Содержание
Как работает клонирование? Ваш путеводитель по репликации в реальном мире
Общеизвестно, что клонирование разрушило научную фантастику и что лаборатории по всему миру экспериментируют с методами клонирования. Но как именно работает клонирование, и почему мы не слышали об этом больше? Точнее, почему армии клонов еще не захватили нас? Вот как исследователи клонируют живые организмы и почему это остается сложным процессом.
Типы современного клонирования
Кэролайн Дэвис2010 | Flickr
«Клонирование» — не очень научное слово, поэтому неудивительно, что есть несколько различных техник, которые можно назвать клонированием. Это включает в себя обычное клонирование генов, где биологические материалы воспроизводятся — и используются для медицинских методов или даже для удовлетворения спроса на красное мясо — а также терапевтическое клонирование, которое включает в себя обмен ДНК ядра между яйцами для сокращения процесса развития.
Но для реального стиля «клонирования», который я имел в виду, нам нужно поговорить о переносе ядер соматических клеток (SCNT). Это тип клонирования, который берет ДНК взрослого образца и воспроизводит ее, так что создается эмбрион с той же самой ДНК. Это та наука, которая вдохновляла штурмовиков и динозавров в наших любимых фильмах, и, вероятно, это именно то, о чем вы думали. Итак, давайте поговорим о том, как работает перенос ядер соматических клеток.
Шаг 1: Извлечь ДНК от донора
Во-первых, ученым нужны здоровые, прочные клетки от донора, то есть организма, к которому они стремятся клонировать. В среднем половом организме существуют разные виды клеток, но соматические клетки — это «нейтральный» тип клеток, который просто тусуется, выполняя свою работу с типичными двумя полными наборами хромосом.
Соматические клетки не обнаруживаются среди эритроцитов, но белые кровяные клетки являются соматическими и распространенным источником продуктов ДНК. Клетки кожи и традиционный щечный мазок также работают, но клетки должны быть здоровыми и неповрежденными. Вот почему обычно нецелесообразно пытаться клонировать древних замороженных или пойманных в ловушку животных: их клетки почти всегда сильно повреждены.
Шаг 2: Подготовьте яйцеклетку
Фотография Тары Браун / Университет Вашингтона
В то время как одна часть научной команды клонирования работает над извлечением обильного количества соматических клеток от донора, другая часть работает над подготовкой жизнеспособной яйцеклетки. Это не обязательно должна быть яйцеклетка того же вида, но для больших шансов на успех, чем ближе, тем лучше.
Когда ученые находят нужные неповрежденные яйцеклетки, они осторожно извлекают ядро клетки. Ядро — это то, что содержит единый набор хромосом, который способствует размножению. Но для клонирования им не нужна эта ДНК — им нужна неповрежденная, пустая оболочка, которая может содержать эмбрион. Таким образом, ядро и вся его ДНК удаляются, а остальная часть яйца деликатно сохраняется.
Шаг 3: Вставьте материал соматической клетки
Creative Commons
Помните, поскольку соматические клетки являются полноценными, взрослые клетки не используются для размножения, они имеют полный двойной набор хромосом, уже присутствующих и готовых к действию. Однако ученым необходимо ввести эту ДНК в яйцеклетку и подготовиться к росту в новый организм. Поэтому они — опять же, очень осторожно — удаляют ядро и вставляют его в ожидающую пустую яйцеклетку.
Цель состоит в том, чтобы снова объединить их в одну ячейку, что непросто. Текущие успешные методы используют очень легкий, направленный поток электричества, так что ядро и яйцеклетка связываются вместе и, мы надеемся, соглашаются на их новое жизненное расположение.
Шаг 4: Убедите яйцеклетку в том, что она оплодотворена, и имплантируйте ее
Теперь у нас есть клонированное яйцо, готовое к росту! Но, хотя у яйца действительно есть два набора хромосом и, теоретически, все, что ему нужно, чтобы превратиться в копию донорского организма, оно фактически не было оплодотворено — и его нельзя оплодотворить, не разрушив процесс клонирования.
Поэтому ученые пытаются убедить яйцо в том, что оно оплодотворено и должно начать расти. Это еще одна область, где много экспериментируют с новыми методами: обычно яйцо подвергается химическим коктейлям, предназначенным для запуска процесса роста, часто в то же время подвергаясь воздействию большего количества электричества (иногда наука действительно похожа на кинофильмы).
Когда клетка начинает делиться, ученые быстро переходят на следующую стадию, поддерживая яйцо в условиях, аналогичных реальному репродуктивному процессу. Если яйцеклетка начинает развиваться в эмбрион, который кажется здоровым, они обычно имплантируют этот эмбрион в живой женский организм для вынашивания. Это лучше для яйца и намного дешевле, чем пытаться выращивать эмбрион снаружи в лаборатории.
Шаг 5: Повторите до жизнеспособности
Как вы, наверное, заметили, во всех предыдущих шагах присутствует определенная неопределенность и деликатная работа. Даже небольшие повреждения клеток могут иметь катастрофические последствия, и нет гарантии, что яйцеклетка в правильном направлении будет развиваться правильно внутри или вне организма-носителя. Другими словами, жизнеспособность является серьезной проблемой. Существует множество неудачных попыток и эмбрионов, которые просто не развиваются правильно (часто они ошибаются, когда эмбрион представляет собой лишь небольшую коллекцию клеток), поэтому требуются огромные ресурсы, много времени и сотни попыток для создания успешного клон. Успешные живорождения — редкость.
Даже тогда этот процесс обычно не добр к успешным клонам. Они, как правило, страдают от сокращения продолжительности жизни и других проблем, которые можно суммировать с помощью того, что можно назвать ДНК кнутом. Тем не менее, эти проблемы уменьшились по мере развития технологий.
Где клонирование сегодня
Хуан Гертнер / 123RF
Первое настоящее клонирование с использованием SCNT произошло в 1996 году после 276 попыток: знаменитой овечки Долли. За этим быстро последовали клонированные телята в Японии, а затем в список были добавлены другие животные, включая кошек, собак, кроликов, крыс, лошадей и даже макаку-резус.
За исключением слухов, нет никаких доказательств того, что человека когда-либо клонировали — особенно трудно клонировать приматов, а люди наиболее трудны из-за сложного способа деления наших клеток. Сообщения о человеческих клонах были опровергнуты или отброшены из-за отсутствия доказательств.
Полное клонирование, подобное этому, также имеет относительно небольшое значение для научного сообщества. Генное клонирование гораздо выгоднее, когда речь идет о здравоохранении и получении прибыли, и его гораздо проще достичь. В результате настоящее клонирование с помощью SCNT стало чем-то вроде побочного шоу: сегодня наибольший интерес к этому процессу сосредоточен на применении стволовых клеток от успешных эмбрионов, но это также пока остается дорогостоящим, спорным процессом.
