Клонирование тварин: теорія і практика

Клонирование тварин: теорія і практика

В.А. Струнников На протязі багатьох тисячоліть розведення тварин уяву людини, певне, неодноразово вражали рідко виникаючі, виняткові, видатні по господарської цінності, тварини — швидкохідні коня, корови з високими удоями, вівці з великим настригом вовни і актори гарні куры-несушки. Мабуть, людині неодноразово приходила на думку смілива думка зробити таких дивних тварин «безсмертними «шляхом відтворення в наступних поколіннях у цілком ідентичних копій. Тоді як рекордисты закінчували свій життєвий шлях, залишивши після себе нащадків, всі члени якого ні повністю ідентичний жодному зі своїх батьків, точно як і, як та її самого не повторював жодного з нащадків наступних поколінь.

Воспроизводство організмів, повністю які повторюють унікальну за продуктивністю особина, можливо в тому разі, якщо генетична інформація матері буде без будь-яких змін передано дочкам. Але у природному статевому розмноженні цьому перешкоджає мейоз. У його незріла яйцеклітина, має подвійний, чи диплоидный, набір хромосом — носіїв спадкової інформації - ділиться двічі, і цього виникають чотири гаплоидные (тобто. з одинарним набором хромосом) клітини. Три їх дегенерують, а четверта — з великим запасом поживних речовин — стає власне яйцеклітиною. В багатьох тварин вона з гаплоидности неспроможна повинна розвиватися у новий організм. І тому необхідно запліднення — злиття її з гаплоидным сперматозоїдом. Зрозуміло, що організм, який розвинувся з заплідненої клітини, набирає ознак, які визначаються взаємодією материнської і батьковій спадковості. Отже, при статевому розмноженні мати може бути повторена в прийдешнім.

Как ж, всупереч цієї суворої закономірності, змусити клітину розвиватися тільки з материнським диплоидным набором хромосом? Теоретично розв’язання цієї важкою біологічної проблеми можна здійснити двома шляхами: хірургічним і «терапевтичним », якщо використовувати медичну термінологію.

Клонирование шовкопряда: від перших кроків до практичного використання

Хронологически другий метод винайдено набагато раніше й, слід віддати належне, — російськими вченими. Через сто років тому зоолог Московського університету А. А. Тихомиров вперше відкрив, що яєчка шовковицевого шовкопряда внаслідок різних хімічних і фізичних впливів починають розвиватися без запліднення. Але це розвиток, що його партеногенезом, рано зупинялося: партеногенетические ембріони гинули ще до його вылупления личинок з яєць. Але це була прелюдія до клонування тварин.

Б.Л.Астауров у роки внаслідок тривалих досліджень, отримали світову відомість і стали класичними, підібрав термічне вплив, яке одночасно активувало неоплодотворенное яйце до розвитку і блокувало стадію мейоза, тобто. перетворення диплоидного ядра яйцеклітини в гаплоидное. Розвиток з ядром, які залишилися диплоидным, закінчувалося вылуплением личинок, точно які повторюють генотип матері, зокрема й підлогу. Так було в результаті амейотического партеногенеза отримано перші генетичні копії, ідентичні матері.

Количество вылупившихся партеногенетических гусениць перебував у прямої залежності від життєздатності матері. Тому в «чистих «порід вылупление гусениць не перевищувало кількох відсотків, тоді як в значно більше життєздатних міжрасових гібридів воно досягало 40 — 50%. Попри величезний успіх, автор цього пережив гірке розчарування: партеногенетичний потомство характеризувалося зниженою життєздатністю на ембріональних і постэмбриональных стадіях розвитку (гусениці, лялечки, метелики). Гусениці розвивалися нерівномірно, у тому числі було багато потворних, а завиті ними кокони сильно розрізнялися щодо маси. Пізніше Борис Львович поліпшив метод, застосувавши гібридизацію між селекційними лініями. Так зміг підвищити життєздатність у нових клонів до норми, але довести доти рівня інші кількісні ознаки йому вдалося: наприклад маса партеногенетических коконів не перевищувала 82% від безлічі нормальних коконів такої ж генотипу.

Позднее ми встановили причини партеногенетического гноблення (депресії) і складними методами, що дозволяють накопичувати «гени партеногенеза », вивели нові високо життєздатних клонів самок, та і партеногенетических самців. (Зауважимо, що депресія у шовковицевого шовкопряда незрівнянно менше, ніж в ссавців тварин. Але вони яйцеклітина з диплоидным ядром, освіченим в результаті поєднання двох жіночих гаплоидных ядер чи двох чоловічих, взагалі розвивається у організм.) Схрещуючи таких самців відносини із своїми клонованими «матерями «чи схильними до партеногенезу самками інших клонів, ми отримали потомство із більшою схильністю до партеногенезу. Від найкращих у цьому відношенні самок закладали нові клони.

В результаті багаторічного добору ми змогли нагромадити в генотипі селектируемых клонів небачено велика кількість генів, зумовлюючих високі схильність до партеногенезу і життєздатність. Вылупление гусениць досягло 90%, які життєздатність, хоч як дивно, підвищилася до 95 — 100%, випередивши у тому відношенні звичайні породи і навіть гібриди. Надалі ми «схрестили «з допомогою партеногенетических самців два генетично різко відмінних клона різних рас і зажадав від кращих гібридних самок вивели сверхжизнеспособные клони.

Как ні велике наукове значення цих результатів, для практики отримані клони все ж ми придатні. Річ у тім, що самки шовкопряда з'їдають на 20% більше аркуша шовковиці, які кокони містять шовку на 20% менше. Економічно вигідно було б промислове розведення лише самців. А чи можна клонувати особин чоловічої статі? Це важливо у шелководстве, а й у низці інших галузей тваринництва. Проблема важка, проте ж у найближчій перспективі здійсненне.

Как відомо, тваринний світ розділений на дві групи: в однієї групи жіночий підлогу визначається наявністю в генотипі двох однакових статевих хромосом (ХХ), а чоловічої - різних (ХY). У інший групи, навпаки, самки мають хромосомну формулу ХY, а самці - ХХ. До першої групи ставляться людина, сільськогосподарські тварини низку інших менш високоорганізованих тварин, наприклад знаменита мушка дрозофіла. До другої групи належать деякі види метеликів, зокрема і тутовый шовкопряд. Очевидно, що з неоплодотворенных яєць сільськогосподарських тварин не «викроїти «самця, що у жіночому ядрі немає Y-хромосоми. Отже, клонування самця можна виготовити лише шляхом пересадки його диплоидного ядра, узятого з придатної цієї мети тканини тіла, в без’ядерну яйцеклітину. Мабуть, це буде.

Но ми навчилися клонувати самців шовковицевого шовкопряда. Це було можливе після того, як удалося одержати унікальних самців, в яких усі парні гени були ідентичними, чи гомозиготными. Спочатку таких самців клонували особливим чоловічим партеногенезом (андрогенезом). І тому впливом гама-променів і високої температури позбавляли ядро яйця здатність до запліднення. Ядро який проник у таку яйце сперматозоїда, не зустрівши дієздатного жіночого ядра, саме, збільшившись удвічі, починало працювати до розвитку чоловічого зародка, який, природно, повторював генотип батька. У такий спосіб ми ведемо чоловічі клони в десятках поколінь. Пізніше одне із таких клонів був у обоеполую лінію, також що складається з генетично ідентичних (за исключенем, звісно, статевих хромосом) сьогодні вже самок і самців. Оскільки котра поклала початок цієї лінії повністю гомозиготный самець виникла у результаті розмноження, прирівняну до самооплодотворению, то він і лінія двійників обоего статі мають знижену життєздатність. Схрещуючи між собою дві такі лінії, ми стали легко отримувати гібридних і, отже, високо життєздатних двійників в необмеженій кількості. Це аж ніяк незрівнянно з трудомісткими методами такої ж призначення в інших тварин — їх збереглося двійників поки обчислюється одиницями. Отримані нами двійники незамінні для найтонших досліджень, результати яких немає вуалюються генетичним розмаїттям піддослідних шовкопрядів, як зі звичайним гетерогенным матеріалом. Ці дослідження тепер виконуються з достатньої достовірністю на набагато меншої кількості шовкопрядів, ніж зазвичай.

Подведем підсумки клонування шовкопряда: отримані клони самок і самців для практичного шовківництва непридатні. Але це крах райдужних надій. Такий результат можна було передбичати. Ми заздалегідь припустили, що доцільно використовувати клони не у шелководческой практиці, але в плем’я — щоб одержати видатного за продуктивністю потомства при звичайному статевому розмноженні. Приблизна схема використання клонів в промисловому шелководстве виглядає так. З великої кількості коконів вибирають з яких розвиваються видатні за продуктивністю самки, і зажадав від кожної отримують партеногенетичний потомство. Для подальшої роботи використовують партеногенетические клони, які повторюють високу продуктивність матерів і виявляють високу схильність до партеногенезу. Далі йде схрещування з деякими клонованими самцями і з отриманого гібридного покоління вибирають для виробництва були тільки ті клони, які прекрасне як не глянь потомство. Його висока якість обумовлені як попередньої селекцією, ще гроші і тим, у процесі відбору особин на високу схильність до партеногенезу у тому генотипі утворюється комплекс генів життєздатності, компенсуючий шкідливий вплив штучного розмноження. При перекладі клонів на статевий розмноження цей комплекс, опинившись незбалансованим, сильно підвищує гетерозис.

Итак, для промислового схрещування з партеногенетическими самками ми взяли самців нашої унікальної лінії отримали прийдешнім лише одне, набагато більше продуктивний чоловічої підлогу. Ця наша схема нових типів розведення шовкопряда увінчалася трьома вперше отриманими досягненнями експериментальної біології:

использованием генетичних копій,.

массовым отриманням бажаного статі,.

резким підвищенням гетерозису.

Здесь слід додати, що залученням жіночих партеноклонов в промислове шовківництво повністю знімаються колосальні труднощі виведення врожайних гібридів 100- відсотковому чистоти, оскільки зовсім виключається трудомістка і неточне поділ по коконам племінних самок і самців для межпородного схрещування. Ми маємо багато тисяч генетичних копій матері, батька, сестер і любителі братів, і котрі з нього вже доведені до промислового використання.

Наша схема пройшла державні випробування, у деяких країнах із високим рівнем розвитку шовківництва і рекомендована для практики, оскільки дозволяє вихід шелка-сырца щонайменше ніж 30%. Зауважимо також, що наш метод підвищення гетерозису ефективний у відношенні тварин, а й рослин. Наприклад, з допомогою цього селекціонер В. Д. Наволоцкий вивів новий сорт ячменю, що тепер вирощується площею 5.5 млн га.

Изложенное демонструє, наскільки ефективно виявилося клонування, по крайнього заходу в шелководстве. Безсумнівно, що необхідно розробляти скоєні методи клонування і інших тварин. Витончений розум людини подолає перешкоди, якщо вони йому зустрінуться у процесі досліджень, як було з шовковицевим шовкопрядом.

Быть може, запропоновану вище схему використання не самих клонованих тварин, а їхніх дітей у майбутньому було виправдано застосувати з декотрими модифікаціями до великим сільськогосподарським тваринам. Як відомо, сперма багатьох племінних биків вже заморожена довгі роки, тобто. вони стоять ніби стали «безсмертними ». Якщо осіменіння цієї спермою корів дає прекрасне потомство, те що відтворювати їх у ряду поколінь, необхідно клонувати лише корів. Якщо цього генетичні копії будуть дещо неповноцінними, то, при умовах змісту тварин і звинувачують використанні їхніх для гібридизації, це матиме істотного значення. Переваги такої технології клонування очевидні.

Лягушка, миша, вівця… Людина?

" Тиражувати «ссавців можна, як уже згадувалося, іншим — хірургічним — способом. Він грунтується на заміні гаплоидного ядра яйцеклітини на диплоидное ядро, взяте з клітин ембріонів. Ці клітини ще диференційовані (тобто. не розпочалося закладання органів), і тому їх ядра без ускладнень заміняють функцію диплоидного ядра хіба що заплідненої яйцеклітини. Таким методом США (1952) У. Р. Бриггс і Т.Дж.Кинг, в Англії (1960) Д. Б. Гордон отримали генетичні копії жаби, а швейцарський учений К. Ильмензее — генетичних двійників миші.

И, нарешті, у минаючому столітті - тріумф науки: шотландець И. Уилмут отримує хірургічним шляхом знамениту вівцю Доллі - генетичну копію матері. Для цього з клітин її вимені робилося ядро для пересадки в яйцеклітину інший вівці. Успіху сприяло те, що замість инъецирования нового ядра застосовувалися впливу, що призводять злитися позбавленої ядра яйцеклітини з звичайній нестатевий клітиною. Після цього яйцеклітина з заміненим ядром розвивалася, як запліднена. Наскільки досконала метод клонування і яка перспектива його поліпшення, судити з одній вівці поки що зарано. Кілька насторожують повідомлення про неблагополуччя з її печінкою і необхідність ранньої загибелі її сестер. Дуже важливо було, що це метод дозволяє взяти ядро клонируемой особини в зрілому віці, коли вже відомі важливі людини господарські ознаки.

Таким чином, проблема клонування наблизилася впритул до людини. Це схвилювало громадськість, викликало особливу гостроту правомочність настільки радикального втручання у природу людини, позволительного-де лише одного Богу. Звісно, вирішення проблеми клонування людини треба буде пройти довгий і складний шлях; він загрожує поруч біологічних, мабуть, нелегко переборних бар'єрів — згадати наші хитрощі отриманні клонів шовковицевого шовкопряда. І все-таки ідея клонувати видатних геніїв людства представляється нам щонайменше привабливою, ніж клонування сільськогосподарських тварин. не треба відмітати її відразу ж. Тут автор має покаятися, оскільки 15 років як розв’язано висловлював протилежної думки. Отримані при цьому час результати великих робіт на тутовом шелкопряде, ретельне вивчення літературних відомостей про однояйцевих близнюках і власні контролю над ними змусили змінити думку на клонування людини.

Человечество віддавна не піддається ні природному, ні штучному відбору. Останній неможливий за цілою низкою етичних і такі суто біологічних причин. Безсумнівно, штучний відбір на інтелект привела б до разючою успіхам. Але ні гарантії, що сверхинтеллектуальные індивідууми ні неповноцінні в якомусь іншому відношенні, як і часто трапляється за селекції тварин: переразвитие будь-якого одного господарського ознаки знижує інші життєво важливі якості, наприклад життєздатність. Тому людству потрібно скористатися найбільшими дарами природи — появою нічого не збиткових геніїв в результаті рідкісного поєднання у тому генотипі необхідні цього генів. Відтворення у вигляді генетичних копій стане у ряду найбільших досягнень науки.

Разработка методів клонування людині, звісно, мусить бути заборонена до того часу, перебувають у приматах нічого очікувати однозначно доведено, що хірургічний метод клонування не віддзеркалюється в здоров’я генетичної копії. Адже будь-які негативні відхилення в організмі - це трагедія невдалої копії, яку не выбракуешь, як надходять із сільськогосподарськими тваринами.

Допустим, бездоганний метод розроблять, проте цим проблеми клонування не вирішаться. Залишиться без відповіді щонайменше серйозне питання: а повторять чи точно копії геніальність оригіналів? Відповідно до закономірностям двох основних розділів генетики — спадкоємності та мінливості, — становлення будь-якого ознаки відбувається внаслідок взаємодії генів та середовища. Роль цих факторів не однакова: у розвитку якісних ознак вплив середовища позначається значно коротші, ніж у формуванні кількісних. У разі частка участі середовища встановлюється статистично.

Интеллект — особливе властивість, тут математика — не допоможе, тому причинний залежність рівня інтелекту був і продовжує залишатися предметом дискусій. Інколи висловлюються абсурдні судження, мовляв роль спадковості у формуванні інтелекту хіба що зводиться нанівець. Дивно, що до народження генетики А. П. Чехов в чарівної повісті «Степ «вустами старого Пантелея дав разюче вірну трактування чинників, складових інтелект: «Розум добре, а через два краще. Одній людині Бог один розум дає, іншому два розуму, а іншому і трьох… Один розум, з якою мати народила, інший від вчення, а третій від життя ». Перший розум — спадковість — повністю повторюється в генетичної копії. Роль навчання незаперечна, ж без нього геніальні задатки залишилася незатребуваними. І це різноманітний вплив середовища (хорошого життя) на оригінал і копію дає підстави противникам клонування людини стверджувати, що геніальність не повториться в копії через різних умов життя ориґіналу і копії. Але це серйозно. Вплив чинників середовища на інтелект, навпаки, тільки корисне, оскільки, знаючи спрямованість обдарування генія, можна організувати умови життя те щоб вони з дитинства сприяли розвитку саме цього обдарування.

Изложенное, начебто, дозволяє сподіватися ні лише з повну повторимость геніальності у копій, і навіть на певну їх перевага над оригіналом за умови правильного вихованні. Але це прогноз похитали наші експериментальні дані. Хоча вони і складні розуміння, але опускати їх було б невиправданим.

Работая з низкою різко різняться між собою клонів, ми змогли виявити, що, попри однакові генотипи й умови розведення, члени одного клона виявляються доволі різноманітними за цілою низкою ознак: величині, продуктивності і плодючості. У деяких клонах це розмаїтість буває великим, ніж у генетично різнорідних популяціях. Судячи з аналізу, ця раніше невідоме мінливість наслідком помилок у будівництві окремих органів і врешті-решт — всього організму. «Біологічні вироби «який завжди відповідають «кресленням », тобто. генотипу. Помилки у будівництві органів випадкові, але загальна їхня число залежить від життєздатності організму, на свій чергу, обумовленої якістю спадковості, способом розмноження (природним, штучним) та умовами проживання. Чим вони краще, тим менше помилок. З огляду на випадковості в генетично ідентичних організмах виникає різне кількість помилок, і це є джерелом розмаїття. Таку мінливість ми назвали дефекто-онтогенетической. Вона істотна у клональном прийдешнім, а й у звичайному, отриманому статевим шляхом. Якщо врахувати їх у аналітичних і експериментальних дослідженнях, то низку явищ може отримати правильне тлумачення. Але сьогодні для нас важлива зрозуміти, наскільки великий вплив цієї мінливості на повторюваність батьківських властивостей у тому генетичних копіях.

Согласно теорії ймовірності, в багатьох батьків та його копій накопичується деяке середня кількість помилок. Тому копії найчастіше досить точно повторюють своїх оригіналів. Якщо у засновника клона протягом розвитку (тобто. онтогенезу) виникло щодо багато помилок, то депрессированные ними властивості у нащадків будуть у середньому краще, ніж в батька, і навпаки, у «малоошибочных «батьків копії будуть у середньому гірше. Натомість онтогенез клональных нащадків також супроводжуватися помилками, число яких і було ступінь їх шкідливості сформує серед копій розмаїтість. Отже, окрема особа більшою чи меншою мірою отдалятся від оригіналу. Наскільки то, можливо великий розрив, нині важко сказати — ми не знаємо, як «чутливий «мозок до помилок у формуванні як її самої, і всього організму.

Ответ це питання досліди на тварин не дадуть. Проте цілком безболісно для людини проблема вирішується в порівняльних дослідженнях однояйцевих близнюків, навіщо можна вже наявні дані, а краще наново визначити рівень інтелектуального подібності з допомогою витончених тестів. Якщо між близнюками воно виявиться великим, то копії геніїв також мають не надто відрізнятиметься від оригіналів. Доповнимо, що такі дослідження потрібно проводитися близнецах-детях, коли ще відклалися відбитки різного впливу середовища. Видатний природний розум можна знайти вже в дітей, коли виховання і навчання не позначилися у ньому. Про це свідчить величезною кількістю фактів. Наприклад, майже всі видатні шахісти чудово грали у 4 — 5-річному віці, потім вони лише доводили своє мистецтво до досконалості. Як відомо, шкірні візерунки на подушечках пальців і лінії долонь у однояйцевих близнюків однакові (не адаптивні ознаки), а будову мозку (адаптивний ознака) взагалі буде цілковите подібність. Отже, на старті, по природного розуму, близнюки рівні.

Итак, не вдаючись до драконівськими експериментам людині, можна було одержати на запитання про можливість відтворення в клонах його видатних здібностей.

Подчеркнем вкотре: ми маємо дослідів з клонування ссавців чоловічої статі. І тому у принципі придатний лише хірургічний метод. Щоб отримувати чоловічі копії, спочатку потрібно підібрати тканину, ядра клітин якої, як ядра клітин вимені вівці, будучи пересадженими в яйцеклітину, так розвивалися б у організм.

Если по дорозі клонування людини не виникнуть біологічні перепони, то проблема буде упиратися в заперечення етичного, юридичного і кримінального характеру. Проте зовсім нещодавно з настільки ж жорстокістю заперечували проти штучного запліднення. У багатьох країн це й зараз заборонено, тоді як за іншими вже принесло щастя величезній кількості безплідних людей. Клонування по своїй — природі чи принципам технології мало чому відрізняється від штучного запліднення. Однояйцеві близнюки — точний прототип майбутніх генетичних копій людини, успіхів хіба що перші народжуються одна одною, а копії - приблизно через 20 багатьох років після оригіналу.

В друку наполегливо висловлювалися побоювання, що диктаторы-злодеи, користуючись своєї владою, зможуть тиражувати масі собі подібних. Якщо вдалося заборонити застосування ядерного та зброї, чому цього можна зробити у питаннях клонування? Потрібно лише утворити міжнародну комісію, що з найбільшої відповідальністю вибирала б кандидатури для клонування. Мабуть, центр клонування може бути весь світ один, а отримання копій в жодному разі має стати масовим.

Истинных геніїв непогані і багато, та їх найбільший інтелект приніс б людству небувало потужний прогрес у науці, мистецтві та організаційної діяльності.

Список литературы

Для підготовки даної праці були використані матеріали із російського сайту internet.