Особенности клонирования
Пожалуй, ни одно из достижений науки не вызвало в минувшем веке столь бурных дебатов, как клонирование. Благодаря историческому научному прорыву д-ра Яна Вильмута и его коллег из Великобритании клонирование человека сейчас уже очень близко к реальности. Эта возможность потенциально дает всему человечеству невероятные возможности. Вот только какие? Споры в научном мире между сторонниками и противниками клонирования становятся всё более жаркими с каждым годом. К сожалению, на обсуждение этой темы с самого начала оказывали влияние сенсационные, но вводящие в заблуждение сообщения СМИ, и общая негативная эмоциональная реакция, порожденная ошибочной научной фантастикой. Отрицательное отношение к клонированию, в первую очередь людей – больше следствие захватывающей дух новизны идеи, чем каких-либо реальных нежелательных последствий. Вполне возможно, что при разумном регулировании преимущества клонирования людей существенно перевесили бы недостатки. Если общественность наложит полный запрет на клонирование человека, это может оказаться печальным эпизодом в человеческой истории.
В работе мы попытаемся разобраться как с преимуществами, так и с предполагаемыми отрицательными последствиями клонирования животных и человека.
1. Понятие и история клонирования
1.1 Биологическая сущность клонирования
Термин «клон» происходит от греческого слова «klon», что означает – веточка, побег, черенок, и имеет отношение, прежде всего к вегетативному размножению. Клонирование растений черенками, почками или клубнями в сельском хозяйстве, в частности в садоводстве, известно уже более 4-х тыс. лет. Начиная с 70-х годов нашего столетия для клонирования растений стали широко использовать небольшие группы и даже отдельные соматические (неполовые) клетки. Дело в том, что у растений (в отличие от животных) по мере их роста в ходе клеточной специализации – дифференцировки – клетки не теряют так называемых тотипотентных свойств, т.е. не теряют своей способности реализовывать всю генетическую информацию, заложенную в ядре. Поэтому практически любая растительная клетка, сохранившая в процессе дифференцировки свое ядро, может дать начало новому организму. Эта особенность растительных клеток лежит в основе многих методов генетики и селекции. При вегетативном размножении и при клонировании гены не распределяются по потомкам, как в случае полового размножения, а сохраняются в полном составе в течение многих поколений. Все организмы, входящие в состав определенного клона, имеют одинаковый набор генов и фенотипически не различаются между собой. Клетки животных, дифференцируясь, лишаются тотипотентности, и в этом – одно из существенных их отличий от клеток растений. Это – главное препятствие при клонирования взрослых позвоночных животных. Дифференцировка клеток в ходе развития позвоночных сопровождается инактивацией неработающих генов. Поэтому клетки теряют тотипотентность, дифференцировка становится необратимой. В конце концов, у одних клеток происходит полное репрессирование генома, у других – в той или иной степени деградирует ДНК, а в некоторых случаях разрушается даже ядро. Однако наряду с дифференцированными клетками культивируемые in vitro (в пробирке) клеточные популяции содержат малодифференцированные стволовые клетки, которые и могут быть использованы как доноры ядер для клонирования млекопитающих.
Начало истории уместно датировать 1839 годом, когда Теодор Шванн доказал свою клеточную теорию, закрепленную в учебниках биологии следующим лозунгом: клетка происходит от клетки. Клеточная теория таила в себе два противоречащих начала: наследственность и дифференциацию. Образуются ли в результате клеточного деления две идентичных дочерних клетки, или производные разные? Когда через некоторое время носителем наследственности определили несущее хромосомы ядро, внимание ученых переключилось с клеточного на ядерный потенциал. Одним из видных учёных, занимавшийся проблемой был Ганс Спиман. Его исследования были прерваны войной. После Второй мировой войны, советский эмбриолог Георгий Викторович Лопашов разработал метод пересадки (трансплантации) ядер в яйцеклетку лягушки. Однако ученому не повезло. В августе 1948 года состоялась печально известная сессия ВАСХНИЛ, где окончательно утвердилось непререкаемое лидерство в биологии известного борца с генетикой Т.Д. Лысенко. Как это часто случалось в истории российской науки, приоритет достался американским эмбриологам Роберту Бригсу и Томасу Кингу, когда в 1952 году они потрясли ученый мир сообщением об удачной пересадке ядра лягушки Rana pipiens. Но к 1960 году Бригс и Кинг пришли к неутешительному выводу, что дифференциация сопровождается прогрессирующим сужением возможности ядер стимулировать нормальное развитие организма. В то же самое время в Англии шведский эмбриолог Майкл Фишберг совместно с коллегами Томасом Элсдейлом и Джоном Гердоном работал над видом лягушки Xenopus laevis, более перспективным для исследований, чем Rana, поскольку там легче решались вопросы трансплантации. На примере Xenopus удалось вырастить головастиков из ядер половозрелых особей. Это был настоящий прорыв. На примере Xenopus Гердон с коллегами в конце концов научились создавать плодовитых взрослых лягушек, используя ядра отдельных эпителиальных клеток пищеварительного тракта головастиков. Это означало, что используемый для пересадки генетический материал все еще содержал необходимую информацию для всего организма. Вокруг исследований Гердона поднялся большой шум. Тогда впервые заговорили и о клонировании человека. Наряду с амфибиями проводились и опыты на млекопитающих. Еще в 1942 году были получены живые особи крыс из изолированных на этапе двухклеточного деления бластомеров, а в 1968 году – кролики из бластомеров поделившихся на 8 клеток. Успешные опыты с амфибиями заставили ученых задуматься о клонировании эмбрионов млекопитающих, в частности мышей. Первое клонирование мыши и клонирование первого млекопитающего было осуществлено в СССР в 1987 г. в лаборатории Чайлахяна Л.М, Вепренцева Б.Н., Свиридовой Т.А., Никитина В.А. Авторы послали свою статью – в журнал «Nature», но работа не была опубликована. Ответом на посланную статью было абсолютное молчание редакции журнала. Первенство в клонировании первого млекопитающего за советскими учеными не признано до сих пор. В 1979 году Стин Вилландсен вырастил отдельные взрослые клетки из восьмиклеточных эмбрионов овцы и крупного рогатого скота. Эксперименты по пересадке ядер для крупного рогатого скота оказались более эффективными, нежели для мышей. В 1991 году Вилландсен сообщил об эксперименте по переносу 100 ядер телят, источником которых была морула. Результатом следующих экспериментов явились клоны восьми телят, полученных из эмбриона одного донора. К сожалению, все телята развивались с отклонениями и имели явные признаки патологии. В феврале 1997 года появилось сообщение о том, что в лаборатории Яна Вильмута в шотландском городе Эдинбурге в Рослинском институте сумели клонировать овцу. Как стало известно позднее, только один опыт из 236 стал удачным. Ян Вилмут из шотландского института Рослина в 1997 году объявил о клонировании первого млекопитающего из ядра соматической клетки. В результате таких манипуляций из 244 образцов 34 развились до стадии, когда их можно было имплантировать в матку суррогатной матери. Летом 1995 года родились 5 ягнят, из которых двое – Меган и Мораг, первые клонированные млекопитающие – дожили до половозрелого возраста, но вскоре погибли. Так стали появляться на свет клонированные овцы. Долли оказалась единственной выжившей из 277. В 2002 году у Долли было отмечено развитие артрита, который как предполагается, мог стать результатом генных мутаций, инициированных процессом клонирования. Помимо артрита у животного наблюдался целый ряд отклонений от нормального развития и в феврале ученые усыпили знаменитую овечку из-за прогрессирующей болезни легких. Долли умерла в возрасте 6 лет. Ныне уже получены клоны таких млекопитающих как овца, мышь, крыса, кошка, корова, коза, свинья, лошадь, мул, кролик и собака.
Технология клонирования не является совершенной. Многие клоны умирают после имплантации в матку, другие – вследствие аномалий развития. Причина – неполное перепрограммирование генетического материала.
В 2006 г. исполнилось 10 лет с момента научно-подтвержденного клонирования животного. Отметим основные вехи после этого события.
· 1997 г. Американский врач Ричард Сид объявил о строительстве собственной клиники по клонированию человека;
· 2001 г. Итальянский доктор Северино Антинори объявил о планах создания клонированных детей для бесплотных пар;
· 2001 г. Декан медицинского факультета Университета Питтсбурга Джеральд Шаттен провел 724 неудачные попытки клонирования обезьяны;
· 2002 г. Генетик Ирина Полежаева впервые в мире клонировала котенка, а в 2006 г. — лошадь;
· 2002 г. Президент компании Clonaid Брижит Буаселье объявила о рождении первого клонированного ребенка, не представив никаких научных доказательств;
· 2004 г. Корейский биолог Хван У Сок разработал новую технологию клонирования человека, которая впоследствии оказалась фальшивкой;
· 2006 г. Американский медик Панайотис Зевос впервые опубликовал технологию клонирования человека.
Итак работы по клонированию позвоночных были начаты на амфибиях в начале 50-х годов и интенсивно продолжаются вот уже пять десятилетий. Что касается амфибий, то проблема клонирования взрослых особей остается до сих пор не решенной. Установлено, что в ходе клеточной дифференцировки у позвоночных происходит или потеря определенных генных локусов или их необратимая инактивация. Судя по всему, утрачивается та часть генома, которая контролирует не ранние, а более поздние этапы онтогенеза, в частности, метаморфоз амфибий. Механизм этого явления пока не поддается научному объяснению. Но очевидно, что для клонирования взрослых позвоночных необходимо использовать малодифференцированные делящиеся клетки. Это методически важное положение было учтено в более поздних работах.
Клонирование животных может оказаться особенно важно в селекции, так как для получения сельскохозяйственных животных, в частности, крупного рогатого скота, с закрепленными особо ценными качествами обычными приемами требуются десятки лет работы.
Клон – это идентичный близнец другого человека, отсроченный во времени. В сущности, речь идет даже не о клонировании, а о получении копии отдельного индивида, поскольку термин «клонирование» предполагает получение некоего множества особей. Но слово уже прижилось, поэтому используется по-прежнему. Научно-фантастические романы и кинофильмы создали у людей впечатление, будто человеческие клоны окажутся бездумными зомби, монстрами вроде Франкенштейна или двойниками.
На самом же деле существует мнение, что клоны человека будут обычными человеческими существами. Их будет вынашивать обычная женщина в течение 9 месяцев, они родятся и будут воспитываться в семье, как и любой другой ребенок. Им потребуется 18 лет, чтобы достичь совершеннолетия, как и всем остальным людям. Следовательно, клон-близнец будет на несколько десятилетий младше своего оригинала, поэтому нет опасности, что люди будут путать клона-близнеца с оригиналом. Так же как и идентичные близнецы, клон и донор ДНК будут иметь различные отпечатки пальцев. Клон не унаследует ничего из воспоминаний оригинального индивида. Благодаря всем этим различиям, клон – это не ксерокопия или двойник человека, а просто младший идентичный близнец. Человеческие клоны будут иметь те же самые юридические права и обязанности, как и любой другой человек. Клоны будут человеческими существами в самом полном смысле. Основные моменты, из-за которых клонирование человека вызывает множество возражений, следующие:
· становление человека как личности, базируется не только на биологической наследственности, оно определяется также семейной, социальной и культурной средой. При клонировании индивида невозможно воссоздать все те условия воспитания и обучения, которые сформировали личность его прототипа (донора ядра).
· при бесполом размножении изначально жесткая запрограммированность генотипа предопределяет меньшее разнообразие взаимодействий развивающегося организма с изменяющимися условиями среды (по сравнению с половым размножением, когда в формировании индивида участвуют два генома, сложным и непредсказуемым образом взаимодействующие между собой и с окружающей средой). Это возражение базируется на т.н. экстремальной экстраполяции. На планете существует более 5 млрд. людей. Очевидно, на первых порах клонирование человека будет производиться очень в скромных масштабах из-за предполагаемой стоимости процедуры. Кроме того, большинство женщин все же не захотят быть матерями клонов-близнецов. Пройдет много десятилетий прежде, чем общее количество клонов людей достигнет хотя бы 1 млн. человек во всем мире. По процентному соотношению, это составило бы микроскопическую часть от общего населения и не оказало бы никакого воздействия на генетическое разнообразие людей. Но в дальнейшем ограничения станут необходимыми. Но где провести черту? Этот вопрос может оказаться неразрешимым.
· практически все религиозные учения настаивают, что появление человека на свет – в «руках» высших сил, что зачатие и рождение должно происходить только естественным путем.
· считается, что клонирование человека может привести к созданию уродов и монстров. Клонирование человека часто сопоставляется с генной инженерией человека. При клонировании ДНК копируется, в результате чего появляется еще один человек, точный близнец существующего индивида и следовательно – не монстр или урод. Генная же инженерия подразумевает модификацию человеческой ДНК, в результате чего может появиться человек, непохожий ни на одного другого, ранее существовавшего. Это предположительно могло бы привести к созданию очень необычных людей, даже монстров. Генная инженерия человека, имея большой позитивный потенциал, действительно очень рискованное предприятие, и должна была бы проводиться только с величайшей осторожностью и под надзором. Клонирование же безопасно и банально по сравнению с генной инженерией. Это часто выступает доводом в защиту клонирования: «Если вы опасаетесь клонирования человека, то генная инженерия человека вас должна просто ужасать».
· технология не совершенна, она может привести к смерти плода. Ни одна сфера человеческой деятельности не свободна от случайной смерти. Клонирование человека – не исключение. Некоторые из клонированных в Раслине овечек были мертворожденные. В настоящий момент технология клонирования млекопитающих находится в экспериментальной стадии и процент успешных исходов пока что низкий. Судя по дополнительным экспериментам на высших млекопитающих, можно предвидеть, что процедура клонирования будет усовершенствованна вплоть до такого качества, когда риск выкидыша или смерти ребенка будет такой же, что и для остальных рождений
В то же время существует как минимум две веские причины в защиту клонирования:
· предоставить возможность семьям зачать детей-близнецов выдающихся личностей;
· позволить бездетным парам иметь детей.
Клонирование выдающихся людей явление весьма неоднозначное. В настоящее время невозможно с уверенностью сказать, какой процент близнецов выдающихся людей будет делать равные по значимости вклады в науку, и будет ли давать вообще. В то же время это может сократить вливание посторонних талантов в научную сферу. Однако если запретить клонирование, этого мы никогда и не узнаем. Решительность и энергичность – несомненно, важные характеристики многих выдающихся людей. Есть предположения, что на них сильно влияет генетика. Если же обнаружится, что клоны выдающихся людей не оправдывают репутацию своих предшественников, то стимул для клонирования людей ослабнет. Тогда мы увидим, что люди, будучи информированными, захотят производить клонирование менее часто.
Кроме всего прочего, клонирование человека – это новое и неисследованное правовое поле, которое определенно потребует некоторого законодательного регулирования для предотвращения злоупотреблений.
Интересный, но малоизвестный факт процедуры клонирования, что она производится с замороженными, а не свежими клетками. Это означает, что нет необходимости, чтобы донор ДНК, будь то животное или человек, были живы, когда производится клонирование. Если образец ткани человека заморожен должным образом, человека можно было бы клонировать через длительное время после его смерти. В случае людей, которые уже умерли, и чья ткань не была заморожена, клонирование становится более сложным, и сегодняшняя технология это делать не позволяет. Однако для любого биолога было бы очень смелым заявить, что это невозможно. Если наука сможет разработать метод для получения клона из ДНК уже умершего существа перед ней откроются новые возможности.
Все ткани человека содержат ДНК и могут потенциально быть источником для клонирования. Перечень тканей включает человеческие волосы, кости и зубы. Однако, ДНК начинает медленно разлагаться через несколько недель после смерти, разрушая сегменты генетического кода. Например, по прошествии 60 миллионов лет, сохранились только короткие фрагменты ДНК динозавров, поэтому шансы воспроизведения парка Юрского периода невелики. Однако существуют хорошие шансы восстановления последовательности ДНК из образцов человеческой ткани, т. к. времени прошло существенно меньше. Представьте себе генетический код как книгу, из которой с течением времени случайным образом удаляются абзацы или страницы. Если у нас есть только одна копия книги, полный текст не может быть восстановлен. К счастью, у нас есть больше, чем одна копия. В кости или образце ткани могут быть многие тысячи клеток, каждая со своей копией кода ДНК. Это подобно обладанию тысячами копий той же самой книги. Если какая-либо страница удалена из одной книги, эта страница может оказаться целой невредимой в другой, поэтому, комбинируя информацию из многих клеток, можно в точности восстановить исходный генетический код. Еще один обнадеживающий фактор – что только небольшой процент из трех миллиардов символов генетического кода человека отвечает за индивидуальные различия. Например, генетические коды шимпанзе и людей на самом деле на 99% совпадают. Это означает, что восстанавливать придется менее 1% кода, т.е. только ту часть, которая определяет индивидуальные различия между людьми. Все это за пределами сегодняшней технологии, но принципиально осуществимо.
Очевидно, что клонирование человека имеет громадные потенциальные преимущества и несколько возможных отрицательных последствий. Как и со многими научными достижениями прошлого, такими как самолеты и компьютеры, единственная угроза – это угроза нашей собственной узкой умственной самоудовлетворенности. Клоны человека могут сделать большой вклад в области научного прогресса и культурного развития. В определенных случаях, где предвидятся возможные злоупотребления, их можно предотвратить с помощью узконаправленного специализированного законодательства. С каплей здравого смысла и разумным регулированием, клонирование человека – не есть нечто, чего нужно бояться. Нам следует ожидать его с волнительным нетерпением и поддерживать научные исследования, которые ускорят осуществление клонирования. Исключительные люди находятся среди величайших сокровищ мира. Клонирование человека позволит нам сохранить, а со временем даже восстановить эти сокровища.
Клонирование очень важное явление в биологии и науке в целом. Исследования, положившие начало современным достижениям в области клонирования, начали проводиться ещё в XIX в. Немалая роль в исследованиях принадлежит российским и советским учёным. Клонирование растений – явление очень древнее, стало неотъемлемой частью жизнедеятельности людей, в отличие от клонирования животных и человека, где сделаны только первые шаги. Клонирование ценных трансгенных животных может быстро и экономично обеспечить человечество новыми лекарственными препаратами, содержащимися в молоке, специально полученных для этого генно-инженерными методами овец, коз или коров. Клонирование высокопродуктивных домашних животных, в частности, молочных коров, может произвести буквально революцию в сельском хозяйстве, так как только этим методом можно создать не отдельные экземпляры, а целые стада элитных коров. Это же относится к размножению выдающихся спортивных лошадей, ценных пушных зверей, сохранению редких и исчезающих животных в природных популяциях и т.д. Работы с домашними животными очень важны с практической точки зрения, это вызвало подъем среди любителей домашних животных, которые получили возможность получать копии своих любимцев. Новые технологии, без сомнения, приносят пользу человечеству, и их необходимо всячески поощрять. Запреты нужны в тех крайних случаях, когда явно просматривается вред или ущерб для здоровья и благополучия людей. Пока клонирование человека можно отнести к этому разряду. Возможность создавать человеческие копии фактически разделила мир на две части: тех, кто за и тех, кто против. Причем, против оказалось не только большинство религиозных деятелей, но и часть научного сообщества. Противники клонирования утверждают: создание людей с идентичным генетическим кодом противоестественно и аморально. На это сторонники идеи отвечают, что сегодня в мире живет 150 миллионов людей, чей генетический код не уникален. Речь идет о близнецах, у которых гораздо больше общего, чем у клона и его донора. Следующее возражение: клонирование уменьшает генетическое разнообразие и делает человечество более уязвимым в случае эпидемий. Однако сторонники идеи считают, что общее количество клонов будет очень незначительным из-за высокой стоимости процедуры клонирования и нежелания большинства женщин вынашивать клонов. Клонирование может привести к созданию людей-монстров, говорят противники. Сторонники утверждают, что в этом смысле гораздо опаснее генная инженерия, поскольку в этом случае ДНК не копируется, а модифицируется. Клонирование равнозначно принятию на себя роли Бога, полагают представители религиозной оппозиции. Приверженцы идеи отвечают, что священные тексты не содержат явного запрета на клонирование и напоминают, что любое открытие в области медицины в первое время вызывало аналогичные возражения со стороны религиозных деятелей. Сторонники клонирования утверждают, что преимущества, которые дает человечеству это достижение науки, при разумном регулировании значительно перевесит нежелательные последствия. Они полагают, что клонирование даст возможность бездетным парам иметь детей, а обществу – воспроизводить выдающихся личностей: актеров, ученых, спортсменов. Результатом многочисленных дискуссий стало законодательное запрещение экспериментов с эмбриональными клетками в одних странах, в других они, напротив, привели к тому, что эксперименты по клонированию человека, пусть с некоторыми ограничениями, но получили официальное благословение властей. Конец же спору о плюсах и минусах клонирования, видимо, будет положен лишь с появлением первой человеческой копии. Именно тогда появится реальная возможность узнать, что же такое на самом деле этот двойник.
1. Вир С. Клонирование человека // «NewsWeek», 2007 №12.
2. Данилова В.С., Кожевников Н.Н. Основные концепции современного естествознания. – М.: «Аспект Пресс», 2001.
3. Жигалов Ю.И. Концепции современного естествознания.- М.: «Гелиос АРВ», 2002.
4. Концепции современного естествознания // Под ред. С.И.Самыгина. – Ростов-на-Дону, 2003.
5. Конюхов Б.В. Этическая сторона клонирования. // «Наука и жизнь», 2006. №5.
6. Корочкин Л.И. Генетическая теория отбора, подбора и методов разведения животных. – Новосибирск: Наука, 1976.
7. Лось В.А. Основы современного естествознания. – М.: «ИНФРА-М», 2003.
8. Основы естественно-научных знаний для юристов // Под ред. Е.Р Россинской., – М.: НОРМА-ИНФРА.М, 2000.
9. Рузавин Г.И. Концепции современного естествознания. – М.: «Культура и спорт», 1997.
10. Сингер М., Берг П. Гены и геномы: в 2 т. – М.: Мир, 1998.
11. Хорошавина С.Г. Концепции современного естествознания. – Ростов-на-Дону: Феникс, 2005.