Из истории исследований по клонированию животных

“Клонирование” - получение потомков, являющихся точной генетической копией организма. Совокупность таких потомков-копий, происходящих от одного организма, называют клоном. Организмы в пределах каждого клона характеризуются одинаковой фенотипической однородностью и идентичным генотипом.

Термин “клон” был впервые использован в 1903 году Веббером (Webber, Германия) применительно к растениям, размножаемым вегетативно, и означал, что дочерние растения клона генетически идентичны материнскому. В настоящее время разработки в области генной инженерии позволяют клонировать не только микроорганизмы и растения, но и животных.

Возможность клонирования животных доказал Дж. Гердон, английский биолог, который первым сумел получить клонированные эмбрионы шпорцевых лягушек. Он выжигал ультрафиолетом ядра икринок и затем подсаживал в них ядра, выделенные из клеток эпителия головастиков этого вида. Большая часть полученных таким образом икринок погибала, и лишь совсем маленькая их доля (2,5%) развивалась в головастиков. Взрослых лягушек получить таким образом не удавалось. Тем не менее это был успех, и результаты опытов Гердона попали во многие учебники и руководства по биологии. В 1976 г. Гердон и его соавтор Р. Ласки публикуют работу, в которой описывают опыты с ядрами, выделенными из клеток почек, кожи и легкого уже взрослых шпорцевых лягушек. Исследователи сначала подращивают эти клетки вне организма (in vitro), а затем вводят их ядра в безъядерные икринки. Четверть таких икринок начинает делиться, но вскоре замирает на одой из стадий развития. Тогда ученые выделяют ядра полученных эмбрионов и снова подсаживают их в лишенные собственных ядер икринки... В результате целой серии подобных пересадок на свет наконец-то появляется несколько головастиков. Хотя эксперименты Гердона и его последователей показали принципиальную возможность получения серийных клонов амфибий, появляющиеся на свет головастики упорно не желали превращаться во взрослых лягушек. Вопрос, таким образом, по-прежнему заключался в том, можно ли вырастить из одной специализированной клетки его тела взрослое позвоночное животное. Опыты на амфибиях давали отрицательный результат, но ученые не прекращали исследований в этой области.

В конце 70-х годов К. Илмензее, эмбриолог Женевского университета сообщил в американском научном журнале, что получил так называемых гиногенетических мышей, удалив из оплодотворенной яйцеклетки мужские хромосомы и искусственно удвоив женские хромосомы. В 1981 г. мир облетело известие об успешном клонировании мышей: в солидном международном журнале “Cell” К. Ильмензее объявил о клонировании мышей путем замещения ядер оплодотворенных яйцеклеток ядрами из клеток бластулы. Суть эксперимента состояла в следующем: в тонкую стеклянную пипетку засасывалось ядро из клетки мышиного эмбриона на ранней стадии развития (бластоцисты) и помещали его в оплодотворенную мышиную яйцеклетку (зиготу). Собственные, еще не успевшие слиться два ядра зиготы - мужское и женское - удаляли в конце операции с помощью той же пипетки. Всего таким образом было прооперировано 363 зиготы; 16 из них после прохождения первых стадий развития были подсажены в матки мышиных самок, заранее подготовленных к такой операции. В результате появились три вполне нормальных мышонка! В 1982 г. в “PNAS” он описал мышей, развившихся из оплодотворенных яйцеклеток, ядра которых были замещены ядрами клеток партеногенетических эмбрионов (т. е. эмбрионов, развившихся из яйцеклетки без участия мужских гамет).

Это был успех! Пусть клетки для подобных опытов брались не от взрослой мыши, а лишь от эмбрионов, но новорожденные мышата - это вам не головастики, не способные превратиться в лягушку!

И все было бы прекрасно, но... Другие исследователи пытались воспроизвести результаты Илмензее, но безуспешно. М. Азим Сурани и его коллеги из Института физиологии животных и генетических исследований в Кембридже написали в журнал “Science”, что им не удалось получить гиногенетические и партеногенетические мышиные эмбрионы, которые бы дожили до середины срока беременности. Чуть позже Д. Солтер и Дж. Макграт из Вистаровского института анатомии и биологии на страницах этого же журнала заявили, что эмбрионы, полученные путем трансплантации ядер из бластулы, не будут развиваться до нормального завершения беременности. В институте, где работал Илмензее, провели расследование его деятельности и в результате исследователь ушел с работы. “Мышиная история” приняла скандальный оттенок - стало очевидным, что автор пытался выдать желаемое за действительное.

Однако в разных уголках планеты ученые вновь и вновь возвращались к опытам с клонированием млекопитающих, поскольку результаты опытов Илмензее выглядели правдоподобно, так как они теоретически были возможны.

Вместе с тем крепло мнение, что клонирование животных из взрослой клетки невозможно, так как хотя во внезародышевой клетке взрослого организма содержится полный набор генов, характерный и для яйцеклетки, но гены, необходимые для осуществления программируемого развиия зародыша, находятся как бы в скрытом, недоступном для манипулирования с ними состоянии. Постепенно накопились данные, что с помощью пересадки ядер эмбриональных клеток все-таки можно клонировать различные виды животных - от лягушек и мышей до крупного рогатого скота. Но ДНК более дифференцированных клеток необратимо изменяется, и пересадка ядра становится невозможным. Видимо, в силу химических изменений и структурных модификаций эти геномы не являются тотипотентными, т. е. способными обеспечить развитие всех типов клеток, что необходимо для формирования животного. Например, клонирование способных расти мышей с надежным ростом возможно только при использовании ядер клеток мышиных эмбрионов на стадии одно-, двух-, или четырех клеток.

Так, например, в начале 90-х гг. результаты К. Ильмензее частично удалось воспроизвести японским исследователям, использовавшим новые приемы работы (для успешной пересадки ядра и активации прооперированной зиготы применялись слабые электрические импульсы). Японским биологам удалось довести дело до рождения живых мышат. В результатах этих опытов никто не сомневался, и ими частично было реабилитировано имя К. Ильмензее, однако они всего лишь доказывали, что только самые первые клетки мышиного зародыша еще сохраняют свою тотипотентность, которая необратимо утрачивается на более поздних стадиях.

Примерно так же обстояли дела и с попытками клонировать кроликов, свиней и коров. Американцам С. Стику и Д. Роблу вполне успешно удавалось размножать кроликов, пересаживая ядра восьмиклеточных эмбрионов одной породы в лишенные ядер яйцеклетки другой породы. Крольчихи-реципиенты благополучно вынашивали таких крольчат и рождали на свет абсолютно одинаковых малышей, унаследовавших все гены породы - донора ядер. Примерно также обходились с телятами. В одном из таких экспериментов, результаты которого были опубликованы в 1990 г., исследователи получили 92 живых теленка.

Однако, несмотря на явные успехи клеточной инженерии, по-прежнему можно было говорить лишь о клонировании не взрослых организмов, а лишь их эмбрионов, находящихся на ранней стадии развития. Дальше дело не шло.

И вот как гром среди ясного неба грянуло известие о том, что на экспериментальной ферме под Эдинбургом пасется овца Долли финско-дорсетской породы - первое клонированное млекопитающее, полученное из взрослой неполовой клетки!