Методы клонирования человека, этапы, преимущества, недостатки / биология

Как клоны изменят медицину?

Денис Ребриков, ПостНаука 

Клонирование животных и Иэн Уилмут 

Для того чтобы появился новый человек, нужны два типа гамет: яйцеклетка и сперматозоид. После их слияния появляется оплодотворенная яйцеклетка — зигота. Она начинает делиться и дает жизнь новому организму. Эта система была изобретена эволюцией, чтобы комбинировать разные сочетания генетической информации в следующем поколении, создавая таким образом разнообразие фенотипов. Чарльз Дарвин абсолютно точно сформулировал принцип эволюции: создаем разнообразие, а потом отбираем наиболее приспособленных. Отбором занимается сама природа, условия внешней среды, и тогда выживает сильнейший, тот, кто смог адаптироваться. Отбор также производит человек, когда создает новые сельскохозяйственные сорта растений и новые породы животных и решает, кого надо размножить: мы можем влиять на то, какие фенотипы наиболее приспособлены к нам, и они остаются.

Технологии работы человека с генетическим материалом и репродукции млекопитающих привели к тому, что мы умеем воспроизводить особь из клетки уже взрослого организма — это называется клонированием животного. Клонирование растения уже является простой вещью: если от цветка отломить листик, который затем поставить в воду или прикопать в землю, то вырастет новый цветок. Это уже никого не удивляет. А вот тот факт, что у овечки можно взять клетки и из них вырастить новую овечку, произвел фурор. Когда в 1996 году доктор Иэн Уилмут провел такую процедуру для овцы и опубликовал соответствующую работу, обычных людей это потрясло. Но в глазах ученых это не было сверхпрорывом, потому что наука к этому уже шла и существовали определенные технологии: к тому моменту из более ранних стадий развития, из эмбриона, умели воспроизводить организм. Но Иэн Уилмут первый вырастил новый организм из уже взрослой овцы.

Иэн Уилмут и овечка Долли.

Можно ли клонировать человека?

Успех Уилмута спровоцировал своего рода бум клонирования в научных экспериментах, каждый год публиковались статьи, посвященные клонированию самых разных животных. При этом клонировать обезьяну гораздо сложнее, чем человека, потому что для нас отработаны все технологии в области эмбриологии — сегодня мы используем ЭКО (экстракорпоральное оплодотворение) как рутинную медицинскую процедуру. Нам известно, как эмбрион развивается, какие условия и культуральные среды необходимы для его развития, как собрать ооциты, перенести ядро и так далее.

Если у женщины тяжелое митохондриальное заболевание и митохондрия передается по материнской линии, то все ее дети будут с наследственным митохондриальным заболеванием. В таких случаях прибегают к следующей процедуре. У яйцеклетки берут ядро, которое содержит 99,9% генетической информации, и переносят его в безъядерную яйцеклетку другой женщины, где находятся здоровые митохондрии. Получается некий гибрид: ядерная информация от одной женщины, а цитоплазма с митохондриями — от другой. Гибрид оплодотворяют сперматозоидом, и появляется ребенок, которому генетическая информация передалась от мамы и папы, а митохондрии — от донорной яйцеклетки третьего человека. Это давно известная процедура: первый такой ребенок родился 5–7 лет назад.

Можем ли мы клонировать человека? Технически да, и это подводит нас к вопросу, а не сделать ли такой способ размножения легальным? В настоящее время клонирование человека является законодательно запрещенной технологией размножения. Почему? Ведь безопасность этой процедуры была доказана многократно на экспериментах с животными. Однако есть гипотеза, что клонирование переносит в новый организм все накопленные в клетке мутации, тем самым повышая риски развития определенных заболеваний в следующем поколении. На крысах было показано, что можно переклонировать организм, то есть клонировать крысу, вырастить новый организм, взять у него клетку, из которой вырастить путем клонирования еще одну крысу. Оказалось, что к 28-му поколению клонов появилась определенная геномная нестабильность, которая уже затрудняла переклонирование. 28 поколений для человечества — это 700–800 лет. Нельзя предсказать, что будет с человечеством через 700–800 лет, если мы начнем размножаться таким образом.

Плюсы размножения при помощи клонирования

Во-первых, снимается проблема непредсказуемого генетического результата в будущем. Классическое размножение — размножение путем слияния гамет — это лотерея: один генетический вариант из 70 триллионов. Может получиться что-то потрясающее, а может появиться больной организм. А когда мы клонируем себя, мы знаем, с какой генетикой имеем дело, и большой плюс, если у нас хорошая генетика, которую можно немного геномно отредактировать — убрать какие-то недочеты, что-то подправить — на стадии следующей итерации.

Во-вторых, снимается проблема стерильности, бесплодия: для того чтобы размножиться клонированием, нужно иметь хоть какие-нибудь клетки, не обязательно гаметы. Здесь возникает, конечно, вопрос о суррогатном материнстве, поскольку пока не создана искусственная матка и мы не можем эту технологию оторвать от человека — в любом случае ребенка будет вынашивать суррогатная мать. Тогда вопрос уходит и в этическую сферу. Сегодня суррогатное материнство является легализованной процедурой в России, а в некоторых странах, например в Индии, она вообще поставлена на поток как стандартная медицинская услуга. Когда мы говорим, что выбираем суррогатное материнство, поскольку женщина не сможет выносить ребенка, то это один этический аспект. А когда мы к нему обращаемся просто потому, что хочется, это другое дело. Хотя, например, многие пары из США покупают суррогатное материнство в Индии (это недорого, порядка 10 тысяч долларов), просто чтобы не нагружать организм женщины, поскольку беременность наносит ей определенный урон.

И наконец, в-третьих, вы получаете с точки зрения генетики такой же организм, как ваш, и, следовательно, он мог бы быть для вас донором, например, стволовых клеток. Донация стволовых клеток не является процедурой, наносящей урон человеку. И с согласия вашего такого «ребенка», который является такой же личностью, как и все остальные, вы сможете получить более молодые стволовые клетки. Эта технология могла бы быть определенной схемой поддержания жизни исходного организма, поскольку ему будут переноситься его же клетки, но гораздо более молодые.

Таким образом, технология размножения при помощи клонирования — это будущее человечества. Надеюсь, что мы придем к этому в ближайшей перспективе.

Портал «Вечная молодость»

Немного о биологии размножения многоклеточных организмов

Совокупность наследственного материала клетки называется геномом. Многоклеточные организмы — эукариоты. Одной из особенностей эукариотических клеток является то, что наследственный материал находится в ядре клетки в виде хромосом, а также в виде кольцевидной ДНК в митохондриях.

Хромосома — нитевидная структура, состоящая из ДНК и белков. Именно ДНК несет генетическую информацию. Например, в ядре клеток человека содержится 23 пары хромосом (то есть всего 46) [4]. В половых клетках человека содержится половина — 23 хромосомы. При соединении двух половых клеток — маминой и папиной — получается клетка зигота с 46-ю хромосомами (рис. 1). Зигота дает начало всем будущем клеткам и тканям организма. Таким образом, в естественных условиях все клетки многоклеточного организма несут генетическую информацию от своих отца (мужской гаметы) и матери (женской гаметы) [5]. Клетки, содержащие 23 хромосомы, называются гаплоидными, а содержащие все 46 хромосом — диплоидными. В организме млекопитающих все клетки, кроме половых, являются диплоидными соматическими [4], [6].

Рисунок 1. Результат оплодотворения — зигота человека

У разных млекопитающих — разное количество хромосом (см. табл.).

Название млекопитающегоКоличество хромосом диплоидного набораКоличество хромосом гаплоидного набора
Человек 46 23
Шимпанзе 48 24
Овца 54 27

При клонировании нет процесса оплодотворения (слияния) двух половых клеток. У этого многоклеточного организма (клона) не будет отца и матери в общепринятом смысле слова. У него будет один генетический «родитель». Тот, чье ядро использовалось для клонирования.

методы

Ядерный перенос соматических клеток

Как правило, процесс клонирования млекопитающих происходит с помощью метода, известного как «перенос ядра соматической клетки». Это была методика, используемая исследователями в Институте Рослина для клонирования овцы Долли.

В нашем организме мы можем дифференцировать два типа клеток: соматические и половые. Первыми являются те, которые образуют «тело» или ткани человека, а половые — это гамет, как яйцеклетки, так и сперматозоиды..

Они отличаются в основном количеством хромосом, соматические — диплоидными (два набора хромосом), а гаплоидные полы содержат только половину. У человека клетки организма обладают 46 хромосомами, а половые — только 23.

Ядерный перенос соматических клеток — как следует из названия — включает в себя извлечение ядра из соматической клетки и вставку его в яйцеклетку, ядро ​​которой было удалено.

Индуцированная плюрипотентная стволовая клетка

Другой метод, менее эффективный и гораздо более трудоемкий, чем предыдущий, — это метод «индуцированных плюрипотентных стволовых клеток». Плюрипотентные клетки обладают способностью вызывать любой тип ткани — в отличие от общей клетки организма, которая была запрограммирована для выполнения определенной функции..

Метод основан на введении генов, называемых «факторами репрограммирования», которые восстанавливают плюрипотентные способности взрослой клетки..

Одним из наиболее важных ограничений этого метода является потенциальное развитие раковых клеток. Однако прогресс в технологии улучшил и уменьшил возможный ущерб клонированному организму..

выгода

Одним из величайших применений клонирования является лечение заболеваний, которые нелегко излечить. Мы можем воспользоваться нашими обширными знаниями в области развития, особенно на ранних стадиях, и применить их в регенеративной медицине..

Клетки, клонированные в результате переноса ядерных соматических клеток (SCNT), вносят огромный вклад в процессы научных исследований, выступая в качестве модельных клеток для исследования причин заболеваний и в качестве системы для тестирования различных лекарственных средств..

Кроме того, клетки, полученные по этой методике, можно использовать для трансплантации или для создания органов. Эта область медицины известна как регенеративная медицина.

Стволовые клетки революционизируют способ лечения определенных заболеваний. Регенеративная медицина позволяет трансплантировать аутологичные стволовые клетки, устраняя риск отторжения со стороны иммунной системы пострадавшего.

Кроме того, его можно использовать для производства растений или животных. Создание идентичных реплик интересующего человека. Его можно использовать для воссоздания вымерших животных. Наконец, это альтернатива бесплодию.

Как это работает?

Например, предположим, что у пациента есть проблемы с печенью. Используя эти технологии, мы можем вырастить новую печень — используя генетический материал пациента — и пересадить его, таким образом устраняя любой риск повреждения печени.

В настоящее время регенерация экстраполирована на нервные клетки. Некоторые исследователи считают, что стволовые клетки можно использовать для регенерации мозга и нервной системы..

Клоны правда быстрее стареют?

Да, по крайней мере некоторые. Учёные предполагают, что это происходит из‑за хромосом. Все клетки организма проходят Cloning через циклы деления, и концевые участки хромосом — теломеры — укорачиваются. Это часть естественного процесса старения.

У Долли хромосомы были короче, чем у одногодок, и прожила она в два раза меньше среднестатистической овцы: 6 лет вместо 12.

Однако теломеры укорачиваются Aging of Cloned Animals: A Mini‑Review не у всех клонов. Например, у крупного рогатого скота, собак и мышей теломеры клонов не меньше, а иногда и больше, чем у контрольных животных того же возраста, а вот у овец и волков, наоборот, почти всегда короче.

Преждевременное старение не касается козлов: клоны живут положенные природой 15 лет. Так же повезло клонам‑коровам, собакам и мышам. А вот клонированные овцы, свиньи и кошки живут меньше. Насчёт ближайших родственников человека, обезьян, пока нет таких данных. Поскольку первые клонированные макаки родились Cloning of Macaque Monkeys by Somatic Cell Nuclear Transfer недавно, остаётся только гадать, сколько они проживут.

В чём польза клонирования для человечества?

В науке распространены три вида клонирования: генетическое, репродуктивное и терапевтическое. В первом случае клонируются определённые гены или участки ДНК, а репродуктивное клонирование позволяет копировать животных, что уже превратилось в бизнес по созданию генетических копий домашних питомцев. Такая услуга обойдётся в 100-150 тысяч долларов, но не факт, что клонированное животное сохранит все качества и характеристике оригинала, даже цвет шерсти лишь отчасти зависит от ДНК.

Широкое применение репродуктивное клонирование может получить в животноводстве. В 2008 году в США управление по контролю за продуктами питания и лекарствами (FDA) признало мясо и молоко клонированных животных безопасным для человека. В Евросоюзе, напротив, в 2015 году ввели постоянный запрет на клонирование сельскохозяйственных животных и продажу пищевых продуктов из таких особей. Противники клонирования по обе стороны океана сомневаются в безопасности продукции из клонированных животных из-за недостаточной изученности технологии и её воздействия на организм клонов. Другой тормозящий фактор – дороговизна технологии.

Альтернативный вариант животного клонирования на благо общества придумали китайские власти. В 2019 году в Поднебесной клонировали полицейского пса с лучшими характеристиками для несения службы. Китайские учёные считают, что дрессировка его клона потребует меньше времени и затрат по сравнению с обычным щенком той же породы. Также технология помогла бы в сохранении редких видов животных, но не факт, что популяция клонов будет приспособлена к выживанию. В отличие от клонирования половое размножение обеспечивает обмен и создание новых генетических комбинаций, что поддерживает разнообразие и устойчивость видов в условиях непредсказуемой внешней среды.

Наибольший интерес представляет терапевтическое клонирование. В перспективе оно может упростить пересадку органов. Биологам уже удалось вырастить искусственную кожу и щитовидную железу, а эксперимент на мышах с дефицитом иммунитета показал, что иммунная система поддается восстановлению за счёт внедрения в организм эмбриональных столовых клеток. Этот строительный ресурс принимает форму клеток разных органов, тканей, крови и поддерживают иммунитет.

Как создать клона на примере овечки Долли

Долли родилась 5 июля 1996 года в Шотландии. Произошло это в лаборатории Яна Вилмута и Кита Кэмпбелла в Рослинском институте. Родилась она как самая обычная овца. Вот только мать ее на момент рождения уже давно была мертва. Долли есть пошла из ядра соматической клетки вымени своей генетической матери. Клетки эти были заморожены в жидком азоте. Всего было использовано 227 яйцеклеток, 10% которых по итогу доросли до состояния эмбрионов. Но выжить удалось только одному.

Он подрастал в теле своей суррогатной матери, в которую попал путем пересадки ядра клетки от донора в избавленную от ядра цитоплазму яйцеклетки своего будущего носителя. Двойной набор хромосом подопытная получила только от своей матери, чьей генетической копией и была.

Долли жила как нормальная овца. Правда, большую часть времени проводила взаперти и вдалеке от своих сородичей. Все-таки лабораторный экземпляр. К шести годам у овечки развился артрит, а затем и ретровирусное заболевание легких. Обычно эти животные живут до 10—12 лет, но Долли решили усыпить на полпути, что вызвало много кривотолков в медиа.

Некоторые ученые, как и СМИ, предполагали, что причиной ранней смерти овцы могло стать клонирование. Дело в том, что в качестве базового материала для Долли была выбрана клетка взрослой особи с уже укороченными теломерами. Это такие окончания хромосом, которые с каждым делением укорачиваются. Данный процесс называют одной из основных причин старения.

Последующее изучение скелета подопытной и сравнение ее с более современными клонами показало, что какой-то предрасположенности к артриту у Долли не было. По крайней мере, риски были такими же, как и у обычных взрослых овец.

Как бы то ни было, но клонирование животного подняло ряд моральных и этических вопросов о данной процедуре. В 2003 году ученые предполагали, что до полноценного клонирования человека остался десяток лет. Конечно, они были чересчур оптимистичны, ведь впереди у нас непочатый край работы.

Почему нельзя клонировать человека?

С технической точки зрения, создать клон человека не проблема. Но научное сообщество не пойдёт на это из этических соображений, подкреплённых протоколом о запрете клонирования в рамках Европейской конвенции о защите прав человека от 1998 года. В отличие от животных человек обладает разумом, и выращивание клонов из прагматизма противоречит человеческим ценностям. Идеи о клонировании как о попытке обмануть смерть тоже безосновательны. Генетическая идентичность не означает, что клон сохранит характер, привычки, воспоминания, опыт, убеждения и самосознание оригинала. Жизненный опыт невозможно передать через ДНК, а значит, клонированный индивид с его «исходником» будет объединять только внешность, и то в лучшем случае.

Теги

Adblock
detector