Клонирование - особенности технологии и этические вопросы. Понятие и сущность клонирования Естественное и искусственное клонирование

Метод культуры клеток позволяет получить большое количество клеток - потомков одной первоначально взятой родительской клетки. Этот метод называется клонированием. Клон клеток - это совокупность клеток, имеющих происхождение от одной исходной клетки в результате митоза. В основе клонирования лежит фундаментальное свойство живого – способность к репликации, т.е. воссозданию, синтезу себе подобного. Такие клетки имеют совершенно идентичный геном.

В начале 70-х годов ХХ в. научились клонировать клетки. В течение 10 – 12 лет удавалось клонировать только опухолевые клетки, поскольку их собственным свойством является способность неограниченно делиться митозом. Г. Келлер и У. Мильштейн в 1974 – 1975 г. разработали методику получения гибридных клеток, одна из которых опухолевая (миелома), а вторая – нормальный лимфоцит. Получающиеся гибридные клетки имели какую-то часть хромосом нормального лимфоцита (другая часть хромосом выбрасывалась из клеток в течение первых делений, пока геном не стабилизировался) и какую-то часть от опухоли. Росли только клетки, унаследовавшие способность к неограниченному делению. Параллельно в них шел биосинтез тех или иных продуктов нормального лимфоцита, например, антител. Неограниченно делящиеся клетки клонировали, т.е. рассадили по одной (каждую в отдельную посуду) и получили клоны клеток. Такие клетки назвали гибридомами. Если гибридома синтезирует антитела, то их называют моноклональными. Такие антитела являются не только продуктами моноклона, но и чистыми препаратами одинаковых иммуноглобулинов. В конце 70-х годов научились выращивать in vitro и клонировать Т-лимфоциты. Это стало возможным только после открытия фактора роста для Т-лимфоцитов, позже названного интерлейкином-2 (IL-2).

Следующим методическим этапом исследования природы стало клонирование генов (молекулярное клонирование) – получение чистого клона гена и вслед за ним чистого клона молекул белка, кодируемого этим геном. Для того, чтобы клонировать конкретный ген, сначала надо узнать первичную последовательность нуклеотидов этого гена. Необходимо было также научиться искусственно синтезировать короткие отрезки ДНК (20 – 30 нуклеотидов) со строго заданной последовательностью нуклеотидов (олигонуклеотидов), используемых в качестве затравки (праймера) для синтеза длинных молекул ДНК с помощью фермента ДНК-полимеразы. Для клонирования ДНК ее вначале подвергают диссоциации (расплетанию) путем нагревания до 92 – 95 о С (термоденатурации). В результате данного метода можно получить миллионы копий исследуемого гена. Этот метод получил название полимеразная цепная реакция (ПЦР), впервые описанный в 1983 г. Керри Б. Мюллисом. За прошедшие годы этот метод получил широкое распространение во всем мире.

Получив столь «мощный» метод биосинтеза отдельных генов в чистом виде, стали «делать» трансгенных мышей и мышей с направленным разрушением определенного гена. Трансгенная мышь – это мышь, в геном которой введен посторонний экзоген. Чтобы сделать трансгенную мышь, необходимо иметь в качестве препарата чистую ДНК, строго воспроизводящую последовательность заданного экзогена. Самку мыши спаривают с самцом, после чего из самки быстро извлекают оплодотворенную яйцеклетку. Микроманипулятором в мужской пронуклеус ниъецируют ДНК экзогена. Такие яйцеклетки имплантируют в матку или яйцеводы другой подготовленной псевдобеременной самки и ждут от нее потомство. Опыт показывает, что примерно 25% новорожденных мышат несут экзоген (теперь уже трансген ) в своем геноме. В первом поколении мышей трансген находится в гетерозиготном состоянии. Таких мышей спаривают, и во втором поколении отбирают гомозигот по трансгену. Теперь они являются полноценными трансгенными мышами. С помощью трансгенных мышей были получены важные сведения о том, как осуществляется регуляция генов млекопитающих и каким образом некоторые гены (онкогены) обусловливают возникновение рака.

В последние годы получает развитие новая область медицины, так называемая биомедицина. Задачами этого направления медицины являются создание технологий сохранения, доставки, интеграции и функциональной актуализации в организме пациента средств молекулярной и клеточной терапии. Основой клеточной технологии является использование стволовых клеток. Разработана и реализуется программа исследований «Стволовые клетки и их использование в медицине». Поскольку стволовые клетки полипотентны, они могут развиваться в любом направлении - мышечных, нервных, эпителиальных и др. Стволовые клетки взрослого организма сохраняются в небольшом количестве, обеспечивая регенерационные способности тканей.

Различают несколько субклассов стволовых клеток:

Ранние эмбриональные стволовые клетки – клетки бластоцисты 1 –2 недели, тотипотентные;

Широко специализированные стволовые клетки – клетки гаструлы – нейрулы 3 – 4 нед., мультипотентные;

Ограниченно специализированные (фетальные) – клетки обновляющихся растущих тканей взрослого, составляют 1 – 2%, олигопотентные;

Фенотипически детерминированные – региональные стволовые клетки, из которых можно вырастить в культуре разные клетки; например, клетки костного мозга в культуре могут расти в разных направлениях.

Стволовые клетки используются для изучения:

Общих закономерностей эмбриогенеза человека;

Создания моделей болезней человека;

Закономерностей экспрессии генов в эмбриогенезе;

Разработки методов выделения и поддержания в культуре с сохранением их пролиферативных потенций;

Факторов клеточной дифференцировки;

Генотерапии;

Преодоления дефицита тканей для трансплантации.

Источниками стволовых клеток могут быть эмбрионы, искусственно выращенные эмбрионы, эмбриональные карциномы, премордиальные гаметоциты, клетки костного мозга, пуповинные и плацентарные клетки. Стволовые клетки используются для эмбрионального клонирования.

Если стволовые клетки ввести животному внутривенно, то они обнаруживаются в разных органах. Клонирование удается, если ввести ядро стволовой клетки, а не дифференцированной клетки взрослого организма. Такие клетки можно использовать для лечения болезней человека. Для этого их выделяют из организма (например, из ребра у добровольцев), обрабатывают в определенном направлении в культуре. Берут яйцеклетку у донора, ядро яйцеклетки микроманипулятором удаляют и вводят ядро обработанной соматической клетки. Затем клетка дифференцируется в определенном направлении (например, в нейральную) и ее вводят больному человеку. В Англии разработана методика клонирования эмбриональных клеток свиньи.

Стволовые клетки уже используются в медицине при ожогах. Таким способом выращивают кожу для трансплантации. Получены положительные результаты при лечении болезни Паркинсона, болезни Альцгеймера и др. Стволовые клетки могут быть материалом для выращивания тканей и органов для трансплантации. В настоящее время созданы банки стволовых пуповинных и плацентарных клеток. МЗ РФ разрешило клинические испытания клеточных систем в кардиологии и неврологии.

В биологии называется процесс производства подобных популяций генетически идентичных особей, что происходит в природе, когда организмы, например, бактерии, растения или насекомые, размножаются бесполым способом. Касательно биотехнологии термин «клонирование» относится к процессам, используемым для создания копий фрагментов ДНК (молекулярное), клеток (клеточное) или организмов. Этот термин также относится к производству нескольких копий продукта, например, цифровых носителей или программного обеспечения.

Термин «клон» происходит от древнегреческого слова «klōn» («ветка»), имея в виду процесс, посредством которого новое растение может быть создано от ветки.

28 декабря 2006 г. употребление человеком мяса и продуктов питания из клонированных животных было одобрено FDA (Управление по контролю за продуктами и лекарствами США) в США, без какой-либо специальной требуемой маркировки, потому что было обнаружено, что пища из клонированных организмов идентична организмам, от которых они были клонированы. Такая практика встретила сильное сопротивление из-за дезинформации в других регионах, таких как Европа, особенно в связи с проблемой маркировки.

Молекулярное клонирование

Молекулярное клонирование относится к способу получения нескольких молекул. Клонирование обычно используется для амплификации фрагментов ДНК, содержащих целые гены, но оно также может быть использовано для амплификации любой последовательности ДНК, такой как промоторы, некодирующие последовательности и случайным образом фрагментированная ДНК. Оно используется в широком спектре биологических экспериментов и практического применения, начиная от генетической дактилоскопии для крупномасштабного производства белка. Иногда термин ошибочно используется для обозначения идентификации хромосомного расположения гена, ассоциированного с определенным интересующим фенотипом, например, в позиционном клонировании. На практике локализация гена в хромосоме или геномной области не обязательно позволяет выделить или амплифицировать соответствующую геномную последовательность. Чтобы амплифицировать любую последовательность ДНК в живом организме эта последовательность должна быть связана с источником репликации, который представляет собой последовательность ДНК, способную к ориентированию распространения себя и любой связанной последовательности. Тем не менее, необходим ряд других особенностей и выбор специализированных векторов клонирования (маленький кусочек ДНК, в который может быть вставлен инородный фрагмент ДНК), которые позволяют экспрессию белка, мечение, производство одноцепочечной РНК и ДНК и целый ряд других манипуляций.

По сути клонирование любого фрагмента ДНК состоит из четырех этапов:

• Фрагментация - разрушение цепочки ДНК,
• Лигирование - склеивание фрагментов ДНК в желаемой последовательности
• Трансфекция - вставка вновь образованных фрагментов ДНК в клетки
• Скрининг/селекция - отбор клеток, которые были успешно соединены с новой ДНК

Хотя эти этапы остаются неизменными среди процедур клонирования, могут быть выбраны альтернативные способы, которые они обобщаются в качестве стратегии.

Первоначально должна быть выделена интересующая ДНК, чтобы обеспечить сегмент ДНК подходящего размера. Затем процедура лигирования используется там, где амплифицированный фрагмент встраивается в вектор (участок ДНК). Вектор (часто круговой) линеаризуется с использованием ферментов рестрикции и инкубируется с интересующим фрагментом в соответствующих условиях с ферментом ДНК-лигаза. После лигирования вектор с интересующей вставкой трансфицируется в клетки. Доступен ряд альтернативных методов, например, химическая сенсибилизация клеток, электропорация, оптическая инъекция и биолистика. Наконец, трансфицированные клетки культивируют. Так как вышеуказанные процедуры отличаются особо низкой эффективностью, существует необходимость в идентификации клеток, которые были успешно трансфицированы вектором, содержащим нужную последовательность вставки в нужном направлении. Современные векторы клонирования включают выбираемые маркеры устойчивости к антибиотикам, которые позволяют расти только клеткам, в которых был трансфицирован вектор. Кроме того, векторы клонирования могут содержать маркеры селекции цвета, которые обеспечивают синий/белый скрининг (комплементация альфа-фактора) среды X-gal. Тем не менее, эти этапы селекции не дают абсолютной гарантии, что в полученных клетках присутствует ДНК-вставка. Чтобы подтвердить успешное клонирование, должно последовать обязательное дальнейшее исследование полученных колоний. Это может быть достигнуто с помощью ПЦР, анализа рестрикционных фрагментов и/или секвенирования ДНК.

Видео о клонировании

Клетки

Клонирование клетки означает получение популяции клеток из одной клетки. При работе с одноклеточными организмами, такими как бактерии и дрожжи, этот процесс чрезвычайно прост и по существу требует только инокуляции в соответствующей среде. Тем не менее, клонирование клетки является трудной задачей в случае клеточных культур из многоклеточных организмов, поскольку эти клетки не будут легко расти в стандартной среде.

Техника культуры полезной ткани, используемая для клонирования различных клеточных линий, предполагает использование колец (цилиндров). В соответствии с этим методом, одна клеточная суспензия из клеток, которые были подвержены мутагенному агенту или препарату, используемому для симуляции селекции, высевается при высокой степени разбавления, чтобы создать изолированные колонии, каждая возникающая из единой и потенциально клональной отдельной клетки. На ранней стадии роста, когда колонии образованы только несколькими клетками, стерильные кольца полистирола (кольца клонирования), которые были погружены в смазку, помещают над отдельной колонией и добавляют небольшое количество трипсина. Клонированные клетки собирают изнутри кольца и переносят в новый сосуд для дальнейшего роста.

Стволовые клетки

Перенос ядра соматической клетки, известный как SCNT, также может быть использовано для создания эмбрионов для научных исследований или терапевтических целей. Скорей всего, целью этого является создание эмбрионов для использования в научных исследованиях стволовых клеток. Этот процесс также называется исследовательским или терапевтическим клонированием. Цель заключается не в том, чтобы создавать клонированные человеческие существа (так называемое «репродуктивное клонирование»), а в сборе стволовых клеток, которые можно использовать для изучения развития человека и потенциально лечения болезней. В то время как была создана клональная бластоциста человека, стволовые клеточные линии еще не изолированы от клонального источника.

Терапевтическое клонирование достигается за счет создания эмбриональных стволовых клеток в надежде на лечение заболеваний, таких как диабет и болезнь Альцгеймера. Процесс начинается с извлечением ядра (содержащего ДНК) из яйцеклетки и вставки ядра из взрослой клетки для клонирования. В случае пациента с болезнью Альцгеймера ядро из клетки его кожи помещают в пустую яйцеклетку. Перепрограммированная клетка начинает развиваться в эмбрион, потому что яйцеклетка реагирует с перемещенным ядром. Эмбрион станет генетически идентичным для пациента. Эмбрион затем образует бластоцисты, которые имеют потенциал формировать/становиться любой клеткой в организме.

Причина, по которой SCNT используется для клонирования, заключается в том, что соматические клетки можно легко получить и культивировать в лаборатории. Этот процесс может добавить или удалить определенные геномы сельскохозяйственных животных. Важно помнить, что клонирование достигается тогда, когда яйцеклетка сохраняет свои нормальные функции и вместо использования геномов сперматозоида и яйцеклетки для репликации яйцеклетка вводится в ядро соматической клетки донора. Ооцит будет реагировать на ядро соматической клетки, так же как на сперматозоид.

Процесс клонирования конкретного сельскохозяйственного животного с использованием SCNT относительно одинаков для всех животных. Первым шагом является сбор соматических клеток от животного, которое будет клонироваться. Соматические клетки могут быть использованы непосредственно или храниться в лаборатории для дальнейшего использования. Самая трудная часть SCNT - это удаление материнской ДНК из яйцеклетки на стадии метафазы II. После этого соматическое ядро может быть вставлено в цитоплазму яйцеклетки. Это создает одноклеточный эмбрион. Через сгруппированные соматические клетки и цитоплазму яйцеклетки затем пропускают электрический ток. Эта энергия теоретически позволит клонированным эмбрионам начать развиваться. Успешно развитые эмбрионы помещают в суррогатных реципиентов, таких как коровы или овцы в случае сельскохозяйственных животных.

Технология SCNT рассматривается как хороший метод для получения сельскохозяйственных животных для употребления в пищу. Удалось успешно клонировать овец, крупный рогатый скот, коз и свиней. Еще одним преимуществом является то, что SCNT рассматривается в качестве решения для клонирования исчезающих видов, которые находятся на грани вымирания. Однако, стресс на обе яйцеклетки и введенное ядро огромен, что приводит к большим потерям полученных клеток. Например, клонированная овца Долли родилась после использования 277 яйцеклеток для SCNT, в котором было создано 29 жизнеспособных эмбрионов. Только 3 из этих эмбрионов дожили до рождения, и только 1 дожил до взрослой жизни. Так как процедура в настоящее время не может быть автоматизирована и должна выполняться вручную под микроскопом, SCNT - очень ресурсоемкая технология. Биохимия, вовлеченная в перепрограммирование дифференцированного ядра соматической клетки и активацию яйцеклетки-реципиента, также не совсем хорошо понята.

В SCNT переносится не вся генетическая информация клетки-донора, так как митохондрии клетки-донора, которые содержат свою собственную митохондриальную ДНК, остаются. Полученные гибридные клетки сохраняют эти митохондриальные структуры, которые изначально принадлежали яйцеклетке. Как следствие, клоны, такие как Долли, которые рождаются от SCNT, не являются совершенными копиями донора ядра.

Клонирование организма

Клонирование организма (также репродуктивное) относится к процедуре создания нового многоклеточного организма, генетически идентичного другому. В сущности это форма клонирования - способ бесполого размножения, где не происходит оплодотворение или контакт между гаметами. Бесполое размножение - это естественное явление у многих видов, в том числе у большинства растений и некоторых насекомых. Ученые добились некоторых главных достижений с клонированием, в том числе бесполого размножения овец и коров. Существует много этических дискуссий по поводу того, будет или не будет использоваться клонирование. Тем не менее, клонирование или бесполое размножение было обычной практикой в садоводстве на протяжении сотен лет.

Садоводство

Термин «клон» использовался в садоводстве для обозначения потомков одного растения, которые были произведены путем вегетативного размножения или апомиксиса. Многие садовые сорта растений являются клонами, будучи производным от одной отдельной особи, умноженной каким-либо процессом, помимо полового размножения. В качестве примера можно назвать некоторые европейские сорта винограда, которые являются клоны, которых размножали на протяжении более двух тысячелетий. Среди других примеров - картофель и бананы. Прививка может рассматриваться как клонирование, так как все побеги и ветви, идущие от привитого участка, являются генетически клоном одной особи, но этот особый вид технологии не подпадает под этический контроль и, как правило, рассматривается как совершенно другой вид операции.

Многие деревья, кустарники, лианы, папоротники и другие травянистые многолетники образуют колонии клонов естественным образом. Части отдельного растения можно отделить от фрагментации и вырастить, чтобы они стали отдельными клоновыми особями. Типичным примером является вегетативное размножение мхов и клонов печеночников гаметофита с помощью гемм. Некоторые сосудистые растения, например, одуванчик и некоторые живородящие травы, также образуют семена бесполым способом, называемым апомиксисом, давая клоновые популяции генетически идентичных особей.

Партеногенез

Клональный вывод существует в природе у некоторых видов животных и упоминается как партеногенез (воспроизводство организма само по себе, без пары). Это бесполая форма воспроизводства, которая встречается только у самок некоторых насекомых, нематод, ракообразных, рыб (например, акула-молот), ящериц и дракона Комодо. Рост и развитие происходит без оплодотворения самцом. В растениях партеногенез является развитием эмбриона из неоплодотворенных яйцеклеток, и это компонент процесса апомиксиса. У видов, которые используют определение пола XY, потомство всегда будет женского пола. Примером может служить огненный муравей малый (Wasmannia auropunctata ), обитающий в Центральной и Южной Америке, но распространившийся по многим тропическим местностям.

Искусственное клонирование организмов

Эта технология может быть также названа репродуктивным клонированием.

Первые шаги

Ханс Спеманн, немецкий эмбриолог, был удостоен Нобелевской премии по физиологии и медицине в 1935 г. за открытие эффекта, теперь известного как эмбриональная индукция, осуществляемая различными частями зародыша, который направляет развитие групп клеток в частности тканей и органов. В 1928 г. он и его ученик, Хильде Мангольд, впервые провели терапевтическое клонирование с помощью эмбрионов амфибий - один из первых шагов в этом направлении.

Методы

В репродуктивном клонировании, как правило, используется «пересадка ядра соматической клетки» (SCNT), чтобы создать идентичных генетически животных. Этот процесс влечет за собой пересадку ядра от взрослой донорской клетки (соматической клетки) в яйцеклетку, из которой было удалено ядро, или в клетку из бластоцисты, из которой было удалено ядро. Если яйцеклетка начинает делиться нормально, ее переносят в полость матки суррогатной матери. Строго идентичными такие клоны не являются, поскольку соматические клетки могут содержать мутации в их ядерной ДНК. Кроме того, митохондрии в цитоплазме также содержат ДНК и во время SCNT эта митохондриальная ДНК целиком получена из яйцеклетки цитоплазматического донора, таким образом, митохондриальный геном не такой же самый, как у ядра клетки-донора, из которого он был произведен. Это может иметь важные последствия для межвидовой пересадки ядра, в которой ядерно-митохондриальные несовместимости могут привести к смерти.

Искусственное расщепление эмбриона или двойникование эмбриона, метод, в котором создаются монозиготные близнецы из одного эмбриона, не рассматривается таким же образом, как и другие методы клонирования. Во время этой процедуры донорский эмбрион делится на два различных эмбриона, которые затем могут быть перемещены с помощью переноса эмбриона. Она оптимально выполняется на стадии 6-8 клеток, где ее можно использовать в качестве расширения ЭКО , чтобы увеличить количество доступных эмбрионов. Если оба эмбрионы успешны, это приводит к монозиготным (идентичным) близнецам.

Овечка Долли

Долли, овца породы финн-дорсет, была первым млекопитающим, успешно клонированным из взрослой клетки. Долли была сформирована путем принятия яйцеклетки из вымени ее биологической матери. Ее биологической матери было 6 лет, когда клетки были взяты из ее вымени. Эмбрион Долли была создана путем отбора клетки и введения ее в овечью яйцеклетку. Потребовались 434 попытки, прежде чем эмбрион был успешным. Эмбрион был помещен внутрь самки овцы, прошедшей через нормальную беременность. Она была клонирована в шотландском Институте Рослин и жила там с рождения в 1996 г. и до смерти в 2003 г., когда ей было 6 лет. Она появилась на свет 5 июля 1996 г., но миру об этом объявили только 22 февраля 1997 г. Ее набитые останки были помещены в Королевском музее Эдинбурга, части Национальных музеев Шотландии.

Долли имела общественное значение, поскольку усилия показали, что генетический материал от конкретной взрослой клетки, запрограммированной для экспрессии только отличного подмножества его генов, можно перепрограммировать, чтобы вырастить совершенно новый организм. До этой демонстрации Джон Гардон показал, что ядра из дифференцированных клеток могут дать рост целому организму после трансплантации в яйцеклетку с удаленным ядром. Тем не менее, эта концепция еще не продемонстрирована в системе млекопитающих.

Доля успешных попыток первого клонирования млекопитающего (приведшего к овечке Долли) составила 277 оплодотворенных яйцеклеток и 29 эмбрионов, которые дали 3 ягнят при рождении, лишь 1 из которых выжил. Для крупного рогатого скота проводился эксперимент с участием 70 клонированных телят, треть из них умерли молодыми. Для лошадей порода Прометей было сделано 814 попыток. Следует отметить, что хотя первые клоны были лягушками, взрослая клонированная лягушка пока не получена из ядра взрослой соматической донорской клетки.

Были ранние утверждения, что овечка Долли имела патологии, напоминающие ускоренное старение. Ученые предположили, что смерть Долли в 2003 г. была связана с укорочением теломер, ДНК-белковых комплексов, которые защищают конец линейных хромосом. Тем не менее, другие исследователи, в том числе Ян Вилмут, который возглавлял команду, которая успешно клонировала Долли, утверждают, что ранняя смерть Долли из-за респираторной инфекции была связана с недостатками процесса клонирования. В 2013 г. на мышах была показана справедливость идеи о том, что ядра не старились необратимо.

Долли была названа в честь исполнительницы Долли Партон, потому что клетки, клонированные, чтобы сделать ее, были взяты из клетки молочной железы, а Партон известна своим пышным бюстом.

Клонированные виды

Современные методы клонирования с использованием переноса ядра были успешно выполнены на нескольких видах. Известные эксперименты включают:

Клонирование человека

Клонирование человека представляет собой создание генетически идентичной копии человека. Этот термин обычно используется для обозначения искусственного клонирования человека, которое является воспроизведением человеческих клеток и тканей. Это не относится к естественному зачатию и рождению близнецов. Возможность клонирования человека поднимает разногласия. Эти этические соображения побудили несколько стран пройти законодательную процедуру в отношении клонирования человека и его законности.

Два часто обсуждаемых вида технологии - это терапевтическое и репродуктивное клонирование. Терапевтическое - предполагает клонирование человеческих клеток для применения в медицине и трансплантации, и является активной областью исследований, но не в медицинской практике в любой точке мира, по состоянию на 2014 г. В настоящее время исследуются два вида терапевтического клонирования, среди которых индукция плюрипотентных стволовых клеток. В репродуктивном клонировании предполагается создание полностью клонированного человека, а не только конкретных клеток или тканей.

Этические вопросы

Есть множество этических позиций по возможности клонирования, особенно человека. Хотя многие взгляды являются религиозными по своему происхождению, есть и вопросы в плане светских перспектив. Перспективы клонирования человека являются теоретическими, а терапевтическая и репродуктивная технологии не используются на коммерческой основе; животных в настоящее время клонируют в лабораториях и в производстве животноводческой продукции.

Сторонники поддерживают развитие терапевтического клонирования в целях получения тканей и целых органов для лечения пациентов, которые в противном случае не могут получить трансплантаты, чтобы избежать необходимости применения иммуносупрессивных препаратов, а также предотвратить последствия старения. Защитники репродуктивного клонирования считают, что родители, которые не могут в противном случае иметь потомство, должны получить доступ к технологии.

У противников клонирования есть опасения по поводу недостаточно развитой технологии, чтобы считать ее безопасной, склонности к злоупотреблению (что приводит к генерации людей для заготовки органов и тканей) и опасения о том, как клонированные люди могли бы интегрироваться с семьями и с обществом в целом.

Религиозные группы разделились, некоторые выступают против этой технологии, как узурпации места Бога, утверждая, что эмбрионы используются для уничтожения человеческой жизни; другие поддерживают потенциальные выгоды терапевтического клонирования для спасения жизни.

Защитники животных выступают против клонирования животных из-за того, что они страдают от пороков, прежде чем умереть, и хотя продукты питания из клонированных животных были одобрены FDA в США, его использование отвергают группы, обеспокоенные пищевой безопасностью.

Клонирование вымерших и находящихся под угрозой исчезновения видов

Клонирование, или, точнее, реконструкция функциональной ДНК вымерших видов было мечтой на протяжении многих десятилетий. Возможные последствия этого были экранизированы в романе 1984 г. «Карнозавр» и романе 1990 г. «Парк Юрского периода». Надежды на спасение исчезающих и вымерших видов путем клонирования реализуются в виде медленного, но устойчивого прогресса. Лучшие современные методы клонирования имели среднюю долю успешных попыток 9,4% (до 25%) при работе со знакомыми видами, такими как мыши, а при клонировании диких животных, как правило, менее 1% успеха. Появились банки тканей, в том числе «Frozen Zoo» в зоопарке Сан-Диего, чтобы хранить замороженные ткани самых редких и находящихся под угрозой исчезновения видов в мире.

В 2001 г. корова по кличке Бесси родила клонированного азиатского гаура, находящегося под угрозой исчезновения, но теленок умер через 2 дня. В 2003 г. успешно клонировали бантенга, а затем 3 африканских диких кошек из талых замороженных эмбрионов. Эти успехи дают надежду, что подобные методы (с использованием суррогатных матерей другого вида) могут применяться для клонирования вымерших видов. Предвидя такую возможность, образцы тканей от последнего букардо (пиренейский козерог) были заморожены в жидком азоте сразу после того, как он умер в 2000 г. Исследователи также рассматривают возможность клонирования находящихся под угрозой исчезновения видов, таких как гигантская панда и гепард.

В 2002 г. генетики в музее Австралии объявили, что они дублировали ДНК сумчатого волка, который к тому времени вымер около 65 лет назад, с использованием метода полимеразной цепной реакции. Тем не менее, 15 февраля 2005 г. музей объявил, что он остановил проект после того, как испытания показали, что ДНК образцов слишком плохо деградировалась консервантом (этанол). 15 мая 2005 г. было объявлено, что проект «Сумчатый волк» будет возрожден, теперь с участием исследователей в Новом Южном Уэльсе и Виктории.

В январе 2009 г. впервые было клонировано вымершее животное, упомянутый выше пиренейский козерог. Это было сделано в Центре пищевых технологий и исследований Арагона, используя сохранившиеся замороженные ядра клетки из образцов кожи 2001 г. и яйцеклеток домашней козы. Вскоре после рождения козерог умер из-за физических дефектов в своих легких.

Одной из самых ожидаемых целей для клонирования когда-то был шерстистый мамонт, но попытки извлечения ДНК из замороженных мамонтов были неудачными, хотя совместная российско-японская команда работает в настоящее время в этом направлении. В январе 2011 г., по сообщениям Йомиури Шимбун, группа ученых во главе с Акирой Иритани из Университета Киото основывалась на исследованиях д-ра Вакаяма, заявив, что они извлекут ДНК из туши мамонта, которые хранились в российской лаборатории, и введут его в яйцеклетку африканского слона в надежде получить эмбрион мамонта. По словам исследователей, они надеялись произвести мамонтенка в течение 6 лет.

Ученые из Университета Ньюкасла и Университета Нового Южного Уэльса объявили в марте 2013 г., что совсем недавно вымершие реобатрахусы будут предметом клонирования в попытке воскресить вид.

Многие из таких проектов «оживления» описаны в проекте Revive and Restore Project фонда Long Now Foundation.

Продолжительность жизни

После восьмилетнего проекта, связанного с использованием новаторской техники клонирования, японские исследователи создали 25 поколений здоровых клонированных мышей с нормальной продолжительностью жизни, демонстрируя, что клонам не свойственна более короткая продолжительность жизни по сравнению с естественно родившимися животными.

В популярной культуре

В статье, опубликованной 8 ноября 1993 г. в Time, клонирование изображалось в негативном ключе, изменяя Создание Адама Микеланджело, изображая Адама с пятью одинаковыми руками. В выпуске Newsweek 10 марта 1997 г. также критиковалась этика человеческого клонирования с графическим изображением одинаковых младенцев в стаканах.

Клонирование является повторяющейся темой в различных произведениях современной научной фантастики, начиная от действия в таких фильмах, как «Парк Юрского периода» (1993 г.), «6-й день» (2000 г.), «Обитель зла» (2002 г.) и «Остров» (2005 г.), в комедиях, таких как фильм Вуди Аллена 1973 г. «Спящий».

Научная фантастика использует клонирование, чаще всего и особенно клонирование человека, из-за того, что оно поднимает спорные вопросы идентичности. В романе Олдоса Хаксли «О дивный новый мир» (1932 г.) клонирование человека является основным сюжетом, который не только управляет историей, но также заставляет читателя критически мыслить о том, что означает идентичность. Эта концепция была пересмотрена 50 лет спустя в романах К.Д. Черри «40000 на Геенне» (1983 г.) и «Сытин» (1988 г.). В романе 2005 г. Кадзуо Исигуро «Никогда не отпускай меня» сюжет сконцентрирован на клонах человека и рассматривает этику практики. Еще одна книга, которая воплощает идеи клонирования, это «Дом скорпиона», которая исследует права клонов человека и извлечение органов глазами клона. Короткий роман «Содержит Бога» С.М. Васи Хайдера также рассматривает идеи клонирования, этики, похоти и других вопросов, вращающихся вокруг темы, подчеркивая идею, что создание жизни дает людям ложное чувство божественности. Последствия использования клонов, чтобы заменить умерших близких, рассматриваются в нескольких художественных произведениях. В романе «Двойная личность» Маргарет Питерсон Хаддикс главная героиня обнаруживает, что она - клон своей покойной старшей сестры. «Количество» - это пьеса 2002 г. английского драматурга Кэрил Черчилль, в которой рассматривается вопрос о клонировании человека и личности, особенно природы и воспитания. История разворачивается в недалеком будущем и строится вокруг конфликта между отцом (Сэлтер) и его сыновьями (Бернар 1, Бернар 2 и Майкл Блэк), двое из которых являются клонами первого. Пьеса «Количество» была адаптирована Кэрил Черчилль для телевидения, в ко-продукции компаний BBC и HBO Films. В ролях снялись Рис Айфэнс и Том Уилкинсон, фильм был показан на канале BBC Two 10 сентября 2008 г.

Повторяющаяся подтема фантастики о клонировании - это использование клонов в качестве способа обеспечения органов для трансплантации. Роман 2005 г. Кадзуо Исигуро «Не отпускай меня» и киноадаптация 2010 г. основаны на альтернативной истории, в которой клонированные люди создавались с единственной целью обеспечения донорских органов для людей, рожденных естественным образом, несмотря на то, что они полностью разумны и обладают самосознанием. Фильм 2005 г. «Остров» вращается вокруг подобного сюжета, за исключением того, что клоны не знали о причине их существования. В футуристическом романе «Дом Скорпиона» клоны использовались для выращивания органов для их богатых «хозяев», а главный герой был полным клоном.

Использование клонирования человека в военных целях также были исследовано в ряде работ. В фильме «Звездные войны» изображается клонирование человека в «Войнах клонов», «Звездные войны: Эпизод II: Атака клонов»» и «Звёздные войны: Эпизод III: Месть ситхов» в виде Великой Армии Республики, армии клонированных солдат. Расширенная Вселенная также имеет множество примеров клонирования, в том числе трилогию Трауна, руку дилогии Трауна и массовая информация эпохи Войн Клонов.

Эксплуатация человеческих клонов для опасной и нежелательной работы была рассмотрена в британском научно-фантастическом фильме 2009 г. «Луна». В футуристическом романе «Облачный атлас» и последующем фильме одна из сюжетных линий фокусируется на генной инженерии. Клон-фабрикатСонми-451, одна из миллионов, выращенных в искусственной маточной цистерне, призвана служить с самого рождения. Она является одной из тысяч клонов, созданных для ручного и эмоционального труда. Сонми работает официанткой в ресторане. Позже она узнает, что единственный источник пищи для клонов, так называемое «мыло», получен из самих клонов.

В комедии «Множественность» человек клонирует себя 3 раза с помощью генетика.

Клонирование было использовано в художественной литературе как способ воссоздания исторических деятелей. В романе 1976 г. «Мальчики из Бразилии» Айры Левина и его киноадаптации 1978 г., Йозеф Менгеле использует клонирование для создания копий Адольфа Гитлера. В романе Анатолия Кудрявицкого «Парад зеркал и отражений» главной темой является клонирование умершего советского премьера Юрия Андропова.

В аниме «Некий научный рейлган» Микото Мисака, эспер 5 уровня, был клонирован в коммерческом масштабе более 20000 раз для исследовательских целей в возможности эспера 6 уровня. В другом сериале аниме/манга «Евангелион» клон человека является темой, настойчиво окружающей происхождение персонажа Аянами Рей.

В 2012 гг. было снято японское телешоу «Двойник». Главная героиня истории, Марико, является женщиной, изучающей охрану младенчества в Хоккайдо. Она всегда сомневалась в любви своей матери, которая совсем не была похожа на нее и умерла девять лет назад. Однажды она находит некоторые вещи своей матери в доме родственника и направляется в Токио, чтобы искать правду о своем рождении. Позже она узнала, что она - клон.

Технология также фигурирует в серии игр Halo, в частности, технология, известная как «флэш-клонирование», в которой нестабильной клон человека создается в невероятно короткий промежуток времени. Флэш-клонирование используется UNSC, чтобы похитить маленьких детей для введения в военную программу SPARTAN-II, которые тайно заменялись флэш-клонами, умирающими в течение короткого промежутка времени, чтобы гарантировать, что никто не ищет детей. Действие онлайн-игр MMORPG EVE и FPS DUST 514 происходит в далеком будущем, где все персонажи являются клонами; в момент смерти, состояние мозга человека отображается, передается и применяется к «пустому» клону на станции или объекте на некотором расстоянии.

В телесериале 2013 г. «Темное дитя» клонирование используется в качестве научного исследования поведенческой адаптации клонов.

БЕСПОЛОЕ РАЗМНОЖЕНИЕ

Деление

Почкование

Размножение фрагментами (фрагментация)

Клонирование

Структурно-функциональная организация генетического материала

Цитоплазматическое наследование

Положения хромосомной теории

Роль ДНК в наследственности

Таблица 1

Результаты эксперимента Гриффита

"При вскрытии погибших мышей в них были обнаружены живые инкапсулированные формы. На основании этих результатов Гриффит сделал вывод, что от убитых нагреванием инкапсулированных форм к живым бескапсульным формам передаётся какой-то фактор, заставляющий их вырабатывать капсулы и становиться вирулентными."(13) Но природа этого трансформирующего фактора оставалась неизвестной до 1944 г., когда удалось выделить и идентифицировать его. Эвери, Мак-Карти и Мак-Лео установили, что удаление полисахаридной капсулы и белковой фракции из клеточных экстрактов не влило на способность трансформировать бескапсульные формы, но добавление фермента дезоксирибонуклеазы (ДНКазы), гидролизирующей ДНК, препятствовало трансформации. Способность высокоочищенных экстрактов ДНК из инкапсулированных клеток вызывать трансформацию показала, что фактором Гриффта была ДНК.

Химический состав хромосом

Природа генов

Способы клонирования

Список используемой литературы:

Рисунки

1. Клонирование животных

Термин "клон" происходит от греческого слова «klon», что означает веточка, побег, отпрыск. Клонированию можно давать много определений, вот некоторые самые распространенные из них, клонирование - популяция клеток или организмов произошедших от общего предка путём бесполого размножения, причём потомок при этом генетически идентичен своему предку.

Собственно процесс клонирования можно разделить на несколько стадий. Сначала у женской особи берется яйцеклетка, из нее микроскопической пипеткой вытягивается ядро. В безъядерную яйцеклетку вводят другую, содержащую ДНК клонируемого организма. С момента слияния нового генетического материала с яйцеклеткой, как ожидается, должен начаться процесс размножения клеток и рост эмбриона. Подобные ожидания основываются, по крайней мере, на двух явных научных мотивациях. Первой является желание выяснить, насколько нетронутым остается генетический материал в процессе развития организма, имеющего характерную судьбу. Вторая мотивация состоит в том, насколько факторы цитоплазмы самой яйцеклетки совместимы с привнесенным в нее для перепрограммирования генетическим материалом - например, имеет ли значение тот факт, что чужие гены и собственные гены митохондрий яйцеклетки различны? Подобных вопросов возникает множество. Обратимся к истории исследований попыток клонирования животных.

Овечка Долли

В феврале 1997 года человечество было потрясено известием из шотландского Института Рослина о рождении и нормальном развитии первого млекопитающего, полученного путем переноса ядра, или, проще говоря, клонирования, - овечки Долли. Пожалуй, это событие произвело эффект, сходный с сообщением об изобретении ядерной бомбы или о возникновении телевидения.

Сначала из молочной железы взрослой овцы была взята клетка и искусственными методами была погашена активность ее генов. Затем клетка была помещена в эмбриональное окружение, называемое ооцитом, чтобы произошла перестройка генетической программы на развитие эмбриона. Тем временем из яйцеклетки другой овцы было «вытянуто» ядро, и после охлаждения цитоплазматической оболочки под действием электрического поля в нее было введено ядро, выделенное из клетки молочной железы первой овцы. Оплодотворенная вышеописанным способом яйцеклетка была помещена в матку третьей овцы - суррогатной матери. И после обычного процесса вынашивания была рождена овечка Долли, которая была полной генетической копией овцы - донора клетки молочной железы.

Слух, распространявшийся с неимоверной скоростью чуть ли не с момента объявления о существовании Долли, заключался в том, что клонированная овца стареет в несколько раз быстрее своих «нормально рожденных» родственников.

Эти данные, как оказалось, во многом соответствуют действительности. Согласно одному из наиболее вероятных объяснений этого феноменально быстрого старения является гипотеза, что оно происходит в силу запрограммированного ограничения количества делений и продолжительности жизни каждой клетки высших организмов. Разговоры о нарушениях репродуктивных способностей у Долли вообще не имеют под собой.

Никаких реальных оснований, поскольку она уже как минимум дважды благополучно разрешилась от бремени, родив своего первенца Бонни на втором году жизни, а еще год спустя - троих здоровых ягнят.

Овечка Долли прожила 6 по большей степени мучительных лет.

Клонирование 5 поросят

В 2000 году британские ученые, клонировавшие овцу Долли, создали этим же методом пять поросят. Специалисты компании PPL Therapeutics провели операцию в американском городе Блэксбург. За основу были взяты клетки взрослой свиньи.

Все выведенные поросята - самки, и все они здоровы.

Специалисты полагают, что таким образом в будущем можно будет производить свиней, органы которых впоследствии используют для пересадки людям. Ожидается, что первые эксперименты в этой области ученые будет проводить в течение четырех лет.

Достаточно больше перспективы перед нами открывает возможность клонирования, но так же перед нами постают множество споров и разногласий.

2. Терапевтическое клонирование

Что касается клонирования человека, данный процесс запрещен законом во многих странах в связи с многими аспектами.

Но сyществует такой вид клонирования, как терапевтический. В терапевтическом клонировании используется процесс, известный как пересадка ядер соматических клеток, (замена ядра клетки, исследовательское клонирование и клонирование эмбриона), состоящий в изъятии яйцеклетки из которой было удалено ядро, и замена этого ядра ДНК другого организма. После многих митотических делений культуры (митозов культуры), данная клетка образует блацисту (раннюю стадию эмбриона состоящую из приблизительно 100 клеток) с ДНК почти идентичным первичному организму.

Цель данной процедуры - получение стволовых клеток. генетически совместимых с донорским организмом.

Можно ли в специальных условиях воспроизвести генетически точную копию любого живого существа? Символом первого клонированного млекопитающего (1996 год) стала овца Долли, страдавшая на протяжении жизни воспалением легких и артритом и насильственно усыпленная в возрасте шести лет - возрасте, равном примерно половине средней жизни нормальной овцы. Клонирование животных оказалось не таким простым в исполнении, как растений.

В терапевтическом клонировании используется процесс, известный как пересадка ядер соматических клеток.

2.1 Перспектива терапевтичекого клонирования

Стволовые клетки, полученные путем терапевтического клонирования, применяются для лечения многих заболеваний. Кроме этого, в настоящее время ряд методов с их использованием находятся на стадии разработки (лечение некоторых видов слепоты, повреждений спинного мозга и др.)

Данный метод часто вызывает споры в ученой среде, под вопрос ставится термин, описывающий созданную бластоцисту. Некоторые считают, что неверно называть это бластоцистой или эмбрионом, так как оно не было создано оплодотворением, но другие утверждают, что при соответствующих условиях из него может развиться плод, и, в конечном счете, ребенок - поэтому уместнее называть результат эмбрионом.

Потенциал для применения терапевтического клонирования в области медицины просто огромен. Некоторые противники терапевтического клонирования выступают против того факта, что данная процедура использует человеческие эмбрионы, при этом разрушая их. Другим же кажется, что подобный подход инструментализирует человеческую жизнь или, что тяжело будет разрешить терапевтическое клонирование, не разрешая при этом репродуктивного клонирования.

3. Значение клонирования

В настоящее время с методами генной инженерии и, в частности, клонирования связано множество надежд и в области лечения неизлечимых ранее болезней, репродукции и трансплантации органов, и в области искусственного зачатия, борьбы с инвалидностью и врожденными пороками… Проводится все больше экспериментов по выращиванию млекопитающих и последующей пересадке их органов человеку. Совсем недавно в Южной Корее удалось клонировать поросенка, генетически измененные клетки которого способны на 60-70% снизить угрозу отторжения органов иммунной системой человека при трансплантации. А в свете проблемы, связанной с неспособностью иметь детей, методы искусственного оплодотворения получили широкую поддержку в обществе. Что касается самого клонирования, то оно позволяет проводить те же процедуры, обходясь генофондом лишь одного из родителей, что часто бывает необходимо в случае предрасположенности одного из родителей к серьезным заболеваниям.

Пересадка клеток поджелудочной железы позволит избавить больных сахарным диабетом от постоянных инъекций инсулина и необходимости соблюдения строгой диеты. Об этом на конференции в Чикаго доложил британский хирург Джеймс Шапиро, успешно проведший первые восемь операций.

Очищенные клетки поджелудочной железы здоровых доноров вводили больным сахарным диабетом внутривенно. Эти клетки задерживались в печени, где они продолжали вырабатывать инсулин. У восьми больных в возрасте от 29 до 53 лет в ближайшие сроки после операции исчезла потребность в инъекциях инсулина.

Представитель Британской диабетологической ассоциации Билл Хартнет считает новый метод лечения чрезвычайно перспективным, но предостерегает от поспешных выводов, поскольку результаты пересадки клеток пока не опубликованы. Больные после этой операции должны постоянно принимать иммунодепрессанты для предотвращения отторжения пересаженных клеток. Развитие метода клонирования позволит в будущем решить проблему получения достаточного количества клеток поджелудочной железы, заявил Джеймс Шапиро на конференции Американского общества трансплантологов.

Технологии клонирования были впервые применены для спасения исчезающих видов животных. Уже в следующем месяце ученые ожидают рождения на свет детеныша гаура (разновидности азиатского вола), которого выносила обыкновенная корова. Сам зародыш был создан в лаборатории из яйцеклетки коровы и генов, взятых из кожи гаура.

С другой стороны, часто поднимается вопрос о том, что клонирование может сократить генетическое разнообразие, сделав человечество более уязвимым, например, к эпидемиям, что приведет, по самым пессимистичным прогнозам, к гибели цивилизации.

Услышав слова "клон" и "клонирование", многие вспоминают овечку Долли и опыты в недрах таинственных лабораторий, откуда выходят на свет созданные словно под копирку существа. На самом деле, клоны растений окружают нас повсюду и бояться их нет причин!

Действительно ли клоны устрашающи и неестественны для природы? Таким вопросом порой задаются и клиенты нашей компании, уже привыкшие покупать растения, полученные "из пробирки", то есть методом клонального микроразмножения. Давайте попробуем разобраться в том, что такое клон, клонирование и какое отношение эти термины имеют к нашим садам и огородам.

Клон: история понятия

Впервые термин "клон" предложил использовать известный английский биолог Джон Холдейн (1963 г). Клон (в переводе с греч. – "веточка", "побег" и "отпрыск") – это один или несколько новых организмов, возникших из части или целого органа материнского организма.

Чаще всего человек сталкивается с клонированием в мире растений. Ветка смородины, давшая корни в стакане с водой – один из примеров: куст смородины – материнский организм, а веточка, отделенная от него и пустившая корни – это новый, молодой организм, или клон. То есть, когда вы укореняете черенок хризантемы или листок фиалки, вы занимаетесь самым настоящим клонированием!

Размер части материнского растения значения не имеет, это может быть половина куста пиона или всего одна клетка организма. Чтобы клонировать растение, главное, поместить его часть в условия, в которых она смогла бы вырасти в целый организм. При этом новое растение будет обладать теми же свойствами и признаками, что и материнское.

Растения клонируют сами себя

Пример черенкования смородины может привести к мысли о том, что клонирование – явление не естественное, ведь это человек отделяет веточку и ставит ее в воду, а не само растение. Но давайте посмотрим, насколько клонирование распространено в природе. Многие примеры могут вас удивить своей неожиданностью.

Самый известный "любитель" клонирования – садовая земляника (Fragaria ananassa). Каждый год она образует несколько длинных побегов, называемых столонами (усами). На концах усов развиваются новые кустики – розетки, которые быстро укореняются.

До тех пор пока молодая розетка связана с материнской, она фактически является ее веткой, но это состояние временное. Молодая розетка становится самостоятельным растением на следующий год, когда ус, соединявший ее с материнской розеткой, отмирает. Так вполне естественно происходит клонирование в природе.

Слева на рисунке растение земляники садовой с усами и молодыми розетками-клонами (пример естественного клонирования). Справа – клонирование земляники в искусственных условиях

Может показаться, что клонирование не слишком распространено в природе и является исключением, а не правилом. Однако это всего лишь видимость: среди окружающей нас растительности можно обнаружить множество примеров естественного клонирования.

Сходным способом создания своих копий, которым пользуется земляника, обладают лапчатка гусиная (Potentilla anserina) и лютик ползучий (Ranunculus repens). Эти растения также образуют усы с розетками листьев на концах. Поселяясь на участках, сорняки могут серьезно докучать хозяевам сада из-за такого способа размножения.

На рисунке цветение лапчатки – сорняка с удивительным потенциалом клонирования, хорошо известного всем садоводам

На рисунке растения, которые охотно себя клонируют сами. Слева – тиарелла с длинным побегом-усом, который уже дал корни. Справа – всем известный комнатный хлорофитум с новым молодым растением на длинном цветоносе

Многие растения прибегают к другой, хотя и похожей тактике клонирования. Лесная черника (Vaccinium myrtillus) также является отличным специалистом по собственному клонированию. Все начинается с одного кустика, выросшего из семени. Он образует два типа побегов: вертикальные, несущие листья, и горизонтальные, подземные. Горизонтальные побеги, стелясь в толще лесной подстилки, радиально расходятся в разные стороны, ветвятся и формируют боковые побеги. Так образуются весьма внушительные по площади черничники.

Несколько лет все кусты черники остаются связанными друг с другом породившими их горизонтальными побегами. Со временем в центре расширяющегося "горизонтального куста" самые старые кустики отмирают. Такой черничник начинает напоминать так называемые "ведьмины кольца" – круги, образуемые грибами различных видов при разрастании грибницы.

С этого момента связь между кустиками черничника прерывается, и они становятся самостоятельными растениями. Так черника создает сразу множество своих копий, то есть клонирует себя.

На рисунке молодой кустик черники

Водные растения – рекордсмены клонирования

Представители одного из семейств водных растений – водокрасовые (Hydrohariaceae) – считаются настоящими мастерами клонирования. Это семейство хорошо знакомо аквариумистам и любителям садовых водоемов. Водокрасовые в совершенстве освоили тот же способ размножения-клонирования, который практикует земляника.

Самый известный представитель водокрасовых – стрелолист обыкновенный (Sagittaria sagittifolia), житель умеренных рек и озер. Образуя горизонтальные побеги (усы), он быстро распространяется по дну водоема. Стрелолист формирует не только усы, но и клубни, несущие запас питательных веществ для потомков-клонов.

На рисунке слева – цветущее растение стрелолиста. Справа – ус стрелолиста с молодым растением-клоном (в круге)

Типичный представитель этого семейства – водокрас (Hydroharis) – также образует усы. Именно он покрывает прибрежные отмели мелкими листьями, напоминающими листья крошечных кувшинок. Эта кроха способна за лето затянуть поверхность небольшого пруда, распространяясь при помощи усов, которые случайно переносят на лапках водоплавающие птицы, помогая растению размножаться.

В семействе водокрасовых есть растение, которое благодаря непревзойденной способности к клонированию смогло завоевать целый континент. Это элодея канадская (Elodea canadensis), или как ее еще называют "водяная чума". В начале XIX века это растение, цепляясь за нижние части кораблей, "сбежало" из Северной Америки, пересекло Атлантический океан и попало в пресные водоемы Европы.

При помощи вегетативного размножения (клонирования) оно распространилось по всей Европе и уже является обычным растением в водоемах Сибири. Это яркий пример глобального природного эксперимента по клонированию.

Говоря о клонах и кл
онировании, невозможно обойти вниманием самый впечатляющий рекорд, установленный в царстве растений. Роща тополя осинообразного (Populus tremuloides) – знаменитый клон и единый живой организм.

Анализ генома растений этой рощи показал, что все ее деревья имеют один и тот же генотип и являются вегетативными потомками одного растения. Площадь, занимаемая клоном, составляет 43 га, возраст рощи – 80 000 лет. Этому клону даже присвоено имя – Пандо (в переводе с лат. – "распространяющийся всюду")

Клонирование в мире животных

Не менее удивительно, что клонирование освоили и животные. Из школьного курса биологии многие помнят маленькое хищное животное – гидру (Hydra). Для нее клонирование вполне естественно: на боковой поверхности тела-стебелька образуется нарост в виде веточки, на конце которого впоследствии прорезается рот и вырастают щупальца. Через несколько дней молодая гидра отделяется от тела родительской и начинает самостоятельную жизнь.

На рисунке гидра обыкновенная с молодой гидрой-почкой – пример природного клонирования в мире животных

Клонирование освоили даже хордовые животные (хорда – предшественник позвоночника), то есть дальние родственники человека.

Таким способом могут размножаться асцидии (Ascidiacea). В возрасте личинки они похожи на маленькую рыбку-головастика. Через некоторое время личинка прикрепляется головной частью к камню и претерпевает изменения, в ходе которых на ее теле формируются новые особи – клоны родительского организма.

Клонирование на службе у садоводства

Можно сказать, что природа в какой-то степени превзошла человека в искусстве клонирования, и это явление вовсе не чуждо естественному ходу вещей. Человек давно взял на вооружение этот способ тиражирования копий интересных для него организмов, и в первую очередь – растений. Способов клонирования или, как его принято называть в отношении растений – вегетативного размножения, немало. Это черенкование, отделение усов (например, у земляники), отводки, прививки, разделение кустов.

В начале XX века наука подарила садоводству новый метод размножения – in vitro (ин витро), или культуру изолированных тканей и органов растений. Суть метода в том, что части органов или отдельные органы (обычно небольшого размера) растений стерилизуют и помещают в изолированные стерильные условия, где проходит их выращивание на искусственной питательной среде. В качестве изолированных условий обычно выступают герметично закрытые пробирки или иные прозрачные сосуды.

На рисунке контейнеры с клонированными растениями, готовые к продаже

Логичным будет вопрос: зачем помещать часть растения в изолированные стерильные условия? Ведь, например, оторванный листик сенполии – это отдельный орган и его можно запросто выращивать в стаканчике с водой.

Дело в том, что в 1920-х годах ученые-биологи подошли вплотную к необходимости ответить на вопрос: какова минимальная часть растения, способного вырасти в целый организм? Пытаясь выращивать отдельные органы и их части, взятые от разных растений, ученые столкнулись с существенным препятствием: чем меньше был изолированный фрагмент растения, тем большей опасности поражения бактериями и грибами он подвергался. Попытки культивировать стерильные фрагменты растений в изолированных условиях показали, что даже очень маленький кусочек растения, если он свободен от спор бактерий и грибов, может долго оставаться живым и даже расти!

Эксперимент позволил добиться регенерации из отдельных клеток целого растения, способного к цветению. Ведь чтобы из маленького кусочка, состоящего всего из нескольких сотен или десятков клеток, вырастить полноценный организм, в котором сотни тысяч клеток, требуется значительный объем питания и энергии.

Питательная среда для клонирования

Искусственная питательная среда – единственный компонент технологии размножения in vitro, привнесенный человеком. Но чуждых природе веществ в этой среде практически нет. В ее состав входят:

сбалансированный комплекс минеральных солей;

сахароза (сахар без примесей);

витамины (В1, В3, B6, В8, С), необходимые для поддержания роста;

гормоны (вещества, регулирующие и направляющие рост в необходимую сторону).

Присутствие в среде гормонов может насторожить любителей экологически чистых продуктов. Но давайте вспомним историю этого метода размножения. Французский ученый Жорж Морель в 1960 г. разработал и предложил технологию массового размножения орхидей в культуре in vitro. А одним из основных компонентов среды, который в то время заменял функцию гормонов, вплоть до 80-х годов был сок кокосовых орехов.

В соке кокоса содержатся те же гормоны, которые сейчас отдельно добавляют в питательную среду, а значит, вещества, которые могут показаться нежелательными "искусственными" компонентами, оказались чуть ли не одними из самых естественных.

Технология, предложенная Ж. Морелем, позволяет быстро и эффективно размножать практически любые растения. Ей дали название – клональное микроразмножение. Большинство рододендронов и орхидей, продающихся сегодня в цветочных магазинах, были произведены при помощи именно этого метода. Особенно замечательно то, что эта удивительная технология позволяет размножать в требуемом количестве растения, которые обычно способны давать отростки всего лишь раз в год.

Еще одна уникальная особенность технологии в том, что размножение растений проводится в изолированных условиях, которые позволяют сохранить клоны свободными от грибковых, бактериальных и вирусных болезней. Отсутствие заболеваний – залог полноценного раскрытия потенциала растения.

Надеемся, что теперь слово клон стало более понятным и не таким пугающим, а клонирование и технология клонального микроразмножения подтолкнет вас к увлечению этими интересными процессами.

Сейчас эта технология стала как никогда близка и доступна: с ее помощью получают высококачественный посадочный материал самых разных культур. Мы, сотрудники компании ООО НПП "МИКРОКЛОН ", благодарим вас за внимание и будем рады познакомить ближе с миром клонального микроразмножения.