1
Тема: Про клонирование

Материал про клонирование, точнее про перспективы его развития, и их использование в решении проблем старости и бессмертия.

В последние годы, все жарче разгораются дискуссии, о возможности и необходимости применения клонирования для продления жизни и решения проблем, связанных со старением.

Клонирование (от англ, cloning), происходит от греческого слова, означающего «побег, ветвь, отросток». С точки зрения биологии, этот процесс обозначает воспроизводство генетически одинаковых особей, то есть имеющих одинаковый набор генов как у предшественников, так и у потомков. Многие считают, что процесс клонирования имеет точку отсчета с момента рождения всем известной шотландской овечки под именем Долли. Но это далеко не так!

Сам процесс клонирования, происходил в природе всегда. Существует огромное количество живых организмов, которые в процессе своей жизнедеятельности при делении воспроизводят потомство с таким же набором генов, как и у предков. Так размножаются растения, бактерии и многие другие организмы, имеющие бесполый механизм размножения. Живые организмы, которые размножаются половым путем, получают при этом потомство, имеющее набор генов, копирующий гены обоих предшественников, то есть можно сказать, что у них естественный процесс, который можно назвать клонированием, невозможен.

Исключением можно считать рождение однояйцевых близнецов. Действительно, при делении бактерий каждая вновь образовавшаяся бактерия имеет такой же набор генов, как и клетки-предшественницы, гак как в процессе деления хромосомы в ядре делящейся клетки удваиваются и каждая новая получает свою половину.

Клонированные собаки

При половом размножении происходит оплодотворение женской половой клетки мужской половой клеткой. В организме человека, как и в организме животных, есть крупная неподвижная женская половая клетка — яйцеклетка — и подвижная мужская половая клетка — сперматозоид. Каждая из половых клеток имеет половинный набор хромосом. При оплодотворении происходит объединение хромосом обоих предшественников, и только после этого начинается сам процесс деления клеток и развития плода. При этом генетический материал плода не совпадает с родительским материалом. Только у однояйцевых близнецов имеется идентичный друг другу набор хромосом, но и он не совпадает с набором родительских генов.

Вполне естественно, что человеческий разум многие века пытался понять механизмы процессов развития живых организмов и рождения человека. В начале этих попыток исследователей интересовали вопросы воспроизводства среди животных.

Еще в 1885- 1891 годах немецкий биолог Ханс Дриш (1867-1941) при исследовании процессов развития амфибий и иглокожих (морских ежей) проводил опыты с двуклекточными эмбрионами этих животных. Активно встряхивая их в морской воде, естественной среде обитания этих организмов, он добивался разделения клеток эмбриона и развития из каждой отдельного животного.

Трудно переоценить вклад в эмбриологию — науку, изучающую развитие зародышей живых организмов, — такого ученого, как Ханс Спеманн (1869-1941).

Совместно с коллегой по Гейдельбергскому университету он изучал развитие хрусталика глаза у эмбриона тритона, который вновь восстанавливался после его удаления искусственным путем. В дальнейшем, продолжая опыты с тритонами, ученый с помощью петли, сделанной из тонкого человеческого волоса, разделял их яйцеклетки. Еще в 1902 году он установил, что деление клеток па раннем этапе их развития на две равные половины приводит к развитию двух полноценных живых тритонов, правда, меньших размеров по сравнению с обычными. Разделение же эмбрионов па более поздних этапах развития приводит к формированию половины эмбриона. В дальнейшем ученый со своими соратниками занимался пересадками тканей между эмбрионами разных видов тритонов. В 1935 году Ханс Спеманн был удостоен Нобелевской премии по физиологии и медицине за открытие организующих эффектов в эмбриональном развитии.

Клонированные мужчины

В 1951-1952 годах группе американских исследователей под руководством Роберта Бригса (1911 — 1983) и Томаса Кинга (1921-2000) удалось провести удачные эксперименты но клонированию лягушки. Они выделили ядро из клетки эмбриона лягушки и заменили им ядро в неоплодотворённом яйце- , клетке лягушки. При этом новая клетка стала делиться и успешно расти.

Основатель китайской эмбриологии Тонг Дижоу (1902— 1979), в 1963 году проводил работы, в ходе которых ему удалось пересадить ДНК из клетки мужской особи карпа в яйцеклетку женской, в результате чего на свет появились впервые клонированные рыбы. В дальнейшем, в 1973 году, ученый переносил ДНК азиатского карпа в яйцеклетку европейских пород этой рыбы, создавая межвидовые клоны.

В 1984 году доктору Стину Вилладсену удалось перенести эмбриональное ядро в яйцеклетку овцы, из которой было предварительно удалено ядро. Эксперимент завершился успехом — родилась клонированная овца. В 1986 году того же достигли при опытах над коровами. Однако результаты работ не публиковались в официальных научных изданиях, так как исследователи работали в частной компании.

В 1996 году появилась на свет всем известная овечка Долли. Это событие произошло в лаборатории научно-исследовательского института в Рослине, неподалеку от Эдинбурга в Шотландии. Группе ученых под руководством Яна Вилмута удалось получить и вырастить жизнеспособное животное, впервые клонировав млекопитающее. Суть работы заключалась в следующем: бралась клетка из вымени овцы. Она определенным образом подготавливалась к эмбриональному развитию. Из яйцеклетки другой овцы удалялось «родное» ядро, затем в нее помещалось ядро, выделенное из клетки вымени. Под воздействием электрического тока происходило разрушение внутриклеточных мембран и слияние нового ядра и остатков собственно яйцеклетки. В дальнейшем такая искусственно оплодотворенная яйцеклетка помещалась в матку третьей овцы — суррогатной матери, которая выносила и успешно родила ягненка, названного Долли, считающегося первым клонированным млекопитающим. Несмотря на легкость описания процесса, исследователям пришлось преодолеть большой путь на пути к успеху: клонирование завершилось успехом только на 277-й раз! Долли прожила более б лет, родила шесть ягнят и была усыплена из-за развившейся на седьмом году жизни вирусной инфекции (подробнее об этом будет рассказано далее).

Овечка Долли

В последующие десятилетия, по аналогичной технологии, было клонировано большое число млекопитающих, различных видов: мышей, кошек, собак, мулов, коров, лошадей, коз, свиней, обезьян, диких кошек, оленей, буйволов и верблюдов.
После отработки основ технологии клонирования на различных видах животных, в том числе и млекопитающих, ученые вплотную подошли к вопросам о клонировании человека и здесь натолкнулись на серьезные препятствия и проблемы, нерешенные до сих пор.

В настоящее время исследователи, работающие в этом направлении, выделяют несколько вариантов процесса клонирования:

• клонирование ДНК;

• репродуктивное клонирование;

• терапевтическое клонирование.

Подробнее разберем эти термины, чтобы понимать, о чем идет речь.

Технологии клонирования или воспроизводства участков молекулы ДНК (молекулярное клонирование) разрабатывались исследователями с 70-х годов прошлого столетия. Сегодня в этом направлении достигнуты хорошие результаты, технологии достаточно отработаны и успешно применяются в научных исследованиях. Как известно, наследственная информация в живой клетке записана на нитях молекул ДНК, хранящихся в скрученном виде в хромосомах клеточного ядра.

Клонированные коровы

В ходе научных исследований перед учеными возникла необходимость иметь в наличии достаточно большое количество одинаковых копий участков молекулы ДНК, чтобы проводить с ними опыты. Именно для этого и начали отрабатываться технологии копирования, или клонирования, участков молекулы ДНК с записанной на них генетической информацией.

Суть методов заключается в следующем: сначала подготавливается и выделяется участок молекулы ДНК, который собираются копировать, затем происходит его копирование. Для этого используются различные способы, например использование плазмид.

Плазмиды, это небольшие по размерам молекулы ДНК, которые находятся вне хромосом и имеют вид кольца. Искусственным путем интересующий участок хромосомной ДНК соединяется с плазмидой, и его вновь вводят в «родную» клетку, где он начинает воспроизводиться. Этот процесс позволяет получать необходимое количество копий нужного участка хромосомной ДНК с хранящейся на ней наследственной информацией или, иными словами, необходимый для исследований генетически идентичный материал. Кроме плазмид для молекулярного клонирования в настоящее время используются бактерии, чаще всего кишечная палочка, клетки дрожжей и вирусы. Достаточно быстрое деление этих объектов позволяет эффективно использовать их при решении задач по клонированию конкретных участков молекул хромосомной ДНК.

Репродуктивное клонирование. К нему относятся процессы, суть которых заключается в передаче всей наследственной информации, хранящейся в ДНК хромосом клеточного ядра, от одного живого организма другому с целью создания генетически идентичного живого организма. Технологически это выглядит следующим образом. Из взрослой соматической клетки, то есть взятой из любой ткани взрослого организма, выделяется ее ядро, в котором находятся скрученные в хромосомы нити молекулы ДПК. Затем оно вводится в яйцеклетку, из которой предварительно было удалено ее собственное ядро. После этого яйцеклетка начинает подвергаться искусственной стимуляции (химическими веществами или слабым электрическим током) для начала процессов клеточного деления. После того как процессы клеточного деления в эмбрионе начались, его подсаживают в матку самки, если речь идет о животных, или, теоретически, в матку женщины, если речь идет о человеке, которые вынашивают плод до его рождения.

Схема клонирования животных

На начальных этапах работ считалось, что рожденный в результате таких манипуляций организм будет абсолютно идентичен тому, гены которого вместе с ядром были введены в яйцеклетку. Однако в действительности это оказалось не совсем так. Как мы уже говорили ранее, в живой клетке молекулы ДНК находятся не только в ядре. Определенное количество таких молекул находится во внутриклеточных структурах — митохондриях.

Митохондрии — это «энергетические установки» клетки. Записанная на молекулах митохондриальных ДНК информация позволяет митохондриям воспроизводиться в процессе жизнедеятельности клетки. Митохондрий в клетке достаточно много, и они не связаны с ядром клетки и с ДНК, находящейся в них.

При репродуктивном клонировании из яйцеклетки удаляется только ее ядро при сохранении всех остальных структурных внеядерных элементов, в том числе и митохондрий. Таким образом, помимо введенного генетического материала, хранящегося в «новом» ядре, в яйцеклетке остаются молекулы ее «родных» митохондрий. Поскольку они также несут определенный объем наследственной информации, то можно сделать вывод о том, что даже при абсолютном соблюдении технологии по переносу ядерной наследственной информации новый организм нельзя считать полностью генетически идентичным старому! Некоторые исследователи указывают, что при репродуктивном клонировании идентичность генетической информации будет составлять приблизительно 99 %.

Первый успешный опыт репродуктивного клонирования млекопитающих, овечка Долли, заставил исследователей задуматься о полученных при этом результатах.

Долли прожила чуть более шести лет. На седьмом году жизни у нее развилось заболевание легких, вызванное вирусом. Помимо этого, у нее были выявлены воспалительно-дегенеративные изменения в суставах конечностей. Заболевания прогрессировали, несмотря на проводимое лечение. Самочувствие овечки ухудшалось, и Долли была медикаментозно усыплена.

http://coolsci.ru/wp-content/uploads/2012/01/clone_etaps.jpg

Примечание

Результаты последующих опытов по репродуктивному клонированию над другими видами млекопитающих также говорили о том, что клонированные животные имеют меньшую продолжительность жизни и погибают — по разным причинам, но раньше, чем их сородичи, появившиеся на свет и живущие обычной жизнью.

Действительно, средняя продолжительность жизни у овец составляет 11 - 12 лет. Долли прожила вдвое меньше. Схожие результаты были получены и в других исследованиях. Такие данные заставили ученых заняться выяснением механизмов, лежащих в основе этих феноменов. Вскоре появились утверждения, позволившие ученым заявить, что животные, клонированные из соматических клеток, будут жить значительно меньше того животного, от которого эта соматическая клетка была взята.