Жизнь под копирку
Практическая сторона клонирования
Дубль — это очень интересная штука. Как правило, это довольно точная копия своего творца. Не хватает, скажем, человеку рук — он создает себе дубля... Конечно, творить дублей умеют не все. Я, например, еще не умел. То, что у меня пока получалось, ничего не умело — даже ходить.
Аркадий и Борис Стругацкие, «Понедельник начинается в субботу»
Писатели нагоняют страху, красочно описывая армии бездушных клонов, правительства стран вводят моратории на клонирование, а любителям фантастики показывают двух Шварценеггеров в одном кадре и душещипательные сцены из бразилиады «Клон». Однако если клонирование уже стало реальностью, то где же тогда копеечные свинина и запасные органы?
Есть основания предполагать, что клонирование когда-нибудь займет важное место в жизни человека. Быть может, вскоре утробу матери нам заменят пробирки? Другой возможный вариант: о клонировании наши потомки никогда и не вспомнят — за ненадобностью. Как выясняется, создать 100% копию самого себя или кого бы то ни было с помощью подобной технологии в принципе невозможно. Что же представляет собой этот загадочный процесс на самом деле, и так ли страшен черт, как его клон?
Размножение усами
Следует уяснить, что клонирование — не панацея. Мечтали получить бессмертие и бесконечный запас донорских органов или создать артель из литературных «негров» и одинаковых певцов-хористов? А вот не выйдет!
Принцип клонирования заложен самой природой и успешно применяется в частности растениями и бактериями. Водоросли, грибы и обычная клубника умеют размножаться вегетативно, то есть создавать потомков, которые обладают всеми качествами родителя. Таким образом сохраняются ценные сортовые признаки и свойства. Клубнику, к примеру, можно культивировать не семенным способом, а прикопать ее отводки (побеги) у основания корневища.
В животном мире за самоклонированием замечены: черви, оболочники (обитатели морского дна), инфузории и другие простейшие. Естественным клонированием занимаются и малые огненные муравьи: самки и самцы спариваются только для производства бесполых рабочих муравьев.
Клонирование грибов в чашках Петри.
Натуральные клоны, близнецы, называются однояйцевыми и могут быть только одного пола: оплодотворенная яйцеклетка разделяется на две части с одинаковым набором хромосом. Двуяйцевые близнецы называть генетическими копиями неверно: в этом случае сперматозоиды либо одновременно оплодотворяют две разные яйцеклетки, либо яйцеклетка в процессе развития делится на две одинаковые, которые впоследствии объединяются со сперматозоидами. В последнем случае близнецов верно называть двойняшками. Их генетические коды различаются.
Разновидность клонирования — партеногенез или, проще говоря, непорочное зачатие, опытным путем установлен у млекопитающих. В этом случае из неоплодотворенной яйцеклетки развивается полноценная особь. В 2004 японцы нашли возможность отключить у грызунов ген, препятствующий партеногенезу, и таким образом получили одну невинно зачатую мышку.
На самом деле грибы — это половые органы мицелия.
Разновидность клонирования — партеногенез или, проще говоря, непорочное зачатие, опытным путем установлен у млекопитающих. В этом случае из неоплодотворенной яйцеклетки развивается полноценная особь. В 2004 японцы нашли возможность отключить у грызунов ген, препятствующий партеногенезу, и таким образом получили одну невинно зачатую мышку.
В 2001 одна из трех акул-молотов океанариума Генри Дурли города Омаха, США без участия самца естественным путем родила детеныша. В ходе генетической экспертизы установили полную идентичность между матерью и малышом. Аналогичный случай наблюдался и в Честерском зоопарке, где из восьми неоплодотворенных яиц варана вылупились пять ящериц.
Ученые предполагают, что природа обращается к партеногенезу, когда создается прямая угроза исчезновения популяции. В лабораторных условиях неоплодотворенные яйца стимулируют для имитации оплодотворения: прокалывают горячей иглой, воздействуют сильными кислотами или электричеством. Впервые искусственный партеногенез был осуществлен в 1886 русским зоологом А. А. Тихомировым. Ученый доказал возможность получения генетических копий, стимулируя яйца тутового шелкопряда. Сегодня тутовый шелкопряд подвергают партеногенезу в интересах шелководства в отработанных условиях: 460C в течение 18 минут.
Почему же клонирование не дает полностью идентичную копию оригинала? Клон млекопитающего развивается как обычный зародыш: цвета волосяного покрова и радужки глаз варьируются случайным образом и не исключено развитие патологий. В процессе эволюции от зиготы до полноценного человечка некоторые участки ДНК, активные у оригинала, могут заблокироваться, а доселе неактивные — включиться. Но и это еще не все: человеческий клон родится маленьким ребенком, и его придется всему обучать с нуля. Никто не может гарантировать, что копия сформирует хотя бы отдаленно близкий к оригиналу характер.
Техника клонирования
Клонировать можно двумя способами. В первом биологи разделяют зародыш на ранней стадии развития (морула), состоящий целиком из поделившихся и пока что недифференцированных клеток числом не более 16. Каждая из разделенных клеток способна развиться в полноценную особь. В этом случае мы получаем однояйцевых близнецов.
Но мировую общественность волнует освоение пути, который обеспечит бесперебойные воскрешения гениальных и просто замечательных людей. Метод реконструкции яйцеклетки предполагает использование генетической информации из соматической клетки. Испугались терминов? Сейчас разъясним.
Человеческой соматической клеткой зовется любая клетка с 46 хромосомами на борту. Половая клетка, иначе — гамета, содержит, как известно, 23 хромосомы. Тот факт, что мать и отец дают каждый свои уникальные хромосомы, и обеспечивает разнообразие человеческой расы.
Для создания клона необходимы: яйцеклетка (ооцит), клетка оригинала и — мастерство специалиста. Ядро ооцита (23 хромосомы) обменивают на ядро клетки (46 хромосом), а затем стимулируют деление, например разрядом тока. Пол клона соответствует донорскому: в женском организме мужской хромосоме Y взяться неоткуда, а у сильного пола доступна только комбинация XY — за исключением случаев генетических патологий. До 2002 года существовал только один подход: с помощью микропипетки удалить из яйцеклетки ядро, а затем ввести материал донора. Дальнейший процесс клонирования всегда одинаков и предполагает перенос начавшего делиться зародыша в матку суррогатного родителя. Исключительно в колбе пока что выращивать ничего не научились.
Впервые провернули эту эпопею и доложили в научные журналы о результатах американцы Роберт Уильям Бриггс и Томас Кинг в 1952. Ученые пересадили ядра эмбриональных клеток лягушки в яйцеклетки. Вначале удавалось добиться появления лишь головастиков, которые вскоре погибали. Сформировавшиеся клонированные лягушки появились несколько лет спустя. Первым, кто рискнул клонировать взрослую особь, стал англичанин Джон Гердон. Биолог работал с южноафриканской жабой и добывал ядра из клеток кишечника головастика. Удручающая статистика: 2,5% клонов достигали стадии головастика и 1% — взрослой особи. Фантасты, впрочем, вдохновились.
Лаборатория клонирования клеток: максимум техники, минимум человека.
Радовались раньше времени. Выяснилось, что в организме головастиков содержатся половые клетки, которые и могли привести к развитию той единственной взрослой особи. Повторить эксперимент не удалось. Вывод сделали такой: во взрослых клетках срабатывает некий механизм, отключающий часть генов в ДНК, и в результате их ядра становятся бесполезны для создания клонов.
Пионер клонирования — наш с вами соотечественник Георгий Викторович Лопашов. В июне 1948 ученый направил в «Журнал общей биологии» статью о методе ядерного переноса, где описал его на примере работы с эмбрионами лягушек. Статью зарезали: поднимала голову лженаука академика Трофима Лысенко, и талантливые генетики оставались не у дел.
Млекопитающие
Исследователи повторяли опыты Гердона, но упирались в те же проблемы. Бойцы колбы и пипетки обратили внимание на млекопитающих. Первым выпала участь пострадать за науку и без того «популярным» мышам. Выяснилось, что из эмбриона, развившегося до 4-клеточной стадии, невозможно получить взрослый клон. Только ядра 2-клеточной ступени эволюции сохраняют необходимую информацию и годны для клонирования.
Больших успехов удалось добиться при клонировании крупных животных: кроликов и рогатого скота. Здесь положительный результат дали ядра из 8-, 16-, 32- и 64-клеточных стадий. До рождения известной Долли с помощью эмбрионального клонирования на свет явились: 92 теленка из 463 зародышей, 6 кроликов из 164 реконструированных клеток и др.
Масштабное клонирование скота возможно уже сегодня. В сельском хозяйстве ждут не дождутся способа быстро размножить удачную породу. Стоимость услуги, впрочем, кусается.
Овечка Долли (1996 год) — единственная, кто развился в половозрелую особь из почти трехсот реконструированных яйцеклеток. Она — первый в мире клон взрослого организма. Биологам удалось активировать в клетках тканей отключенные участки генома. До того момента не было никаких оснований считать, что такое возможно. По сути, ученые обратили биологические часы вспять — заставили дифференцированные клетки терять свойства.
Донорскими стали клетки грудной железы овцы на последнем месяце беременности. Организм беременной обновляется — повышается шанс найти клетки с неотключенными генами. Отобранный материал культивировали в пробирках, а затем деление клеток прекратили, перестав подавать необходимые аминокислоты. Ученые основывались на предположении, что гены клетки, отказывающей делиться, частично восстанавливают активность.
Знаменитая Долли и глава места ее рождения, шотландского института Рослин, Гарри Гриффин.
Предложение оказалось верным. Тем не менее многие реконструированные яйцеклетки развились только до стадии гаструлы, тогда как остальные — до практически нежизнеспособного эмбриона со всевозможными вариантами отклонений. Вместе с Долли родилась ее сестра, у которой в течение суток отказали все органы, а тело разложилось за считанные часы.
Долли произвела фурор в научном мире и дала надежду клонировать взрослого человека. Правительства развитых стран, в том числе и России, отреагировали однозначно: ввели мораторий на клонирование людей. Обойти запрет в ряде случае возможно: работать с эмбрионом разрешается, пока он не достиг оговоренной стадии (5-14 дней). Считается, что после этого срока формируется нервная система, и из клеточной массы начинает развиваться в перспективе разумное существо.
Следующая веха — 1999 год. В лаборатории университета Гонолулу под руководством Риузо Янагимачи появились первые на планете три клона мышей мужского пола. Теперь, если амазонки будущего вздумают истребить мужчин, потомкам достаточно настроить своевременно припрятанную копировальную машинку на выпуск бравых красавцев.
Схема «ручного клонирования».
Качественно улучшить и удешевить процесс клонирования догадались в 2002 году Габор Ваджта из Института Сельского хозяйства Дании и Ян Левис из австралийской частной лаборатории. Яйцеклетка — самая большая клетка организма, и поэтому с ней удалось работать... вручную. Ученые придумали разрезать ее скальпелем под микроскопом, без участия сложных в обращении и дорогих автоматов. Часть, содержащую ядро, утилизируют, внутрь вводят ядро донора, а затем объединяют с еще одной, также лишенной ядра, половинкой яйцеклетки.Хромосома, ДНК и стволовые клетки
В спиралях ДНК, основе хромосомы, закодирована последовательностью аминокислот информация о развитии человека из оплодотворенной яйцеклетки. В этом процессе формируются стволовые клетки, позже они превращаются в сердце, кости, глаза, мозг и т. д.
Терапевтическое клонирование подразумевает получение стволовых клеток из зародыша, развитие которого по этическим соображениям прерывается на 14 день. Стволовые клетки могут оздоровить организм и, в теории, сформировать любой орган вместо поврежденного. Клонирование обеспечит каждого необходимым количеством его собственных стволовых клеток и откроет перспективы намного более долгой и здоровой жизни.
На второй стадии, после зиготы, образуется бластула. Из нее изымаются стволовые клетки и культивируются.
Магазинчик клонов
Несмотря на сложности, появляются первые компании по клонированию домашних животных: первой заявилась Genetic Savings and Clone. В 2001 году компания бесплатно клонировала взрослую кошку и подарила клона владелице донора. К настоящему моменту организация прекратила существование: услуга стоимостью 50 тыс. долларов оказалась невостребованной.
Перспективным оказалось выращивание лошадей-чемпионов. Так, компания ViaGen заявила о намерениях ежегодно создавать клоны лошадей. Стоимость удовольствия — 150 тыс. долларов. На данный момент рождено порядка десяти двойников-чемпионов. Один из них, Scamper, — клон чемпиона в турнирах по забегу с препятствиями, а другой, Royal Blue Boon, умудрился за всю «карьеру» выиграть 360 тыс. долларов. Хозяйка оригинала Чармейн Джеймс говорит, что клон — удачное вложение денег. Разводить лошадей для турнира естественным путем намного дороже. К тому же никто не гарантирует, что экземпляр получится удачным. Использовать приобретение Джеймс собирается для улучшения породы.
Любопытный факт — ряд американских организаций существующие клоны не признает. Jockey Club и American Quarter Horse Association регистрируют только лошадей, разведенных естественным путем. Однако National Cutting Horse Association работает и с двойниками.
Знакомьтесь, клон-спортсмен Айдахо Джем.
Достижения ViaGen трудно переоценить: компания смогла добиться коммерческой отдачи от процесса клонирования и использовала клетки взрослой особи. Иначе поступили ученые университета Айдахо и Государственного университета Юты. Мул, плод любви самца-осла и самки-лошади, обладает отличными физическими показателями, однако размножаться не способен. Клонирование для разведения удачных особей напрашивается само собой.
Ученые повязали родителей мула-чемпиона Таза и использовали метод реконструкции яйцеклетки на основе клеток кожи зародыша. Суррогатные матери родили три здоровых клона. У двоих, Айдахо Джем и Айдахо Стар, началась спортивная карьера. Примечательно, что близнецов тренировали по разным методикам. Результаты — третье и седьмое места на соревновании Winnemucca Mule Race, 2006. Третьего близнеца, Пионер Юты, оставили в покое для наблюдений.
Крушение надежд
Вернемся в суровую реальность: клонов человека не существует. Известны как минимум две громких попытки фальсификации: дело южнокорейской «суперзвезды клонирования» профессора Хван Ву Сока и лаборатории Clonaid, созданной раэлитами.
Начиная с 1999 года, профессор, образно говоря, пудрил общественности мозги: перед камерами и в научных журналах заявлял об успешном клонировании сначала собаки, а затем — стволовых клеток человека. Практически мгновенно ученый стал национальной звездой Южной Кореи. Однако в 2004-2006 выяснилось, что Хван ни разу не предоставил описаний экспериментов и каких-либо доказательств.
Хван Ву Сок: «Мистификация клонирования — моя профессия».
Сейчас опальный Хван работает в частной лаборатории Clonaid. На ее счету 13 якобы рожденных клонов-детей. Правда, эти создания публике не демонстрировались, как и не было представлено научных данных для проверки экспериментов. Стремясь продлить спонсорский поток денег, Clonaid сообщила о сенсационном автомате для клонирования.
RMX2010: адский сундучок клонов.
Прибор RMX2010 стимулирует деление яйцеклетки с ядром донора и выращивает эмбрион в течение 5-6 дней. Приобрести машинку может любой желающий, всего-то за 200 тыс. долларов. Экземпляр, со строжайшим наказом не разбирать, предоставлен Британскому научному музею.
Приматов также не удается подвергнуть клонированию. Пока не научимся отключать заблокированные участки генов, остается лишь синтезировать линии стволовых клеток методом партеногенеза.
Если к процессу клонирования подключить генную инженерию, выдуманные фантастами гибриды покажутся цветочками.
Впрочем, ученые в лабораториях не чаи гоняют. Недостаток человеческих яйцеклеток, предоставленных для исследований, сотрудники Второго Шанхайского медуниверситета решили компенсировать... кроличьими. Ста гибридам позволили развиваться в питательных растворах. Клеточные скопления размером с булавочную головку уничтожили в соответствии с законом Поднебесной по истечении 14 дней. Во многих странах получать гибриды запрещено, однако Великобритания в этом году разрешение такое дала. Англичане предлагают использовать коровьи яйцеклетки.
Предостережение сайта genpets.com: игры с геномом — не шутки.
Альтернатива клонированию
Японцы из университета Киото обнаружили, что лимфоциты превращаются в клетки других органов. В ходе опыта стволовые клетки мыши объединили с клетками крови и воздействовали электрическим разрядом. Гибрид пересадили в питательную среду, где неожиданно сформировались вперемешку нервная, костная, мышечная и другая ткани. Кусочек такой ткани можно отобрать, культивировать в пробирке, а затем пересадить донору.
Такой способ позволит обойтись без фабрики клонов: каждый человек окажется сам себе завод по выпуску запчастей.
* * *
Для продолжения рода человечество, скорее, выберет естественный путь. Генофонд расы продолжит совершенствоваться. Клон — копия лишь в биологическом плане. Такой человек обладает уникальной личностью и должен восприниматься государством как рядовой индивидуум.
А вот в сельском хозяйстве клонирование может стать нормой. Как технологию наладят и распрощаются с предубеждениями, мы сможем накормить не только голодающую Африку. Хочется верить, что клонирование доведут до ума в ближайшие десятилетия и не допустят появления армии клонов.
