Клонирование животных: история, перспективы, проблемы

3

Клонирование животных: история, перспективы, проблемы

Реферат сдавался в июне 2000 года в с/ш №58 Нестеренко Максимом.

Если он вам пригодился, можете послать мне благодарственное письмо:-))

Выполнил ученик 11”А” класса

Нестеренко Максим.

Владивосток2000

Содержание:

1. Из истории исследований по клонированию животных

2. Долли и другие

3. Клонирования человека. Правовые и этические проблемы клонирования людей

3.1.  Суть правовых и морально этических проблем

3.2.  Государственные законы и вопросы клонирования

3.3.  Тенденции дальнейших исследований

       в области клонирования

Литература.

1. Из истории исследований по клонированию животных

“Клонирование”  получение потомков, являющихся точной генетической копией организма. Совокупность таких потомков-копий, происходящих от одного организма, называют клоном. Организмы в пределах каждого клона характеризуются одинаковой фенотипической однородностью и идентичным генотипом.

Термин “клон” был впервые использован в 1903 году Веббером (Webber, Германия) применительно к растениям, размножаемым вегетативно, и означал, что дочерние растения клона генетически идентичны материнскому. В настоящее время разработки в области генной инженерии позволяют клонировать не только микроорганизмы и растения, но и животных.

Возможность клонирования животных доказал Дж. Гердон, английский биолог, который первым сумел получить клонированные эмбрионы шпорцевых лягушек. Он выжигал ультрафиолетом ядра икринок и затем подсаживал в них ядра, выделенные из клеток эпителия головастиков этого вида. Большая часть полученных таким образом икринок погибала, и лишь совсем маленькая их доля (2,5%) развивалась в головастиков. Взрослых лягушек получить таким образом не удавалось. Тем не менее это был успех, и результаты опытов Гердона попали во многие учебники и руководства по биологии. В 1976 г. Гердон и его соавтор Р. Ласки публикуют работу, в которой описывают опыты с ядрами, выделенными из клеток почек, кожи и легкого уже взрослых шпорцевых лягушек. Исследователи сначала подращивают эти клетки вне организма (in vitro), а затем вводят их ядра в безъядерные икринки. Четверть таких икринок начинает делиться, но вскоре замирает на одой из стадий развития. Тогда ученые выделяют ядра полученных эмбрионов и снова подсаживают их в лишенные собственных ядер икринки... В результате целой серии подобных пересадок на свет наконец-то появляется несколько головастиков. Хотя эксперименты Гердона и его последователей показали принципиальную возможность получения серийных клонов амфибий, появляющиеся на свет головастики упорно не желали превращаться во взрослых лягушек. Вопрос, таким образом, по-прежнему заключался в том, можно ли вырастить из одной специализированной клетки его тела взрослое позвоночное животное. Опыты на амфибиях давали отрицательный результат, но ученые не прекращали исследований в этой области.

В конце 70-х годов К. Илмензее, эмбриолог Женевского университета сообщил в американском научном журнале, что получил так называемых гиногенетических мышей, удалив из оплодотворенной яйцеклетки мужские хромосомы и искусственно удвоив женские хромосомы. В 1981 г. мир облетело известие об успешном клонировании мышей: в солидном международном журнале “Cell” К. Ильмензее объявил о клонировании мышей путем замещения ядер оплодотворенных яйцеклеток ядрами из клеток бластулы. Суть эксперимента состояла в следующем: в тонкую стеклянную пипетку засасывалось ядро из клетки мышиного эмбриона на ранней стадии развития (бластоцисты) и помещали его в оплодотворенную мышиную яйцеклетку (зиготу). Собственные, еще не успевшие слиться два ядра зиготы - мужское и женское - удаляли в конце операции с помощью той же пипетки. Всего таким образом было прооперировано 363 зиготы; 16 из них после прохождения первых стадий развития были подсажены в матки мышиных самок, заранее подготовленных к такой операции. В результате появились три вполне нормальных мышонка! В 1982 г. в “PNAS” он описал мышей, развившихся из оплодотворенных яйцеклеток, ядра которых были замещены ядрами клеток партеногенетических эмбрионов (т. е. эмбрионов, развившихся из яйцеклетки без участия мужских гамет).

Это был успех! Пусть клетки для подобных опытов брались не от взрослой мыши, а лишь от эмбрионов, но новорожденные мышата - это вам не головастики, не способные превратиться в лягушку!

И все было бы прекрасно, но... Другие исследователи пытались воспроизвести результаты Илмензее, но безуспешно. М. Азим Сурани и его коллеги из Института физиологии животных и генетических исследований в Кембридже написали в журнал “Science”, что им не удалось получить гиногенетические и партеногенетические мышиные эмбрионы, которые бы дожили до середины срока беременности. Чуть позже Д. Солтер и Дж. Макграт из Вистаровского института анатомии и биологии на страницах этого же журнала заявили, что эмбрионы, полученные путем трансплантации ядер из бластулы, не будут развиваться до нормального завершения беременности. В институте, где работал Илмензее, провели расследование его деятельности и в результате исследователь ушел с работы. “Мышиная история” приняла скандальный оттенок - стало очевидным, что автор пытался выдать желаемое за действительное.

Однако в разных уголках планеты ученые вновь и вновь возвращались к опытам с клонированием млекопитающих, поскольку результаты опытов Илмензее выглядели правдоподобно, так как они теоретически были возможны.

Вместе с тем крепло мнение, что клонирование животных из взрослой клетки невозможно, так как хотя во внезародышевой клетке взрослого организма содержится полный набор генов, характерный и для яйцеклетки, но гены, необходимые для осуществления программируемого развиия зародыша, находятся как бы в скрытом, недоступном для манипулирования с ними состоянии. Постепенно накопились данные, что с помощью пересадки ядер эмбриональных клеток все-таки можно клонировать различные виды животных - от лягушек и мышей до крупного рогатого скота. Но ДНК более дифференцированных клеток необратимо изменяется, и пересадка ядра становится невозможным. Видимо, в силу химических изменений и структурных модификаций эти геномы не являются тотипотентными, т. е. способными обеспечить развитие всех типов клеток, что необходимо для формирования животного. Например, клонирование способных расти мышей с надежным ростом возможно только при использовании ядер клеток мышиных эмбрионов на стадии одно-, двух-, или четырех клеток.

Так, например, в начале 90-х гг. результаты К. Ильмензее частично удалось воспроизвести японским исследователям, использовавшим новые приемы работы (для успешной пересадки ядра и активации прооперированной зиготы применялись слабые электрические импульсы). Японским биологам удалось довести дело до рождения живых мышат. В результатах этих опытов никто не сомневался, и ими частично было реабилитировано имя К. Ильмензее, однако они всего лишь доказывали, что только самые первые клетки мышиного зародыша еще сохраняют свою тотипотентность, которая необратимо утрачивается на более поздних стадиях.

Примерно так же обстояли дела и с попытками клонировать кроликов, свиней и коров. Американцам С. Стику и Д. Роблу вполне успешно удавалось размножать кроликов, пересаживая ядра восьмиклеточных эмбрионов одной породы в лишенные ядер яйцеклетки другой породы. Крольчихи-реципиенты благополучно вынашивали таких крольчат и рождали на свет абсолютно одинаковых малышей, унаследовавших все гены породы - донора ядер. Примерно также обходились с телятами. В одном из таких экспериментов, результаты которого были опубликованы в 1990 г., исследователи получили 92 живых теленка.

Однако, несмотря на явные успехи клеточной инженерии, по-прежнему можно было говорить лишь о клонировании не взрослых организмов, а лишь их эмбрионов, находящихся на ранней стадии развития. Дальше дело не шло.

И вот как гром среди ясного неба грянуло известие о том, что  на экспериментальной ферме под Эдинбургом пасется овца Долли финско-дорсетской породы  первое клонированное млекопитающее, полученное из взрослой неполовой клетки!

2. Долли и другие

В своем эксперименте Кэмпбелл и его коллеги извлекли из эмбриона овцы на ранней стадии развития (на стадии эмбрионального диска) клетку и вырастили культуру клеток, то есть добились того, что клетка размножилась в искусственной питательной среде. Полученные генетически идентичные клетки (клеточная линия) сохранили тотипонентность. Затем ученые взяли яйцеклетку овцы-реципиента, тщательно удалили из нее весь хромосомный материал и добились ее слияния с тотипотентной клеткой из культуры. Полученные синтетические эмбрионы выращивали до стадии морулы-бластулы, а затем имплантировали в матку овцы. В результате удалось вырастить нескольких нормальных ягнят, которые были генетически идентичны.

Овцы для эксперимента по клонированию были выбраны не случайно  именно на этих животных ученые впервые добились, чтобы яйцеклетки с ядрами, замененными на ядра клеток бластомеров, развивались и давали нормальных ягнят.

В принципе, после того, как получена устойчивая линия тотипонентных клеток, ничто не мешает вносить в них генетические изменения. Например, перестраивая или удаляя отдельные гены, можно создавать трансгенные линии овец и других сельскохозяйственных животных. Однако прежде чем эта технология найдет практическое применение, предстоит решить еще множество проблем.

Пока число клонированных животных очень мало по сравнению с числом исходных эмбрионов, из клеток которых удавалось получить культуру. Многие клетки погибали, не успев достичь стадии бластоцисты. Не ясно, вызван ли высокий процент неудач разнообразными вредными факторами, воздействующими на клетку при манипуляциях с нею, или гетерогенностью самой клеточной линии. Последнее менее вероятно, поскольку процент успешных случаев не меняется при пересевах культуры. Для прояснения этого вопроса необходимо исследовать другие тотипотентные клеточные линии.

Результативность пересадки ядра в яйцеклетку и ее последующее благополучное развитие зависит от адекватного перепрограммирования ядра донора. Макромолекулы (белки и транспортная РНК) ооцита отвечают за его развитие только в течение сравнительно короткого времени (между двумя клеточными делениями), и чем этот период короче, тем меньше остается времени для перепрограммирования. Клетки более зрелых эмбрионов требуют большего времени для перепрограммирования, поэтому вероятность успеха при их использовании снижается. Определенную роль играет также совместимость ядра донора и цитоплазмы реципиента, все еще слабо изученная.

Успех пересадки клеточных ядер связан по крайней мере с двумя факторами. Во-первых, овулировавшие ооциты являются лучшими реципиентами, чем зиготы, либо потому, что у неоплодотворенных яйцеклеток остается больше времени для перепрограммирования, либо потому, что их цитоплазма является более подходящей. Возможно, в цитоплазме ооцита есть элементы, необходимые для перестройки хромосом и активации генома и исчезающие после оплодотворения либо потому, что они каким-то образом связаны с реплицирующейся ДНК, либо в результате запрограммированного распада. Во-вторых, клетки с ядрами донора, взятыми на стадиях G1 или G0 клеточного цикла, развиваются гораздо лучше, чем клетки с ядрами со стадий S или G2. Интуитивно это кажется понятным, ведь перепрограммировать открытый реплицирующийся геном проще.

Успех с Долли воодушевил ученых на дальнейшее изучение данной темы. Опыты по клонированию продолжаются. 17.05.99 г. в Австралии ученые приступили к клонированию тасманского волка, вида, исчезнувшего из фауны 60 лет назад, что оказалось возможным благодаря находке заспиртованного эмбриона, которому 130 лет.

В настоящее время японские ученые не теряют надежды клонировать мамонта и динозавров.

3. Клонирование человека. Правовые и этические проблемы клонирования людей

Одной из конечных целей исследований по клонированию является клонирование человека. Однако уже сейчас в этом вопросе существует много проблем.

Одной из биологических проблем, обозначившейся на пути клонирования человека, является то, что клоны стареют быстрее обычных представителей того же вида, достигая возраста организма, из которого они были клонированы.

Самая знаменитая овца в мире  Долли, появившаяся на свет в 1997 году в результате клонирования,  стареет с неимоверной скоростью. Сейчас ей два года, но детальное изучение ее хромосом показывает, что ей  аж целых шесть! Донором клетки, из которой и сделали Долли, как раз была в свое время шестилетняя овца: получается, что новорожденная быстро наверстала заложенные в ней на клеточном уровне данные о возрасте. Две другие овцы, выведенные путем клонирования, демонстрируют те же признаки.

Новость вызвала взрыв эмоций у противников клонирования. Известный французский биолог Аксель Кан, специалист по молекулярной генетике, считает, что теперь клонирование человека, чего так все боятся, становится делом бесполезным. Если биологические часы клона копируют возраст своей “модели”, то он всегда будет того же возраста, что и донор.

Однако развитие науки не стоит на месте. Например, по последним данным (Internet), ученые уже нашли средство от старения клонов.

Другой проблемой является то, что пока клонировать организмы с первого раза не получается: для того, чтобы появилась Долли понадобилось 277 попыток.

До сих пор неизвестно, каким образом ДНК клетки вымени оказалась способной управлять развитием всего нового организма и будет ли это выполняться для других видов животных. На этом пути существует еще масса проблем, требующих решения.

Прием, приведший к успеху шотландских ученых, заключался в том, что они сделали ДНК донорской клетки аналогичной по свойствам инертной ДНК спермы или неоплодотворенной яйцеклетки. Этого добились, выращивая донорские клетки на бедной питательной среде, что привело к ограничению их роста вплоть до стадий покоя G0 или G1 клеточного цикла. При этом многие гены прекратили работу, и поэтому ДНК при пересадке не воспроизвелась. Для слияния донорской клетки с яйцеклеткой, собственные хромосомы которой были удалены, использовали электрическое поле. Слияние обеспечило яйцеклетку полным хромасомным набором новой ДНК и запустило ее рост. Произошло, по-видимому, “перепрограммирование” ДНК, в результате чего эмбрион смог нормально развиваться.

Однако вероятность такого перепрограммирования в череде многочисленных экспериментов низка: как уже упоминалось, из 277 попыток лишь одна оказалась успешной. Пока неизвестно, как нормально происходит перепрограммирование в процессе развития, и не ясен механизм взаимодействия яйцеклетки и новой ДНК.

3.1. Суть правовых и морально-этических проблем

Кроме биологических, существует множество как правовых, так и морально-этических проблем в клонировании животных.

В данном разделе я перечислю лишь те проблемы, которые уже сейчас волнуют человечество.

До сих пор остается неясным, что ждет тех уродов, которые получатся при первых попытках клонирования человека. Ведь если ученым все же удастся клонировать человека, то им придется потерять много человеческих жизней, прежде чем они получат полноценный клон.

В данное время уже реальностью, а не фантастикой, становятся так называемые человеческие “фермы”, где будут “выращиваться” целые конечности, которые в дальнейшем могут быть использованы для имплантации людям, которые по той или иной причине потеряли их.

Однако вполне вероятно, что это послужит нелегальному “выращиванию” человеческих органов, которое наверняка не сможет контролироваться правительственными структурами.

Одним из вопросов, который задают себе те, кто интересуется проблемой клонирования людей, заключается в том, будет ли новая копия обладать правами человека и гражданина (и какими?) при живом “оригинале”? Если ученым удастся клонировать человека, то потребуется изменение конституций, которые в некоторых странах не менялись столетиями, должны будут пересмотреться разделы уголовного права. Конечно, клоны должны иметь все конституционные права, что и обычные граждане.

Кроме того, у клонов должна быть проведена идентификация отцовства, так как  в клонировании участвуют три особи: 1) донор клетки; 2) донор яйцеклетки; 3) суррогатная мать. Остается неизвестным, кто должен считаться отцом ребенка? Как быть с имущественными правами клонированных людей.

Во многих странах, таких как Великобритания, Германия, Бельгия, Нидерланды, Испания, существует запрет на клонирование человека.

Но если в одной стране эти запреты будут сняты, то появится дисбаланс в научных исследованиях и правительства других стран вынуждены будут отменить запреты в своих странах. Это приведет к процессу, который по своей масштабности сопоставим с “гонкой вооружений”.

3.2. Государственные законы и вопросы клонирования

Наиболее интенсивно исследования по клонированию животных велись в США и Великобритании и именно в этих странах правовой и этической стороне вопроса уделялось больше всего внимания.

Большинство американцев считает, что клонирование человека недопустимо в моральном и правовом планах и более 2/3 жителей США полагает, что правительство должно регулировать все, что связано с возможностью клонирования животных. В американской прессе появилось огромное количество публикаций по этой проблеме, недвусмысленно намекавших на возможность организации “человеческих ферм”, “производства человеческих органов”, “воровства клеток для клонирования” и “клонирования умерших людей”. По мнению не только рядовых американцев, но и многих ученых за этими намеками стоят реальные угрозы.

Первым шагом стал запрет Б. Клинтона бюджетного финансирования исследований по клонированию людей и обращение в парламент с просьбой рассмотреть вопрос. В июле 1997 г. Консультативный комитет по биоэтике дал следующие предложения президенту США:

1). Следует содействовать “взвешенным экспериментам по клонированию животных”;

2). Клонирование людей “запретить немедленно, полностью и навсегда. Не так часто в истории науки открытие имеет столь мрачные перспективы и содержит столь масштабные угрозы, как это произошло с клонированием млекопитающих. Перспективы и опасности, связанные с клонированием, сопоставимы с опасностями неконтролируемой ядерной энергией”.

В результате, 30 июля 1997 г. Комитет Палаты представителей Конгресса США по науке проголосовал за полный запрет экспериментов, связанных с клонированием человека.

В Великобритании клонирование запрещено согласно закону 1990 года. Однако по этому закону клонирование запрещено, если для этого “используются клетки, взятые из ткани эмбриона”. Последние исследования доказывают, что донором могут являться и взрослые организмы. В Англии вновь зазвучали предостережения и прямо было заявлено, что назрела необходимость в запрете любых способов клонирования человека.

Недавно в ЮНЕСКО экспертами из 83 стран был модифицирован проект Декларации по генетике и правам человека, где прямо осуждается клонирование людей и генная терапия с использованием зародышей.

В большинстве стран Европы на самом высоком уровне были приняты законы о запрещении клонирования. Первыми такие правительственные законы приняли Германия, Бельгия, Нидерланды и Испания. А после того, как 19 июня 1997 г. Совет Европы в Страсбурге принял дополнение к Конвенции о защите прав и достоинств человека в связи с использованием результатов исследований в биологии и медицине (где в ст. 1 записано: “любое вмешательство, ставящее целью создание человеческого существа, генетически идентичного другому человеческому существу, живому или умершему, запрещается”), большинство европейских стран присоединилось к запрету клонирования человека.

Официально заявлено, что в России исследования по клонированию в настоящее время не ведутся. Еще до появления европейских и американских законов, в июне 1996 г. Государственной Думой РФ был принят Федеральный закон “О государственном регулировании в области генно-инженерной деятельности”, где запрещается какие-либо генетические манипуляции с человеком. Этот Закон вступил в силу 5 июля 1996 года.

3.3. Тенденции дальнейших исследований в области клонирования

Знаменитый ученый П. Диксон писал: “История учит, что если ученые могут что-то сделать, они делают это непременно, особенно если законодательство в разных странах отличается друг от друга”. В самом деле, хорошо известно, что научные открытия чаще всего обгоняют законодательство и правило “что может быть сделано, будет сделано” действует почти без исключений. Это подтверждают и последние сведения из стран, наиболее активно запрещавших клонирование.

Уже в 1998 г. чикагский ученый-медик Р. Сид объявил по национальному общественному радио о намерении создать первую в США и мире клинику клонирования человека и обещал потомство бездетным родителям. Несмотря на разразившийся скандал, юристы доказали, что имеющиеся законы не могут запретить врачу создание такой клиники.

Английские ученые также готовы приступить к “частичному” клонированию людей. Как утверждает британская газета “Дейли телеграф” (КП от 5 апреля 2000 г.), правительство страны готово дать “добро” на подобные операции, правда пока исключительно в медицинских целях. А ведь клонирование человеческих эмбрионов по-прежнему остается строго запрещенным (см. 3.2.), и врачам можно было экспериментировать только с животными. Но работы только на “мышах и кошках” грозили тем, что британские ученые в этой области могли отстать от зарубежных коллег, потому что не является секретом, что в закрытых лабораториях многих стран, в том числе и тех, где официально опыты по клонированию человека запрещены, все же ведутся “подпольные” работы по этой теме.

Специальная комиссия во главе с главным врачом Британии доктором Лаймом Дональдсоном, взвесив все “за” и “против”, пришла к выводу, что закон нужно менять. Никто не собирается создавать точные копии человека, планируется лишь разрешить “дублирование” отдельных клеток и тканей для лечения больных почек, печени, сердца. В случае успеха эксперимента, как утверждают оптимисты, в дальнейшем можно будет “выращивать” про запас даже целые конечности - руки и ноги.

Даже из этих примеров видно, что начавшийся процесс, т.е. исследования по клонированию человека ни правительствам, ни общественным деятелям и организациям, остановить не удается. Вероятно, на самом деле правы те, кто утверждает, что законами и запретами остановить науку невозможно. Мне кажется, что правительствам следует не запрещать, а пытаться держать под контролем те направления исследований, результатами которых люди еще не решили как распорядиться.

Литература:

Афонькин С. Ю. Долли бросает вызов, или размышления о клонировании людей. Биология. N 6, 1999.

Бутенко Р. Г. Биология клетки и биотехнология. Наука и человечество, 1987.

Дейвор Сольтер. Разведение овец путем пересадки клеточных ядер. Биология. N 38, 1997.

Кот М. М. Селекция животных. Перспективы развития. Биология в школе. N 2, 1991.

Преждевременное старение Долли (обзор журнала “Nature”). Знание-сила. N 9-10, с. 10, 1999.

Рувинова Э. И. Еще раз о клонировании. Биология. N7, 1998.

Чижиков Максим. Клонирование, сэр! Комсомольская правда. 5 апреля 2000.

Чикин Максим. Овечка Долли стареет не по дням, а по часам! Комсомольская правда. 1999.

Чойрыш А. И. Правовые и этические проблемы клонирования человека. Государство и право. N 11, 1998, с. 87-93.

Internet. http://helix.nature.com/nsu, 2000.