Клонирование
План:
1. Клонирование бактерий. Естественное клонирование в природных условиях.
2. Клонирование животных.
3. Клонирование человека.
Клонирование бактерий. Естественное клонирование.
Клон — группа генетически идентичных организмов или клеток. Если гены идентичны, то, по сути, клоны — одинаковые существа.
Клонирование в биологии — это появление естественным или искусственным путем нескольких генетически идентичных живых организмов. Термин в том же смысле нередко применяют по отношению к одноклеточным организмам и клеткам многоклеточных организмов.
Естественное клонирование
В действительности, клонирование свойственно и растительному, и животному мирам. Например, вегетативное размножение растений, деление бактерий, клональное размножение ящериц. В том числе рождение близнецов у людей — тоже пример естественного клонирования.
С помощью современных генетических методов биологи научились превращать бактерии в своеобразные биологические фабрики по производству белковых препаратов (например, рестрицирующих эндонуклеаз), различных химических соединений, аминокислот, антибиотиков и т. д. Клонируя в бактериальных клетках специфические гены, они создают новые пути биосинтеза для получения уникальных метаболитов, применяют клонированные гены болезнетворных микроорганизмов в качестве зондов для диагностики заболеваний человека и домашних животных, используют изолированные гены для получения безопасных и эффективных вакцин.
Бактерии можно не только использовать как фабрики для синтеза белков типа рестриктаз, но и получать с их помощью новые продукты, изменяя метаболизм бактериальных клеток введением в них чужеродных генов или модификацией уже существующих. Можно создавать рекомбинантные микроорганизмы, способные синтезировать самые разные низкомолекулярные соединения Ь-аскорбиновую кислоту, краситель индиго, аминокислоты, антибиотики, мономерные единицы различных биополимеров. Общая стратегия при этом состоит во введении в организм хозяина специфических генов, клонированных в подходящем векторе, которые кодируют один или несколько ферментов, катализирующих не свойственные микроорганизму метаболические реакции или влияющих на осуществляемый им в норме биосинтез определенных соединений.
Клетки бактерий содержат хромосомную ДНК. Однако помимо хромосом бактерии содержат большое число небольших (1—25 т. н. п.) кольцевых молекул ДНК. Такие кольцевые молекулы называют плазмидами. Некоторые плазмиды имеют в своем составе гены устойчивости к антибиотикам, представленные большим числом копий. Высокая копийность плазмид обеспечивает клетке синтез большого количества ферментов, биохимически нейтрализующих антибиотики, что и обеспечивает устойчивость бактериальной клетки к последним.
Клонирование животных.
У животных можно получить клоны в том случае, когда используемые объекты размножаются путем партеногенеза, т. е. бесполым путем, без предварительного оплодотворения. У нас в стране блестящие работы по клонированию выполнены на шелкопряде академиком В.А. Струнниковым. Выведенные им клоны шелкопряда (партеноклоны мужского пола, дающие на 20 % больше шелка, чем женские) известны на весь мир.
Высшие животные в природе размножаются только половым путем. Клетки животных, дифференцируясь, лишаются тотипотентности. Поэтому для их клонирования в основном используют недифференцированные делящиеся клетки.
Для клонирования животных ядро оплодотворенной яйцеклетки заменяют ядром, взятым от другой особи (с другой генетической информацией). Оказалось, что тотипо- тентность (возможность развиваться во взрослую особь) сохраняют ядра из клеток очень ранних эмбрионов. Это позволяет проводить искусственное разделение четырех — восьми клеточных эмбрионов на отдельные клетки, культивировать их in vitro до стадии бластоцисты и имплантировать в матку суррогатной матери, где они развиваются до рождения. Таким путем можно получать генотипически одинаковые особи (однояйцевых близнецов).
Сенсационность работы доктора Я. Вильмута и соавторов из Шотландии (1997) заключается в том, что впервые для клонирования млекопитающих были использованы ядра соматических (дифференцированных) клеток взрослой овцы (клетки соединительной ткани — фибробласты) беломордой породы Финский дорсет, выделенные из вымени овцы (рис. 1).
Клонирование овцы осуществлялось методом переноса ядра. Ядро яйцеклетки удаляли с помощью микропипетки. Затем культивировали эпителиальные клетки молочной железы взрослой особи, индуцировали их переход в фазу G0 и провели слияние клеток в G0 фазе и яйцеклеток, лишенных ядра овец шотландской черномордой породы. Выращивание восстановленных яйцеклеток осуществлялось в культуре или в яйцеводе до ранних стадий эмбриогенеза, а затем их имплантировали в матку суррогатной матери черномордых овец, где и происходило дальнейшее развитие. В результате появилась всемирно известная овца Долли, генотип и фенотип (беломордый ягненок) которой были полностью идентичны исходной матери. В эксперименте было проведено слияние 277 яйцеклеток с удаленными ядрами с клетками молочной железы в G0 фазе; из 29 эмбрионов только один развился до жизнеспособного плода.
Перенос ядра соматической клетки в энуклеированную зиготу (безъядерную) успешно проведен на мышах японскими учеными. Имеются сообщения о клонировании свиньи, коровы, кошки. Таким образом, была доказана способность ядер соматических клеток обеспечивать нормальное развитие млекопитающих.
Рис. 1. Клонирование овцы методом переноса ядра (по Л.И. Корочкину, 1999)
Исследования по клонированию животных имеют фундаментальное значение. Полная схожесть организмов дает возможность сравнивать влияние на них различных препаратов и внешних условий (например, оценивать мутагенность различных химических соединений); выяснить механизмы дифференцировки клеток в процессе онтогенеза и возможность управления этими процессами. Это открывает путь к генотерапии и искусственному созданию органов для трансплантации. Появление клонов важно и для испытания новых лекарств.
Клонирование человека.
Клони́рование челове́ка — прогнозируемая методология, заключающаяся в создании эмбриона и последующем выращивании из эмбриона людей, имеющих генотип того или иного индивида, ныне существующего или ранее существовавшего.
Наиболее успешным из методов клонирования высших животных 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.
Репродуктивное клонирование человека
Репродуктивное клонирование встречается со множеством этических, религиозных, юридических проблем, которые сегодня ещё не имеют очевидного решения. Во многих государствах работы по репродуктивному клонированию запрещены на законодательном уровне.