Эффективность клонирования
животных.
Клонирование млекопитающих
методом переноса ядер сопровождается
патологией в эмбриональный, плодный и
неонатальный периоды развития клонов.
Возможными причинами аномалий у клонированных
животных могут быть ошибки репрограммирования
генома, повреждение наследственного
материала при культивировании эмбрионов
in vitro и самапроцедура переноса ядер.
Значительная часть выживших
клонов обладает рядом нарушений, возникающих
из-за несоответствующего эпигенетического
репрограммирования генома. Суть проблемы
заключается в том, что развитие клонированного
животного происходит за счет реализации
генетической информации, заключенной
в хромосомах донорского ядра из дифференцированной
соматической клетки, при этом состояние
активности разных генов в соматических
и эмбриональных клетках значительно
отличается. В соматических клетках в
активном состоянии находятся гены, характерные
для дифференцированной ткани и ответственные
за синтез специфических белков. В тоже
время для развития эмбриона на ранних
стадиях требуется, чтобы синтезировались
совершенно другие белки, информация о
которых закодирована в генах раннего
развития.
В процессе естественного полового
размножения зигота образуется в результате
слияния мужской и женской половых клеток.
В процессе гаметогенеза в половых клетках
происходит ремоделирование наследственного
материала, т.е. его подготовка к дальнейшим
процессам оплодотворения и раннего развития.
В момент оплодотворения их гены «молчат»,
с них не происходит считывания информации.
Ядро соматической клетки при его переносе
в энуклеированный ооцит не «молчит»,
в нем активно происходят процессы транскрипции.
Первые успешные опыты по клонированию
доказали, что соматическое ядро в цитоплазме
ооцита подвергается репрограммированию
- процессу переориентирования донорского
генома на синтез белков, соответствующих
раннему зародышу. Становятся активными
те участки хромосом, которые усиленно
работают у раннего зародыша. Во многих
случаях процесс репрограммирования генома
ядерного трансплантата является неполным,
что и приводит к ранней остановке развития
эмбрионов.
Существует и другая проблема,
связанная с так называемым геномным импринтингом.
Явление геномного импринтинга состоит
в том, что для нормального развития организма
необходимы гены как отцовского, так и
материнского происхождения. Известно,
что определенные гены так импринтированы
в процессе гаметогенеза, что после процесса
оплодотворения экспрессируется только
отцовский или только материнский аллель.
При переносе соматического ядра в энуклеированный
ооцит этот механизм может нарушаться,
поскольку после их слияния происходит
сложная функциональная перестройка всего
клеточного генома, в течение которой
велика вероятность ошибок.
В данных работах приводится
информация о различиях в организации
материнского и отцовского хроматина,
подчеркивается роль метилирования в
подавлении активности генов. Высказывается
предположение, что причиной низкой выживаемости
животных, полученных в результате переноса
ядер, являются мутации, аккумулирующиеся
в процессе старения клеток организма-донора
ядер или во время их культивирования
в условиях in vitro.
Высокая частота возникновения
аномалий и их межвидовое сходство, а также
получение здорового потомства от животных-клонов
говорит в пользу эпигенетической природы
возникновения таких нарушений, то есть
наиболее достоверным объяснением пороков
развития является неспособность реконструированных
эмбрионов соответствующим образом репрограммировать
статус ядра соматической клетки.
С началом дифференцировки
в большинстве клеток происходит необратимое
укорачивание концевых участков хромосом,
что ставит вопрос о том, наследуют ли
клонированные животные укороченные теломеры
их генетических родителей и подвержены
ли они вследствие этого преждевременному
старению. Укорачивание теломер зарегистрировано
у первой клонированной овцы Долли, но
не отмечено у клонированных в 2000г. телят.
Было установлено, что активность фермента
теломеразы, удлиняющего концевые участки
хромосом, в ядерных трансплантатах находится
на уровне, сходном с контролем. Теломераза
полностью восстанавливает длину теломер
донорского генома на стадии раннего эмбриона,
и этот фактор не может влиять на выживаемость
клонов.
Клонирование методом переноса
ядер неодинаково эффективно при использовании
в качестве доноров дифференцированных
соматических и тотипотентных эмбриональных
стволовых клеток. Реконструированные
эмбрионы с геномом эмбриональной стволовой
клетки, достигшие стадии бластоцисты,
развиваются до рождения в 10-20 раз чаще,
чем эмбрионы, полученные после переноса
ядер соматических клеток. Эти наблюдения
дают основания предполагать, что ядру
недифференцированной эмбриональной
клетки в отличие от дифференцированной
требуется лишь незначительное репрограммирование.
Это объясняется сходством эпигенетического
статуса геномов эмбриональных стволовых
клеток и клеток раннего эмбриона. Под
эпигенетическим статусом в генетике
развития понимается сумма всех взаимодействий
генов со средой их функционирования.
Ранее было показано, что родившиеся
животные-клоны часто проявляют признаки
нарушения дыхания и кровообращения, при
рождении имеют повышенный вес тела и
плаценты, вследствие чего этой патологии
был присвоен термин «синдрома крупного
молодняка». Однако, не было установлено
какой-либо взаимосвязи между изменением
активности ряда импринтированных генов
у клонов и повышенным весом. Аномалии
в экспрессии генов носили случайный характер.
Полученные результаты свидетельствовали
о значительных вариациях в активности
и уровне метилирования импринтированных
генов в плацентах и тканях мышат, полученных
в результате трансплантации ядер из эмбриональных
стволовых клеток. Чтобы выяснить, являются
ли эти нарушения результатом изменения
импринтинга в донорской популяции эмбриональных стволовых
клеток или следствием неправильного
репрограммирования донорского генома
после пересадки ядер, у нескольких линий
эмбриональных стволовых клеток вызывалась
направленная дифференцировка добавлением
ретиноевой кислоты. В результате выяснилось,
что имеются значительные вариации в уровне
экспрессии импринтированных генов нетолько
между разными линиями эмбриональных стволовых
клеток, но и между различными субклонами
одной линии эмбриональных стволовых клеток.
Эти аномалии возникают в процессе культивирования
эмбриональных стволовых клеток в условиях
in vitro.
Независимо от типа клеток,
используемых в качестве доноров ядер,
только небольшой процент реконструированных
эмбрионов развиваются до рождения, из
них менее половины достигают стадии половозрелости.
Это поднимает вопрос о том, имеет ли вообще
место нормальная регуляция взаимодействия
генов у клонированных животных. Рождение
здоровых клонов может объясняться толерантностью
развития млекопитающих к большей части
эпигенетических нарушений, а летальный
эффект вызывается кумулятивным действием
потерь нормальной регуляции генов во
многих локусах.
Вывод.
Клонирование - процесс создания
генетически сходного организма неполовым
путем. Клонирование использовали много
лет для выращивания растений. Животное
клонирование было предметом изучения
для ученых многие годы, но получало мало
внимания до 1997, пока не было клонировано
первое млекопитающее - овечка Долли. Ученный
Долли и несколько других ученых клонировали
различных животных, включая коров и мышей.
Успех клонирования привел к жестким дебатам
среди ученых, политиков и широкой публики
об использование и этике клонирования
животных и возможно человека.
За последние 50 лет, ученые провели
эксперименты по клонированию в обширном
круге животных, использовав много различных
методов. В 1979, исследователи произвели
первых генетически идентичных мышей,
расколов эмбрион мыши в экспериментальной
трубе, а затем внедрив получившийся эмбрион
в матку взрослой самки мыши. Вскоре после
того, как исследователи произвело первых
генетически идентичных коров, овцу и
цыплят, перемещая ядро клетки, взятой
у раннего эмбриона в яйцо, у которого
было освобождено ядро.
Главная причина клонирования
животных в том, чтобы произвести организмы
с определенными качествами, которые необходимы
человеку, например, овца была выведена
чтобы предоставить человеческий инсулин.
Если бы ученые полагались только на половое
размножение чтобы вывести этих животных,
они бы рисковали тем,что необходимые
им качества исчезли, так как половое размножение
переставляет генетический код в блоках.
Другими причинами для клонированиямогут
быть потерянные или умершие домашние
животные или животные, которые находятся
на грани вымирания. Какими бы не были
причины, новые технологии клонирования
разожгли много этических споров среди
ученых. Некоторые государства рассмотрели
или предписали законодательство, чтобы
замедлить, ограничить или запретить эксперименты
клонирования. Ясно, что клонирование
будет частью нашей жизни в будущем, но
будущее этой технологии должно всё же
быть определено.
Список литературы.
Дубинин Н.П. «Генетика вчера,
сегодня, завтра.» Москва, "Советская
Россия", 1981г.
Дегтярев Н.Д. «Клонирование:
правда и вымысел», Санкт-Петербург, ИК
«Невский проспект», 2002г.
Ф. Киберштерн «Гены и генетика»,
Москва, «Параграф», 1995 г.
Дубинин Н.П. «Генетика
вчера, сегодня и завтра» - Москва «Советская
Россия», 1981г.
Леонид К. И. «Клонирование»,
Век-2, 2006г.
Интернет
ресурсы.
https://ru.wikipedia.org
http://dic.academic.ru
http://sbio.info
http://alla-strepsils.narod.ru
http://www.tinlib.ru
Приложения.
Мейн-кун Литл Ники
(Little Nicky) клон и появился на свет в сентябре
2004 года после смерти семнадцатилетнего
кота Ники-старшего. Хозяйка старого кота
очень любила своего домашнего питомца,
поэтому решилась на клонирование, заплатив
за него 50 000 долларов. Это было первое
клонирование в коммерческих целях.
В корейской таможне
служат шесть клонированных собак – ищеек.
Их клонирование обошлось государству
в 240 тысяч долларов. Этот эксперимент
вызван тем, что из всех собак только у
35 процентов наблюдается превосходный
нюх и способность к поиску наркотиков. Среди клонов
уже натренированных собак этот процент
достигает отметки 90.
Биолог – генетик из
Кореи Хван Усок в 2011 году продемонстрировал
всему миру восемь клонированных щенков
дикого койота. Этот вид животных находится
на грани исчезновения.
Эти клоны волов появились
на свет в 2008 году в Японии. Биоматериалом
для них послужили замороженные клетки
двух волов, умерших в 1993 году.
В компании «BioArts International»
решили провести эксперимент по клонированию
собаки и выбор попал на немецкую овчарку
Трэкер. Об этой героической собаке не
раз писали СМИ. 11 сентября 2001 года этот
героический пёс почти двое суток без
отдыха работал на руинах
нью-йоркского торгового центра в поисках
пострадавших. В июне 2009 года на свет появились
пять здоровых щенков – клонов Трэкера.
По версии американского
журнала Time, клонирование собачки Снуппи
явилось самым удивительным достижением
науки в 2005 году. Первая клонированная
собака была "сотворена" из клетки
уха собаки, породы афганская борзая. А
Снуппи был рожден в мир благодаря "славноизвестному"
Хван Усоку из сеульского национального
университета. Напомним, что Хван Усок
это ученый, который был впоследствии
пойман на фальсификациях в некоторых
своих исследованиях, посвященных клонированию.
Тем не менее, достоверность Снуппи была
засвидетельствована ученым сообществом.
В 2008 году Снуппи принял участие в первом
известном удачном размножении клонированных
собак, в результате коего от двух искусственно
оплодотворенных сучек-клонов появились
десять щенков, из которых девять выжили.
На фотоснимке
один из "создателей" в итоге
клонированной овцы Долли - английский
ученый Ян Вилмут. Долли "родилась",
5 июля 1996 года, но только 27 февраля 1997 года
мир узнал о ней из статьи в популярном
журнале Nature. Легендарную овцу очень оберегали.
Через месяц после смерти, чучело Долли
выставили в Королевском музее Шотландии.
Чучело овечки Долли.
1
Тотипотентность - способность клетки
проходить через все стадии развития и
таким образом давать взрослый организм.
1
in vitro - это технология выполнения экспериментов,
когда опыты проводятся «в пробирке».
2
Морула - это стадия раннего эмбрионального
развития зародыша.
1
in vivo - в естественных условиях, на живом
организме