Как и зачем создают клонов?

Технология клонирования постепенно перемещается из фантастических фильмов в повседневную жизнь. Так, новость о клонированной овечке Долли поразила весь мир еще в 1990-х годах, а сегодня светские хроники сообщают, что звезды шоу-бизнеса пользуются коммерческими услугами по клонированию домашних любимцев. Например, певица Барбара Стрейзанд клонировала свою умершую собаку.

В статье разбираемся в технологии клонирования, перспективах ее использования и ограничениях создания точных копий живых существ.

Содержание

• Что такое клонирование
• Генетическое клонирование
• Терапевтическое клонирование
• Репродуктивное клонирование
• Можно ли клонировать человека

Что такое клонирование

Клонирование — это процесс, в ходе которого создается копия живого существа, генетически идентичная родительскому организму.

Создать клона можно не только в лаборатории: так, когда одноклеточная бактерия размножается путем деления клетки, в результате возникает ее клон.

То же самое справедливо для бесполого размножения растений, в том числе и вегетативным способом. Так, когда вы отрезаете веточку традесканции, помещаете ее в воду и после образования корней высаживаете в отдельный горшок, вы создаете клон материнского растения.

В науке же существует три вида клонирования:

• генетическое (клонирование ДНК),
• терапевтическое,
• репродуктивное.

О каждом из них поговорим отдельно.

Генетическое клонирование

В ходе клонирования ДНК создают копии ее молекул, их частей или отдельных генов.

Как работает технология?

Образцы, которые необходимо клонировать, вставляют в так называемый вектор. После этого вектор помещают в клетку-хозяина (как правило, бактерию или дрожжи), где он многократно копируется.

Вектор — это небольшой участок другой ДНК. Обычно векторы создаются при помощи плазмид — маленьких молекул ДНК, обособленных от хромосом и способных к автономному воспроизведению (чаще всего плазмиды встречаются у бактерий и вирусов).

Затем ученые выделяют вектор и очищают, получая большое число копий нужного им гена или комбинации генов.

Зачем это нужно?

С помощью клонирования ДНК можно:

• исследовать функцию гена;
• изучить характеристики гена;
• выяснить, как мутации могут повлиять на функцию гена;
• получить большое количество белка, за производство которого отвечает ген.

Применяется ли на практике?

Процедура клонирования ДНК достаточно распространена и входит в число стандартных методов биологических и медицинских исследований.

Так, благодаря клонированию ДНК создают вакцины, которые защищают человека от коронавируса, гриппа и многих других инфекций.

Терапевтическое клонирование

Терапевтическое клонирование — это создание клонированного эмбриона. Цель такой процедуры — извлечение стволовых клеток с той же ДНК, что и у донорского организма.

Как работает технология?

В терапевтическом клонировании используется процесс под названием пересадка ядер соматических клеток.

Для этого ученые берут яйцеклетку, извлекают из нее ядро и заменяют его ДНК другого организма (того, для которого требуется получить генетически идентичные стволовые клетки).

Затем яйцеклетка начинает делиться, и в результате через несколько дней образуется бластоциста — начальная стадия развития эмбриона, из которой и извлекаются стволовые клетки. На этом этапе бластоциста представляет собой всего лишь крошечный шар размером от десятых долей миллиметра до нескольких миллиметров и состоящий примерно из сотни клеток.

При создании такого эмбриона не происходит оплодотворения яйцеклетки, и все его развитие происходит в пробирке, а не в материнском организме. Тем не менее при соответствующих условиях из такого эмбриона может развиться полноценный организм — именно так и появилась на свет овечка Долли.

Технология терапевтического клонирования строго регулируется, а во многих стран подобные эксперименты и вовсе запрещены, особенно если речь идет о работе с человеческими клетками.

Зачем это нужно?

Эмбриональные стволовые клетки обладают уникальной способностью превращаться практически во все типы клеток в организме. А это значит, что:

• Из них можно вырастить здоровые ткани любого внутреннего органа и заменить ими поврежденные или больные ткани.
• Эмбриональные стволовые клетки с ДНК животных или людей, страдающих от различных заболеваний, могут помочь исследовать причины развития этих заболеваний на молекулярном уровне.
• На тканях, выращенных из стволовых клеток, можно тестировать новые лекарства.

Применяется ли на практике?

Ученые провели немало успешных экспериментов с использованием метода терапевтического клонирования. В 2008 году впервые было показано, что полученные таким образом ткани действительно можно использовать для лечения заболеваний у животных — доноров генетического материала.

Ученые взяли ДНК из клеток кожи мышей и превратили полученные на их основе стволовые клетки в особый тип нейронов — дофаминовые нейроны, которые гибнут при болезни Паркинсона.

Эти нейроны имплантировали в мозг больных грызунов — в результате состояние мышей с Паркинсоном улучшилось.

В 2012 году удалось вырастить клетки щитовидной железы и пересадить их мышам, в организме которых они успешно прижились. В 2014 году американский ученый Шухрат Миталипов впервые смог получить эмбриональные стволовые клетки из клеток кожи 72-летнего пациента.

Тем не менее до реального лечения человеческих заболеваний пока далеко. Помимо этических вопросов, требуется решить множество научных и технических сложностей: пока что эксперименты не выходят за пределы лабораторий.

Так, некоторые исследования показывают: примерно через 60 циклов деления стволовые клетки начинают накапливать мутации, которые впоследствии могут привести к онкологическим заболеваниям.

Репродуктивное клонирование

Репродуктивное клонирование — это создание полноценного живого организма, генетически идентичного донору ДНК.

Как работает технология?

Овечка Долли, родившаяся в 1996 году, стала далеко не первым клонированным животным. Всемирную известность она получила, потому что это был первый успешный случай создания клона теплокровного животного при помощи пересадки ядер соматических клеток от взрослого донора.

Шотландские исследователи взяли генетический материал от шестилетней овцы и заменили им ядра 277 яйцеклеток. Из них до состояния эмбрионов развились лишь 29 штук, а выжил только один — Долли.

В середине ХХ века та же самая технология использовалась для клонирования лягушек — в 1962 году британский ученый Джон Гёрдон смог довести эксперимент до появления на свет головастиков (в 2012 году он получил за это Нобелевскую премию).

Через несколько лет китайским ученым удалось клонировать рыб, а первые клоны теплокровных животных — мышей — были получены в 1979 году. Правда, технология при этом использовалась другая: исследователи делили уже имеющийся эмбрион в пробирке и имплантировали его самкам для вынашивания.

После овечки Долли при помощи пересадки ядер соматических клеток и донорского материала от взрослых особей были клонированы телята, олени, кролики, крысы, лошади, собаки и кошки.

Первое успешное клонирование примата удалось совершить только в 2018 году: в Шанхае родились детеныши макаки-крабоеда по имени Чжун-Чжун и Хуа-Хуа.

Зачем это нужно?

Сегодня можно клонировать животных на коммерческой основе — этим занимается несколько компаний в мире: они клонируют элитных скаковых лошадей для скачек, а производители мяса заказывают у них клонирование крупного рогатого скота.

Владельцы домашних животных, которые не хотят расставаться со своим любимцем, пользуются услугами клонирования собак и кошек. Это недешевое удовольствие, за которое люди платят десятки тысяч долларов.

Применяется ли на практике?

Несмотря на все преимущества, эта процедура пока не стала частью повседневной жизни, так как имеет ряд ограничений и недостатков.

1. Чтобы на свет появилось одно клонированное животное, необходимы сотни оплодотворенных яйцеклеток и десятки суррогатных матерей. Так, в 2005 году корейские ученые впервые успешно клонировали собаку: родились два щенка афганской борзой. Один из них вскоре умер от пневмонии, зато второй — Снуппи — прожил внушительные 10 лет.

Для рождения двух псов ученым пришлось оплодотворить более тысячи яйцеклеток и имплантировать их в организм 123 собак.

2. Клонированное животное будет обладать теми же генами, что и «оригинал», но воспроизвести «личность» собаки или кошки невозможно. Люди же, как правило, любят своих животных не за набор генов, а за характер, привычки и поведение. Более того, даже внешность (окрас, размер, цвет глаз) клонированного любимца может быть немного другой. Это происходит из-за изменения активности генов во время роста и деления.

Такие модификации называются эпигенетическими и происходят под влиянием внешних факторов на протяжении всей жизни: от момента зачатия до смерти.

3. На данный момент неизвестно, как можно преодолеть так называемый лимит Хейфлика. Так называют предельное количество делений соматических клеток (обычно от 40 до 60), после которого клетка гибнет.

Граница Хейфлика связана с сокращением размера теломер — участков ДНК на концах хромосом. Клетка взрослого организма, из которой берут ДНК для клонирования, уже частично вырабатывает свой лимит, а значит, ее жизнь будет короче обычной.

4. Кроме того, не существует по-настоящему долгосрочных исследований здоровья клонированных животных. Некоторые из них рождаются здоровыми и доживают до старости, но многие и гибнут в первые месяцы жизни от самых разных заболеваний.

Пока ученые не могут сказать, от чего именно это зависит, но не последнюю роль здесь играют генетические мутации. Ученые утверждают, что в организме клонов их относительно много.

Можно ли клонировать человека

Работа, связанная с клонированием человека, полностью запрещена в десятках стран, в том числе и в России.

В Великобритании и Австралии разрешено терапевтическое клонирование клеток человека, а в США клонировать клетки людей можно только на частные средства (государство не имеет права финансировать такие исследования).

Репродуктивное клонирование человека не разрешено ни в одной стране мира.

Помимо перечисленных выше научных и технологических сложностей, довольно остро стоят этические и юридические проблемы. Даже если на протяжении следующих десятилетий ученым удастся сделать процедуру клонирования человека безопасной и предсказуемой, специалистам придется ответить на ряд других вопросов.

Социальные. Кто будет воспитывать клонированного ребенка и считаться его родителем? Будет ли он обладать такими же правами, как и другие люди? Как выдавать ему документы? На кого ляжет ответственность, если у клона возникнут проблемы со здоровьем?

Религиозные. Верующие люди задаются вопросом: а имеет ли человек право создавать других людей «в пробирке»? Будет ли клон иметь душу?

Психологические и философские. Можно ли будет считать клонированного человека независимой личностью? Не будет ли клон считать себя неполноценным из-за того, что он, по сути, представляет собой физическую копию другого человека?

Из-за всех этих проблем процедура клонирования человека пока что ближе к сюжетам фантастических фильмов и книг, чем к реальности.

Если вам интересны особенности собственной ДНК, то в результатах Генетического теста Атлас вы можете найти информацию о рисках развития генетических заболеваний, а также узнаете о необычных признаках, которые определяют ваши вкусы, чувствительность к определенным запахам и привычки.

Больше о ДНК и генетических мутациях рассказываем в блоге Атласа:

• Что такое ДНК и как она работает?
• Как ДНК определяет цвет и форму волос?
• Что такое генетическая мутация?