобеспечиваетнормальное развитие, акомбинация2-х мужскихили2-х женскихпронуклеусовостанавливает развитиеэмбриона.
Этиопыты показали, чтодлянормального развитиямлекопитающихтребуется дванаборахромосом – отцовскийи материнский. Поэтомуниу одногоизизвестного видамлекопитающихне описанпартеногенез. Поэтомуже работыХоппеи Илменсенеудалось повторить.
Однакотакие исследованиеещёдважды будоражилинаучноесообщество. В 1982годупересадили ядраклетокпартеногенетическихбластул мышейв энуклеированныезиготы. Некоторыеиз этихреконструированныхяйцеклеток нормальноразвивались, иякобы полученычетыревзрослых самки, новсвете вышесказанногоэтирезультаты маловероятны.
Гибельпартеногенетических(гиногенетических иандрогенетических)зародышей умлекопитающихсвязана сразличнойактивацией онтогенезаматеринскогои отцовскихгеномов. Механизм, регулирующийэтифункциональныеразличия, был названгеномнымимпритингом иизучалсяв рядеработ, гдебыло показано, чтодлянормального развитиямлекопитающихтребуется наличиемужскогогенома.
Другаястатья ИлменсеиХоппе имелаещёбольший резонанс. Авторысообщилио пересадкиядервнутренней клеточноймассы бластулы вэнуклеированныезиготы мышейиполучения трёхвзрослыхособей (двухсамоки одногосамца), генетическиидентичной донорскойлиниимышей. Введениеядер-доноров иудалениепронуклеусов иззиготыпроводили заодинприём, затем реконструированные яйцеклеткикультивировалиinvitro достадии бластулы ипересаживалив маткусамок. Из16 пересаженныхбластултри развилисьвовзрослые особи. Вследующейработе этижеавторы использоваливкачестве доноров-ядерклеткиэмбрионов ещёболеепоздней стадии (семьсуток)и будтобыполучили трёхполовозрелыхмышей. Однако никтоизработающих втомже направлениинесмог добитьсяподобныхрезультатов, идостоверность результатовИлменсеи Хоппевновьбыла поставленаподсомнение.
МакГрати Солтерпоказали, чтоядра 8-клеточных зародышейи клетоквнутреннейклеточной массыбластулыне обеспечиваютразвитияinvitro реконструированных яйцеклетокдажедо стадииморулы, котораяпредшествует стадиибластулы. Наибольшаячасть (5%) 4-клеточныхзародышейдаётвозможностьразвиваться толькодостадии морулы. Втожевремя 19%реконструированныхяйцеклеток 2-ядерныхклеточныхзародышей, смоглиспокойно достичьстадииморулы илибластулы.
Этии другиеданныепоказывают, чтов эмбриогенезеумышей клеточноеядрорано теряеттотипотентность, чтосвязано, очевидно, сочень раннейактивизациейгенома зародыша – уженастадиях двухклеток. Удругих млекопитающих, вчастностиу кроликов, овецикрупного рогатогоскота, активизацияпервой группыгеновв эмбриогенезепроисходитпозднее, на 8-16клеточнойстадии. Возможно,поэтому первыезначительныеуспехи вклонированииживотных былидостигнутына другихвидахмлекопитающих, анена мышах.
Авторыиспользовали длятрансплантацииядра клеток, окружающихооцит(клеток такназываемогоcumulusoophorus), клетокСертоли изсеменникови клеток, выделенныхизмозга. Ядра, выделенныеиз соматическихклеток, инъецироваливэнуклеированноеяйцо спомощьюмикропипетки. Яйцоактивировали кразвитию, поместивв специальныйраствор(так называемыйHEPES-CZB), свободныйот кальция, идобавляястронций ицитохалазин.Стронцийактивировал яйцо, акальцийподавлял образованиеполярныхтелец. Эмбрионовкультивировалидостадии2-8 клеток, морулыилибластулы, а затем трансплантироваливматку приёмнойматери, гдемногие изнихимплантировалисьи некоторыеиз них (15-16%)продолжалисвоё развитие. Процентвыходарождённых мышат(ихизвлекали спомощьюкесарева сеченияна18, 5-19-й днибеременности)был, однако, низок – вразных серияхэкспериментовот 2до2,8%. Молекулярныеисследования доказалипринадлежность ядеррождённых мышаткклеткам донорасоматическихклеток.Таким образом, покрайнеймеревнекоторых случаяхдоказанаспособность ядерсоматическихклеток обеспечиватьнормальноеразвитие млекопитающих.
Тем не менее,работыс мышами, несмотрянаих непростуюсудьбу, значительнорасширилинаши представленияометодологии млекопитающих.
Кроликии коровы.
Американскиеисследователи СтикиРобл, используяметод СолтераиМакГрата, получилишесть живыхкроликов, пересадивядра 8-клеточныхэмбрионоводной породывлишённые ядраяйцеклеткикроликов другойпороды. Фенотипродившихся полностьюсоответствовалфенотипу донора.
Однакотолько 6из164 реконструированных яйцеклеток(3,7%)развились внормальныхживотных. Это, конечно, оченьнизкий выход, практическинепозволяющий рассчитыватьнаполучение такимспособомклона генетическиидентичныхживотных. Ценностьэтой работы, темнеменее, втом, чтоонапоказалавозможность клонированияэмбрионовкроликов.
Работас реконструированными яйцеклеткамикрупныхдомашних животных, коровилиовец, идёт несколькопо-другому. Ихсначала культивируютнеinvitro, а invivo – в перевязанномяйцеводеовцы – промежуточного (первого) реципиента. Затемих оттудавымываюти трансплантируютвматку окончательного(второго)реципиента – коровыили овцысоответственно, гдеих развитиепроисходитдо развитогодетёныша. Уиландсинпредложилзаключить реконструированные яйцеклеткивагаровый цилиндр, которыйонпотом трансплантировалвперевязанный яйцеводовцыили коровы. Поданнымодних авторов реконструированные зародышилучшеразвиваются вяйцеводе, чемв культивированнойсреде, хотянекоторые исследователиполучилинеплохие результатыипри культивированииinvitro.
АмериканцыРобл иегосотрудники использовалищадящийметод извлеченияядрабез прокалываниямембраныяйцеклетки, предложенныеМакГратом иСолтером, пересаживалив зиготытакназываемые кариопласты – мужскойиженский пронуклеусывместес окружающейихцитоплазмой, атакже ядра2-, 4-или 8-клеточныхэмбрионовкоровы. Сначалапронуклеусы центрифигурировали, чтобы освободитьпронуклеусыот окружающихихгранул желтка, послечегоядра былихорошовидны подмикроскопом, чтозначительно облегчалоихудаление. При помощиманипулятораи заострённойстекляннойпипетки извлекалиодиниз бластомероввместес ядромизранних зародышейипереносили еговэнуклеированнуюзиготы
Реконструированныезародыши былизаключеныв агаровыйцилиндри пересаженывперевязанный яйцеводовцы. Черезпять днейкультивированияих вымывали, освобождалиотагара иисследовали. Реконструированныезародыши вэтомслучае развивалисьтольков техслучаях, гдезиготы взиготыпересаживали пронуклеусы: 17%такихзародышей достиглистадииморулы илибластулы. Двазародыша былипересаженывторому реципиенту – вматку коровы иразвитиеих завершилосьрождениемживых телят. Есливкачестве доноровиспользовалиядра 2-, 4-и8-клеточных зародышей, то реконструированныеяйцеклеткине развивалисьдажедо стадииморулы
Позжебыли иболееуспешные работы. Уиландсин, в частности,сообщил, чтоему удалосьполучитьчетырёх генетическиидентичныхбычков холстейскойпородыв результатепересадкив реципиентныеяйцеклеткиядер бластулодного32-клеточного зародыша. Авторутверждал, чтобольшинствоядер сохраняюттотипотентностьна 32-клеточнойстадии, азначительная ихчасть64-клеточной стадии, обеспечивая нормальноеразвитиереконструированныхяйцеклеток достадииморулы вяйцеводе.После пересадкивматку коров – окончательных реципиентов. Какполагаетавтор, они могутидальше нормальноразвиваться.
Бондиолии соавторы, используявкачестве доноровядер 16-64-клеточныезародыши коров, трансплантировали463реконструированныхзародыша вматкусинхронизированныхреципиентов, ибыло получено 92живых телёнка. Семьизних былигенетически идентичны, представляясобой клон, полученныйврезультате пересадкиядерклеток одногодонорскогоэмбриона.
Такимобразом, клеточныеядразародышей крупногорогатогоскота достаточнодолгосохраняют тотипотентностьимогут обеспечитьполноеразвитие реконструированныхяйцеклеток. Иначеговоря, методическиетрудности клонированиязародышейкрупного рогатогоскотапрактически решены. Ноостаётсяосновная задача – найтидонорскиеядра, обладающиетотипотентностью, дляклонирования взрослыхживотных.
Клонированиеовец.
Уиландсинещё в1986году показал, что эмбрионыовец на16-клетонойстадии развитиясохраняютсвою тотипотентность. Реконструированные яйцеклетки, содержащиеядрабластомеров 16-клетоныхзародышей, развивалисьнормальнодостадиибластулы вперевязанномяйцеводе овцы (вагаровомцилиндре), а послеосвобожденияот агара,пересаживалив маткуовцы – второгореципиента – ещёна 60дней. Вдругом случаедонорамислужили ядра8-клетоныхзародышей ибылиполучены триживыхягнёнка, фенотипкоторых соответствовалпородеовцы-донора.
В1989 годуСмити Уилмуттрансплантировалиядра клеток16-клетосногоэмбриона ираннейбластулы влишённыеядра неоплодотвореннойяйцеклеткиовец. В первомслучаебыло полученодваживых ягнёнка, фенотипкоторыхсоответствовалпороде овец – доноровядер.Вовтором случаеодинполностью сформировавшийсяягнёнокпогиб вовремяродов. Его фенотиптакжесоответствовалпороде-донору. Авторысчитали, что входедифференцировкиэмбрионных клетокпроисходитинактивация некоторыхважныхдля развитиягенови врезультатеядра бластулыужене могутрепрограммироватьсяв цитоплазмеяйцеклеткии обеспечитьнормальноеразвитие реконструированногозародыша. Поэтому, помнениюавторов, в качестведоноровядер лучшеиспользовать16-клеточные эмбрионыиликультивированныеinvitroлинииэмбриональных клеток, ядракоторыхобладают тотипотентностью.
Позднее, в1993-95гг., группа исследователейподруководством Уилмутаполучилаклон овец – пятьидентичныхживотных, донорамиядер которыхбылакультура эмбриональных клеток. Клеточнуюкультуруполучали следующимобразом: выделялимикрохирургическимпутём эмбриональныйдискиз 9-дневногоовечьегоэмбриона (бластулы)и культивироваликлеткиinvitroвтечение многихпассажей (покрайней мере,до25). Сначала клеточнаякультуранапоминала культурустволовыхдифференцированныхэмбриональных клеток, новскоре, после2-3 пассажей, клеткистановилисьуплотнёнными иморфологическисходными сэпителиальными. Эталиния клетокиз9-дневного зародышаовцыбыла обозначенакакTNT4.
Чтобыдонорское ядроиреципиентная цитоплазманаходиласьна сходныхстадияхклеточного цикла, останавливалиделениекультивируемыхклеток TNT4наопределённой стадии(GO)и ядраэтихклеток пересаживаливэнуклеированныеяйцеклетки (соответственнонастадии метафазыII). Реконструированныеэмбрионы заключаливагар итрансплантировалив перевязанныеяйцеводыовец. Через шестьднейэмбрионы вымывалиизяйцеводов промежуточныхреципиентови исследовали подмикроскопом. Отбиралите, которые достигалистадииморулы ибластулыи пересаживалиихв маткуовцы – окончательногореципиента, гдеразвитие продолжалосьдорождения. Родилосьпять ягнят (самок), изнихдве погибливскорепосле рождения, третьяввозрасте десяти дней, адвеоставшихся нормальноразвивалисьи достигли8-9-месячноговозраста. Фенотипическивсе ягнятабылисходны спородойовец, от которойполучалиисходную линиюклетокTNT4. Этоподтвердил игенетическийанализ.
Этаработа, особеннов частикультурыэмбриональных клеток, - значительное достижениевклонировании млекопитающих, хотяонаи невызвалаособого интереса, какстатьятого жеУилмутас соавторами, опубликованнаяв1997 году, гдесообщалось, чтов результатеиспользованиядонорского ядраклеткимолочной железыовцыбыло полученоклональноеживотное – овцапо кличкеДолли. Последняяработа методическивомногом повторялапредыдущиеисследования 1996 года, нов нейучёныеиспользовали нетолькоэмбриональные, ноещёифибробластоподобныеклетки (фибропласты – клетки соединительнойткани)плода иклеткимолочной железы взрослойовцы. Клеткимолочной железыполучалиот 6-летней овцы породы Финн Дорсет, находящейсянапоследнем триместребеременности. Всетри типаклеточныхкультур имелиодинаковоечисло хромосом – 54, какобычноу овец. Эмбриональныеклеткииспользовали вкачестведоноров ядерна7-9пассажахкультивирования, фибробластоподобныеклетки плодана4-6 пассажахиклетки молочнойжелезына 3-6пассажах. Делениеклеток всехтрёхтипов оставливалинастадии GOиядра клетокпересаживалив энуклеированныеооциты(яйцеклетки) настадииметафазы II. Большинство реконструированныхэмбрионовсначала культивироваливперевязанном яйцеводеовцы, нонекоторые эмбрионыкультивировали invitro вхимическиопределённой среде. Коэффициентвыходаморул ибластулпри культивированииinvitroводной серииопытовбыл дажевдвоевыше, чем прикультивированиив яйцеводе(поэтомувидимо нетстрогойнеобходимости впромежуточномреципиенте иможнообойтись культивированиемinvitro).
Выход морули бластулвсерии опытовскультурой клетокмолочнойжелезы, был примерновтроеменьше, чем вдвухдругих сериях, когдавкачестве доноровядериспользовали фибропластовплодаили эмбриональныхклеток. Числоживых ягнятвсравнении счисломпересаженных вматкуокончательногореципиента морулилибластул былотакжев дваразаниже. В серииопытовс клеткамимолочнойжелезы и277реконструированныхяйцеклеток былполучентолько одинживойягнёнок, что говоритобочень низкойрезультативноститакого родаэкспериментов (0,36%). Анализгенетических маркероввсехсеми родившихсявтрёх серияхэкспериментовживых ягнятпоказал, чтоклетки молочнойжелезыбыли донорамиядердля одного, фибропласты плода – длядвух иэмбриональныеклетки четырёхягнят.. ОвцаДолли развиласьизреконструированнойяйцеклетки, доноромядра которойбылакультивируемаяклетка молочнойжелезыовцы породыФиннДорсет. Долли фенотипическинеотличается отовецэтой породы, носильноотличается отовцы-реципиентапороды шотландскаячерномордая. Анализгенетических маркеровподтвердилэтот результат.
Успехавторов этойработы,прежде всего,связанс использованиемдлительныхклеточных культур, таккакпосле многихпассажейв культуреклетокмогли бытьотобранымалодифференцированныестволовые клетки, которыевероятнои былииспользованыкак донорыядер. Большоезначение имелтакжетот факт, чтоавторы,учитывая результатсвоихпрошлых работ, синхронизировали стадииклеточного циклаяйцеклеток реципиентаияйцеклеток донора.
Своейработой Уилмутсколлегами продемонстрировали, чтоядраклеток молочнойжелезывзрослой овцымогутбыть приопределённыхусловиях репрограммированы цитоплазмойооцитаи датьразвитиеновому организму. Полученныеданныезаставили по-новомупосмотретьна процессклеточнойдифференцировки. Этотпроцесс, как оказалось, неноситнеобратимый характер. Совершенноясно, чтоцитоплазматическиефакторы способныинициироватьразвитие новогоорганизмана основегенетическогоматериала ядравзрослойполностью дифференцированнойклетки. Такимобразом, биологическиечасы могутбытьповёрнуты вспять, иразвитиеорганизма можетначатьсяиз генетическогоматериалавзрослой дифференцированнойклетки, чтополностьюпротиворечить раннееобщепринятойбиологической догме.
Еслирезультаты последнейработыУилмута исоавторовокончательно подтвердятсяибудет повышенкоэффициентвыхода живыхживотныхпри использованиивкачестве доноровядерклеток взрослыхживотных, тоэто можетиметьреволюционное значениекакв биотехнологииживотныхи животноводстве. Клонирование позволитсохранитьне толькогенотипценных ивыдающихсяв производственномотношенииживотных, но ибезграничноразмножать их.
Тканевоеклонирование.
Учёныехотят создаватьчеловеческиеэмбрионы влабораторияхи использоватьихдля полученияспециальныхклеток, которыемогут применятьсявреволюционных методикахлечения. Правдаклонирование неочень-топодходит дляназванияэтой операции, таккаквызывает непониманиеулюдей, что женасамом делепроисходит? Учёныене копируютэмбрионы, ониберут генетическийматериализ клеткителавзрослого человекаипересаживают еговяйцеклетку, изкоторой удалёнгенетическийматериал.
Присоблюдении определённыхусловийэта новаяяйцеклеткаможет развиватьсявэмбрион. Эта тасамаятехнология, котораябыла использованадлясоздания овечкиДолли.
Почему учёныетакинтересуются этойтехнологией? Этодаёт возможностьполучитьтак называемыестволовыеклетки различныхтканей, абсолютноидентичных клеткамчеловека, укоторого былвзятгенетический материал. Например, учёныемогутполучить нервнуюткань, кровь, сердечнуюмышцуи дажебелоеи сероевеществомозга.
Учёныепытались выделитьстволовыеклетки определённыхтканейна протяжениимногихлет, когда, наконец, этоудалось в1998году. Учёные утверждают, чтостволовыеклетки могутобеспечитьмедиков полностьюсовместимойтрансплантационнойтканью. Первоначальнопланируется имплантироватьклеткив организмдлявосстановлениядефектов тканей, вызванныхболезнью, например, восстановлениесердечноймышцы послеинфаркта. Вбудущем планируетсядобитьсявозможности выращиватьизстволовых клетокполностьюработоспособныеткани.
Почемуклонирование являетсянеотъемлемойчастью этого? Клонированиетакважно, потому чтопозволяетсоздать тканииорганы сполностьюидентичным генетическимкодом. Внастоящее времяглавнаяпроблема трансплантологии – отторжение пересаженныхорганови тканейиз-заиммунного конфликта. Медикииспользуютдля егорешениямощные иммунодепрессивныепрепараты, которыеобладаютбольшим количествомпобочныхэффектов. Клонированиеполностью решаетэтупроблему – клеткиимплантанты имеюттоже генотипи иммунная системапризнаётих засвоиродные. Это снимаетпроблемупоиска генетическиподходящихдоноров, например, припересадки костногомозга. ИспользуяДНК, взятое изклетоккожи, учёные могутсоздатьклетки костногомозга.
Припомощи тканевогоклонированияможно лечитьлюбыеболезни, вызывающиедегеративные изменениятканей. Новаянервная тканьможетпомочь приболезниАльцгеймера, новаясердечная тканьприинфаркте.
Правдапротив тканевогоклонированияесть многопротивников. Многиедумают, что эмбрион, дажееслиэто однаклетка, представляетсобой полноценнуючеловеческуюжизнь иуничтожениеего илиопытынад нимравныдействиям надвзрослымчеловеком.
Заключение.
Итак, работыпоклонированию позвоночныхбылиначаты наамфибияхв конце40-хначале 50-хгг.и продолжаютсявотуже более4-хдесятилетий. Что касаетсяамфибий, то, какбылосказано всоответствующемразделе, несмотряна значительныедостижение, проблемаклонированиявзрослых особейостаётсядо сихпорнерешённой.
Установлено, чтов ходеклеточнойдифференцировкиу позвоночныхпроисходитлибо потеряопределённыхгенных локусовлибоих необратимаяинактивация. Судяпо всему, утрачиваетсятачасть генома, которая контролируетне ранние, аболеепоздние стадиионтогенеза, вчастности метаморфозамфибий. Механизмэтого явлениянеподдаётся поканаучномуобъяснению. Ноочевидно, что дляклонированиявзрослых животныхнеобходимоиспользовать малодифференцируемые делящиесяклетки.
Ещё5-6 летназадникто ихучёныхне ставилвопрособ использованиивкачестве доноровядерклеток взрослыхмлекопитающих. Работысводилисьв основномкклонированию эмбрионовдомашнихживотных, и многихизэтих исследованийбылине оченьуспешны. Поэтомутак поразилопоявившиесяна светвначале 1997годасообщение Уилмута, чтоемуи егоколлективуудалось, используясоматическиеклетки взрослыхживотных, получит клональное животноеовцупо имениДолли.
Каковоже положениевещейсейчас? Есть лисерьёзныеоснования считать, чтореальнонаступила эраклонированиямлекопитающих? Анализпредставленныхвыше данныхпоказывает, чтоза последниедесятьлет врезультатекропотливой работымногихисследователей, действительносделан прорыввобласти клонированияэмбрионовмлекопитающих. Чтоже касаетсявзрослыхживотных, то покавналичии лишьодинпример, хотя Долли, безсомнения, ужевошла висториюнауки.
Ноу этогопервогоуспешного экспериментаестьсущественный недостаток – оченьнизкийкоэффициент выходаживыхособей (0,36%)иесли учестьвысокийпроцент гибелиразвивающихсяреконструированныхяйцеклеток вплодныйпериод развития(62%), который в десятьраз выше, чемв обычномскрещивании(6%), то встаётвопросо причинахгибелизародышей.
Вближайшие годыглавнаязадача исследователей, работающихвобласти исследованияклонирования – это, по-видимому, создание культивируемыхinvitroлиний малодифференцированныхклеток, характеризующихсявысокойскоростью деления. Ядраименнотаких клетокдолжныобеспечить полноеинормальное развитиереконструированныхяйцеклеток, формированиене толькоморфологическихпризнаков, но инормальныхфункциональныххарактеристик клонированногооргинизма.
Что жекасаетсявопроса оклонированиичеловека, то вобсужденииэтого вопросаследуетвыделить двааспекта: методическийи этический.
Методически илитехническиклонирование взрослыхмлекопитающихразработано ещёнедостаточно, чтобыможно былоужесейчас ставитьвопросо клонированиичеловека. Дляэтого необходиморасширитькруг исследований, включиввнего кромеовецпредставителейи другихвидовживотных. Уилмутс сотрудникамипланируют, например, продолжитьсвоиработы накоровахи свиньях. Такиеработынеобходимы, чтобыустановить, неограничиваетсяли возможностьклонированиявзрослых млекопитающихособенностямиили спецификойкакого-либоодного илинесколькихвидов.
Затем необходимосущественноповысить выходжизнеспособныхреконструированныхэмбрионов ивзрослыхклонированных животных, выяснивневлияют лиметодическиеприёмы напродолжительностьжизни , функциональныехарактеричтикии плодовитостьживотных. Дляклонирования животныхоченьважно снизитьрискдефективного развитияреконструированнойяйцеклетки, главнойпричиной которогоможетбыть неполноерепрограммированиегенома донорскогоядра.
Кстати, в природевсё-такиимеются случаиклонированиячеловека, это однояйцовыеилимонозиготные близнецы – настоящиеклонысодними темжегеномом, возникающиепри разделенииоднойзиготы нараннейстадии развития. Этовсегдатолько обамальчикаили обедевочкии всегдаудивительнопохожие другнадруга. Известнотакже, что эмбрионмлекопитающего, втом числеичеловека насамыхранних стадияхразвития, учеловека покрайнеймере достадии8 бластомеров, можетбытьбез видимыхотрицательныхпоследствий разделённаотдельные бластомеры, изкоторыхпри определённыхусловиях могут развитьсяидентичныепо своемугенотипуособи, по анологиисоднояйовыми близнецами,тоестьиз одного8-клеточногоэмбриона могутродиться8 мальчиковилидевочек абсолютноидентичных.
Что касаетсяэтическойстороны, то тутклонированиечеловека вызываетещёбольше возражений. Во-первых, становление человекакакличности базируетсянетолько набиологическойнаследственности, оноопределяется такжесемейной, социальнойи культурнойсредой. Приклонировании индивиданевозможновоссоздать всетеусловия воспитанияиобучения, которыесформировали личностьегопрототипа. Во-вторых, прибесполом размноженииизначальножёсткая запрограмированностьгеномапредопределяетменьшее разнообразиевзаимодействияорганизма сокружающимиизменчивыми условиямисреды. В-третьих, практическивсерелигиозные учениянастаиваютна появлениичеловекана всет – в“руках”высших сил, чтозачатиеи рождениедолжныпроисходить естественнымпутём.
В итогеговоритьо клонированиичеловека мыможемговорить лишьссугубо теоритическойточкизрения. В сущностиречьидёт даженео клонировании, аополучении копииотдельногоиндивида, посколькутермин клонированиепредполагаетполучение некоегомножестваособей. Очевидно, чтосегодня вероятностьотрицательныхпоследствий этойпроцедурызначительно превышаетеёвыгоды, поэтомуработы поклонированиючеловека каквнастоящее время, такив ближайщёмбудущемпроводить нецелесообразно, таккакпереносить ещёнерешённуюметодически научнуюработуна опытысчеловеком безнравственно. Поэтому Федерациянаучныхэкспериментальныхобществ биологовСШАв октябре1997года объявила пятилетниймораторийна экспериментыпоклонированию человека.
Когда жеуслвершенствуетсяметод клонированияимы сможемклонироватьчеловека, то проблемаклонированиядолжна будет регламентироватьсястрогими рамкамии правилами, касаясьвозможно толькомедицинскихпроблем, скажемнепреодолимогобесплодия.
Определения.
Клон – совокупностьклеток илиорганизмов, генетическиидентичных однойродоначальнойклетке.
Клонирование – получениеидентичных потомковприпомощи беспологоразмножения, процессизготовлениягенетически идентичныхкопийотдельной клеткииорганизма.
Тотипотентность – свойствоклетки реализовыватьгенетическуюинформацию ядра, обеспечивающего развитиедоцелостного организма. Тотипотентнаяклеткаспособна дифференцироватьсявлюбую тканьилиспециализированнуюклетку.
Партеногенез – развитиезародыша изнеоплодотворённойклетки, девственноеразмножение.
Гиногенез – развитие яйца безучастиясперматозоида – женскийпартеногенез.
Андрогенез – развитиеяйца, имеющеготолько отцовскиехромосомы – мужскойпартеногенез.
Энуклеация – методы, включающиеполное удалениеядерногоматериала изяйцеклетки.
Бластомеры – клетки, образующиесяпри дроблениияйцаживотных.
Морула – стадияв развитиизародыша, наэтой стадиизародышнапоминает повнешнемувиду малину, безособойобособленной полости.
Бластула – стадияв развитиизародыша, представляющаясобойполный шаризодного слояклеток, этастадия завершаетпроцессдробления яйца. Настадиибластулы внутризародышаобразуется полость – бластоцель.
Гаструла – стадияв развитиизародыша, наэтой стадиизародышхарактеризуетсяналичием двухслойнойстенкии полости (гастроцеля), сообщающейся свнешнейсредой отверстием – бластопором.
Списоклитературы.
Соровскийобразовательныйжурнал, 1999 №4, клонированиеживотных, Л.И.Корочкин.
Журнал«Человек», 1998№3, Долли – случайностьили закономерность? КонюховБ.В.
Журнал«Свет: природаи человек», 1999№1.
Журнал«Студенческий меридиан», 2001январь.
Журнал«Природа», 1998№7, клонированиеживотных: теорияипрактикаСтрунников В.А.
Ресурсывсемирной компьютернойсетиInternet.