100 великих научных открытий - Д Самин

До расшифровки генома человека оставалось сорок лет…

КЛОНИРОВАНИЕ

История клонирования началась в далекие сороковые годы в СССР. Тогда советский эмбриолог Георгий Викторович Лопашов разработал метод пересадки (трансплантации) ядер в яйцеклетку лягушки. Результаты исследований он отправил в июне 1948 года в «Журнал общей биологии». Ученому не повезло. В августе 1948 года состоялась печально известная сессия ВАСХНИЛ, где окончательно утвердилось непререкаемое лидерство в биологии известного борца с генетикой Т.Д. Лысенко. Набор статьи Лопашова был рассыпан. Еще бы! Там доказывалась ведущая роль ядра и содержащихся в нем хромосом в индивидуальном развитии организмов. Как это часто случалось в истории российской науки, приоритет достался американским эмбриологам Бригге и Кингу, выполнившим в пятидесятые годы сходные опыты.

Дальнейшее совершенствование методики связано с Джоном Гердоном (Великобритания). Он стал удалять из яйцеклетки лягушки собственное ядро и трансплантировать в нее разные ядра, выделенные из специализированных клеток. Позднее он стал пересаживать ядра из клеток взрослого организма. В некоторых случаях у Гердона яйцеклетки с чужим ядром развивались до достаточно поздних стадий. В одном-двух случаях из ста особи проходили стадию метаморфозы и превращались во взрослых лягушек. Правда, таких хилых и дефектных, что вряд ли можно говорить об абсолютно точном копировании.

Однако вокруг исследований Гердона поднялся большой шум. Тогда впервые заговорили и о клонировании человека.

Как пишет доктор медицинских наук Леонид Иванович Корочкин, проблемой клонирования животных заинтересовались и в России: «программа „Клонирование млекопитающих“ стояла в плане совместной работы двух лабораторий — моей и академика Д.К. Беляева, обратившего внимание на идею клонирования и поддержавшего исследования в этой области. В 1974 году я даже выступал с докладом на сессии ВАСХНИЛ, опубликованным в книге „Генетическая теория отбора, подбора и методов разведения животных“ (Новосибирск: Наука, 1976) и сообщавшим, что „в настоящее время ставится задача получения клона млекопитающих“, и с преждевременным оптимизмом заключавшим, что задача эта очень сложная, но принципиально разрешимая. Наши начинания первоначально неплохо финансировались, но вскоре государство потеряло к ним интерес. Основным выводом, сделанным нами на основе тех результатов, которые мы успели получить, явилось признание бесперспективности трансплантации ядер при попытках получить клон млекопитающих. Эта операция оказалась слишком травматичной, предпочтительнее было применить метод соматической гибридизации, то есть перенос чужеродного ядра с помощью слияния яйцеклетки с соматической клеткой, ядро которой требовалось поместить в яйцеклетку. Именно такой подход использовал впоследствии Ян Вильмут при получении овечки Долли. Кстати, его сотрудник посещал Новосибирский институт цитологии и генетики АН СССР и беседовал с сотрудниками, когда-то занимавшимися проблемой клонирования (это не значит, конечно, что он непременно воспользовался их идеями).»

В конце 70-х годов американец швейцарского происхождения Карл Иллменсее опубликовал статью, из которой следовало, что ему удалось получить клон из трех мышек. И вновь клональный бум вытеснил все остальные научные новости, вновь зазвучали фанфары, возвещавшие об осуществлении вековой мечты человечества о бессмертии, достижимом, впрочем, своеобразным способом — через искусственное производство себе подобных копий. Горечь разочарования не заставила себя ждать: в научной среде поползли слухи о том, что в опытах Иллменсее что-то нечисто, что их никому (даже самым искусным экспериментаторам) не удается воспроизвести. В конце концов была создана авторитетная комиссия, поставившая на работе Иллменсее крест, признав ее недостоверной. Таким образом, по самой проблеме был нанесен весьма болезненный удар и поставлена под сомнение ее разрешимость. На какое-то время воцарилось спокойствие. И вдруг как гром с ясного неба — овечка Долли!

В феврале 1997 года появилось сообщение о том, что в лаборатории Яна Вильмута в шотландском городе Эдинбурге в Рослинском институте сумели клонировать овцу. Как стало известно позднее, только один опыт из 236 стал удачным. Так появилась на свет овечка Долли, содержащая генетический материал взрослой овцы, умершей три года назад.

Извлеченные яйцеклетки поместили в искусственную питательную среду с добавлением эмбриональной телячьей сыворотки при температуре 37 градусов Цельсия и провели операцию удаления собственного ядра. Для обеспечения яйцеклетки генетической информацией от клонируемого организма использовали разные клетки донора. Наиболее удобными оказались диплоидные клетки молочной железы взрослой беременной овцы.

«Развивающийся зародыш культивировали в течение 6 дней в искусственной химической среде или яйцеводе овцы, перетянутом лигатурой ближе к рогу матки, — отмечает Л.И. Корочкин — На стадии морулы или бластоцисты эмбрионы (от одного до трех) трансплантировали в матку приемной матери, где они могли развиваться до рождения».

Группа ученых из университета в Гонолулу во главе с Риузо Янагимачи решили усовершенствовать метод Вильмута. Они изобрели микропипетку, с помощью которой можно было безболезненно извлекать ядро из соматической клетки и трансплантировать его в обезъядренную яйцеклетку. Еще одно «ноу-хау» группы Янагимачи — использование в качестве донорских относительно менее дифференцированных ядер клеток, окружающих яйцеклетки.

Трансплантируемое дифференцированное в определенном направлении ядро и цитоплазма яйцеклетки до того работали как бы в разных режимах. Для обеспечения естественных ядерно-цитоплазматических взаимоотношений между ядром и цитоплазмой, они добились синхронизации процессов, протекающих в яйцеклетке и трансплантируемом в нее ядре.

Исследования Вильмута и ученых из Гонолулу привели, без сомнения, к выдающимся достижениям. Но перспективы их дальнейшего развития следует оценивать с осторожностью. Получить абсолютно точную копию данного конкретного животного очень сложно. По крайней мере, гораздо сложнее, чем это может показаться при первом знакомстве с проблемой. Главная причина в том, что структурно-функциональные изменения ядер в ходе индивидуального развития животных достаточно глубоки. Если одни гены активно работают, другие инактивируются и «молчат». Сам же зародыш представляет собой своеобразную мозаику полей распределения таких функционально различных генов. Чем выше на иерархической эволюционной лестнице стоит животное, тем большая специализация у организма, и изменения глубже и труднее обратимы.

«У некоторых организмов, — пишет Корочкин, — например, у известного кишечного паразита аскариды, генетический материал в будущих зародышевых клетках остается неизменным в ходе развития, а в других соматических клетках выбрасываются целые большие фрагменты ДНК — носителя наследственной информации. В красных кровяных клетках (эритроцитах) птиц ядра сморщиваются в маленький комочек и не работают, а из эритроцитов млекопитающих, стоящих эволюционно выше птиц, вообще выбрасываются за ненадобностью. У плодовой мушки дрозофилы особенно четко выражены процессы, свойственные и другим организмам: селективное умножение или, наоборот, недостача каких-то участков ДНК, по-разному проявляющиеся в разных тканях. Совсем недавно было показано, что в соматических клетках в ходе их развития хромосомы последовательно укорачиваются на своих концах, в зародышевых клетках специальный белок — теломераза достраивает, восстанавливает их, то есть полученные данные опять-таки свидетельствуют о существенных различиях между зародышевыми и соматическими клетками. И, следовательно, встает вопрос, способны ли ядра соматических клеток полностью и эквивалентно заменить ядра зародышевых клеток в их функции обеспечения нормального развития зародыша.

Уже упомянутый Карл Иллменсее исследовал, насколько дифференцированные ядра дрозофилы способны обеспечить нормальное развитие этого животного из яйца. Оказалось, что до поры до времени зародыш развивается нормально, но уже на ранних стадиях эмбриогенеза наблюдаются отклонения от нормы, возникают уродства, и такой эмбрион неспособен превратиться даже в личинку, не говоря уже о взрослой мухе. У лягушки как существа менее развитого, чем млекопитающие, ядерные изменения менее выражены. И при этом процент успеха при клонировании, как уже отмечалось, невысок (1–2 процента)…

Но млекопитающие значительно сложнее лягушек по своему устройству и степени дифференцированности клеток. Естественно, у них процент успеха будет, по крайней мере, не выше».