Прогресс в овечьей шкуре
Кому нужна технология создания генетических копий животных
Алла Салькова, «Ветеринария и жизнь»
В 1990-х годах специалисты Рослинского института (Великобритания) под руководством биологов Яна Вилмута и Кита Кэмпбелла активно искали метод, который бы позволил максимально эффективно производить генетически модифицированный скот. Одной из областей, в которых требовалось разобраться, были изменения клеток в процессе развития. Ученых интересовало, можно ли использовать клетки кожи, мозга и тканей для создания новых животных.
Опыты, затянувшиеся почти на два года, не приносили успеха. Подсаженные эмбрионы погибали, случались выкидыши, новорожденные ягнята не выживали. Сотни исследований закончились провалом. Ученые теряли доверие руководства, а с ним и финансирование.
Вероятно, одной из причин, по которой не поставили крест на экспериментах, было то, что речь шла об этапе очень большого пути: первые шаги к клонированию были сделаны еще в XIX веке. Немецкий гистолог Теодор Шванн доказал, что все ткани животных и растительных организмов состоят из клеток. А зоолог Август Вейсман описал разницу между зародышевыми и соматическими клетками.
В Российской империи и СССР объектом исследований стали тутовые шелкопряды. В 1886-м зоолог Александр Тихомиров выяснил, что от них, размножающихся половым путем, можно добиться искусственного однополого размножения. В 1930-х биолог Борис Астауров получил генетические копии шелкопряда. А в 1940-е эмбриолог Георгий Лопашов заложил основы современного метода клонирования – удалил ядро яйцеклетки лягушки и поместил вместо него ядро клетки соматической.
Долли не была первым клонированным животным – еще в 1960–1970 годах британский эмбриолог Джон Гердон провел серию успешных экспериментов по клонированию шпорцевых лягушек по методике Лопашова. Первое млекопитающее, лабораторную мышь, клонировали в 1987 году в СССР. А за год до появления Долли те же Вилмут и Кэмпбелл клонировали двух других овец – Мэган и Мораг.
Так в чем был прорыв? В том, что для создания всех этих животных использовали эмбриональные клетки. Долли же стала первым животным, появившимся из соматических клеток взрослой особи. Ученые использовали культуру эпителиальных клеток вымени взрослой лактирующей овцы, умершей до начала эксперимента. Яйцеклетки взяли у другой овцы. Из 277 клеток до состояния эмбриона развились лишь 29. И только из одного из них сформировался жизнеспособный ягненок, который появился на свет от суррогатной матери 5 июля 1996 года. Новорожденную овечку назвали в честь певицы Долли Партон, известной любовью подчеркнуть свой выдающийся бюст.
От критики к индустрии
Мир узнал о Долли, когда ей было восемь месяцев: в журнале Nature вышла небольшая статья «Жизнеспособное потомство, полученное из эмбриональных и взрослых клеток млекопитающего» (Viable offspring derived from fetal and adult mammalian cells). История попала в СМИ, и об овечке заговорили повсюду. Но уже вскоре Вилмут и Кэмпбелл столкнулись с критикой.
Нортон Зиндер, лауреат премии Национальной академии наук США, указал на количество безуспешных экспериментов и счел появление Долли скорее случайностью, чем значимым результатом. Кроме того, раз овца, чьи клетки вымени использовались для создания Долли, была мертва, нельзя было сравнить их геномы и подтвердить, что Долли – ее генетическая копия. Также он указывал, что, если исходная овца была беременна, в материал могли попасть эмбриональные клетки. И в таком случае этот эксперимент ничем не отличался бы от более ранних.
В 1999-м британская газета Independent и вовсе назвала Долли подделкой. Анализ показал: в ее геноме присутствует генетический материал овцы – донора яйцеклетки. Это объясняется тем, что 0,02% генов млекопитающих находятся не в ядре клетки, а в митохондриях – так донорские гены и стали частью Долли. По мнению критиков, это делало Долли не полноценным клоном, а скорее дочерью двух матерей.
Но, несмотря на претензии, рождение Долли стало прорывом, позволившим использовать для клонирования клетки взрослых особей. Вскоре появились клоны мышей, коз, коров, свиней, созданные на основе клеток как живых, так и пробывших пару лет в заморозке животных. Эксперименты по всему миру позволили улучшить технологию и сократить число попыток, необходимых для получения жизнеспособного клона, в десятки раз. Ученые убедились: клоны рождаются здоровыми и способны давать здоровое потомство.
Сегодня Китай производит около 500 клонированных свиней в год для тестирования новых лекарств. Там же идут эксперименты по клонированию генетически измененных макак для изучения некоторых заболеваний. Еще одна возможная сфера применения клонирования – возрождение вымерших видов и сохранение вымирающих. Пока, однако, ученые не слишком в этом преуспели. Клонированный в 2001 году бык гаур умер через два дня после рождения. В 2003-м клон вымершего пиренейского козерога скончался вскоре после появления на свет из-за дефекта легких. Уже второе десятилетие в разных странах, в том числе и в России, обсуждают идею клонирования мамонта, но для этого надо сначала получить или искусственно воссоздать его ДНК.
Были, впрочем, и удачные эксперименты. В 2003-м удалось клонировать вымирающего быка бантенга, позже – степного кота. В 2020 году стало известно о клонировании черноногого хорька, в результате которого родилась самка, названная Элизабет Энн. Ученые надеются, что этот опыт поможет бороться с близкородственным скрещиванием – для создания особи использовали клетки самки, умершей в 1980-е, поэтому Элизабет Энн значительно отличается генетически от современных хорьков.
В США, Китае, Южной Корее практикуется коммерческое клонирование домашних животных. Некоторые компании имеют представительство в России. Но копия домашнего любимца по карману немногим – заплатить придется больше 100 тыс. долларов.
Вопрос во многом экономический
В России нет целенаправленной программы исследований в области клонирования. Но в последние годы стало известно о двух важных экспериментах. Ученые из ФГБНУ «Федеральный исследовательский центр животноводства – ВИЖ имени академика Л. К. Эрнста» первыми в России клонировали корову, изменив ее геном. Это событие должно стать первым шагом на пути к созданию генетически отредактированных животных с заданными свойствами. А в компании «Артэмбриоген» (резидент «Сколково») разработали новый подход к клонированию, который назвали технологией генетического лифта: яйцеклетка наиболее генетически ценной коровы оплодотворяется спермой не менее генетически ценного быка, а затем полученный эмбрион становится источником материала для эмбрионов-клонов определенного пола с заданными генетическими характеристиками. Генетический материал выросших телят используют для дальнейшего воспроизведения.
«Технологии клонирования животных в сельском хозяйстве России не применяются, пока что они находятся на уровне научных исследований и стартапов, – рассказал нашему изданию Вадим Хлесткин, директор Всероссийского научно-исследовательского института генетики и разведения сельскохозяйственных животных, филиала ВИЖ имени академика Л. К. Эрнста. – За рубежом ситуация аналогичная, просто стартапы побогаче и их больше. Реальный сектор ждет, когда стоимость операции клонирования упадет ниже 1000 долларов за животное. По достижении этого порога возможно широкое внедрение новых технологий, которое, скорее всего, за рубежом произойдет – просто фермеры, не внедрившие их, будут проигрывать в конкурентной борьбе. Возможно, России стоит разработать свои технологии клонирования и внедрить их в первую очередь в странах, где проблема с продовольствием стоит наиболее остро».
Что касается продуктов питания на основе мяса клонированных животных, то в США их считают безвредными, добавляет Вадим Камильевич, но позиция других стран может отличаться. С точки зрения науки, скорее всего, продукты из клонированных животных безвредны – они не должны отличаться от продуктов из клонов, появившихся на свет естественным путем, – однояйцевых близнецов.
«Разрешение или неразрешение той или иной технологии к применению – это вопрос во многом экономический, – отмечает эксперт «ВиЖ».
– Лучше, конечно, его регулировать так, чтобы заработанные на технологии деньги оставались в бюджете России». Сегодня клонирование актуально как инструмент копирования животных с выдающимися характеристиками – например, особо ценных быков для получения и консервации их семени. Однако на практике это применяется редко – в новых поколениях нет недостатка в высококачественных особях, поэтому смысла в их клонировании пока нет.
Помимо стоимости и технической сложности у клонирования есть и другие недостатки – чрезмерное увлечение им может стать причиной проблем с генетическим разнообразием. «Клонирование – технология воспроизведения существующего генетического фонда, но не его развития, – обращает внимание Вадим Хлесткин. – Теоретически возможна ситуация, когда, упрощенно говоря, все хозяйства захотят клонов одного, наиболее экономически выгодного животного. При этом вся забота о сохранении генетического разнообразия ляжет на плечи науки, музеев и природных парков». Снизить риски можно с помощью централизованной, или плановой, экономики – например, предусмотреть клонирование разных генотипов в разных хозяйствах.
У клонирования есть и другие минусы: оно не позволяет сократить по времени ни селекционный, ни репродуктивный процесс. Нельзя сбрасывать со счетов риск случайно клонировать животное с генетически обусловленной низкой устойчивостью к заболеваниям или генетическим дефектом. Но, несмотря на минусы, технология клонирования продолжает развиваться – ее возможности, особенно в сочетании с редактированием генома, важны для исследовательских задач, сельского хозяйства, полицейской службы и многих других сфер.
Портал «Вечная молодость» http://vechnayamolodost.ru