Клонирование
Клонирование
Введение.
Проблема клонирования животных приобрела в последнее время не
только научное, но и социальное звучание, поэтому оно широко
освещается в СМИ, зачастую некомпетентными людьми и с непониманием
сути проблемы. В связи с этим возникает необходимость осветить
положение дела.
Термин клон происходит от греческого слова «klon», что означает
веточка, побег, отпрыск. Клонированию можно давать много определений,
вот некоторые самые распространенные из них, клонирование – популяция
клеток или организмов произошедших от общего предка путём бесполого
размножения, причём потомок при этом генетически идентичен своему
предку.
Воспроизводство организмов полностью повторяющих особь, возможно
только в том случае, если генетическая информация матери будет без
каких-либо изменений передана дочерям. Но при естественном половом
размножении этому препятствует мейоз. В ходе этого незрелая
яйцеклетка, имеющая двойной, или диплоидный набор хромосом – носителей
наследственной информации – делиться дважды и в результате образуются
четыре гаплоидных, с одинарным набором хромосом, клетки. Три из них
дегенерируют, а четвёртая с большим запасом питательных веществ,
становится яйцеклеткой. У многих животных она в силу гаплоидности
не может развиваться в новый организм. Для этого необходимо
оплодотворение. Организм, развившийся из оплодотворенной яйцеклетки,
приобретает признаки, которые определяются взаимодействием материнской
и отцовской наследственности. Следовательно, при половом размножении
мать не может быть повторена в потомстве.
Как же вопреки этой строгой закономерности заставить клетку
развиваться только с материнским диплоидным набором хромосом?
Теоретически решение этой трудной биологической проблемы найдено.
Растения.
Клонирование, прежде всего, изначально относится к вегетативному
размножению. Клонирование растений черенками, почками или клубнями
известно уже более 4 тысяч лет. Начиная с 70-х гг. нашего
столетия для клонирования растений стали широко использовать
небольшие группы и даже соматические (неполовые) клетки.
Дело в том, что у растений в отличие от животных по мере их
роста, в ходе клеточной специализации – дифференцировки – клетки не
теряют так называемые тотипотентные свойства, то есть, не теряют
своей способности реализовывать всю генетическую информацию,
заложенную в ядре. Поэтому практически любая растительная клетка,
сохранившее в процессе дифференцировки своё ядро, может дать начало
новому оргазму. Эта особенность растительных клеток лежит в основе
многих методов генетики и селекции.
При вегетативном размножении и при клонировании гены не
распределяются по потокам, как в случае полового размножения, а
сохраняются в полном составе в течение многих поколений.. Всё
организмы, входящие в состав определённого клона имеют одинаковый
набор генов и фенотипически не различаются между собой.
Клетки животных, дифференцируясь, лишаются тотипотенстности, и в этом,
одно из существенных отличий от клеток растений. Как будет показано
ниже именно здесь главное препятствие для клонирования взрослых
позвоночных животных.
Клонирование шелкопряда.
В изобретение клонирования животных, несомненно, надо отдать должное
русским учёным. Сто лет тому назад русский зоолог московского
университета А.А. Тихомиров впервые открыл, что яички тутового
шелкопряда в результате различных химических и физических
воздействий начинают развиваться без оплодотворения.
Однако это развитие, названное партеногенезом, рано останавливалось:
партеногенетические эмбрионы погибли ещё до вылупления личинок из
яиц. Но это уже была прелюдия к клонированию животных.
БЛ.Л. Астауров в 30-е гг. в результате длительных исследований,
получивших мировую известность, подобрал термическое воздействие,
которое одновременно активизировало неоплодотворённое яйцо к развитию
и блокировало стадию мейоза, то есть превращение диплоидного ядра
яйцеклетки в гаплоидное. Развитие с ядром, оставшимся диплоидным,
заканчивалось вылуплением личинок, точно повторяющих генотип матери,
включая и пол. Так, в результате амейотического партеногенеза были
получены первые генетические копии, идентичные матери.
Количество вылупившихся партеногенетических гусениц находилось в
зависимости от жизнеспособности матери.
Поэтому у «чистых» пород былупление гусениц не превышало 1%, в то
время как у значительно более жизнеспособных межрасовых гибридов
оно достигло 40-50%. Несмотря на огромный успех, автор этого метода
пережил горькое разочарование: партеногенетическое потомство
характеризовалось пониженной жизнеспособностью на эмбриональных и
постэмбриональных стадиях развития (гусеницы, куколки, бабочки).
Гусеницы развивались неравномерно, среди них было много уродливых, а
завитые ими коконы различались по массе. Позже Астауров улучшил
метод, применив гибридизацию между селекционными линиями. Так он смог
повысить жизнеспособность у новых клонов до нормы, но довести до
этого уровня другие количественные признаки ему не удалось: например
масса партеногенетических коконов не превышала 82% от массы
нормальных коконов такого же генотипа.
Позднее установили причины партеногенетической депрессии и сложными
методами, которые позволили накапливать «гены партеногенеза», вывели
новые высоко жизнестойкие клоны самок, а позднее и
партеногенетических самцов. Скрещивая таких самцов со своими
«матерями» или склонными к партеногенезу самками других клонов,
получили потомство с ещё большей склонностью к партеногенезу. От
лучших в этом отношении самок закладывали новые клоны.
В результате многолетнего отбора удалось накопить в генотипе
селекционируемых клонов невиданно большое число генов, обуславливающих
высокую склонность к партеногенезу. Вылупление гусениц достигло 90%,
а их жизнеспособность повысилась до 95-100%, опередив в этом
отношении обычные породы и гибриды. В дальнейшем «скрестили» с
помощью партеногенетических самцов два генетически резко отличающихся
клона разных рас и от лучших гибридных самок вывели
сверхжизнеспособные клоны.
Наконец, научились клонировать самцов тутового шелкопряда. Это стало
возможным после того, как удалось получить самцов, у которых все
парные гены были идентичными, или гомозиготными. Вначале таких самцов
клонировали особым мужским партеногенезом (андрогенезом). Для этого
воздействием гамма-лучей и высокой температуры лишали ядро яйца
способности к оплодотворению. Ядро проникшего в такое яйцо
сперматозоида, не встретив дееспособного женского ядра, само,
удваиваясь, приступало к развитию мужского зародыша, который
естественно повторял генотип отца. Таким способом ведутся мужские
клоны в десятках поколениях. Позже один из таких клонов был
преобразован в обоеполовую линию, также состоящих из генетически
идентичных (за исключением половых хромосом) теперь уже самок и
самцов. Поскольку положивший начало этой линии полностью гомозиготный
отец возник в результате размножения, приравненного к
самооплодотворению, то сам он и линия двойников обоего пола имеют
пониженную жизнеспособность. Скрещивая между собой две такие линии,
стали без труда получать гибридных и высоко жизнеспособных
двойников в неограниченном количестве.
Итоги клонирования шелкопряда: полученные клоны самок и самцов
тутового шелкопряда для практического шелководства непригодны, но это
не крах всех надежд. Целесообразно использовать клоны не для
непостредственноо применения в шелководческой практике, а на племя
для выдающегося по продуктивности потомства. Примерная схема
использования клонов в промышленном производстве выглядит следующим
образом. Из большого количества коконов выбирают те, из которых
развиваются выдающиеся по продуктивности самки, и от каждой получают
партеногенетическое потомство, для дальнейшей работы используют
партеногенетических клоны, которые повторяют высокую продуктивность
матери и проявляют высокую склонность к партеногенезу. За этим
следует скрещивание с определёнными клонированными самцами и из
полученного гибридного поколения выбирают два производства, только те
клоны, которые дали прекрасное во всех отношениях потомство. Его
высокие качества обусловлены не только предшествующей селекцией, а
ещё и тем, что в процессе отбора особей на высокую склонность к
