Методы клонирования человека, этапы, преимущества, недостатки. С какой целью предполагается использование клонирования человека

Другой метод, менее эффективный и более трудоемкий, чем предыдущий, — метод «индуцированных многоцелевых стволовых клеток». Многоцелевые клетки обладают способностью создавать любой тип ткани, в отличие от обычной клетки организма, которая запланирована для выполнения определенной функции …

Клонирование человека возможно? Чем копия отличается от оригинала? В чем вообще смысл? Стыдные вопросы про самую обсуждаемую тему в современной биологии

24 января китайские ученые сообщили об успешном клонировании первичных млекопитающих, впервые используя тот же метод, который применялся в знаменитом эксперименте Дори Овечкина. Клонирование — одна из самых удивительных и очень актуальных тем современной биологии. Медуза» попросила Константина Северинова, доктора биологических наук, профессора Сколковского института науки и технологий Ратгерского университета, ответить на несколько важных вопросов о клонировании.

Автор(ы): Профессор Константин Северинов, доктор биологических наук, Сколковский институт науки и технологий, Сколково.

Профессор, Сколковский институт науки и технологий

Константин Северинов.

Клонирование — это вообще что?

Клонирование — это процесс или технология получения клонов. Клон определяется как организм, генетически идентичный или почти идентичный другому организму. Однояйцевые близнецы являются клонами друг друга, потому что оба были развиты из одной и той же оплодотворенной яйцеклетки. Растения, полученные в результате размножения стеблями, также являются клонами, например, кустарники, у которых свисают усы.

Однако дети не являются клонами своих родителей. Каждый человек имеет в своих клетках двойной набор генов — набор отца и набор матери. Во время зачатия и отец, и мать передают потомству только половину своих генов — по одному набору. В этом случае удача определяет, какие из дублирующих генов отца и матери передаются потомству. Поскольку версии генов, имеющихся у родителей, немного отличаются, потомство также будет отличаться от родителей. С биологической и эволюционной точки зрения это хорошо, так как увеличивает генетическое разнообразие. Чем разнообразнее популяция, тем больше вероятность того, что носители определенной комбинации генов выживут и оставят потомство при изменении условий окружающей среды.

Однако в контексте коммерческого сельскохозяйственного производства, например, разнообразие является источником проблем. Если вы хотите сохранить стадо ангусов с определенным признаком, производство говядины с половым размножением неизбежно означает, что не все потомство будет таким же, как исходное животное, и некоторых следует удалить. Клонирование может решить такие проблемы (на самом деле, в случае с мошенничеством проблема была решена, но крупный рогатый скот не производит усов — так что все сложнее).

Как ученые вывели овечку Долли? Взяли клетки самки и самца и как-то соединили в пробирке?

Долли были «сделаны» следующим образом: взяли клетку вымени овцы и «имплантировали» генетический материал из этой клетки в яйцеклетку, полученную от другой овцы. В то же время их собственный генетический материал ранее был удален из яйцеклетки. После этого ооциты имели тот же двойной набор генов, что и клетки молочной железы. Это означает, что оплодотворение такой яйцеклетки было необязательным! Яйца были перенесены в матку третьей овцы, которая родила и произвела на свет ягненка Долли.

Овца, родившая Долли, является суррогатной матерью. У нее нет генетического родства с Долли. Овцы, из которых развились яйца Долли, имеют мало общего с Долли и поэтому не имеют к ней никакого отношения. Однако овца, от которой был взят генетический материал клеток молочной железы для имплантации в яйцеклетку, является «генетической матерью» Долли (а Долли — ее клоном). Их гены практически идентичны. У Долли не было отца — генетически он был отцом генетической матери Долли, но оказалось, что он также был ее дедушкой.

Константин Северинов, доктор биологических наук, профессор Сколковского института науки и технологий. Фото: Sk.ru.

Технологии клонирования могут оказаться полезными исследователям в области генетики. Они могут лучше понять состав генов и влияние генетических составляющих на человеческие черты. Также может помочь нам бороться с широким спектром генетических заболеваний.

Значение.

Термин «клонирование человека» вызывает споры на протяжении многих лет. Клонирование может осуществляться двумя способами: воспроизводство и лечение или исследования. Эти определения не являются научно корректными, но широко используются.

Терапевтическое клонирование не предназначено для создания двух генетически идентичных индивидуумов. С помощью этой техники конечной целью является создание культур клеток, которые могут быть использованы в медицинских целях. Эта техника позволяет получить все клетки, присутствующие в организме человека.

Репродуктивное клонирование, с другой стороны, предполагает имплантацию эмбриона в организм женщины для осуществления процесса беременности. Эта процедура была использована для клонирования овечьих куколок в июле 1996 года.

Обратите внимание, что при терапевтическом клонировании эмбрионы культивируются стволовыми клетками и не доходят до стадии зрелости.

В лабораториях генетической и молекулярной биологии, с другой стороны, термин «клон» имеет другое значение. Он включает в себя захват и амплификацию фрагмента ДНК, который вставляется в вектор для последующей экспрессии. Этот процесс широко используется в экспериментах.

История клонирования

Сегодняшние процессы, делающие возможным клонирование органов, являются результатом более чем столетних усилий исследователей и ученых.

Первые признаки этого процесса появились в 1901 году, когда ядра были перенесены из одной клетки амфибии в другую. В последующие годы ученые добились успеха в клонировании эмбрионов млекопитающих в 1950-х и 1960-х годах.

В 1962 году производство лягушек было достигнуто путем переноса ядер из клеток, полученных из кишечника головастиков, в ооциты, из которых были удалены ядра.

Овечка долли

В середине 1980-х годов из эмбриональных клеток были клонированы овцы. В 1993 году также был клонирован крупный рогатый скот. 1996 год стал поворотным для методологии, поскольку произошло самое известное событие в сообществе клонирования — появление овечки Долли.

Долли, что именно привлекает внимание СМИ? Это стало результатом отбора дифференцированных клеток из молочных желез взрослых овец, тогда как в предыдущих случаях использовались только эмбриональные клетки.

К 2000 году уже было клонировано более восьми видов млекопитающих, а в 2005 году была клонирована собака по имени Снупи.

Клонирование человека было более сложным. История насчитывает несколько случаев мошенничества, от которых пострадало научное сообщество.

Методы.

Ядерный перенос соматических клеток

В целом, процесс клонирования млекопитающих осуществлялся с помощью техники, известной как перенос ядер соматических клеток. Именно этот метод использовали исследователи из Рослинского института для клонирования овечки Долли.

В нашем организме можно выделить два типа клеток: соматические и половые. Первый — это то, что образует человеческое «тело» или ткань, пол — это гаметофит, как яйцеклетка, так и сперматозоид …

Они различаются в основном по количеству хромосом, при этом соматические клетки являются диплоидными (два набора хромосом), а половые — содержат только половину. У человека соматические клетки имеют 46 хромосом, а половые — только 23.

Ядерный перенос соматических клеток, как следует из названия, предполагает удаление ядра из соматической клетки и введение его в яйцеклетку, из которой ядро было удалено.

Индуцированная плюрипотентная стволовая клетка

Другой метод, менее эффективный и более трудоемкий, чем предыдущий, — метод «индуцированных многоцелевых стволовых клеток». Многоцелевые клетки обладают способностью создавать любой тип ткани, в отличие от обычной клетки организма, которая запланирована для выполнения определенной функции …

Этот метод основан на введении генов, называемых «агентами перепрограммирования», которые восстанавливают плюрипотентную способность взрослых клеток…

Одним из основных ограничений этого метода является потенциальный рост раковых клеток. Однако достижения в области технологий позволили улучшить и уменьшить потенциальный ущерб для клонированных организмов …

Так, в 1908 году наш соотечественник Александр Максимов (биография которого, кстати, заслуживает отдельного рассказа) высказался за существование неких клеток, которые могут превращаться во все остальные клетки организма, и назвал их «стволовыми клетками».

В чём польза клонирования для человечества?

В науке распространены три вида клонирования: генетическое, репродуктивное и терапевтическое. Первое относится к клонированию конкретных генов или регионов ДНК, а репродуктивное клонирование позволяет размножаться животным, что стало инициативой генетиков домашних животных. Стоимость таких услуг составляет от 100 000 до 150 000 долларов США, но при этом не гарантируется, что клонированное животное сохранит все характеристики и черты оригинального животного, даже цвет шерсти лишь частично зависит от ДНК.

Репродуктивное клонирование широко применяется в животноводстве. В 2008 году Управление по контролю за продуктами и лекарствами США (FDA) признало мясо и молоко клонированных животных безопасными для человека. Вместо этого в 2015 году Европейский союз навсегда запретил клонирование домашнего скота и продажу продуктов питания, полученных от таких особей. Противники клонирования по обе стороны океана сомневаются в безопасности продуктов, произведенных из клонированных животных, из-за недостатка исследований технологии и ее влияния на клонированные организмы. Еще одним сдерживающим фактором является высокая стоимость технологии.

Китайские власти придумали альтернативу клонированию животных для общественного блага. В 2019 году в Поднебесной клонировали полицейскую собаку с лучшими характеристиками для выполнения поставленной задачи. Китайские ученые считают, что дрессировка его клона потребует меньше времени и затрат по сравнению с обычным щенком той же породы. Этот метод также может помочь защитить редкие виды животных, но нет уверенности в том, что клонированная популяция приспособится к выживанию. В отличие от клонирования, половое размножение обеспечивает обмен и создание новых генетических комбинаций, поддерживая видовое разнообразие и устойчивость в непредсказуемых условиях окружающей среды.

Наибольший интерес представляет терапевтическое клонирование. В долгосрочной перспективе это может упростить трансплантацию органов. Биологам уже удалось создать искусственную кожу и щитовидную железу, а эксперименты на мышах с ослабленным иммунитетом показали, что введение фетальных столовых клеток может восстановить иммунную систему. Этот строительный ресурс принимает форму клеток в различных органах, тканях и крови и поддерживает иммунитет.

Законно ли разрушение эмбриона в медицинских целях?

Терапевтическое клонирование основано на принципе ядерного переноса, благодаря которому появилась овечка Долли. Донорская яйцеклетка в сочетании с ядром соматической клетки делится и образует бластоцисту — пузырек с эмбриональными клетками, необходимыми для роста органов и тканей. Через несколько дней формируется зародыш. Терапевтическое клонирование позволяет зародышу развиваться в течение двух недель. Для формирования элементарных элементов нервной системы требуется очень много времени.

В 2017 году ученые впервые получили здоровые стволовые клетки из человеческих эмбрионов. Исследование проводилось под руководством биолога Шухрата Миталипова. С середины 1990-х годов он работает в США, сотрудничая с Китом Кэмпбеллом, одним из создателей овечки Долли. В интервью Meduza биолог сказал, что для перепрограммирования клеток чаще всего используется пересадка клеток. Например, клетки кожи можно использовать для создания нейронов. Для этого ученые могут «стереть» память клетки. Это одновременно «омоложение».

Например, мы получили клетки кожи от 70-летнего пациента. Ядро было удалено и пересажено в цитоплазму яйцеклетки. Что осталось. При стимуляции инородного ядра яйцеклетка развилась в ранний зародыш. Затем от этого плода были получены фетальные стволовые клетки. 5 дней. Все связано с пониманием клетками возраста клетки. Можно ли повернуть время вспять? Только клетки. Однако после получения клеточной линии ее уже может быть достаточно для создания новых клеток. Нейроны, клетки сердца и т.д. И все будут новыми. Они находятся в платине Петри, и затем мы сможем заменить ими устаревшие или мертвые клетки в организме пациента», — сказал Шкурат Миталипов в интервью.

В апреле 2019 года израильские ученые первыми в мире напечатали живое сердце из человеческой ткани на трехмерном принтере. Орган размером 2,5 см состоит из кровеносных сосудов и клапанов и пересаживается животным в качестве эксперимента. Чтобы напечатать его, ученые превратили жировые клетки пациента в стволовые клетки. Для сравнения, в 2015 году российская компания ISS BioStroke напечатала щитовидную железу мыши, используя эмбриональные клетки. Следующий шаг — печать человеческих устройств, если закон о биомедицинских клеточных продуктах не вступит в силу в России в 2017 году. Они создаются в лабораторных условиях. Аналогичные ограничения действуют еще в 70 странах, откладывая клонирование человеческих органов на неопределенный срок.

Когда телят клонировали с помощью генов, взятых из ушей взрослого скота, у клонированных животных возникли проблемы со здоровьем. Только через два месяца молодые телята умерли от проблем с сердцем и других осложнений …

Почему для выращивания органов не нужен эмбрион

Вернемся ко второму Нобелевскому лауреату 2012 года — японскому острову Яманака. Для каждой клетки нашего тела время течет следующим образом: от стволовой клетки к дифференцированной клетке, возврата нет. Однако японцы смогли взять и получить многоцелевые стволовые клетки из клеток кожи, которые могут многократно делиться и превращаться в любую клетку организма. Таким образом, существует клонирование одного и того же лечения, но без клонирования. Для получения материала для выращивания или печати оборудования на 3D-принтере не нужен плод. Это было великое открытие.

Остров Яманака. Фото: Arquivo/Kyodo.

Конечно, технология требовала усовершенствования, и существовали скрытые угрозы. Это связано с тем, что в человеческом организме клетки способны к неограниченному делению и регенерации. Их называют «раковыми опухолями».

В результате, следующее десятилетие ушло на изучение последствий и тщательное изучение способов, которыми МУЛЬТИМОН убивает полученные клетки, и способов, которыми они нам нужны. Парадоксально, но в последние годы были открыты новые головокружительные возможности для преобразования одних клеток в другие.

Печать органов на 3D-принтере. Фото: wifm.

Что это дает нам сейчас? Эксперименты по печати органов проводятся по всему миру. Например, в нашей стране для мышей была напечатана функциональная щитовидная железа.

В этом году, после более чем двухлетнего тестирования на обезьянах, начинается пионерский эксперимент по лечению болезни Паркинсона пересадкой выращенных из клеток кожи нейронов взамен погибших в так называемую черную субстанцию. И все эти эксперименты проводятся без клонирования человека.

Поэтому клонирование человека может стать возможным в ближайшем будущем, но не является действительно необходимым для науки и медицины. С помощью клонирования невозможно создать полную копию человека с сознанием, но обычные люди пока могут справиться с приобретением молодого человека.