Узнайте, что такое клонирование организмов, как оно происходит, можно ли клонировать людей и другие интересные факты об этой противоречивой области науки.
Что такое клонирование организмов?
Термин клонирование организмов описывает ряд различных процессов, которые могут быть осуществлены для получения генетически идентичных копий биологической сущности.
Скопированный материал, который имеет тот же генетический состав, что и оригинал, называется клоном. Исследователи клонировали широкий спектр биологических материалов, включая гены, клетки, ткани и даже целые организмы, такие как овцы.
Что такое биотехнология: раскрытие потенциала
Бывают ли клоны, которые возникли естественным путем?
Да. В природе некоторые растения и одноклеточные организмы, такие как бактерии, дают генетически одинаковое потомство с помощью процесса, называемого бесполым размножением.
При бесполом размножении новая особь генерируется из копии одной клетки родительского организма.
Естественные клоны, также известные как однояйцевые близнецы, встречаются у людей и других млекопитающих. Эти близнецы образуются, когда оплодотворенное яйцо распадается, создавая два или более эмбрионов, которые несут почти идентичную ДНК.
Однояйцевые близнецы имеют почти одинаковый генетический состав, похожий друг на друга, но генетически они отличаются от обоих родителей.
Какие существуют виды искусственного клонирования?
Существует три разных вида искусственного клонирования:
- генное клонирование,
- репродуктивное клонирование
- терапевтическое клонирование.
Клонирование генов дает копии генов или сегментов ДНК.
Репродуктивное клонирование дает копии целых животных.
Терапевтическое клонирование производит зародышевые стволовые клетки для экспериментов, направленных на создание тканей для замещения поврежденных или больных тканей.
Клонирование генов, также известное как клонирование ДНК, – это совсем другой процесс отличный от репродуктивного и терапевтического клонирования.
Репродуктивное и терапевтическое клонирование имеют много одинаковых методов, но они выполняются для разных целей.
ИНТЕРЕСНЫЕ ФАКТЫ ОБ ИСКУССТВЕННОМ ИНТЕЛЛЕКТЕ, О КОТОРЫХ ВЫ НЕ ЗНАЛИ
Как клонируют гены?
Исследователи регулярно используют методы клонирования для создания копий генов, которые они хотят изучить.
Процедура заключается во введении гена от одного организма, который часто называют “чужеродной ДНК”, в генетический материал носителя, называемый вектором.
Примеры векторов включают бактерии, дрожжевые клетки, вирусы или плазмиды, которые представляют собой небольшие круги ДНК, переносимые бактериями.
После вставки гена вектор помещают в лабораторные условия, которые побуждают его размножаться, в результате чего ген копируется многократно.
Как клонируют животных?
В процессе репродуктивного клонирования организмов исследователи удаляют зрелую соматическую клетку, такую как клетка кожи у животного, которое они хотят скопировать.
Затем они переносят ДНК соматической клетки животного-донора в яйцеклетку или ооцит, у которого было удалено собственное ДНК-содержащее ядро.
Исследователи могут добавить ДНК из соматической клетки к пустой яйцеклетке двумя различными способами. При первом методе они удаляют иглой ДНК-содержащее ядро соматической клетки и вводят его в пустую. При втором подходе они используют электрический ток для слияния всей соматической клетки с пустым яйцом.
В обоих процессах яйцеклетка проходит ранний этап развития эмбриона в пробирке, а затем имплантируется в лоно взрослого женского существа.
В конце концов, взрослая самка рождает животное, которое имеет тот же генетический состав, что и животное, которое сдало соматическую клетку.
Это молодое животное называется клоном.
Для репродуктивного клонирования организмов может потребоваться использование суррогатной матери, чтобы позволить развитие клонированного эмбриона, как это было в случае самого известного клонированного организма – овцы Долли.
Каких животных уже клонировали?
В течение последних 50 лет ученые проводили эксперименты по клонированию широкого круга животных, используя различные методики.
В 1979 г. исследователи создали первых генетически идентичных мышей, расщепив эмбрионы мышей в пробирке, а затем имплантировав полученные эмбрионы в лоно взрослых самок мышей.
Вскоре после этого исследователи произвели первых генетически идентичных коров, овец и кур, перенеся ядро клетки, взятой из раннего зародыша, в яйцо, которое лишили его ядра.
Однако лишь в 1996 г. исследователям удалось клонировать первое млекопитающее из зрелой (соматической) клетки, взятой у взрослого животного.
После 276 попыток шотландские исследователи наконец произвели овцу Долли из клетки вымени 6-летней овцы.
Через два года исследователи в Японии клонировали восемь телят от одной коровы, но выжили только четверо.
Кроме крупного рогатого скота и овец, к другим млекопитающим, клонированных из соматических клеток, относятся: кошка, олень, собака, лошадь, мул, вол, кролик и крыса. Кроме того, резус обезьяна была клонирована путем расщепления эмбрионов.
Генотерапия и ее перспективы: презентация медицины будущего
Были ли клонированы люди?
Несмотря на несколько широко разрекламированных заявлений, клонирование человека все еще кажется фантазией. В настоящее время нет надежных научных доказательств того, что кто-то клонировал человеческие эмбрионы.
В 1998 году ученые из Южной Кореи утверждали, что успешно клонировали эмбрион человека, но сказали, что эксперимент был прерван на раннем этапе, когда клоном была только группа из четырех клеток.
В 2002 году Clonaid, которая является религиозной группой, считающей, что людей создали инопланетяне, провела пресс-конференцию, чтобы объявить о рождении первого клонированного человека, девочки по имени Ева.
Однако, несмотря на неоднократные просьбы исследовательского сообщества и средств массовой информации, Clonaid никогда не предоставлял никаких доказательств, подтверждающих существование этого клона или других 12 человеческих клонов, которые они якобы создали.
В 2004 году группа, возглавляемая Ву-Сук Хвангом из Сеульского национального университета в Южной Корее, опубликовала в журнале Science статью, в которой заявляла, что создала клонированный человеческий эмбрион в пробирке. Однако позже независимый научный комитет не нашел доказательств, подтверждающих это заявление, и в январе 2006 года Science объявил, что статья была отозвана.
С технической точки зрения клонирование людей и других приматов сложнее, чем других млекопитающих.
Одна из причин заключается в том, что два белка, необходимые для деления клеток, известные как веретеновые белки, расположены очень близко к хромосомам в яйцеклетках приматов.
Следовательно, удаление ядра яйцеклетки, чтобы освободить место для ядра донора, также удаляет белки веретена, препятствуя делению клеток.
У других млекопитающих, таких как кошки, кролики и мыши, два веретеновых белка распространены по всему яйцу. Следовательно, удаление ядра яйцеклетки не приводит к потере белков веретена.
Кроме того, некоторые красители и ультрафиолет, используемые для удаления ядра яйцеклетки, могут повредить клетку приматов и не дать ей расти.
Всегда ли клонированные животные выглядят одинаково?
Нет. Клоны не всегда выглядят одинаково. Хотя клоны имеют одинаковый генетический материал, окружающая среда также играет большую роль в том, как выглядит и развивается организм.
Например, первая кошка, которую клонировали, внешне сильно отличается от матери. Объяснением разницы является в том, что цвет и рисунок шерсти котов нельзя отнести исключительно к генам. Биологическое явление, включающее инактивацию Х-хромосомы в каждой клетке самки кошки (которая имеет две Х-хромосомы), определяет, какие гены цвета шерсти выключены, а какие включены.
Распределение инактивации X, которое, кажется, происходит случайно, определяет внешний вид кошачьей шерсти.
Каково потенциальное применение клонированных животных?
Репродуктивное клонирование может позволить исследователям делать копии животных с потенциальной выгодой для отрасли медицины и сельского хозяйства.
Например, те же шотландские исследователи, которые клонировали Долли, клонировали других овец, которые были генетически модифицированы для получения молока, содержащего белок, необходимый человеку для свертывания крови.
Надеемся, что когда-то этот белок можно очистить от молока и давать людям, у которых кровь не сворачивается должным образом.
Другим возможным использованием клонированных организмов является тестирование новых препаратов и стратегий лечения.
Большим преимуществом использования клонированных животных для тестирования на медикаменты является то, что все они генетически идентичны, что означает, что их реакция на лекарства должна быть равномерной, а не переменной, как это наблюдается у животных с разным генетическим составом.
Проконсультировавшись со многими независимыми учеными и экспертами по клонированию, Управление по контролю за продуктами и лекарствами США (FDA) в январе 2008 года решило, что мясо и молоко от клонированных животных, таких как крупный рогатый скот, свиньи и козы, являются столь же безопасными, как и от неклонированных животных.
Однако, поскольку клонирование организмов все еще очень дорогое, вероятно, потребуется много лет, пока продукты питания от клонированных животных действительно не появятся в супермаркетах.
Другим применением является создание клонов для восстановления популяций исчезающих или, возможно, даже вымерших видов животных.
В 2001 году исследователи произвели первый клон вида, находящегося под угрозой исчезновения: вида азиатского вола, известного как гуар. К сожалению, детеныш гуара, который рос внутри суррогатной матери коровы, умер буквально через несколько дней после его рождения.
В 2003 году был успешно клонирован другой исчезающий тип быка под названием Banteg.
Вскоре три африканских диких кота были клонированы с использованием замороженных эмбрионов в качестве источника ДНК.
Хотя некоторые эксперты считают, что клонирование может спасти многие виды, которые в противном случае исчезнут, другие утверждают, что клонирование дает популяцию генетически одинаковых особей, которым не хватает генетической изменчивости, необходимой для выживания видов.
Некоторые люди также выразили заинтересованность в клонировании своих умерших домашних животных с надеждой получить подобное животное на замену мертвому. Но, как показал клонированный кот, клон может оказаться не совсем таким, как оригинальный питомец, чья ДНК была использована для создания клона.
Каковы потенциальные недостатки клонирования организмов?
Репродуктивное клонирование является очень неэффективной техникой, и большинство клонированных эмбрионов животных не могут вырасти в здоровых особей.
Например, Долли была единственным клоном, который родился вживую из 277 клонированных эмбрионов.
Эта очень низкая эффективность в сочетании с проблемами безопасности является серьезным препятствием для применения репродуктивного клонирования.
Исследователи наблюдали некоторые неблагоприятные последствия для здоровья овец и других млекопитающих, которые были клонированы. Сюда входят увеличение количества родов и различные дефекты жизненно важных органов, таких как печень, мозг и сердце.
Другие последствия включают преждевременное старение и проблемы с иммунной системой.
Другая потенциальная проблема сосредоточена на относительном возрасте хромосом клонированной клетки. Когда клетки проходят свои обычные круги деления, кончики хромосом, называемые теломерами, сжимаются. Со временем теломеры становятся настолько короткими, что клетка уже не может делиться и, следовательно, клетка погибает. Это часть естественного процесса старения, который, кажется, происходит во всех типах клеток.
Как следствие, клоны, созданные из клетки, взятой у взрослого человека, могут иметь хромосомы, которые уже короче нормы, что может обречь клетки клонов на более короткий срок жизни.
Действительно, Долли, которую клонировали из клетки 6-летней овцы, имела хромосомы, которые были короче, чем у других овец ее возраста. Долли умерла, когда ей было шесть лет, примерно вдвое меньше средней продолжительности жизни овец, которая составляет 12 лет.
Что такое терапевтическое клонирование?
Терапевтическое клонирование предполагает создание клонированного эмбриона с единственной целью производства эмбриональных стволовых клеток с той же ДНК, что и клетка-донор.
Эти стволовые клетки могут быть использованы в экспериментах, направленных на понимание болезни и разработку новых методов лечения болезни. На сегодняшний день нет никаких доказательств того, что эмбрионы человека производили для терапевтического клонирования.
Самым богатым источником эмбриональных стволовых клеток является ткань, образующаяся в течение первых пяти дней после того, как яйцеклетка начала делиться. На этой стадии развития, которая называется бластоциста, эмбрион состоит из скопления около 100 клеток, которые могут стать любым типом клеток. На этой стадии развития из клонированных эмбрионов собирают стволовые клетки, что приводит к разрушению эмбриона, пока он еще находится в пробирке.
Каковы потенциальные применения терапевтического клонирования?
Исследователи надеются использовать эмбриональные стволовые клетки, которые обладают уникальной способностью генерировать практически все типы клеток в организме, для выращивания здоровых тканей в лаборатории, которые можно использовать для замещения поврежденных или больных тканей.
Кроме того, возможно, можно будет узнать больше о молекулярных причинах заболевания, изучая линии эмбриональных стволовых клеток из клонированных эмбрионов, полученных из клеток животных или людей с различными заболеваниями.
Наконец, дифференцированные ткани являются прекрасным инструментом для тестирования новых терапевтических препаратов.
Каковы потенциальные недостатки терапевтического клонирования?
Многие исследователи считают, что стоит изучить использование эмбриональных стволовых клеток в качестве пути лечения заболеваний человека.
Однако некоторые эксперты обеспокоены поразительным сходством между стволовыми и раковыми клетками. Оба типа клеток способны бесконечно размножаться, и некоторые исследования показывают, что после 60 циклов деления клеток стволовые клетки могут накапливать мутации, которые могут привести к раку.
Поэтому взаимосвязь между стволовыми клетками и раковыми клетками нужно четче изучить, если стволовые клетки будут использоваться для лечения заболеваний человека.
Какие есть этические проблемы, связанные с клонированием живых организмов?
Клонирование генов – это тщательно регламентированная техника, которая сегодня широко принята и применяется во многих лабораториях мира.
Однако как репродуктивное, так и терапевтическое клонирование организмов поднимают важные этические проблемы, особенно в отношении потенциального использования этих методов на людях.
Репродуктивное клонирование организмов представляло бы потенциал создания человека, генетически идентичного другому человеку, который существовал ранее или который все еще существует.
Это может противоречить древним религиозным и общественным ценностям в отношении человеческого достоинства, возможно, нарушая принципы индивидуальной свободы, идентичности и автономии.
Однако некоторые утверждают, что репродуктивное клонирование может помочь стерильным парам осуществить свою мечту об отцовстве. Другие рассматривают клонирование человека как способ избежать передачи вредного гена, протекающего в семье, без необходимости проходить скрининг эмбрионов или отбор эмбрионов.
Терапевтическое клонирование, хотя и предлагает потенциал для лечения людей, страдающих заболеваниями или травмами, потребовало бы уничтожения человеческих эмбрионов в пробирке. Следовательно, противники утверждают, что использование этой техники для сбора эмбриональных стволовых клеток является неправильным, независимо от того, используются ли эти клетки для помощи больным или раненым людям.
Источник: www.genome.gov/
