С появления овечки Долли прошло 25 лет: что за это время изменилось в клонировании
Краткая история клонирования
Клон — это организм, ДНК которого идентична ДНК другого организма. Серьезно изучать клонирование как научный метод начали в 1952 году, когда исследователи впервые перенесли клеточное ядро головастика в яйцеклетку и получили его идентичные копии. В 1995 году биолог Крейг Вентер секвенировал геном бактерии Haemophilus influenzae — первого живого организма, чьи гены расшифровали.
Массово о клонировании заговорили в 1997 году, когда объявили о рождении овечки Долли. Она появилась на свет благодаря биологу Яну Уилмуту и его коллегам из Рослинского института в Шотландии. Всего ученые предприняли 277 попыток для создания клона, получилось 29 эмбрионов, но 28 из них прожили не более шести дней. Долли была единственной овцой, которая смогла родиться и выжить.
Лаборатория хранила тайну о рождении Долли в течение семи месяцев, чтобы новость совпала с публикацией научной статьи, где был описан эксперимент создания клона. По сообщениям Рослинского института, в ту неделю к ним поступило 3000 звонков со всего мира. При этом большинство из них интересовало не клонирование овец, а потенциал технологии для человека.
Эксперимент с Долли стал важной вехой в науке, так как для него использовалась совершенно новая технология: для клонирования использовалась соматическая клетка (клетка тела) (SCNT), взятая от взрослого животного, а не половая (репродуктивная).
Овечку Долли ветеринары усыпили в 2003 году, когда обнаружили у нее прогрессирующее заболевание легких. Всего животное прожило шесть лет, что вдвое меньше средней продолжительности жизни овцы — 10-12 лет. Кроме того, Долли болела артритом.
В 2004 впервые клонировали питомца — услуга обошлась владельцу животного в $50 000. Заказчицей стала любительница кошек, которая захотела генетическую копию своего покойного кота. Клонированием занималась компания Genetic Savings & Clone Inc. По словам хозяйки, даже характер у клона оказался таким же, как у умершего любимца: «Когда Маленький Никки зевнул, я увидела два пятна у него во рту — точно так же, как у Никки. Маленький Никки любит воду, как и Никки, и он уже прыгнул в ванну, точно как Никки».
Но научное сообщество и защитники животных неоднозначно отнеслись к такому применению новой технологии. Эксперты среди прочего опасались, что у клонированных питомцем будет короткая жизнь, как и у Долли.
В 2018 году в Китае по методу, с помощью которого появилась Долли, получилось впервые клонировать длиннохвостых макак. Китайским ученым удалось адаптировать несколько новых методов и провести успешный эксперимент. Эта работа подняла этические вопросы, так как подобную технику можно использовать для клонирования людей.
В Китае в целом активно развивается рынок клонирования, так как в стране нет закона, прямо запрещающего жестокое обращение с животными. Поэтому ученым КНР удается проводить больше экспериментов по клонированию, чем в любой другой технически развитой стране. Например, китайские исследователям впервые автоматизировали процесс клонирования. Во всех этапах участвовал робот, что повышает успешность клонирования, так как машина использует микроскопическое зрение, и ее действия точнее и реже повреждают клетки, по мнению ученых.
В 2002 году китайские исследователи создали десятки клонированных эмбрионов человека, которых было бы достаточно для сбора эмбриональных стволовых клеток. Идея заключалась не в том, чтобы клонировать людей, а в создании генетических копий клеток для изготовления тканей для пациентов, перенесших трансплантацию. Правда, про эту работу не писали ни в одном рецензируемом журнале.
В 2018 году китайский исследователь Хэ Цзянькуй заявил, что использовал технологию для редактирования генома CRISPR, чтобы изменить ген эмбриона человека перед имплантацией в матку и сделать детей устойчивыми к заражению ВИЧ. Но он не публиковал результаты исследований в журналах и не поделился доказательствами произошедшего. В США и во многих других странах запретили преднамеренное изменение генов человеческих эмбрионов, но не в Китае. Исследователя и двух его коллег осудили за нарушение порядка проведения процедур и другие нарушения. Ученый вышел из тюрьмы в апреле 2022 года.
Где и как сейчас применяют клонирование
Сохранение исчезающих животных
В 2009 году бразильская сельскохозяйственная корпорация и Зоологический сад Бразилии начали собирать и замораживать кровь, сперму и клетки пуповины диких животных, погибших на дорогах и в других местах. Идея в том, чтобы сохранить генетическую информацию о диких животных страны, которые находятся под угрозой исчезновения. К 2013 году организации собрали не менее 420 образцов тканей.
В 2020 году в Техасе родился здоровый клон лошади Пржевальского — это последний вид диких лошадей, и поэтому ученые активно борются за его генетическую представленность. Жеребенка по кличке Курт клонировали с использованием клеток 40-летнего жеребца, чьи гены мало представлены в современной популяции — его ДНК заморозили еще в 1980 году.
В 2020 году родился клонированный черноногий хорек, который находится под угрозой исчезновения в США. Для создания клона использовали генетический материал самки хорька, которая умерла в 1988 году. Ее ткани хранились в криобанке Zoo Global в Сан-Диего.
Но пока экологи не считают клонирование эффективным способом сохранения видов. Во-первых, оно не устраняет первопричину исчезновения — охоту и разрушение среды обитания. Во-вторых, современные методы недостаточно эффективны, так как клонирование исчезающих видов диких животных сложнее клонирования домашних.
Возрождение вымерших видов
Вернуть к жизни динозавров, как в «Парке Юрского периода» пока не получится, потому что их ДНК давно утеряны. Но в теории есть возможность возродить шерстистого мамонта. В 2015 году международный коллектив ученых секвенировал полный геном одной из последних особей, живших примерно 4000 лет назад. А в 2021 году биологи восстановили ДНК трех мамонтов из сибирской вечной мерзлоты, чей возраст превышал миллион лет. С помощью современных технологий ученые могут извлекать и анализировать ДНК вымерших животных, в том числе шерстистых носорогов и древних волков.
Профессор генетики Гарвардского университета Джордж Черч и другие ученые считают, что воскрешение мамонтов закроет дыру в экосистеме, которая образовалась 10 000 лет назад после их вымирания. Когда-то мамонты счищали слои снега, чтобы холодный воздух мог достигать почву и поддерживать вечную мерзлоту, а после исчезновения этих животных вечная мерзлота стала нагреваться под слоем снега и высвобождать парниковые газы. Однако в проекте по воскрешению мамонтов есть проблемы: нужно найти самку слона, которая выносит и родит мамонтенка, кроме того, ученые задаются вопросом, насколько уместно «воскрешать» животное, которое жило в климате и экосистеме, отличной от нынешних.
Увеличение производительности сельскохозяйственных животных
Фермеры могут клонировать животных, которые более устойчивы к заболеваниям, побеждают на выставках, производят лучшее молоко или мясо. В сельском хозяйстве традиционное спаривание не так эффективно, как искусственное оплодотворение.
Клонирование — более продвинутый метод вспомогательных репродуктивных технологий. Оно дает фермеру полный контроль над наследственностью потомства. Однако, согласно заключению FDA, клоны телят и ягнят при рождении имеют больше проблем со здоровьем и большую вероятность смерти после рождения, чем животные, выведенные традиционным способом. Однако проблемы со здоровьем уходят по мере взросления животного, и со временем клонов не отличить от других животных того же возраста даже при детальном обследовании.
В российской компании «Артэмбриоген» (резидент «Сколково») разработали технологию «генетический лифт», которая позволяет проводить ускоренную генетическую селекцию и создавать племенные стада сельскохозяйственных животных с лучшей генетикой и высокими производственными показателями в несколько раз быстрее традиционных методов селекции. «К сожалению, клонирование пока не получило широкого внедрения в сельском хозяйстве. Это связано с отсутствием законодательной базы и готовности системы к масштабным нововведениям. Это участь всего нового, а в биологии и медицине ситуация еще сложнее», — рассказывает Александр Кузнецов, генеральный директор «Артэмбриогена» и доцент кафедры общей и медицинской генетики РНИМУ им. Н.И. Пирогова.
Клонирование домашних животных
С момента рождения овечки Долли клонирование прошло долгий путь — за это время методы совершенствовались и даже получили коммерческое применение. За всю историю ученые клонировали более 20 видов животных, в том числе верблюда, оленя, козла, мулы, буйвола и даже мошек. Поэтому вскоре компнии начали на этом зарабатывать.
В последнее время среди прочих за услугой клонирования обращаются блогеры. Например, в 2019 году команда блога в Instagram (принадлежит Meta, признанной экстремистской организацией и запрещенной в России) собаки @tinkerbellthedog рассказала, что ДНК животного хранится для последующего клонирования. А у пса @ipartywithbrucewayne есть четыре клона.
В 2006 году чемпион мира по скачкам на бочках Чармейн Джеймс заявила, что у ее лошади из зала славы ProRodeo — Скампера есть молодой близнец, клонированием которого занималась компания ViaGen. Команда по поло La Dolfina и игрок мирового класса Адольфо Камбьязо несколько лет использовали клонированных лошадей.
Сейчас клонированием животных в коммерческих целях занимаются четыре компании: ViaGen (США), Sinogene (Китай), Sooam Biotech (Южная Корея) и Geminin Genetics (Великобритания). В основном они клонируют собак, кошек и лошадей.
Что мешает клонировать человека
Несмотря на разнообразные перспективы, которые открывает клонирование, технология часто сталкивается с критикой. Один из вопросов, касающихся этичности клонирования, — продолжительность жизни клона животного. Клоны млекопитающих часто страдают серьезными нарушениями здоровья, например, сильным ожирением, дисфункцией иммунной системы и органов, искривленными конечностями, ранней смертью и другими нарушениями.
После эксперимента с клонированием обезьян вице-президент некоммерческой организации по защите животных PETA Кэти Гильермо заявила: «Клонирование — это шоу ужасов: пустая трата жизней, времени и денег, а страдания, которые причиняют такие эксперименты, невообразимы. Поскольку клонирование имеет не менее 90% неудач, эти две обезьяны представляют собой страдания и смерть в огромных масштаба». Кроме того, по мнению президента PETA Ингрид Ньюкирк, клонирование питомцев усугубляет ситуацию с бездомными домашними животными.
Можно ли клонировать человека? Ученые считают, что скорее всего, да. Технически нет существенных препятствий для клонирования человека. Но, основываясь на опыте трудностей, нельзя сказать, какое состояние или болезни могут быть у человеческого клона, если он родится. Кроме того, для одного живорождения потребуется создать много эмбрионов, что сомнительно с этической точки зрения.
Клонирование человека может быть «терапевтическим», например сюда относится клонирование эмбриональных клеток для получения органов при трансплантации или лечения поврежденных нервных клеток и других медицинских целей. Клонирование человека полностью относится к «репродуктивному клонированию», когда для получения яйцеклеток используют соматические клетки, из которых может развиваться полноценный организм. Иногда обсуждают, может ли клонирование человека улучшить генетические потенциал общества за счет копий людей, которые добились больших успехов в спорте, музыке, искусстве, науке и других сферах жизни.
Клонирование человека, как правило, осуждается из-за психологических, социальных и физиологических рисков. Так как клонированный эмбрион подсаживается в матку, то перед переносом требуется тщательное молекулярное исследование эмбриона, чтобы убедиться в его здоровье. При этом клонировать человека как личность нельзя. Можно создать копию с таким же генотипом, но не фенотипом — всех характеристик организма, в том числе внешних. Кроме того, есть множество технических препятствий и для клонирования генотипа. Еще никогда у ученых не получалось клонировать животных-млекопитающих со 100% результативностью, а большинство беременностей заканчивается выкидышем.
Сейчас успешность клонирования млекопитающих составляет от 10% до 20%. Некоторые эмбрионы умирают еще до имплантации, другие заканчиваются выкидышами. А те, кто доживают до рождения, вскоре умирают после него или имеют сильные отклонения.
Во многих странах клонирование человека запрещено. В 1997 году ЮНЕСКО запретила клонирование человека «в целях воспроизводства человеческой особи» и предписала государством строгий контроль за опытами в этом направлении. А в России с 2002 году действует закон «О временном запрете на клонирование человека», в том числе запрещен ввоз и вывоз клонированных эмбрионов. В Китае тоже нельзя клонировать человека, но при этом прямо не запрещают генетическое редактирование жизнеспособных эмбрионов. В США с 2009 года разрешено терапевтическое клонирование.
«Клонирование человека с целью появления на свет генетически идентичных донору генов детей в России запрещено на законодательном уровне, однако запрет не распространяется на размножение культур клеток или даже выращивание тканей и отдельных органов человека, — говорит директор по операционной работе кластера биомедицинских технологий Фонда «Сколково» Владимир Егоров. — Такие технологии несут большой потенциал для регенеративной медицины, однако о массовом их применении говорить пока можно с большими ограничениями».
Каких прорывов можно ждать от клонирования в ближайшем будущем
В фантастике клонирование используется для воскрешения людей из мертвых или создания их точных копий. Но в реальности клон — это просто генетическая копия организма, но не личности. В антиутопии Кадзуо Исигуро «Не отпускай меня» клонов использовали, чтобы трансплантировать их органы для спасения богатых. Но и такое в реальности навряд ли возможно, потому что с помощью терапевтического клонирования в теории можно создавать органы отдельно, что гораздо рациональнее, дешевле и продуктивнее, не говоря об этической стороне проблемы.
Если у исследователей получится создать клонированную яйцеклетку из соматических клеток мужчины или бесплодной женщины, то ее можно оплодотворить спермой другого мужчины и тем самым создать эмбрион. Такая технология позволила бы бесплодным или однополым парам иметь генетически родственных детей. Однако, при клонировании ДНК ребенка будет на 100% совпадать с родительской, а не на 50%, как при обычном зачатии. Возможно, в будущем по мере развития технологий однополые пары смогут иметь детей, чьи гены исходят от обоих родителей. Однако законы, запрещающие клонирование человека, могут препятствовать такому способу зачатия.
Клонирование помогло бы сделать пересадку тканей и органов более безопасной. Когда человеку трансплантируют чужие клетки или ткани, иммунная система распознает «чужаков» и начинает процесс отторжения. Сейчас для решения этой проблемы используют лекарства, которые подавляют иммунитет, но при этом имеют побочный эффект. Использование стволовых клеток с той же ДНК, что у реципиента позволило бы делать трансплантацию клеток, идентичных пациенту, и тем самым избежать нежелательных эффектов.
Возможность клонирования эмбриональных стволовых клеток с использованием переноса соматического ядра — многообещающий метод лечения, который решил бы проблему отторжения органов или клеток при пересадке. Кроме того, в теории стволовые клетки можно будет использовать для лечения сердечно-сосудистых или нейродегенеративных заболеваний, например, болезни Паркинсона. Создать такие клоны можно уже сейчас, но пока не разработаны до конца методы лечения с их использованием.
У технологии клонирования может быть вполне прикладное использование, которое будет наращиваться с каждым годом. В 2022 году ученые Медицинской школы Университета Мэриленда провели первую в истории успешную трансплантацию сердца свиньи взрослому человеку с неизлечимой стадией сердечного заболевания. Перед пересадкой сердце генетически модифицировали, чтобы организм принял его без отторжения. Это был единственный вариант спасения жизни для пациента, поэтому FDA выдало экстренное разрешение на операцию. Пациент прожил всего два месяца, но для ученых этот эксперимент показал возможный путь решения мировой проблемы нехватки органов.
Глава Центра инновационных медицинских моделей в Мюнхене Экхард Вольф говорит, что клонирование можно использовать для внесения генетических изменение в клетки в лабораторных условиях, это снизило бы риск отторжения органов и инфицирования. После этого можно создавать поколение клонов эмбрионов свиньи, так как у этих животных размер и функции органов относительно подходят для человека. А использование свиней более этично, чем приматов.
«В настоящее время клонирование получило второе дыхание: появляется все больше научных и прикладных работ. Технология постепенно становится таким же обычным явлением, как ПЦР (полимеразная цепная реакция), которая в 1990-е годы была редким и элитарным методом, а сейчас абсолютно бытовая и всем доступная процедура», — отмечает Александр Кузнецов.