Методы клонирования человека, этапы, преимущества, недостатки

Недостатки клонирования

Как и каждая монета имеет две стороны, клонирование также имеет свою обратную сторону. Хотя клонирование может творить чудеса в генетике, оно имеет некоторые потенциальные недостатки. Клонирование, как вы знаете, копирует или реплицирует биологические признаки в организмах. Таким образом, это может уменьшить разнообразие в природе. Представьте себе несколько живых существ, абсолютно идентичных друг другу! Еще один конфликт – неясно, сумеем ли мы воплотить в жизнь все потенциальные возможности клонирования. Кроме того, есть большой вопрос, сможет ли обычный человек использовать технологии в свою пользу.

Клонированные животные[ | ]

В начале пути |

• 1826 год — открытие яйцеклетки млекопитающих русским эмбриологом Карлом Бэром.
• 1883 год — открытие сущности оплодотворения (слияния пронуклеусов) немецким цитологом Оскаром Гертвигом.
• 1943 год — сообщение в журнале «Science» об успешном оплодотворении яйцеклетки «в пробирке».
• 1962 год — клонирование профессором зоологии Оксфордского университета Джон Гёрдоншпорцевых лягушек (более доказательные опыты — в 1970 г.).
• 1978 год — рождение в Англии Луизы Браун, первого ребёнка «из пробирки».
• 1985 год, 4 января — рождение девочки у миссис Коттон — первой в мире суррогатной матери в одной из клиник северного Лондона (девочка зачата не из яйцеклетки миссис Коттон).
• 1987 год — клонирование мыши из клетки эмбриона с использованием метода электростимулируемого слияния клеток в СССР в лаборатории Бориса Николаевича Вепринцева (Л. М. Чайлахян и др.).
• 1987 год — разделение клеток человеческого зародыша и клонирование их до стадии тридцати двух клеток (бластомеров) специалистами Университета имени Дж. Вашингтона, использовавшими специальный фермент.

Первые успешные опыты по клонированию животных были проведены в 1960-е годы английским эмбриологом Дж. Гёрдоном (J. Gurdon) в экспериментах на шпорцевой лягушке. Для пересадки использовались ядра клеток кишечника головастиков. Опыты были подвергнуты критике, так как в кишечнике головастиков могли сохраниться первичные половые клетки.

Клонирование млекопитающих возможно с помощью экспериментальных манипуляций с яйцеклетками (ооцитами) и ядрами соматических клетокживотныхin vitro и in vivo. Клонирование взрослых животных достигается в результате переноса ядра из дифференцированной клетки в неоплодотворённую яйцеклетку, у которой удалено собственное ядро (энуклеированная яйцеклетка) с последующей пересадкой реконструированной яйцеклетки в яйцевод приёмной матери.

https://www.youtube.com/watch?v=ytpressru

Однако долгое время все попытки применить описанный выше метод для клонирования млекопитающих были безуспешными. Одними из первых успешное клонирование млекопитающего (домовой мыши) осуществили советские исследователи в 1987 г. Они использовали метод электропорации для слияния энуклеированной зиготы и клетки эмбриона мыши с ядром.

Значительный вклад в решение этой проблемы был сделан шотландской группой исследователей из Рослинского института и компании «PPL Therapeuticus» (Шотландия) под руководством Яна Вильмута (Wilmut). В 1996 году появились их публикации по успешному рождению ягнят в результате трансплантации ядер, полученных из фибробластов плодаовцы, в энуклеированные ооциты.

В окончательном виде проблема клонирования животных была решена группой Вильмута в 1996 г., когда родилась овца по кличке Долли — первое млекопитающее, полученное из ядра взрослой соматической клетки: собственное ядро ооцита было заменено на ядро клетки из культуры эпителиальных клеток молочной железы взрослой лактирующей овцы.

В дальнейшем были проведены успешные эксперименты по клонированию различных млекопитающих с использованием ядер, взятых из взрослых соматических клеток животных (мышь, коза, свинья, корова), а также взятых у мёртвых, замороженных на несколько лет, животных

Появление технологии клонирования животных вызвало не только большой научный интерес, но и привлекло внимание крупного бизнеса во многих странах

В 2004 году американцы начали коммерческое клонирование кошек, а в апреле 2008 года Южнокорейские таможенники приступили к дрессировке семи щенков, клонированных из соматических клеток лучшего корейского розыскного пса породы канадский лабрадор-ретривер. По мнению южнокорейских учёных 90 % клонированных щенков будут удовлетворять требованиям для работы на таможне, тогда как лишь менее 30 % обычных щенков проходят тесты на профпригодность.

В Китае фирмой «BGI» уже производится в промышленных масштабах клонирование животных для медицинских исследований. Предполагается, что подобная методика в будущем будет использована для выращивания в свиньяхзапасных органов для трансплантации человеку.

Примечания

1. Krens E.A., Molendijk L., Wullems G.I., Schilperoort R.A. In vitro Transformation of Plant Protoplasts with Ti-Plasmid DNA // Nature. 1982. Vol. 296. P. 72-74.
2. Gurdon, JB (1962) The developmental capacity of nuclei taken from intestinal epithelium cells of feeding tadpoles. J Embryol Exp Morphol 10: 622-40
3. ↑ Chaĭlakhian LM, Veprintsev BN, Sviridova TA (1987). «Electrostimulated cell fusion in cell engineering». Biofizika 32 (5): viii–xi.
4. Чайлахян Л. М., Вепринцев Б. Н., Свиридова Т. А., Никитин В. А. Электростимулируемое слияние клеток в клеточной инженерии. Биофизика, 1987, т.32, № 5, с. 874—887
5. Xiao-yang Zhao, Wei Li, Zhuo Lv,, Lei Liu, Man Tong, Tang Hai, Jie Hao, Chang-long Guo, Qing-wen Ma, Liu Wang, Fanyi Zeng, Qi Zhou. iPS cells produce viable mice through tetraploid complementation. Nature 461, (3 September 2009), 86-90
6. ↑
7. ↑

Водные растения – рекордсмены клонирования

Представители одного из семейств водных растений – водокрасовые (Hydrohariaceae) – считаются настоящими мастерами клонирования. Это семейство хорошо знакомо аквариумистам и любителям садовых водоемов. Водокрасовые в совершенстве освоили тот же способ размножения-клонирования, который практикует земляника.

Самый известный представитель водокрасовых – стрелолист обыкновенный (Sagittaria sagittifolia), житель умеренных рек и озер. Образуя горизонтальные побеги (усы), он быстро распространяется по дну водоема. Стрелолист формирует не только усы, но и клубни, несущие запас питательных веществ для потомков-клонов.

Слева – цветущее растение стрелолиста. Справа – ус стрелолиста с молодым растением-клоном (в круге)

Типичный представитель этого семейства – водокрас (Hydroharis) – также образует усы. Именно он покрывает прибрежные отмели мелкими листьями, напоминающими листья крошечных кувшинок. Эта кроха способна за лето затянуть поверхность небольшого пруда, распространяясь при помощи усов, которые случайно переносят на лапках водоплавающие птицы, помогая растению размножаться. 

В семействе водокрасовых есть растение, которое благодаря непревзойденной способности к клонированию смогло завоевать целый континент. Это элодея канадская (Elodea canadensis), или как ее еще называют «водяная чума». В начале XIX века это растение, цепляясь за нижние части кораблей, «сбежало» из Северной Америки, пересекло Атлантический океан и попало в пресные водоемы Европы.

При помощи вегетативного размножения (клонирования) оно распространилось по всей Европе и уже является обычным растением в водоемах Сибири. Это яркий пример глобального природного эксперимента по клонированию.

Говоря о клонах и клонировании, невозможно обойти вниманием самый впечатляющий рекорд, установленный в царстве растений. Роща тополя осинообразного (Populus tremuloides) – знаменитый клон и единый живой организм

Анализ генома растений этой рощи показал, что все ее деревья имеют один и тот же генотип и являются вегетативными потомками одного растения. Площадь, занимаемая клоном, составляет 43 га, возраст рощи – 80 000 лет. Этому клону даже присвоено имя – Пандо (в переводе с лат. – «распространяющийся всюду»).

Естественное клонирование (в природе) у сложных организмов

Основная статья: Бесполое размножение

Основная статья: Партеногенез

Клонирование широко распространено в природе у различных организмов. У растений естественное клонирование происходит при различных способах вегетативного размножения. У животных клонирование происходит при амейотическом партеногенезе и различных формах полиэмбрионии. Так, среди позвоночных известны клонально размножающиеся виды ящериц, состоящие из одних партеногенетических самок. У человека естественные клоны — монозиготные близнецы. У некоторых видов броненосцев в норме рождается от четырёх до девяти монозиготных близнецов. Широко распространено клональное размножение среди ракообразных и насекомых. Уникальный вариант естественного клонирования открыт недавно у муравьёв — малого огненного муравья (Wasmannia auropunctata), самцы и самки которого клонируются независимо, так что генофонды двух полов не смешиваются. У этого вида рабочие особи развиваются из оплодотворённых яиц, матки — из неоплодотворённых диплоидных яиц. В некоторых яйцах, оплодотворённых самцами, все хромосомы матери разрушаются, и из таких гаплоидных яиц развиваются самцы.

Клонирование многоклеточных организмов

Наибольшее внимание учёных и общественности привлекает клонирование многоклеточных организмов, которое стало возможным благодаря успехам генной инженерии.
Создавая особые условия и вмешиваясь в структуру ядра клетки, специалисты заставляют её развиваться в нужную ткань или даже в целый организм. Допускается принципиальная возможность воспроизведения даже умершего организма, при условии сохранения его генетического материала.. Различают полное (репродуктивное) и частичное клонирование организмов

При полном воссоздаётся весь организм целиком, при частичном — организм воссоздаётся не полностью (например, лишь те или иные его ткани).

Различают полное (репродуктивное) и частичное клонирование организмов. При полном воссоздаётся весь организм целиком, при частичном — организм воссоздаётся не полностью (например, лишь те или иные его ткани).

Репродуктивное клонирование предполагает, что в результате получается целый организм. Кроме научных целей оно может применяться для восстановления исчезнувших видов или сохранения редких видов.

Одно из перспективных применений клонирования тканей — клеточная терапия в медицине. Такие ткани, полученные из стволовых клеток пациента, могли бы компенсировать недостаток и дефекты собственных тканей организма и не отторгаться при трансплантации. Это так называемое терапевтическое клонирование.

Терапевтическое клонирование предполагает, что в результате намеренно не получается целый организм. Его развитие останавливают заранее, а получившиеся эмбриональные стволовые клетки используют для получения нужных тканей или других биологических продуктов. Эксперименты показывают, что терапевтическое клонирование может быть с успехом применено для лечения некоторых заболеваний, считавшихся неизлечимыми.

Клонирование человека

Основная статья: Клонирование человека

К 2015 году около 70 стран запретили законодательно клонирование человека.

В РФ принят федеральный закон № 54-ФЗ от 20 мая 2002 г. «О временном запрете на клонирование человека».

История термина

Термин клонирование пришёл в русский язык из английского (clone, cloning).

Первоначально слово клон (англ. cloning от др.-греч. κλών — «веточка, побег, отпрыск») стали употреблять для группы растений (например, фруктовых деревьев), полученных от одного растения-производителя вегетативным (не семенным) способом. Эти растения-потомки в точности повторяли качества своего прародителя и служили основанием для выведения нового сорта (в случае полезности их свойств для садоводства). Позже клоном стали называть не только всю такую группу, но и каждое отдельное растение в ней (кроме первого), а получение таких потомков — клонированием.

Со временем значение термина расширилось, и его стали употреблять при выращивании культур бактерий.

Успехи биологии показали, что и у растений, и у бактерий сходство потомков с организмом-производителем обусловливается генетической идентичностью всех членов клона. Тогда уже термин клонирование стали употреблять для обозначения производства любых линий организмов, идентичных данному и являющихся его потомками.

Позже название клонирование было перенесено и на саму технологию получения идентичных организмов, известную как замещение ядра, а потом также и на все организмы, полученные по такой технологии, от первых головастиков до овцы Долли.

И уже в конце 90-х годов XX века, подразумевая возможность применения той же технологии для получения генетически идентичных человеческих индивидов, заговорили и о клонировании человека. Термин перестал быть достоянием научной общественности, его подхватили СМИ, киноискусство, литература, производители компьютерных игр, и он вошёл в язык как общеупотребительное слово, уже не имеющее того специального значения, которым он обладал около ста лет назад.

Клонированные животные

Основная статья: Список клонированных животных

• 1970 г. — успешное клонирование лягушки.
• 1985 г. — клонирование костных рыб.
• 1986 г. — первое клонирование мыши из эмбриональных клеток.
• 1996 г. — клонирование овцы Долли от клеток взрослого животного.
• 1998 г. — первое клонирование коровы.
• 1999 г. — первое клонирование козла.
• 2001 г. — первое клонирование кошки.
• 2002 г. — первое клонирование кролика.
• 2003 г. — первое клонирование быка, мула, оленя.
• 2004 г. — первый опыт клонирования кошек с коммерческими целями.
• 2005 г. — первое клонирование собаки (афганской борзой по кличке Снуппи).
• 2006 г. — первое клонирование хорька.
• 2007 г. — второе клонирование собаки.
• 2008 г. — третье клонирование собаки (лабрадора по кличке Чейс, по государственному заказу). Начало коммерческого клонирования собак.
• 2009 г. — первое успешное клонирование верблюда (по кличке Инджаз). Также впервые на Ближнем Востоке (а именно в Иране) была успешно клонирована коза (предыдущие страны, которым это удалось: США, Великобритания, Канада, Китай).
• 2011 г. — клонирование восьми щенков койота.
• 2018 г. — клонирование двух обезьян — макак-крабоедов.

Этические последствия

В биоэтике этика клонирования относится к множеству этических позиций в отношении практики и возможностей клонирования , особенно клонирования человека. Хотя многие из этих взглядов имеют религиозное происхождение, вопросы, возникающие в связи с клонированием, сталкиваются и со светскими взглядами . Терапевтическое и репродуктивное клонирование человека не используются в коммерческих целях; в настоящее время животные клонируются в лабораториях и в животноводстве.

Защитники поддерживают развитие терапевтического клонирования с целью создания тканей и целых органов для лечения пациентов, которые иначе не могут получить трансплантаты, чтобы избежать необходимости в иммунодепрессивных препаратах и предотвратить эффекты старения. Сторонники репродуктивного клонирования считают, что родители, которые иначе не могут производить потомство, должны иметь доступ к этой технологии.

Противодействие терапевтическому клонированию в основном сосредоточено вокруг статуса эмбриональных стволовых клеток , что связано с дебатами об абортах .

Некоторые противники репродуктивного клонирования обеспокоены тем, что технологии еще недостаточно развиты, чтобы быть безопасными — например, позиция Американской ассоциации развития науки по состоянию на 2014 год, в то время как другие подчеркивают, что репродуктивное клонирование может быть подвержено злоупотреблениям (что приводит к поколение людей, чьи органы и ткани будут извлечены), и обеспокоены тем, как клонированные особи могут интегрироваться в семьи и общество в целом. Некоторые противники поднимут вопросы о том, есть ли у клонов права. «Будущее клонирования» вызывает серьезные вопросы относительно того, есть ли у эмбрионов какие-либо права или право на жизнь эмбриона отменяется волей донора.

Религиозные группы разделены: некоторые выступают против технологий, узурпирующих роль Бога в творении и, в той мере, в которой используются эмбрионы, разрушающих человеческую жизнь; другие поддерживают потенциальную пользу терапевтического клонирования для спасения жизни.

Значение

Создание животных и растений с заданными качествами всегда было чрезвычайно заманчивым потому, что это означало создать организмы уникальнейшие и нужнейшие, устойчивые к болезням, климатическим условиям, дающие достаточный приплод, необходимое количество мяса, молока, плодов, овощей и прочих продуктов.
Использование технологии клонирования предполагает уникальную возможность получать фенотипически и генетически идентичные организмы, которые могут быть использованы для решения различных теоретических и прикладных задач, стоящих перед биомедициной и сельским хозяйством. В частности, использование клонирования могло бы способствовать изучению проблемы тотипотентности дифференциированных клеток, развития и старения организмов, злокачественного перерождения клеток.
Благодаря технологии клонирования предполагается появление ускоренной генетической селекции и тиражирования животных с исключительными производственными показателями. В сочетании с трансгенозом клонирование животных открывает дополнительные возможности для производства ценных биологически активных белков для лечения различных заболеваний животных и человека.
Клонирование животных, возможно, позволит проводить испытания медицинских препаратов на идентичных организмах.

Клонирование взрослых млекопитающих.

По мере роста и развития животного соответствующие его гены «включаются» и «выключаются» в строго определенное время, что обеспечивает гармоничное формирование и функционирование всех частей сложного организма. У взрослой особи гены, регулирующие процессы в специализированных (дифференцированных) клетках, должны работать без сбоев, выполняя характерную именно для этой части тела программу: малейшее нарушение здесь чревато болезнью, а то и гибелью всей особи. Следовательно, если вырезать кусочек, скажем, уже сформировавшегося подбородка, нос из него не разовьется. Правда, клетки могут терять специализацию (дедифференцироваться), что наблюдается при возникновении раковых опухолей. Таким образом, клонирование животных из их взрослых клеток путем перепрограммирования последних на нормальное эмбриональное развитие представляет собой хотя и выполнимую теоретически, но крайне сложную задачу, которую многие специалисты считали неразрешимой.

В 1997 шотландский эмбриолог Ян Уилмат со своими сотрудниками сообщил об успешном клонировании ягненка из дифференцированной клетки молочной железы шестилетней овцы. Культивируя клетки этого типа на т.н. минимальной (содержащей лишь минимум необходимых для поддержания жизни веществ) питательной среде, не позволявшей им выполнять свои «взрослые» функции, удалось добиться их дедифференцировки до эмбрионального состояния. Затем такую клетку слили с энуклеированной (лишенной ядра) яйцеклеткой другой овцы и имплантировали начавший развитие эмбрион в матку третьей самки. В результате исходная клетка молочной железы повторила и самостоятельно отрегулировала все этапы, которые в норме проходит оплодотворенное яйцо, превращаясь во многие миллиарды специализированных клеток взрослого млекопитающего. Через некоторое время эти исследователи сообщили о клонировании овцы с введенным в нее человеческим геном, а специалисты из США заявили о создании клонов взрослых коров.

Важно подчеркнуть, что особи получаемых описанным способом клонов не достигают того уровня идентичности друг другу, который свойствен однояйцовым близнецам. Во-первых, развитие их происходит в разных ооцитах, каждый из которых сохраняет некоторое количество собственной ДНК в митохондриях (органеллах дыхания)

Во-вторых, эмбрионы вынашиваются различными «приемными матерями», и, наконец, после рождения каждый детеныш попадает в условия среды, неизбежно являющиеся в той или иной степени уникальными.

Клонирование растений

Клонирование растений (более общеупотребимы термины «культуры тканей in vitro», «клональное микроразмножение растений») осуществляется путём регенерации целого растения из каллуса путём изменения пропорционального соотношений цитокининов и ауксинов в питательной среде. Для получения первичного каллуса можно использовать любые клетки и ткани растения (кроме находящихся в премортальном состоянии) ввиду того, что клетки растений способны к дедифференциации при определённых концентрациях фитогормонов в питательной среде. Но чаще используют для этой цели клетки меристемы ввиду их малой степени дифференциации. В питательную среду для каллусообразования обязательно входят ауксин (для дедифференциации клеток) и цитокинин (для индукции клеточных делений). После получения каллусной культуры каллус можно разделить и каждую часть использовать для регенерации целых растений. Так как каллус является бесформенной недифференцированной клеточной массой, то для регенерации растения необходимо индуцировать морфогенез путём изменения концентраций фитогормонов в среде. Клонирование растений позволяет получать безвирусный посадочный материал (при использовании апикальной меристемы как источника клеток), быстрого размножения растений в больших масштабах (в том числе редких и исчезающих), клонирование из пыльников и последующее восстановление диплоидности позволяет получить гомозиготные по всем генам растения, которые можно использовать в дальнейшей селекции. Также можно культивировать на искусственных питательных средах протопласты растений, из которых в некоторых случаях можно регенерировать целые растения (протопласты удобны для трансгенеза ввиду отсутствия у них клеточной стенки и возможности слияния с другими клетками).

В случае с орхидеями конкретному растению, культивару, может быть дано неформальное название — имя клона, но в том случае, если эта орхидея имеет превосходные качества для данного вида (или гибрида). Пример: × Laeliocattleya Hsin Buu Lady ‘Red Beauty’.

Освещение

Во время укоренения клонам нужно очень яркое освещение. Для подачи света используют неоновые лампы дневного света. Флуоресцентные или энергосберегающие. Чем больший световой спектр будет у лампы, тем лучше. Некоторые селекционеры используют красные и синие лампы, свет которых неярок, но тоже полезен растениям. Лампы не будут работать целые сутки. Световой режим нужно выставить в значении 18/6 или 16/8. Растения тоже должны спать.

https://www.youtube.com/watch?v=cnaukatv

Так как у черенкового клонирования есть свои минусы, селекционные достижения привели нас к концепции микроклонального размножения растений. Размножение растений черенками лучше показывает себя при небольших популяциях в частном садоводстве. В научной среде при стандартном клонировании растений ученые столкнулись с некоторыми проблемами:

1. Хвойные и некоторые лиственные деревья (например, дуб), а также орехоплодные сложно поддаются размножению путем черенкования.
2. Посредством черенкования практически не размножаются многие виды деревьев возрастом более 10 – 15 лет.
3. Не всегда получается стандартный материал для посадки, так как при черенковом клонировании высока вероятность инфекционного заражения клонов.
4. Сложно размножать взрослые древесные растения с помощью прививок.

Размножение растений и получение рассады.

У растений известны различные формы бесполого размножения, обычно называемого вегетативным. Самостоятельный организм может развиться у них из частей листьев, стеблей и корней. Если эти части получены от одного растения, то образуется клон. Для вегетативного размножения у многих видов используются специальные структуры, к которым относятся, например, подземные корневища у золотой розги, надземные столоны («усы») у земляники, луковицы у чеснока, клубни у картофеля и клубнелуковицы у гладиолусов. Таким способом размножают не только травянистые, но и многие древесно-кустарниковые виды. К относительно новым методам коммерческого клонирования некоторых растений относится выращивание их из культуры ткани.

Среди сельскохозяйственных культур вегетативно размножают, например, бананы, ананасы, виноград и землянику. Особый способ клонирования, называемый прививкой, применяют в случае плодовых деревьев, в частности пекана, яблони и персика. Черенки, вырезанные из ветвей ценного в хозяйственном отношении экземпляра (привои), приращивают к укорененным растениям (подвоям) того же вида, а иногда и другого – близкого таксономически. Привой нормально растет и приносит плоды, не уступающие по качеству тем, что развиваются на материнском дереве.

Клон: история понятия

Впервые термин «клон» предложил использовать известный английский биолог Джон Холдейн (1963 г). Клон (в переводе с греч. – «веточка», «побег» и «отпрыск») – это один или несколько новых организмов, возникших из части или целого органа материнского организма.

Чаще всего человек сталкивается с клонированием в мире растений. Ветка смородины, давшая корни в стакане с водой – один из примеров: куст смородины – материнский организм, а веточка, отделенная от него и пустившая корни – это новый, молодой организм, или клон. То есть, когда вы укореняете черенок хризантемы или листок фиалки, вы занимаетесь самым настоящим клонированием!

Размер части материнского растения значения не имеет, это может быть половина куста пиона или всего одна клетка организма. Чтобы клонировать растение, главное, поместить его часть в условия, в которых она смогла бы вырасти в целый организм. При этом новое растение будет обладать теми же свойствами и признаками, что и материнское.