Что такое клонирование и что с этим делать? Почему это необходимо?

Репродуктивное клонирование

Репродуктивное клонирование — это создание полноценного живого организма, генетически идентичного донору ДНК.

Как работает технология?

Овечка Долли, родившаяся в 1996 году, стала далеко не первым клонированным животным. Всемирную известность она получила, потому что это был первый успешный случай создания клона теплокровного животного при помощи пересадки ядер соматических клеток от взрослого донора.

Шотландские исследователи взяли генетический материал от шестилетней овцы и заменили им ядра 277 яйцеклеток. Из них до состояния эмбрионов развились лишь 29 штук, а выжил только один — Долли.

В середине ХХ века та же самая технология использовалась для клонирования лягушек — в 1962 году британский ученый Джон Гёрдон смог довести эксперимент до появления на свет головастиков (в 2012 году он получил за это Нобелевскую премию).

Через несколько лет китайским ученым удалось клонировать рыб, а первые клоны теплокровных животных — мышей — были получены в 1979 году. Правда, технология при этом использовалась другая: исследователи делили уже имеющийся эмбрион в пробирке и имплантировали его самкам для вынашивания.

После овечки Долли при помощи пересадки ядер соматических клеток и донорского материала от взрослых особей были клонированы телята, олени, кролики, крысы, лошади, собаки и кошки.

Первое успешное клонирование примата удалось совершить только в 2018 году: в Шанхае родились детеныши макаки-крабоеда по имени Чжун-Чжун и Хуа-Хуа.

Зачем это нужно?

Сегодня можно клонировать животных на коммерческой основе — этим занимается несколько компаний в мире: они клонируют элитных скаковых лошадей для скачек, а производители мяса заказывают у них клонирование крупного рогатого скота.

Владельцы домашних животных, которые не хотят расставаться со своим любимцем, пользуются услугами клонирования собак и кошек. Это недешевое удовольствие, за которое люди платят десятки тысяч долларов.

Применяется ли на практике?

Несмотря на все преимущества, эта процедура пока не стала частью повседневной жизни, так как имеет ряд ограничений и недостатков.

Для рождения двух псов ученым пришлось оплодотворить более тысячи яйцеклеток и имплантировать их в организм 123 собак.

Клонированное животное будет обладать теми же генами, что и «оригинал», но воспроизвести «личность» собаки или кошки невозможно. Люди же, как правило, любят своих животных не за набор генов, а за характер, привычки и поведение. Более того, даже внешность (окрас, размер, цвет глаз) клонированного любимца может быть немного другой. Это происходит из-за изменения активности генов во время роста и деления.

Такие модификации называются эпигенетическими и происходят под влиянием внешних факторов на протяжении всей жизни: от момента зачатия до смерти.

На данный момент неизвестно, как можно преодолеть так называемый лимит Хейфлика. Так называют предельное количество делений соматических клеток (обычно от 40 до 60), после которого клетка гибнет.

Граница Хейфлика связана с сокращением размера теломер — участков ДНК на концах хромосом. Клетка взрослого организма, из которой берут ДНК для клонирования, уже частично вырабатывает свой лимит, а значит, ее жизнь будет короче обычной.

Кроме того, не существует по-настоящему долгосрочных исследований здоровья клонированных животных. Некоторые из них рождаются здоровыми и доживают до старости, но многие и гибнут в первые месяцы жизни от самых разных заболеваний.

Пока ученые не могут сказать, от чего именно это зависит, но не последнюю роль здесь играют генетические мутации. Ученые утверждают, что в организме клонов их относительно много.

Клонирование млекопитающих.

Выше уже приводились примеры разных типов клонирования в природе. Если любому зверю порезать кожу, клоны новых клеток быстро приходят на смену поврежденным. Однако клонирование целых высокоорганизованных организмов – процесс гораздо более сложный, чем заживление раны.

Зачем вообще клонировать животных? Во-первых, можно было бы воспроизводить ценные с той или иной точки зрения особи, например чемпионов пород крупного рогатого скота, овец, свиней, скаковых лошадей, собак и т. Во-вторых, превращение обычных животных в трансгенных сложно и дорого: клонирование позволило бы получать их копии. Проектируется производить трансгенных млекопитающих, способных синтезировать факторы свертывания человеческой крови и другие жизненно важные для нас продукты и выделять их в составе своего молока. Широкомасштабное развитие такой биотехнологии сэкономило бы огромные количества донорской крови, запасы которой ограничены и могли бы использоваться более эффективно.

Открывающиеся перспективы.

Работы Уилмата и других биологов служат основой для новых исследований, которые могли бы значительно расширить наши представления о функционировании генов в ходе нормального развития, а также при воздействии на них ряда лекарственных веществ и стрессовых факторов. Это позволило бы усовершенствовать медицинское обслуживание путем создания и применения новых недорогих инструментов ранней диагностики и лечения. Если бы таким путем удалось разработать методы генной терапии, т. «исправления» аномальных генов, ответственных за опасные для жизни врожденные нарушения, человечество смогло бы избавиться от некоторых наследственных заболеваний, серьезно снижающих трудоспособность и сокращающих жизнь людей.

О ценности клонирования для создания трансгенных и элитных животных уже говорилось. При его широком применении можно было бы накапливать в замороженном виде неограниченные количества эмбрионов и другого материала, сохраняя таким образом ныне существующую «зародышевую плазму» во всем ее разнообразии.

Давайте клонируем динозавра!

Одним из перспективных применений клонирования видится возможность возродить давно утерянные виды животных, а также те, которые постепенно исчезают под поступью научно-технического прогресса. Но, к несчастью, вернуть к жизни динозавров пока не представляется возможным. Ученые в основном находят их окаменевшие останки, в которых нет и капельки органики с генетическим материалом.

Некоторую надежду исследователям подарило обнаружение в костях динозавров белков. Но найденный в останках тиранозавра коллаген оказался таким же, как у страусов, что поставило крест на каких-либо дальнейших экспериментах. Возродить таких животных получится только тогда, когда мы найдем отлично сохранившийся и полноценный генетический материал. Сами понимаете, насколько высоки эти шансы спустя миллионы лет после гибели динозавров.

Но ладно, пускай ученым это удалось на какой-то из Земель в многочисленных параллельных вселенных. Что дальше? Как быть с яйцеклеткой? Где найти достаточно близкий по строению родственный вид, который сможет выносить будущих динозавров? И смогут ли они вообще существовать в условиях современной окружающей среды? Некоторые люди не терпят перестановку в комнате, а бедным динозаврам придется дышать воздухом, который на 21% насыщен кислородом вместо привычных миллионы лет назад 10—15%.

А потому поглядывать стоит на более близкие нам по временной линии виды. Например, последняя замечательная птица додо покинула этот жестокий мир еще в 17-м веке, но знают о ней даже школьники (не уверен, что сегодняшние). Всё благодаря карикатурному автопортрету Льюиса Кэрролла из «Алисы в Стране чудес».

Несколько экземпляров этой птицы в виде чучел сохранились в разных музеях. Сохранились также их мягкие ткани, а среди родственников значится никобарская голубка, которая и могла бы выносить потомство додо. Правда, пока все это лишь разговоры.

Среди известных, но, к сожалению, провальных попыток реанимировать умерший вид значится пиренейский козерог, который исчез относительно недавно — в 2000 году. В 2009-м родился его клон, который прожил всего семь минут.

Кто такие клоны?

Клоны получаются в результате клонирования, как бы удивительно это ни звучало. Начнем с того, что даже однояйцевых близнецов можно смело называть клонами, потому что развились они из одной и той же оплодотворенной яйцеклетки. Клонами являются и клетки многоклеточных организмов, и даже растения, которые получились в результате вегетативного (бесполого) размножения: черенками, клубнями, луковицами, корневищами и т. Это довольно древний инструмент селекции растений, благодаря которому мы питаемся сносными овощами и фруктами.

Но если с растениями все понятно, то человека или корову луковицей не размножишь. От своих родителей мы получаем по набору генов, наборы эти отличаются, так как папы с мамами у нас разные. А потому и мы получаемся не такими, как только папа или только мама. Каждый из нас уникален! С генетической точки зрения, конечно. И это замечательно: чем больше разных людей, тем шире разнообразие вида и тем сильнее он защищен от каких бы то ни было потрясений окружающей среды.

Тема клонирования в культуре и искусстве

Обсуждение клонирования в популярных СМИ часто представляет эту тему негативно. В статье в «Time» от 8 ноября 1993 года клонирование изображалось негативно, изменяя «Сотворение Адама» Микеланджело, чтобы изображать Адама пятью одинаковыми руками. Выпуск Newsweek от 10 марта 1997 года также подверг критике этику клонирования человека и включал в себя графику, изображающую одинаковых детей в мензурках.

Концепция клонирования, в частности, клонирования человека, включает широкий спектр работ научной фантастики. Ранним вымышленным изображением клонирования является «Bokanovsky’s Process», который фигурирует в антиутопическом романе Олдоса Хаксли «О дивный новый мир» 1931 года. Этот процесс применяется к оплодотворенным яйцам человека in vitro, в результате чего они распадаются на идентичные генетические копии оригинала.

Клонирование людей из частей тела также является распространенной темой в научной фантастике. Клонирование особенно заметно в конвенциях научной фантастики, пародированных в «Спящем» Вуди Аллена, сюжет которого сосредоточен вокруг попытки клонировать убитого диктатора из его безжизненного носа. В рассказе Доктора 2008 года «Конец путешествия» дублированная версия Десятого Доктора самопроизвольно вырастает из его отрубленной руки, которая была отрезана в бою на мечах во время более раннего эпизода.

Клонирование является постоянной темой в ряде современных научно-фантастических фильмов, начиная от таких боевиков, как «Мир юрского периода» (1993), «Чужой: Воскрешение» (1997), «6-й день» (2000), «Обитель зла» (2002), «Звёздные войны. Эпизод II: Атака клонов» (2002) и «Остров (фильм, 2005)» (2005), на комедии, такие как фильм «Спящий» Вуди Аллена 1973 года.

Первые опыты.

Первый опыт клонирования земноводных датируется 1952. Впоследствии удалось клонировать также мышей, кроликов, овец, свиней, коров и обезьян. Все успешные эксперименты такого рода начинались с клеток эмбриона, изолируемых на ранних стадиях развития до начала их дифференцировки в т. зародышевые листки, дающие начало специализированным тканям и органам. Эти клетки (бластомеры) разделяют, пока их число в зародыше не превысило 32 или 64, и с помощью особых микрохирургических методов помещают по одной в ооциты (неоплодотворенные яйцеклетки), из которых предварительно удаляют ядро. У всех бластомеров одного эмбриона одинаковый набор генов, а ооциты служат для них как бы инкубатором. После соответствующей электрической и/или химической стимуляции и культивирования из этих клеток можно получить идентичные зародыши и перенести их (имплантировать) в матку готовых к зачатию самок того же вида. В конечном итоге такие «приемные матери» родят почти идентичных детенышей, однако вся процедура в целом остается с практической точки зрения крайне неэффективной. Вместо вынашивания всех эмбрионов из первого клона практикуют также их разделение на бластомеры и повторный цикл клонирования, получая в итоге гораздо большее количество пригодных для имплантации зародышей.

Серия процессов, позволяющая получить генетически идентичные копии живого организма, известна как клонирование. Существует три метода. Первым клонированным млекопитающим стала овца по имени Долли. Это случилось в 1996 году.

На рисунке показаны основные этапы репродуктивного клонирования, позволившего создать Долли. Клетку взяли из вымени биологической матери Долли. Ядро извлекли из яйцеклетки другой овцы. Затем ядро клетки матери Долли ввели в яйцеклетку и спровоцировали деление. Яйцеклетка — теперь уже эмбрион — была подсажена третьей овце, суррогатной матери. Долли родилась естественным путем в Рослинском институте в Эдинбурге, в Шотландии

В природе клоны встречаются часто. Например, растения и одноклеточные организмы, которые воспроизводятся бесполым путем, дают потомство с идентичным генетическим строением. Клонами друг друга являются и однояйцевые близнецы. Однако термин «клонирование» обычно применяют для обозначения методов получения искусственных копий генетического материала и организмов. Клонирование генов — это получение копий ДНК для использования в медицине и исследованиях.

Известна польза терапевтического клонирования для медицины: с его помощью создают эмбриональные стволовые клетки. Такие клетки используются для строительства, поддержания и восстановления организма. Так как все это происходит естественным образом, их применяют для лечения поврежденных или зараженных органов. Тем не менее, стволовые клетки одного человека, пересаженные другому, провоцируют иммунный ответ. Ученые рассматривают клонирование как способ создать стволовые клетки, генетически идентичные организму, который их использует. В будущем с помощью этих клеток можно было бы восстанавливать ткани и даже заменять органы целиком.

Клонирование генов.

Становится известно все больше специфических генов, связанных с развитием определенных болезней. Эти гены научились выделять из организма и присоединять к ним соответствующие промоторы, т. участки ДНК, управляющие их работой. Получаемые генные комплексы можно клонировать несколькими способами. Один из них – полимеразная цепная реакция (ПЦР), т. размножение нужного участка ДНК с помощью фермента полимеразы, что позволяет удваивать количество генных копий каждые несколько минут (см. также ПОЛИМЕРАЗНАЯ ЦЕПНАЯ РЕАКЦИЯ). Клонированные таким образом гены можно затем ввести в организм животного (получив т. трансгенную особь), которое в результате приобретет способность синтезировать нужное вещество, например ценный фармацевтический продукт. Трансгенные животные служат также моделями для изучения ряда тяжелых болезней человека, в частности муковисцидоза.

–Злоупотребления

Кадры из фильма Нашествие Зомби

Клонирование позволяет манипулировать генами людей и даёт возможность преднамеренного воспроизведения нежелательных признаков. Клонирование органов тела может вызвать злоупотребления в обществе.

Естественное клонирование (в природе) у сложных организмов

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.

Лабораторное клонирование антител.

Все позвоночные для защиты от инфекций вырабатывают особые белки – антитела. Разработаны методы их клонирования, позволяющие получать большие количества идентичных молекул. Произведенные таким образом антитела называются моноклональными. Эти высокоспецифичные вещества используются для определения концентрации ряда белков в жидкостях тела, например белковых гормонов, или для выявления раковых клеток (и возможного воздействия на них), что очень важно в научных исследованиях, а кроме того, является относительно недорогим методом диагностики некоторых заболеваний.

Генетическое копирование

Если ядро оплодотворённой яйцеклетки особи «А» заменить ядром любой клетки особи «Б», из этой клетки разовьётся клон особи «Б». Для клонирования требуются: донор ядра — клонируемая особь; самка — донор яйцеклетки; суррогатная мать, вынашивающая зародыш клона. В 1952 г. произвели первую пересадку ядра в яйцеклетке лягушки, но клонировать лягушку удалось лишь в 1970 г. В 1980-х гг. генетики освоили технологию пересадки клеточных ядер млекопитающих и получили клоны мышей и кроликов. В 1996 г. появился клон крупного млекопитающего — овечка Долли.

Развитие идеи

Клонированной овце было 6 лет, когда она стала донором ядра. Хромосомы этой овцы уже «состарились», и её клон, Долли, с рождения была «составлена» из старых клеток, поэтому страдала старческими недугами и прожила всего 6 лет, вдвое меньше положенного овце срока. Клонирование человека по этическим соображениям запрещено во всём мире. Но клонирование животных продолжается, хотя из-за разных патологий лишь одна из 300 пересадок ядра завершается рождением клона.

ДНК.

Говоря о клонировании, происходящем в природе или в лаборатории, необходимо представлять себе, что вся генетическая, т. наследственная, информация, необходимая для роста, развития, обмена веществ и размножения организмов, передается от родителей потомству в форме дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК). также НАСЛЕДСТВЕННОСТЬ; НУКЛЕИНОВЫЕ КИСЛОТЫ.

ДНК упакована в хромосомах, которых в клетке бывает от одной у некоторых одноклеточных до нескольких десятков у высших растений и животных. Генетического материала, находящегося всего в одной хромосоме крошечного одноклеточного существа вроде амебы, достаточно для осуществления всех его жизненных функций. Однако сложно устроенному животному для этого необходимо примерно 100 000 различных генов.

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.

Генетика и клонирование

При выведении новых сортов растений и пород домашнего скота люди издревле пользовались законами наследственности, не зная, в чём они состоят, но постигая их на практике, опытным путём. В 1865 г. австрийский монах Грегор Мендель первым приоткрыл завесу тайны над этими законами, став основателем науки о наследственности — генетики. Но лишь в начале XX в. учёные смогли глубже проникнуть в секреты строения клеток, а развитие молекулярной генетики во второй половине XX в. позволило клонировать, т. создавать генетические копии живых организмов. Первым успехом в клонировании крупных млекопитающих стало рождение в 1996 г. овечки Долли, генетической копии другой овцы.

–Человек

Более того, клонирование поставит под угрозу права человека и животных. Будет ли клонирование вписываться в наши этические и моральные принципы? Это сделает человека просто другим существом. Разве это не обесценит человечество? Разве это не будет унижать ценность человеческой жизни?

Клонирование равносильно подражанию Богу.

Что вы думаете по этому поводу?

–Обесценение генетического разнообразия

Клонирование создает идентичные гены. Это процесс репликации генетической конституции затрудняет разнообразие генов. Уменьшая генетическое разнообразие, мы наносим ущерб её красоте и ослабляем нашу способность к адаптации.

Партеногенез.

Клонирование в природе наблюдается в случае т. партеногенеза, когда потомство развивается из неоплодотворенной женской гаметы (яйцеклетки). Этот процесс широко распространен среди насекомых. Поскольку родительская особь всего одна, она генетически идентична потомкам и составляет с ними клон. У млекопитающих партеногенез можно искусственно стимулировать, но эмбрион погибает на ранних стадиях своего развития. также ЯЙЦО; РАЗМНОЖЕНИЕ.