Клонирование организмов
Клон – это точная генетическая копия живого организма.
В природе клоны широко распространены. Это, конечно же, потомки . Так как полового процесса не происходит, не изменяется . Поэтому дочерний организм является точной генетической копией предыдущего .
Клоны так же создаются с участием человека. Зачем это делается? Представьте, ведется многолетняя работа по отбору и гибридизации растений, из всех полученных гидридов, у одного очень удачная комбинация генов (например, сочные плоды больших размеров). Как размножить это растение? Если проводить скрещивание, то произойдет рекомбинация генов. Поэтому проводят .
Многие культурные сорта являются клонами изначально полученного растения. (Фиалки, например, размножают листьями). Можно даже получить клон растения всего из одной клетки.
- сначала выращивается культура клеток ,
- потом воздействуют нужными гормонами для дифференцировки тканей , и
- воссоздается новый организм.
С помощью этого метода можно будет получать больше урожая, чем через стандартное разведение. Возможно, в будущем мы будем получать растительные продукты не с полей, а из пробирок.
Огромные площади земли заменит лаборатория. А колхозники останутся без работы.
Но как создавать клоны организмов, неспособных к бесполому размножению (позвоночных к примеру)?
Это возможно. Такое явление встречается даже в природе. Это – .
Из одной зиготы развивается не один организм, при том эти организмы являются генетическими копиями друг друга (так как развились из одной зиготы).
Такое явление позволило возникнуть близнецовому методу (благодаря ему, изучается влияние наследственности и среды на признаки).
Появилась идея искусственного клонирования организмов .
В теории она проста: если из зиготы удалить собственное , и поместить ядро из соматической клетки, то разовьется организм – точная генетическая копия, клон донора соматической клетки.
Практически осуществить это получилось не сразу.
В 60-е года были проведены опыты по клонированию . Из икринок лягушек вытаскивали ядра и засовывали ядра, взятые из соматических клеток (метод такой пересадки ядер, между прочим, был разработан у нас в СССР в 1940 году ученым Г.В. Лопашовым). Получились клоны лягушки. С амфибиями проще, у них оплодотворение и эмбриональное развитие происходит во внешней среде.
Как быть с ?
Икру то они не метят. В 1996 году группа британских ученых (это не фигура речи, они действительно из Британии) под руководством Иэна Уилмута сделала огромное достижение в области биологии. Они, с помощью метода пересадки ядра, клонировали овцу.
Из клетки ткани вымени уже умершей к моменту эксперименту овцы (организма-прототипа) взяли ядро. Из другой овцы взяли яйцеклетку и, предварительно удалив ее собственное ядро, трансплантировали ядро из клеток овцы-прототипа. Полученную уже диплоидную клетку (диплоидную, так как ядро взято из соматической клетки) поместили в другую овцу, которая стала суррогатной матерью. Полученного ягненка назвали Долли.
Она была генетической копией овцы-прототипа.
Но Долли не была первым в истории клоном млекопитающего. И до нее проводились удачные эксперименты. В чем новшество? В том, что ранее брались либо эмбриональные, либо стволовые клетки для донорства ядер. В случае с Долли были взяты уже дифференцированные клетки взрослого организма (клетки вымени). Овечка Долли прожила достойную жизнь, несколько раз становилась мамой. Рожала совершенно здоровых ягнят. Долли ничем не отличалась от других овец, только тем, что она являлась клоном. К концу жизни Долли заболела артритом. Ее усыпили. Болезнь эта никаким образом не связана с клонированием: ей болеют и обычные овцы.
Эксперимент с Долли продемонстрировал возможность и безопасность клонирования млекопитающих.
Какова практическая значимость клонирования? Оно позволяет решить некоторые проблемы:
- можно увеличить численность — спасти от вымирания популяции, которые сами уже не могут поддерживать свою численность и, по сути, обречены;
- клонирование дает возможность в прямом смысле воскресить вымершие виды, если сохранились образцы ядер клеток этих организмов (вспомните Парк Юрского периода);
- не обязательно выращивать целиком новый организм. Можно выращивать отдельно органы и заменять ими поврежденные. У человека отказала . Взяли у него одну клетку – вырастили новую. И отторгаться она не будет , так как не содержит чужеродных белков: все свое.
В теории все прекрасно, на практике возникают некоторые проблемы.
Прежде всего, это чисто «механические» проблемы. Несовершенство методов. Белые пятна, пробелы в знаниях: не все еще известно о генах и всех их тонкостях.
Еще одна проблема скрыта в ядре. В процессе дифференциации клеток происходит и дифференциация ядер этих клеток: некоторые гены отключаются, некоторые активируются. То есть в ядре, взятом для пересадки в яйцеклетку, могут быть отключены некоторые гены, которые необходимы для нормального развития зародыша. Понятно, что в этом случае нормального развития не получится.
Есть проблема этическая — клонирование человека. Сути ее я не понимаю, лично мне она кажется надуманной. Поэтому комментировать ее не буду.
Последняя проблема, которую мы рассмотрим – это проблема старения ядер. В ядрах есть счетчики старения организма – теломеры. С каждым делением они все короче и короче. Очевидно, нужен способ искусственно «сбросить до заводских настроек» ядро: отменить отключение генов, восстановить теломеры.
На клонирование организмов возлагаются огромные надежды. В этом методе видят излечение болезней . Область открыта для исследований: еще многое нужно изучить.
Тело человека, каким бы совершенным оно не было, имеет свойство стареть. Можно ли вырастить идентичное тело на замену старому и переселить в него свой мозг? Об этом мечтали люди и писали фантасты на протяжении многих лет. Клонировать можно не только человека (да и вообще это не этично, хоть и возможно), но также животное, даже давно вымершее. Эти и другие цели стоят в приоритете перед генной инженерией. Клонирование - один из краеугольных камней будущего, за которыми нас ждут великие свершения в науке и технике.
Только вдумайтесь - со дня рождения клонированной овечки Долли в 1996 году прошло более двадцати лет! уже давно превратилось из фантастики в реальность и в мире уже существует множество биотехнологических компаний, предоставляющих такую необычную услугу. Как правило, их клиентами являются любители домашних животных, которые хотят видеть своих любимцев даже после их смерти. Одной из таких компаний является китайская Sinogene Biotechnology, в лаборатории которой недавно родился клонированный котенок по кличке Чеснок. Биологи берут за работу довольно большие деньги, но это того стоит.
Когда Барбара Стрейзанд рассказала журналу Variety, что клонировала свою собаку за 50 000 долларов, многие впервые узнали, что копирование домашних любимцев и других животных - это реально. Да-да, вы не ошиблись: вы можете заплатить за клонирование собаки, лошади или любимого бычка и получить живую копию через пару месяцев. , от которой у меня до сих пор мурашки по коже, пойдет про Монни Маст, фотографа из Мичигана, которая оплатила клонирование Билли Бина, лабрадора-ретривера, принадлежавшего ее старшей дочери Мие.
БЕСПОЛОЕ РАЗМНОЖЕНИЕ
В природе существует два основных типа размножения - бесполое и половое. Каждый из этих типов делится на несколько подтипов. В данном случае нас интересует бесполое размножение. Оно происходит без образования гамет при участии одного организма. "При бесполом размножении образуются идентичные потомки, а единственным источником генетической изменчивости служат случайные мутации"(1). Такое потомство, происходящее от одной родительской особи, называют клоном. Члены одного клона могут быть разными только вследствие случайной мутации. Существует подтипов бесполого размножения.
Деление
Таким способом размножаются простейшие одноклеточные организмы: каждая особь делится на несколько (две и более) дочерних клеток, которые идентичны материнской клетке. Перед делением происходит репликация ДНК, а у эукариотической клетки - также деление ядра. В основном происходит бинарное деление, при котором из одной материнской образуются две одинаковые дочерние клетки. Так делятся бактерии, простейшие и некоторые водоросли. Существует также множественное деление - процесс, при котором "вслед за рядом повторных делений клеточного ядра происходит деление самой клетки на множество дочерних клеток" (2). Наблюдается у таких простейших, как споровики. Эти дочерние клетки являются спорами. Спора - одноклеточная единица, состоящая из небольшого количества цитоплазмы и ядра и имеющая микроскопические размеры.
Почкование
Почкование - форма бесполого размножения, когда дочерняя клетка образуется в виде выроста, очень напоминающего почку растения. Этот вырост появляется на родительской особи, а затем, отрываясь от него, ведёт самостоятельный образ жизни. При этом отпочковавшаяся особь идентична родительскому организму. Размножение почкованием встречается у разных групп организмов: у кишечнополостных (гидра) и у одноклеточных грибов (дрожжи).
Размножение фрагментами (фрагментация)
"Фрагментацией называют разделение особи на две или несколько частей, каждая из которых растёт и образует новую особь".(3) Фрагментацию можно наблюдать у некоторых низших животных, которые в силу своих слабо дифференцированных клеток сохраняют значительную способность к регенерации. Таких животных используют для экспериментального изучения процесса фрагментации. Часто при этом используют свободноживущую планарию. Эти эксперименты помогают понять процесс дифференцировки. В результате этого процесса каждая клетка приобретает определённую структуру, которая позволяет ей выполнять ряд специфических функций более эффективно. Это является одним из важнейших событий, которые происходят в процессе развития.
Клонирование
Итак, клонирование - "получение идентичных потомков при помощи бесполого размножения"(4). По-другому определение клонирования звучит так "Клонирование - это процесс изготовления генетически идентичных копий отдельной клетки или организма" (5). То есть эти организмы похожи не только внешне, но и генетический код, заложенный в них, одинаков.
Возможности клонирования открывают новые перспективы для садоводов-огородников, фермеров-животноводов, а также для его медицинского применения. "Одной из главных задач в данной области является создание коров, в молоке которых будет содержаться сыворотка человеческого алгаомина. Эта сыворотка используется для лечения ожогов и иных травм, и мировая потребность в ней составляет от 500 до 600 тон в год" (6)(рисунок). Это одно направление. Второе - создание органов животных, которые можно будет использовать для трансплантации человеку. "Во всех странах существует серьезный недостаток донорских органов - почек, сердец, поджелудочных желез, печени. Поэтому идея, что можно создать практически конвейерное производство трансгенетических свиней, по графику поставляющих такие органы для пациентов, специально подготовленных для приема этих органов, вместо того, чтобы отчаянно пытаться найти подходящую ткань у донора-человека - такая идея является волнующей перспективой" (7). Путём клонирования можно получать животных с высокой продуктивностью яиц, молока, шерсти или таких животных, которые выделяют нужные человеку ферменты (инсулин, интерферон, химозин). "Человеческие ферменты можно получать и более простым способом: взяв нужную клетку крови человека, клонировать её и вырастить клеточную культуру, которая в лабораторных условиях будет производить нужный фермент. Комбинируя методы генной инженерии с клонированием, можно вывести трансгенные сельскохозяйственные растения, которые смогут сами себя защищать от вредителей или будут устойчивы к определённым болезням."(8).
Структурно-функциональная организация генетического материала
Наследственность и изменчивость - фундаментальные свойства живого.
Жизнь как особое явление характеризуется продолжительностью существования во времени. Это обеспечивается преемственностью живых систем. В основе такого непрерывного существования во времени лежит способность биологических систем к самовоспроизведению. "Сохранение жизни в меняющихся условиях оказывается возможным благодаря эволюции живых форм, в процессе которой у них появляются изменения, обеспечивающие приспособление к новой среде обитания. Непрерывность существования и историческое развитие живой природы обусловлены двумя фундаментальными свойствами жизни: наследственностью и изменчивостью." (9) Рассмотрим эти свойства более подробно. Наследственность. Что под этим подразумевается? На клеточном и организменном уровнях под наследственностью понимают способность биологических систем сохранять и передавать в процессе самовоспроизведения строение, особые функции, развитие. На популяционно-видовом уровне организации жизни наследственность проявляется в поддержании постоянного соотношения генетических форм в ряду поколений данного вида. На биоценотическом уровне- в обеспечении сохранения определённого соотношения видов организмов, которые образуют биоценоз. В ходе возникновения и развития жизни на земле наследственность играла огромную, решающую роль, так как закрепляла полезные изменения, происходящие в организме, таким образом, обеспечивая как бы консерватизм организации живых систем. Поэтому можно сделать вывод, что наследственность является одним из главных факторов эволюции. "Изменчивостью называется вся совокупность различий по тому или иному признаку между организмами, принадлежащими к одной и той же природной популяции или виду."(10) На уровне отдельных клеток и организмов изменчивость проявляется в возникновении отличий между ними, так как затрагивается их индивидуальное развитие (онтогенез). На популяционно-видовом уровне организации жизни это свойство проявляется в наличии генетических различий между отдельными представителями популяции вида. Благодаря этому появляются новые виды организмов, что вносит разнообразие, а так же изменения в межвидовые взаимоотношения в биоценозах. Изменчивость в определённом смысле отражает динамичность организации живых систем и тоже является решающим фактором эволюции.
"Несмотря на то что по своим результатам наследственность и изменчивость разнонаправлены, в живой природе эти два фундаментальных свойства образуют неразрывное единство, чем достигается одновременно сохранение в процессе эволюции имеющихся биологически целесообразных качеств и возникновение новых, делающих возможным существование жизни в разнообразных условиях."(11)
Цитоплазматическое наследование
В начале XX в. было обнаружено, что в клетках имеется внехромосомный наследственный материал. Он располагается в различных цитоплазматических структурах и определяет собой особую цитоплазматическую наследственность. Наличие некоторого количества наследственного материала в цитоплазме в виде кольцевых молекул ДНК митохондрий и пластид, а также других внеядерных генетических элементов даёт основание для специального рассмотрения их участия в формировании фенотипа в процессе индивидуального развития. Цитоплазматические гены не подчиняются законам Менделя о наследовании, которые определяются поведением хромосом при процессах: митозе, мейозе и оплодотворении. Так как образующийся вследствие оплодотворения организм получает цитоплазматические структуры вместе с яйцеклеткой, то цитоплазматическое наследование идёт по материнской линии. Этот тип наследования был впервые описан К. Корренсом в 1908 г. в отношении признака пёстрых листьев у некоторых растений (рисунок). Позднее было установлено, что развитие этого признака обуславливается мутацией, которая возникает в ДНК хлоропластов и нарушает в них синтез хлорофилла. Размножение в клетках нормальных (зелёных) и мутантных (бесцветных) пластид, их последующее затем случайное распределение между дочерними клетками приводят к появлению отдельных клеток, совершенно лишённых нормальных пластид. Потомство таких клеток и образует обесцвеченные участки на листьях. Таким образом, фенотип потомства зависит от фенотипа материнской особи, то есть у растения с зелёными листьями потомство будет абсолютно нормальным, потомство растения с бесцветными листьями будет такой же фенотип. Для клонирования это важно, так как при этом процессе ядро яйцеклетки заменяется ядром соматической клетки из ткани животного, и цитоплазматические гены должны запустить программу роста и развития этой клетки. Здесь решаются проблемы связанные с хромосомами.
Положения хромосомной теории
Термин хромосома был предложен в 1888г. немецким морфологом В. Вальдейером. Он применил этот термин для обозначения внутриядерных структур эукариотической клетки, которые хорошо окрашиваются основными красителями (от греческого хрома - цвет и сома - тело).
Представление о хромосомах как носителях комплексов генов было составлено наблюдения сцеплённого наследования родительских признаков друг с другом при передаче их из поколение в поколение. Такое сцепление признаков объяснили размещением соответствующих генов в хромосоме, которая является достаточно устойчивой структурой, сохраняющей состав генов в ряду поколений клеток и организмов.
Согласно хромосомной теории наследственности, совокупность генов, входящих в состав одной хромосомы, образует группу сцепления. Каждая хромосома уникальна по набору заключённых в ней генов. Поэтому число групп сцепления в наследственном материале организмов, принадлежащих к одному виду, определяется количеством хромосом в гаплоидном наборе их половых клеток. При оплодотворении образуется диплоидный набор, каждая группа сцепления которого представлена двумя видами - отцовской и материнской хромосомами, несущими разные наборы соответствующего комплекса генов.
Представление о линейном расположении генов в хромосомах возникло на основе нередко наблюдаемого процесса рекомбинации (взаимообмена) между материнским и отцовским комплексами генов, заключённых в гомологичных хромосомах. Установили, что частота рекомбинации характеризуется определённым постоянством для каждой пары генов и различна для разных пар. Это наблюдение дало возможность предположить связь частоты рекомбинации с последовательностью расположения генов в хромосоме.
Таким образом, была доказана роль хромосом как основных носителей наследственного материала в эукариотической клетке.
Роль ДНК в наследственности
В начале ХХ века Саттон и Бовери высказали верную мысль о том, что именно хромосомы передают генетическую одного поколения другому и сформулировали так называемую хромосомную теорию наследственности. "Согласно этой теории, каждая пара факторов локализована в паре гомологичных хромосом, причём каждая хромосома несёт по одному фактору. А так как число признаков у любого организма во много раз больше числа его хромосом, видимых в микроскоп, каждая хромосома должна содержать множество факторов. ."(12) В ряде экспериментов Альфред Мирский показал, что у особей одного вида все соматические клетки содержат
равное количество ДНК, которое вдвое больше количества ДНК в гаметах. То же самое относится и к содержанию в хромосомах белка, так что эти данные мало способствовали выяснению природы генетического материала.
В 1928 г. английский микробиолог Фредерик Гриффит поставил опыт. Во времена, когда антибиотики ещё не были известны, он пытался приготовить вакцину против пневмококка - возбудителя одной из форм пневмонии. Были известны две формы этой бактерии, одна из них обладает студенистой капсулой и вирулентна (вызывает заболевание), а другая не имеет этой капсулы и не вирулентна. Способность вызывать пневмонию и была, видимо, связана с наличием этой капсулы. Опыты по введению разных форм этих бактерий дали результаты, представленные в таблице 1.
Таблица 1
Результаты эксперимента Гриффита
"При вскрытии погибших мышей в них были обнаружены живые инкапсулированные формы. На основании этих результатов Гриффит сделал вывод, что от убитых нагреванием инкапсулированных форм к живым бескапсульным формам передаётся какой-то фактор, заставляющий их вырабатывать капсулы и становиться вирулентными."(13) Но природа этого трансформирующего фактора оставалась неизвестной до 1944 г., когда удалось выделить и идентифицировать его. Эвери, Мак-Карти и Мак-Лео установили, что удаление полисахаридной капсулы и белковой фракции из клеточных экстрактов не влило на способность трансформировать бескапсульные формы, но добавление фермента дезоксирибонуклеазы (ДНКазы), гидролизирующей ДНК, препятствовало трансформации. Способность высокоочищенных экстрактов ДНК из инкапсулированных клеток вызывать трансформацию показала, что фактором Гриффта была ДНК.
Химический состав хромосом
Изучение химической организации хромосом эукариотических клеток показало, что они состоят в основном из ДНК и белков, которые образуют нуклеопротеиновый комплекс.
Как было доказано исследованиями, ДНК является носителем свойств наследственности и изменчивости и заключает в себе биологическую информацию - своеобразную программу развития клетки и организма, записанную с помощью особого кода. Количество ДДНК в ядрах клеток организма данного постоянно и пропорционально их плоидности. В диплоидных соматических клетках организма её в два раза больше, чем в гаметах. Увеличение числа хромосомных наборов в полиплоидных клетках сопровождается пропорциональным увеличением количества ДНК в них.
Белки составляют значительную часть вещества хромосом. На них приходится около 65% массы этих структур. Белки в хромосомах делятся на две группы: гистоны и негистоновые белки.
Помимо ДНК и белков в составе хромосом обнаружены РНК, липиды, полисахариды, ионы металлов.
РНК содержится во всех живых клетках в виде одноцепочечных молекул. Она отличается от ДНК тем, что содержит рибозу (вместо дезоксирибозы ДНК), а в качестве одного из пиримидиновых оснований - урацил (вместо тимина). Анализ РНК, содержащихся в клетке, показал, что существует три типа РНК, которые участвуют в синтезе белковых молекул. Во-первых, это матричная, или информационная, РНК (иРНК или иРНК), которая выполняет роль посредника при синтезе белков. Во-вторых, транспортная РНК (тРНК), которая является связующим звеном между триплетным кодом, содержащимся в мРНК, и аминокислотной последовательностью полипептидной цепи. И, в-третьих, рибосомная РНК (рРНК), которая находится в цитоплазме, где связана с белковыми молекулами, образуя вместе с ними клеточные органеллы - рибосомы. Все три типа РНК синтезируются непосредственно на ДНК, которая служит основой для этого процесса. Количество РНК в каждой клетке находится в прямой зависимости от количества вырабатываемого этой клеткой белка.
Данные, полученные экспериментами на самых разных организмах, показали, что процесс синтеза белка состоит из двух процессов, представленных на рисунке.
Природа генов
В 1866 г. Мендель высказал предположение, что признаки организмов определяются наследуемыми единицами, которые он назвал "элементами". Позже их называли "факторами" и, наконец, генами. Было выяснено, что гены находятся в хромосомах, с которыми они и передаются из поколения в поколение. Если рассматривать ген как единицу мутации, то ему можно дать такое определение: "Ген - это наименьший участок хромосомы, который может быть отделён от примыкающих к нему участков в результате кроссинговера" (14). "Кроссинговер - обмен генетическим материалом между гомологичными хромосомами" (15). Если же рассматривать процесс мутирования, то геном можно назвать "наименьший участок хромосомы, способный претерпеть мутацию"(16).
Способы клонирования
Как уже говорилось выше, получение идентичных потомков при помощи бесполого размножения называется клонированием. Этот метод возник в результате попыток доказать, что ядра зрелых клеток, которые закончили своё развитие, содержат всю информацию, необходимую для кодирования всех признаков организма, специализация каждой клетки обусловлена включением определённых генов или их выключением, а не утратой некоторых из них. Первый успех был достигнут профессором Корнельского университета Стюардом. Он доказал, что, выращивая отдельные клетки съедобной части моркови в среде, содержащей нужные питательные вещества и гормоны, можно индуцировать процессы клеточного деления, приводящие к образованию новых клеток моркови.
"Первым, кто доказал возможность искусственного получения близнецов, был немецкий эмбриолог Дриш. Разделив клетки двуклеточного зародыша морского ежа, он получил два генетически идентичных организма.
Первые успешные опыты по трансплантации ядер клеток тела в яйцеклетку осуществили в 1952 году Бриге и Кинг, проводившие опыты с амебами. А в 1979 году англичанин Виладсен разработал метод получения однояйцевых близнецов из эмбрионов овцы и коровы. Однако развития эмбрионов добиться не удалось" (17). А в 1976 году Дж. Гердон доказал возможность клонирования на лягушках. Однако лишь в 1983 году учёным удалось получить серийные клоны взрослых амфибий (рисунок).
Как же, вопреки строгой закономерности, можно заставить клетку развиваться только с материнским диплоидным набором хромосом? Теоретически решение этой проблемы возможно двумя способами: хирургическим и "терапевтическим".
Хронологически второй метод изобретён намного раньше. Сто лет назад зоолог Московского университета А. А. Тихомиров открыл, что яйца тутового шелкопряда под воздействием различных химических и физических реакций могут развиваться без оплодотворения. Такое развитие было названо партеногенезом. Но оно рано останавливалось: партеногенетические эмбрионы погибали ещё до вылупления личинок из яиц.
Б. Л. Астауров в 30-е годы в результате длительных исследований подобрал термическое воздействие, которое одновременно блокировало стадию мейоза, то есть превращение диплоидного ядра яйцеклетки в гаплоидный, и активировало неоплодотворённое яйцо к развитию. С ядром, оставшимся диплоидным, развитие заканчивалось вылуплением личинок, повторяющих генотип матери, включая пол.
Клонировать млекопитающих можно, как упоминалось, и другим способом - хирургическим. Он основан на замене гаплоидного ядра яйцеклетки на диплоидное ядро, взятое из клеток эмбрионов. Эти клетки ещё не дифференцированы, то есть не началась закладка органов, поэтому их ядра легко заменяют функцию диплоидного ядра только что оплодотворённой клети. Таким методом в США (1952) У. Р. Бриггс и Т. Дж. Кинг, в Англии Д. Б. Гордон (1960) получили генетические копии лягушки, а в 1997 году шотландец И. Уилмут получает хирургическим путём знаменитую овцу Долли (рисунок) - генетическую копию матери. Для этого из клеток её вымени было взято ядро для пересадки в яйцеклетку другой овцы. Успеху способствовало то, что взамен инъецирования нового ядра применялись воздействия, приводящие к слиянию лишённой ядра яйцеклетки с обычной неполовой клеткой. После этого яйцеклетка с заменённым ядром развивалась как оплодотворённая. Очень важно, что этот метод позволяет взять ядро клонируемой особи в зрелом возрасте, когда уже известны её важные для человека хозяйственные признаки. Но у Долли были не слишком удачные предшественники. Её создатель, Ян Уилмут, произвёл 277 ядерных трансплантаций: получил 277 эмбрионов, из которых только 29 прожили дольше шести дней, и один из которых развился в полноценного ягнёнка, названного Долли.
"Профессор Нейфах и его коллеги из Института биологии развития Российской недавно скопировали каспийского осетра. Технология тут примерно такова. В клетке осетра убивают ядро, на его место вводят два сперматозоида и тепловым ударом заставляют их слиться воедино. Процесс слияния был необходим затем, чтобы удвоить набор хромосом в спермии. Далее уже все определяется умением задействовать сложные внутренние связи и, в конце концов, "выходить" зародыш, создав ему благоприятные условия. Основной аргумент российских биологов - они пытаются спасти каспийского осетра как вид. По размерам искусственные осетры, правда, пока не дотягивают до нормы, но, как утверждают исследователи, это уже технические трудности" (18).
"А ученые из университета штата Висконсин опробовали новую методику клонирования млекопитающих, отличную от той, что применялась учеными из Рослингского института, вырастившими Долли. В качестве основного исходного материала новаторы использовали яйцеклетку коровы. Ее лишали так называемого генетического кода и имплантировали молекулы ДНК других клонируемых животных - свиньи, крысы, овцы или обезьяны. При этом источником наследственного материала служили клетки тканей взрослых особей, взятые, например, из свиного или крысиного уха. После искусственного оплодотворения из коровьей яйцеклетки, получившей новую генетическую информацию, развивался зародыш другого млекопитающего - копия генетического донора. Таким образом, ученым удалось благополучно вырастить в лабораторных условиях эмбрионы свиньи, крысы, овцы, обезьяны да и самой коровы.
Специалисты из Висконсинского университета уверены, что их исследования имеют важное значение для развития генной инженерии и изучения возможностей генетического донорства. Руководители этих работ Нил Ферст, одним из первых в США приступивший к опытам по клонированию коров, и Таня Доминко полагают, что использованная ими методика в будущем сможет помочь сохранению исчезающих и редких видов животных." (19).
Учтя опыт шотландцев, американцы несколько изменили метод клонирования, использовав ядра эмбриональных (зародышевых) фибробластов - клеток, дающих соединительную ткань, взятых из взрослого организма. Таким образом, они резко увеличили эффективность метода, а также облегчили задачу введения "чужого" гена, так как в культуре фибробластов это сделать значительно легче.
Сейчас перед людьми не стоит вопроса: "Клонировать или нет?" Конечно клонировать. Благодаря этому открываются новые возможности. Например, в сельском хозяйстве можно получить высоко продуктивных животных или животных с человеческими генами. А также клонирование органов и тканей - задача номер один в траспланталогии. Стоит другой вопрос: "Разрешить ли клонирование человека?" С одной стороны это возможность бездетных людей иметь своих собственных детей, а с другой - возможность получения новых Наполеонов и Гитлеров, а также получение клонов для последующего использования их в качестве доноров необходимых органов.
Вопрос клонирования человека остаётся открытым!!
1. Н. Грин, У Стаут, Д. Тейлор "Биология 3", стр.108
2. Н. Грин, У Стаут, Д. Тейлор "Биология 3", стр.108
3. Н. Грин, У Стаут, Д. Тейлор "Биология 3", стр.109
4. Н. Грин, У Стаут, Д. Тейлор "Биология 3", стр.113
5. интернет www. intellectualcapital.ru/iss2-6/icissue6.htm
6. интернет www.intellectualcapital.ru/iss2-6/icinterv6.htm
7. интернет www.intellectualcapital.ru/iss2-6/icinterv6.htm
8. журнал "Весь мир" №12 (02.1998), стр71
9. "Биология 1", стр.60
10. Н. Грин, У Стаут, Д. Тейлор "Биология 3", стр.245
11. "Биология 1", стр.61
12. Н. Грин, У Стаут, Д. Тейлор "Биология 3", стр.231
13. Н. Грин, У Стаут, Д. Тейлор "Биология 3", стр.205
14. Н. Грин, У Стаут, Д. Тейлор "Биология 3", стр.208
15. Н. Грин, У Стаут, Д. Тейлор "Биология 3", стр.114
16. Н. Грин, У Стаут, Д. Тейлор "Биология 3", стр.208
17. интернет www.gssmp.sci-nnov.ru/medfarm/fom/150/klon/html
18. интернет www.adventure.df.ru/project/klon/klon_3.htm
19. интернет www.gssmp.sci-nnov.ru/medfarm/fom/150/klon/html
20. таблица 1 - Н. Грин, У Стаут, Д. Тейлор "Биология 3", стр.205
21. рисунок 5 - Н. Грин, У Стаут, Д. Тейлор "Биология 3", стр.215
22. рисунок 1 - журнал "Весь мир" №12 (02.1998), стр71
23. рисунок 2 - "Биология 1", стр.253
24. рисунок 3 - Н. Грин, У Стаут, Д. Тейлор "Биология 3", стр.115
25. рисунок 4 - журнал "Весь мир" №12 (02.1998), стр70
Список используемой литературы:
1. Н. Грин, У Стаут, Д. Тейлор "Биология 3", Москва "Мир" 1993
2. "Биология 1", Москва "Высшая школа" 1999
3. журнал "Весь мир" №12 (02.1998)
4. интернет www. intellectualcapital.ru/iss2-6/icissue6.htm
5. интернет www.intellectualcapital.ru/iss2-6/icinterv6.htm
6. интернет www.gssmp.sci-nnov.ru/medfarm/fom/150/klon/html
7. интернет www.adventure.df.ru/project/klon/klon_3.htm
8. журнал "Природа", 07.1998
Рисунки
: Момент микроинъекции гена в эмбрион экспериментального животного.
: Наследование пестролистости у ночной красавицы.
а) зелёные листья; б) пёстрые листья; в)белые листья; I,II,III - результат скрещивания различных материнских растений(а,б,в,) с разными отцовскими
Рисунок 3: Клон шпорцевых лягушек (Xenopus laevis), полученный путём трансплатации ядер.
От скрещивания между двумя мутантными лягушками-альбиносами был получен зародыш (донор); на стадии хвостовой почки его клетки были диссоциированы и выделенные ядра пересажены в неоплодотворённые яйца самки дикого типа (рецепиента), ядра которых были разрушены УФ-облучением.
Группа из 30 лягушек, полученных в результате 54 таких пересадок; все они - самки-альбиносы.
: Овца "Долли"
: Схема главных этапов в процессе белкового синтеза.
В связи с успехами которой и вошли в общее употребление. На 2016 год нет документально подтверждённых свидетельств того, что кому-то удалось создать клон человека .
Технология
Наиболее успешным из методов клонирования высших животных [что? ] оказался метод «переноса ядра» . Именно он был применён для клонирования овцы Долли в Шотландии , которая прожила шесть с половиной лет и оставила после себя 6 ягнят.
Однако, через какое-то время в Independent вышло опровержение этого эксперимента со ссылкой на Nature Genetics, которые одними из первых сообщили об успешном клонировании овцы [ ] . Фактически овечка Долли имела геном двух матерей, что противоречит определению клонирования [ ] , так же она имела уже сильно выработанный Предел Хейфлика , с этим связана ее относительно короткая жизнь. [ ]
Терапевтическое клонирование человека
Терапевти́ческое клони́рование челове́ка - предполагает, что развитие эмбриона останавливается в течение 14 [ ] дней, а сам эмбрион используется как продукт для получения стволовых клеток . Законодатели многих стран [ ] опасаются, что легализация терапевтического клонирования приведёт к его переходу в репродуктивное. Однако в некоторых странах (США , Великобритания) терапевтическое клонирование разрешено.
Препятствия клонированию
Технологические трудности и ограничения
Самым принципиальным ограничением является невозможность повторения сознания , а это значит, что речь не может идти о полной идентичности личностей , как это показывается в некоторых кинофильмах, но только об условной идентичности, мера и граница которой ещё подлежит исследованию, но для опоры за базис берётся идентичность однояйцевых близнецов . Невозможность достичь стопроцентной чистоты опыта обуславливает некоторую не идентичность клонов, по этой причине снижается практическая ценность клонирования.
Социально-этический аспект
Опасения вызывают такие моменты, как большой процент неудач при клонировании и связанные с этим возможности появления неполноценных людей. А также вопросы отцовства, материнства, наследования, брака и многие другие.
Этико-религиозный аспект
С точки зрения основных мировых религий (христианство , ислам , буддизм) клонирование человека является или проблематичным актом или актом, выходящим за рамки вероучения и требующим у богословов чёткого обоснования той или иной позиции религиозных иерархов .
Ключевым моментом, который вызывает наибольшее неприятие, является цель клонирования - искусственное создание жизни противоестественным способом, что является попыткой переделать механизмы, с точки зрения религии, созданные Богом.
Также важным отрицательным моментом является создание человека лишь для немедленного умерщвления при терапевтическом клонировании, и практически неизбежное при современных методиках создание сразу нескольких идентичных клонов (как и при ЭКО), которые практически всегда убиваются.
Что касается клонирования, то, как научный эксперимент, оно имеет смысл, если принесёт пользу конкретному человеку, но если применять его сплошь и рядом, в этом нет ничего хорошего
В то же время, некоторые нерелигиозные течения (раэлиты) активно поддерживают разработки по клонированию человека. [ ]
Биологическая безопасность
Обсуждаются вопросы биологической безопасности клонирования человека, в частности, долгосрочная непредсказуемость генетических изменений.
Законодательство о клонировании человека
1996-2001
Единственный международный акт, устанавливающий запрет клонирования человека, - Дополнительный Протокол к Конвенции о защите прав человека и человеческого достоинства в связи с применением биологии и медицины, касающийся запрещения клонирования человеческих существ, который подписали 12 января 1998 г. 24 страны из 43 стран-членов Совета Европы (сама Конвенция принята Комитетом министров Совета Европы 4 апреля 1997 г.). 1 марта 2001 г. после ратификации 5 странами этот Протокол вступил в силу.
2005
19 февраля 2005 г. Организация Объединённых Наций призвала страны-члены ООН принять законодательные акты, запрещающие все формы клонирования, так как они «противоречат достоинству человека» и выступают против «защиты человеческой жизни». Декларация ООН о клонировании человека , принятая резолюцией 59/280 Генеральной Ассамблеи от 8 марта 2005 г., содержит призыв к государствам-членам запретить все формы клонирования людей в такой мере, в какой они несовместимы с человеческим достоинством и защитой человеческой жизни.
В ходе дискуссии на уровне ООН рассматривалось несколько вариантов декларации: Бельгия, Британия, Япония, Южная Корея, Россия и ряд других стран предлагали оставить вопрос о терапевтическом клонировании на усмотрение самих государств; Коста-Рика, США, Испания и ряд других выступили за полный запрет всех форм клонирования .
Уголовная ответственность
В настоящее время в мире активно развернулся процесс криминализации клонирования человека. В частности, такие составы включены в новые уголовные кодексы Испании 1995 г., Сальвадора 1997 г., Колумбии 2000 г., Эстонии 2001 г., Мексики (федеральный округ) 2002 г., Молдовы 2002 г., Румынии 2004. В Словении соответствующая поправка в УК внесена в 2002 г., в Словакии - в 2003 г.
Во Франции дополнения в Уголовный кодекс, предусматривающие ответственность за клонирование, были внесены в соответствии с Законом о биоэтике от 6 августа 2004 г.
В некоторых странах (Бразилия, Германия, Великобритания, Япония) уголовная ответственность за клонирование установлена специальными законами. Так, например, Федеральный закон ФРГ о защите эмбрионов 1990 г. называет преступлением создание эмбриона, генетически идентичного другому эмбриону, происходящему от живого или мертвого лица.
В Великобритании соответствующие уголовные нормы содержит Закон о репродуктивном клонировании человека 2001 г. (Human Reproductive Cloning Act 2001), который предусматривает санкцию в виде 10 лет лишения свободы. При этом терапевтическое клонирование человека разрешено.
В США запрет на клонирование впервые был введен ещё в 1980 г. В 2003 г. Палата представителей Конгресса США приняла закон (Human Cloning Prohibition Act of 2003), по которому клонирование, нацеленное как на размножение, так и на медицинские исследования и лечение, рассматривается как преступление с возможным 10-летним тюремным заключением и штрафом в 1 млн долларов. В январе 2009 года запрет на терапевтическое клонирование был снят .
В Японии парламентом 29 ноября 2000 г. был принят «Закон, регулирующий применение технологии клонирования человека и других сходных технологий», содержащий уголовные санкции.
Клонирование человека в России
Хотя Россия и не участвует в вышеуказанных Конвенции и Протоколе, она не осталась в стороне от мировых тенденций, ответив на вызов времени принятием Федерального закона «О временном запрете на клонирование человека» от 20 мая 2002 г. № 54-ФЗ.
Как было указано в его преамбуле, закон вводил запрет на клонирование человека, исходя из принципов уважения человека, признания ценности личности, необходимости защиты прав и свобод человека и учитывая недостаточно изученные биологические и социальные последствия клонирования человека. С учетом перспективы использования имеющихся и разрабатываемых технологий клонирования организмов, предусматривается возможность продления запрета на клонирование человека или его отмены по мере накопления научных знаний в данной области, определения моральных, социальных и этических норм при использовании технологий клонирования человека.
Под клонированием человека в Законе понимается «создание человека, генетически идентичного другому живому или умершему человеку, путём переноса в лишенную ядра женскую половую клетку ядра соматической клетки человека», то есть речь идет только о репродуктивном, а не терапевтическом клонировании.
Согласно ст. 4 Закона, лица, виновные в его нарушении, несут ответственность в соответствии с законодательством Российской Федерации.
Согласно ст. 1 Закона, временный запрет вводился на пять лет, который истёк в июне 2007 года, и в последующие два года вопрос клонирования человека никак не регулировался российским законодательством. Однако в конце марта 2010 г. запрет на клонирование человека в России был продлён путём принятия в ст. 1 Закона поправки, продлевающую запрет на клонирование человека на неопределенный срок - до вступления в силу закона, устанавливающего порядок применения биотехнологий в этой области.
Причина запрета указывается в пояснительной записке к законопроекту: «Клонирование человека встречается с множеством юридических, этических и религиозных проблем, которые на сегодняшний день ещё не имеют очевидного разрешения».
В новой редакции статьи оговорено, что запрет не распространяется на клонирование организмов в иных целях.
Некоторые политические деятели выразили сожаление по поводу продления запрета на клонирование человека. В частности, депутат Госдумы Владимир Жириновский заявил :
Обязательно будем добиваться, чтобы снять запреты на клонирование людей - это нужно для экономики, для демографии, для семьи, для традиций, это только польза, тут вреда никакого нет.
Идентичность клонов
Вопреки распространённому заблуждению, клон, как правило, не является полной копией оригинала, так как при клонировании копируется только генотип , а фенотип не копируется.
Более того, даже при развитии в одинаковых условиях клонированные организмы не будут полностью идентичными, так как существуют случайные отклонения в развитии. Это доказывает пример естественных клонов человека - монозиготных близнецов , которые обычно развиваются в весьма сходных условиях. Родители и друзья могут различать их по расположению родинок, небольшим различиям в чертах лица, голосу и другим признакам. Они не имеют идентичного ветвления кровеносных сосудов, также далеко не полностью идентичны их папиллярные линии . Хотя конкордантность многих признаков (в том числе связанных с интеллектом и чертами характера) у монозиготных близнецов обычно гораздо выше, чем у дизиготных, она далеко не всегда стопроцентная.
Клонирование (биотехнология)
Клони́рование (англ. cloning от др.-греч. κλών - «веточка, побег, отпрыск») - в самом общем значении - точное воспроизведение какого-либо объекта N раз. Объекты, полученные в результате клонирования, называются клоном. Причём как каждый по отдельности, так и весь ряд.
Клони́рование челове́ка - действие, заключающееся в формировании и выращивании принципиально новых человеческих существ, точно воспроизводящих не только внешне, но и на генетическом уровне того или иного индивида, ныне существующего или ранее существовавшего.
Термины клон , клонирование первоначально использовался в микробиологии и селекции , после - в генетике , в связи с успехами которой и вошли в общее употребление. Надо добавить, что их популяризации в значительной мере способствовали также литература, киноискусство и компьютерные игры.
Технология
Пока технология клонирования человека не отработана. И здесь встаёт ряд как теоретических, так и технических вопросов. Однако, уже сегодня есть методы, позволяющие с большой долей уверенности говорить, что в главном вопрос технологии решён. Наиболее успешным из методов клонирования высших животных оказался метод «переноса ядра». Именно он был применён для клонирования овцы Долли в Великобритании, которая, как известно, прожила достаточное число лет (6), чтобы можно было говорить об успехе эксперимента. По мнению учёных, эта техника является лучшей из того, что мы имеем сегодня, чтобы приступить к непосредственной разработке методики клонирования человека. Более ограниченным и проблематичным выглядит метод партеногенеза, в котором индуцируется деление и рост неоплодотворённой яйцеклетки, даже если он будет реализован, то позволит говорить только об успехах в клонировании индивидов женского пола. Так называемая технология «расщепления» эмбриона, хотя и должна давать генетически идентичных между собой индивидов, не может обеспечить их идентичности с «родительским» организмом, и поэтому технологией клонирования в точном смысле слова не является и как возможный вариант не рассматривается.
Подходы к клонированию человека
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.е. участки ДНК, управляющие их работой. Получаемые генные комплексы можно клонировать несколькими способами. Один из них – полимеразная цепная реакция (ПЦР), т.е. 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.н. 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.
Репродуктивное клонирование человека
Репродуктивное клони́рование человека - предполагает, что индивид, родившийся в результате клонирования, получает имя, гражданские права, образование, воспитание, словом - ведёт такую же жизнь, как и все «обычные» люди. Репродуктивное клонирование встречается со множеством этических, религиозных, юридических проблем, которые сегодня ещё не имеют очевидного решения. В некоторых государствах работы по репродуктивному клонированию запрещены на законодательном уровне.
Терапевтическое клонирование человека
Терапевти́ческое клони́рование челове́ка - предполагает, что развитие эмбриона останавливается в течение 14 дней, а сам эмбрион используется как продукт для получения стволовых клеток. Законодатели многих стран[уточнить] опасаются, что легализация терапевтического клонирования приведёт к его переходу в репродуктивное. Однако в некоторых странах (США, Великобритания) терапевтическое клонирование разрешено.
Препятствия клонированию
1)Технологические трудности и ограничения
Самым принципиальным ограничением является невозможность повторения сознания, а это значит, что речь не может идти о полной идентичности личностей, как это показывается в некоторых кинофильмах, но только об условной идентичности, мера и граница которой ещё подлежит исследованию, но для опоры за базис берётся идентичность однояйцевых близнецов. Невозможность достичь стопроцентной чистоты опыта обуславливает некоторую неидентичность клонов, по этой причине снижается практическая ценность клонирования.
2)Социально-этический аспект
Опасения вызывают такие моменты, как большой процент неудач при клонировании и связанные с этим возможности появления людей-уродов. А также вопросы отцовства, материнства, наследования, брака и многие другие.
3)Этико-религиозный аспект
С точки зрения основных мировых религий (христианство, ислам, иудаизм) клонирование человека является или проблематичным актом или актом, выходящим за рамки вероучения и требующим у богословов чёткого обоснования той или иной позиции религиозных иерархов.
Ключевым моментом , который вызывает наибольшее неприятие, является здесь тот факт, что для получения клона одного человека необходимо убить находящийся на самой ранней стадии развития, но уже начавший формироваться эмбрион другого человеческого зародыша.
Точку зрения буддистов выразил Далай-лама XIV:
Что касается клонирования, то, как научный эксперимент, оно имеет смысл, если принесет пользу конкретному человеку, но если применять его сплошь и рядом, в этом нет ничего хорошего
В то же время, некоторые религиозные течения (раэлиты) активно поддерживают разработки по клонированию человека.
4)Отношение в обществе
Большинство аналитиков сходится в том, что клонирование в той или иной форме уже стало частью нашей жизни. Но прогнозы касательно клонирования человека высказываются достаточно осторожно.
Ряд общественных организаций (Российское трансгуманистическое движение, WTA) выступает за снятие ограничений на терапевтическое клонирование.
5)Биологическая безопасность
Обсуждаются вопросы биологической безопасности клонирования человека. Такие как: долгосрочная непредсказуемость генетических изменений, опасность утечки технологий клонирования в криминальные или/и международные террористические структуры.
6)Законодательство о клонировании человека
В некоторых государствах использование данных технологий применительно к человеку официально запрещено - Франция, Германия, Япония. Эти запреты, однако, не означают намерения законодателей названных государств воздерживаться от применения клонирования человека в будущем, после детального изучения молекулярных механизмов взаимодействия цитоплазмы ооцита-реципиента и ядра соматической клетки-донора, а также совершенствования самой техники клонирования.
Вот такую схему клонирования приводит врач Эдди Лоренс (по материалам Русской службы ВВС).
