Клонирование — история вопроса: первые эксперименты, достижения и перспективы, проблемы и другие факты

Общество с опаской смотрит на клонирование людей, но бизнесмены пополняют банковские счета за счет копий животных. В 2022-м человек мог заказать клон любимой кошки за $35 тыс. или собаки за $50 тыс. Ученые заверяют, что новое животное – копия прежнего питомца, в том числе на генетическом уровне.

Вопрос с репликацией человека стоит острее из-за моральных и этических аспектов и не вызывает такого энтузиазма, как коммерческое воспроизведение животных или растений. Когда появилось клонирование, какие эксперименты проводились и их результат, а также достижения, проблемы, перспективы и возможности отрасли – в материале 24СМИ.

Происхождение термина

Клонированием в биологии именуют метод воспроизведения от одного до миллионов идентичных организмов путем бесполого размножения, в том числе вегетативного. Способ, в зависимости от его применения к группам живых и неживых существ, может быть молекулярным, репродуктивным, терапевтическим. Клонированию на практике подвергаются представители флоры и фауны. В теории можно клонировать человека, но в десятках стран введены уголовные наказания за подобные действия.

Пополнение русского языка термином «клонирование» произошло благодаря английскому – clone, cloning. Изначально значением «клон» описывали группу растений, которые агротехники выводили из растения-производителя вегетативным путем, без использования семян.

Суть клонирования заключается в тиражировании аналогичной генетической информации. Такой вид размножения создал не человек, а природа. Существует понятие «естественное клонирование», которое широко распространено в ботанике. У позвоночных животных классическим примером являются скальные ящерицы. У человека – это монозиготные близнецы.

Ученые изучили способность, которой природа наделила некоторые виды животных, и расширили сферы ее применения при помощи биотехнологий. Клонирование обрело популярность в селекции и микробиологии, впоследствии понятие перебралось в генетику. Активное употребление понятия началось на рубеже XIX–XX веков, когда были совершены ключевые биологические открытия.

История клонирования и первые опыты

Открытие хромосом, ДНК, генов повлияло на молекулярное клонирование. Технология позволяет тиражировать молекулы ДНК, их части и отдельные гены. С помощью молекулярного клонирования создают генетически модифицированные организмы (ГМО), включают или выключают отдельные гены, определяют роль белка в конкретном процессе.

История клонирования началась в 1826 году, когда русский ученый Карл Бэр открыл яйцеклетки млекопитающих. Интерес к воспроизведению особей возник вместе с философскими течениями, которые продвигали идею о том, что все живые создания наполнены нематериальной живительной энергией.

Изыскания в области репликации вел зоолог Ханс Дриш, который изучал эмбрионы морских ежей и земноводных. Ученый разделил оплодотворенную яйцеклетку на две части, которые стали основой для развития двух полноценных особей.

В начале XX века исследователи установили, что техника разделения помогает получить здоровых, но более мелких особей. В некоторых случаях развитие прекращалось на ранних стадиях, поэтому биологи пребывали в поиске более эффективного способа разделения.

Прорыв сделал немецкий ученый Ханс Шпеман с помощью волос новорожденной дочери. Ими эмбриолог перевязывал гибкие яйца саламандры на разных этапах деления клеток. В начале акцент делался на первую часть яйца, в которой находился эмбрион. То есть ученый развивал только одну половину, а вторая оставалась пустой до тех пор, пока Шпеман не ослаблял жгут. Ядро перемещалось во вторую часть, и эмбриолог наблюдал за развитием двух идентичных эмбрионов.

Шпеману помогала молодая научная сотрудница Хильда Мангольд. Ученые проводили опыты по двум направлениям: доставляли ядра в пустующие клетки и переносили части взрослых эмбрионов тритонов особям на ранних этапах развития.

В 1935-м Шпеман стал лауреатом Нобелевской премии. Мангольд не дожила до триумфа – скончалась от травм в результате несчастного случая за 11 лет до мирового признания. Работу оценили советские, американские и китайские ученые, которые улучшили методику. Позже способ назвали переносом ядер соматических клеток. Метод лег в основу современного искусственного клонирования.

Следующий прорыв произошел в 1962 году. Профессор Оксфордского университета Джон Гёрдон провел успешные опыты по клонированию шпорцевой лягушки. Работу ученого раскритиковали. Скептики указали, что Гёрдон использовал ядра клеток кишечника головастиков, в которых могли сохраниться первичные половые клетки.

Поэтому в 1970-м ученый провел доказательный опыт. Гёрдон заменил ядра яйцеклетки на генетически помеченное ядро из соматической клетки взрослой лягушки. Результатом опыта стало появление головастиков и взрослых лягушек. Ученый доказал возможность воспроизведения генетических копий у земноводных.

Развитие технологий: достижения и провалы

Первое клонирование млекопитающего совершили советские ученые, когда в СССР полным ходом шла политика перестройки. В 1987 году биологи копировали мышь-альбиноса при помощи пересадки ядра эмбриональной клетки в неоплодотворенную клетку. Клону дали имя Маша, но западный научный мир не признал достижение советских ученых.

Успех биологов из СССР обделили вниманием, но исследователи, журналисты и далекие от науки люди живо интересовались овечкой Долли, которая родилась в 5 июля 1996 года. Ученые Рослинского университета (Шотландия) во главе с Иэном Уилмутом клонировали овечку, однако сообщили об этом после ряда исследований и наблюдений за развитием животного.

О научном прорыве мир узнал 27 февраля 1997 года. В 2022-м исполнилось 25 лет с момента события, которое произвело революцию в клонировании, превратило отрасль в перспективное направление, сделало объектом для инвестирования.

Многие не понимают: почему овечке Долли оказывали столько внимания, а о мыши советских ученых говорили только в научных кругах СССР. Уникальность опыта шотландских биологов в том, что для клонирования брали не эмбриональную клетку, а соматическую.

Первый вариант близок к естественному размножению, исключается только половой акт. После слияния биологического материала с яйцеклеткой остается только поместить ее в суррогатную мать.

Второй метод уникален и сложен. Для клонирования берется клетка из практически любой части тела животного. Можно из уха, ноздри или хвоста. Главным требованием считается наличие ДНК. В ситуации с Долли за основу взяли клетку молочной железы животного. Примечательно, что клонирование проводили после смерти овечки-донора – ученые заморозили материал.

До Долли вели другие эксперименты, которые отметились успехом – родились два ягненка. Но методика отличалась от случая Долли. Брали две яйцеклетки: в первой ядро убивали ультрафиолетом или химическими агентами и перемещали в нее ядро второй. Затем пытались пересадить соматические ядра из эмбриональных клеток. Результатом второго эксперимента стали ягнята Меган и Мораг.

Имя Долли дали не сразу. Изначально животное носило только номер – 6LL3. Имя овечка получила в честь певицы Долли Партон, которая не так прославилась песнями и голосом, как размером бюста. Овечку, напомним, клонировали благодаря клетке вымени.

Репродуктивная функция у клона работала хорошо, поэтому за жизнь животное произвело на свет шесть ягнят. Потомство также оказалось здоровым. На 6-м году жизни у Долли развился артрит, что стало поводом для критиков ткнуть пальцем в ученых и указать на противоестественный путь рождения Долли. Но артрит у животного лечился легко и без осложнений. Ученые напомнили, что артрит для овец, которые живут в неволе, обычное дело.

Но в 2003-м у Долли нашли серьезную болезнь – рак легких, вызванный ретровирусом. Но и здесь скептики не смогли раскритиковать ученых, потому что данный недуг часто встречается у овец. Биологи решили усыпить животное на 7-м году жизни.

Неудача, которую приписывают эксперименту доктора Уилмута, – это продолжительность жизни Долли. Исследователи выяснили, что даже без развития ракового заболевания животное, вероятнее всего, не дожило бы до седьмого дня рождения.

Основной теорией скептиков считается, что Долли родилась благодаря клеткам старого животного. На это указывает длина теломеров – своеобразных защитных касок на концах хромосом. Они препятствуют разрушению ДНК. У человека и других млекопитающих, в том числе у овец, теломеры укорачиваются по мере старения. Поэтому считается, что Долли родилась уже старой. В среднем овцы живут 10–12 лет. Долли прожила в два раза меньше.

Эксперимент с Долли вдохновил ученых на новые опыты. В 2007-м у покойной овцы появилось четыре клона, здоровье которых в 2016-м оценивалось как превосходное. Только у одной овцы имелся артрит умеренной степени. Ретровирусы не обнаружили, длина теломеров соответствовала возрасту животных.

Научный мир не ограничился клонированием Долли. После нее на свет появлялись репликации свиней, оленей, лошадей, коров, кошек, собак, приматов. Постепенно ученые разрушили миф, что клон животного рождается неполноценным и со слабым здоровьем. В Японии вырастили 25 поколений мышей. Цепочка состоит из клонов предыдущих копий. Здоровье особей не отличается от того, которым обладают мыши, рожденные естественным путем.

В 2014-м американские ученые объявили о начале работы по «воскрешению» мамонтов. Шансы на реализацию задуманного появились благодаря технологии CRISPR, которая помогает ученым точечно менять и удалять те или иные гены. Таким образом, биологи вставили в геном клеток кожи слона гены, которые отвечают за типичные признаки мамонта: небольшие уши, толстый подкожный слой жира, длинная шерсть, бурый цвет.

В Китае использовали технологии клонирования для создания профицита мяса в стране. Промышленники планировали к 2020-му создать производство клонов КРС мощностью 1 млн голов в год. Китайцы первыми начали выращивать органы приматов в телах свиней для трансплантации. Также ученые из Поднебесной утверждали, что у них готова технология для клонирования людей.

Технические и этические проблемы клонирования человека

К 2015-му 70 стран мира приняли на законодательном уровне запрет на клонирование людей. Но в некоторых государствах все же ведутся некоторые работы в данном направлении. В 2006-м в Австралии было получено первое в истории разрешение на клонирование человека. Но с поправкой, что вся деятельность будет направлена на развитие научного прогресса.

Цель терапевтического клонирования заключается в выращивании стволовых клеток, которые применяют для лечения заболеваний. Работу в данном направлении ведут в Великобритании, Бельгии, Швеции, Корее, Японии и ряде других стран. Например, усилия ученых направлены на поиски методики лечения сахарного диабета. В России на законодательном уровне статус терапевтического клонирования не определен. Работы приостановлены до определения юридического статуса.

Что касается создания полноценной копии человека, то здесь ряд трудностей, в том числе технического характера. Минусом технологий считается отсутствие механизма создания личности, которая бы сохранила сознание донора. Пережитый опыт, черты характера и качества, которые называют душой, будут отличаться у клона и донора. Копия проживет жизнь по личным установкам и в процессе получит иной опыт.

Поэтому в теории клонирование рассматривают с практической стороны. Например, создание многочисленной армии, рабочей силы или воспроизведение копий для получения донорских органов. То есть клон музыканта или актера необязательно будет наделен талантами донора и, возможно, захочет построить карьеру в другой сфере. Хотя в кинематографе часто показывают, что клон получает доступ к воспоминаниям донора, но в научной теории это не так.

Минусом считается низкая точность. Например, только при попытке вырастить овечку Долли ученым потребовалось 277 яйцеклеток, 29 из них развились в эмбрионы, из которых выжил только один.

Второй повод для запрета на клонирование связан с социально-этическим аспектом. Опасения ученых вызывает процент неудач при клонировании, вероятность появления неполноценных людей, в том числе мутантов.

Религиозные учения критикуют искусственное клонирование живых организмов, особенно человека. Богословы указывают, что работа ученых направлена на разрушение механизмов, которые отладил Бог. Компромиссные взгляды по вопросу высказывал духовный лидер тибетских буддистов Далай-лама XIV, который поддерживает клонирование в частном порядке, но против потокового использования.

Еще одной препоной для клонирования считаются опасения человека, связанные с генетическими изменениями в будущем. Исследователи не могут спрогнозировать, какие последствия в долгосрочной перспективе для человечества принесут эксперименты с геномом.

Потенциальные перспективы

Несмотря на строгие юридические рамки, клонирование не стоит на месте. Некоторые, подобно Виктору Франкенштейну, ведут тайные исследования. Яркий пример – китайский биофизик Хэ Цзянькуй. Который воспользовался достижениями генной инженерии и отредактировал гены девочек-близнецов Наны и Лулу. Считается, что юные китаянки, фото которых облетело все мировые таблоиды, невосприимчивы к вирусу иммунодефицита человека.

Цзянькуй вел опыты втайне от университета, в котором работал. О достижении ученый рассказал миру после рождения девочек, которые были зачаты при помощи биологического материала отца, зараженного ВИЧ. Китайские власти расценили действия ученого как нарушение законодательства в области экспериментов с людьми. Исследователь получил три года тюрьмы и штраф.

Если Хэ повлиял на устойчивость эмбрионов к ВИЧ-инфекции, то таким образом можно редактировать другие гены, которые отвечают за развитие болезней, передающихся по наследству от родителей.

Генная инженерия также использует клонирование для получения вакцин. По состоянию на 2015 год разрабатывали 420 ДНК-вакцин.

Острой проблемой становится бесплодие. Клеточное клонирование может стать решением для людей, у которых не получается завести детей естественным путем. В XXI веке популярность набрало ЭКО, которое ближе к естественному способу размножения.

В плюсы клонирования относят готового донора органа, который придет на помощь, когда у человека откажут почки или потребуется пересадка кожи. Аргументом продолжения исследований выступает теория, что работа с генами позволит ученым лучше понять их влияние на характер человека.

Клонирование – сравнительно молодое научное направление, которое может серьезно изменить человеческое общество. Вокруг исследований в данной сфере высказываются противоречивые мнения, звучат осуждения и перечисляются преимущества. В начале XXI века мировые лидеры проявили осторожный интерес к направлению, но разработали рамки, которые пока не разрешают ученым выйти на прогрессивный уровень.