На этой неделе западную прессу облетела сенсационная новость – ученые из Гарварда запускают процесс клонирования мамонта. ДНК давно вымершего животного планируют вживить в клетки слона и получить своеобразный гибрид. А чуть раньше, в январе 2018 года, китайские ученые успешно клонировали обезьяну. Похоже, человечество стоит на пороге новых прорывов в клонировании. Что это за процесс и насколько мы близки к созданию идентичной копии человека?

Что такое клон?

Клон — это организм, не только внешне, но и генетически одинаковый с «прототипом». Если взять, например, человека, то у него будут не только те же рост, вес и черты лица, но и та же группа крови, а органы при пересадке будут полностью совместимы.  Он будет болеть теми же наследственными болезнями. У него будут те же примерно умственные способности и таланты, если воспитывать, обучать и социализировать клона и прототипа одинаково.

Клоны естественные и не очень

Многие думают, что клонирование — полностью искусственное явление,  но это не так. В природе тоже есть клоны — и среди растений, и среди животных, и среди грибов. Например, можно отломить веточку с почками от ивы или винограда, добиться роста корней и посадить в землю. Генетически это растение не будет ничем отличаться от своего «исходника». Есть масса вариантов такого размножения — например, если взять клубни картофеля из одного куста и рассадить, то это тоже будет клонирование: половые клетки в этом не участвуют, от опыления такое размножение тоже не зависит. То же самое возможно и у некоторых животных. Если взять плоского червя планарию (известного своими способностями к регенерации), разрезать его пополам и поместить половинки в питательный раствор, то через месяц мы получим двух совершенно одинаковых червей.

«Клонирование» клубники

У животных есть еще и явление природного партеногенеза, когда самки производят потомство без оплодотворения самцами. Обычно для полового размножения требуется одинарный набор хромосом (1/2 набора от самца в сперматозоиде, 1/2 от самки в яйцеклетке). Но у некоторых животных набор хромосом двойной, и у них отпадает необходимость в слиянии геномов. Тогда самцы не нужны в принципе – практически вся популяция в этом случае состоит из самок-клонов. Именно это произошло с популяцией степной дыбки — самого крупного кузнечика Европы.

А вот обычные однояйцевые близнецы, сколько бы их ни было — не клоны. Они не являются полной копией отца или матери, хотя внешне и с точки зрения генетики – практически одинаковые. Также клонами не являются растения, полученные в результате самоопыления одного и того же экземпляра — в части половых клеток могут произойти мутации, и наборы генов у потомков такого растения будут разными.

Искусственное клонирование

Есть два основных метода клонирования. Первый способ — разделение эмбриональных клеток на очень ранних стадиях, когда их количество находится в диапазоне от 4 до 64 и из них формируются два или больше эмбрионов. Но это просто получение однояйцевых близнецов в больших количествах. А если мы хотим, чтоб эти близнецы были точной копией родителя, тогда действовать придется по второму методу — переносить клеточное ядро из соматической клетки (то есть любой клетки, кроме половых) в яйцеклетку с удаленным родным ядром. Идеально будет, если обе этих клетки будут взяты у одной особи женского пола — но так бывает не всегда. Часто яйцеклетку берут у одной самки, а ядро у другой или у самца (если обязателен мужской пол клона).

Например, знаменитую овцу Долли клонировали таким образом — взяли  у одной овцы яйцеклетку, у другой позаимствовали ядро (из клетки тканей вымени), а эмбрион подсадили в матку третьей овцы. При этом у Долли были еще «дубликаты», полученные первым методом — но нормально смогла развиться только она одна.

Впрочем, эксперименты по созданию клонов животных начались задолго до знаменитой овечки. Первыми были опыты Гердона по клонированию лягушек – они начались еще в 1960 годах. Краткая хронология экспериментов с клонированием разных видов животных выглядит так:

Шпорцевая лягушка (Великобритания)

1962

Шпорцевая лягушка (Великобритания)

1962

Зеркальный карп (Китай)

1963

Зеркальный карп (Китай)

1963

Мышь (США)

1979

Мышь (США)

1979

Овцы (разные методики, от пересадки ядра эмбриональной клетки до полного клонирования из клеток взрослого организма) (Дания, США)

1984, 1995-1997

Овцы (разные методики, от пересадки ядра эмбриональной клетки до полного клонирования из клеток взрослого организма) (Дания, США)

1984, 1995-1997

Корова (Дания, США)

1986

Корова (Дания, США)

1986

Кошка (США)

2001

Кошка (США)

2001

Гаур (США)

2001

Гаур (США)

2001

Лошадь (США)

2003

Лошадь (США)

2003

Олень (США)

2003

Олень (США)

2003

Собака (Южная Корея)

2005

Собака (Южная Корея)

2005

Верблюд (ОАЭ)

2009

Верблюд (ОАЭ)

2009

Макак-крабоед (Китай)

2018

Макак-крабоед (Китай)

2018
Еще настоящим клонированием считается искусственный партеногенез — когда в клетке-предшественнице яйцеклетки останавливают деление хромосом. Тогда набор хромосом в ней получается двойным, а две возникающие яйцеклетки получают не половинный, а одинарный набор и из них получаются зародыши без оплодотворения. Но это работает далеко не для всех видов животных.

Зачем это нужно?

Каковы цели клонирования? Кроме того, что это интересно со всех возможных точек зрения, у клонирования есть практические задачи — например, отработать методику получения полностью совместимых тканей и органов. Другой пример – получение «чистых» линий животных с определенными признаками. Третий – получение потомства у особей, которые не могут размножаться естественным путем. Наконец, восстановление вымирающих или исчезнувших в дикой природе видов (в частности, так планируют восстановить северный подвид белого носорога).

А вот восстановление давно вымерших животных — например, мамонта или американского льва – клонированием с точки зрения биологии не является. В этом случае ДНК вымершего животного предлагают встроить в клетку самого близкого из живых видов, а не восстанавливать его из уже несуществующих живых клеток. Именно этим путем планирует идти профессор Черч из Гарварда, который собирается вырастить гибрид слона и мамонта. Но в случае с вымершими животными другого пути нет, потому в широком смысле это тоже будет считаться клонированием.

Также есть проблемы с расшифровкой всех частей ДНК — даже если мы имеем дело с замороженным мамонтом из вечной мерзлоты,  за то время, пока он там лежал, часть ДНК из клеток могла разрушиться. Очень большая удача, если ученые найдут хотя бы 70% ДНК мамонта в неповрежденном виде, а  потом восстановят оставшиеся фрагменты. И это все еще надо перенести на специальный субстрат, смоделировав хромосомы вымершего животного (или вставить в хромосомы существующего вида по методу CRISPR/Cas9 отдельные гены). Еще в 2015 году в Гарварде в стволовые клетки слона вставили гены мамонта, отвечающие за рост шерсти и маленькие уши. И, судя по всему, они начали функционировать.

Важно, чтобы донорская яйцеклетка принадлежала более-менее близкому виду — того же американского льва восстановить  относительно просто, так как существует его ближайший африканский родственник. А вот гигантского короткомордого медведя арктодуса, который еще 8-10 тысяч лет назад был доминирующим хищником Северной Америки, восстановить уже не так просто. Ведь ни бурые, ни белые медведи не близки к нему генетически, а единственный близкий вид из выживших, очковый медведь, тоже не совсем подходит для донорства яйцеклетки. Что уже говорить о саблезубых кошках, которые вымерли все, а их «родословная» разошлась с предками львов и тигров около двух миллионов лет назад.

Главные проблемы клонирования

Первая проблема – как добиться того, что пересаженное в клетку ядро «запустится», а его гены будут нормально работать?  Ученые уже убедились, что чем высокоорганизованнее с точки зрения эволюции организм, тем труднее работать с его генетическим материалом. Например, лягушку клонировать легче, чем ящерицу, а ящерицу легче, чем птицу.

У млекопитающих все еще запутаннее. Кошку легче клонировать, чем собаку, а овцу – легче, чем корову. Клонирование обезьян (в полном масштабе, а не только получение близнецов из клеток одного эмбриона) пробовали реализовать практически одновременно с клонированием копытных, а получилось только в 2018 году. Да и то китайским ученым пришлось потратить 127 яйцеклеток на две удачные попытки. Мало того, «пересаженные» ядра из клеток взрослых обезьян так и не «запустились» — пришлось использовать ядра эмбриональных клеток. А когда яйцеклетка с геномом клона стала делиться и были получены «дубликаты», то из 79 потенциальных клонов выжили и нормально развились только двое.

Во многих случаях развитие эмбрионов останавливалось на ранних стадиях из-за различных пороков развития. А выжившие и вроде бы здоровые животные в некоторых случаях умирали раньше времени (опыты Гердона 1960-х годов на лягушках открыли эту особенность). Так что клонирование пока что нуждается в изучении факторов риска. Потому что есть еще митохондриальная ДНК, которая не зависит от ДНК ядра клетки, «клеточный иммунитет», совместимость по ферментам и т.д. Еще играют роль размеры яйцеклеток — с крупными икринками лягушек работать проще, чем с микроскопическими яйцеклетками мышей. Поэтому большинство исследований в области клонирования проводят методом проб и ошибок — нет гарантий, что то, что получится с одним видом, обязательно получится с другим. В то же время, даже неудачи дают свой результат — например, совершенствуются способы пересадки ядер в яйцеклетки. От электродной стимуляции и химического выключения ядра уже перешли  к использованию мини-пипеток и методики редактирования генома «на месте».

Вторая проблема — сохранение биологического разнообразия (но это относится больше к будущему, когда клонирование станет более дешевой и распространенной процедурой). Уже сейчас нововведения по гербицидам делают невозможным сохранение большого количества сортов в сельском хозяйстве — фермеры вынуждены покупать те сорта растений, на которые производитель химикатов дал гарантию, что они не пострадают. А если клонированные растения или животные с определенными признаками окажутся более успешными в биологическом плане, то они могут вытеснить не только редкие сорта или породы, но и виды в дикой природе. Например, один из видов речных раков (так называемый мраморный рак), популярный у аквариумистов в США и Западной Европе, получил в результате гибридизации двойной набор хромосом у самок с возможностью того самого партеногенеза. Результат известен — при попадании в дикую природу этот мутантный рак размножается быстрее, чем при обычном половом размножении. И вытесняет природные виды раков, попутно уничтожая икру ценных видов рыб.

На пути к клонированию человека

Вернемся к двум указанным выше способам клонирования. Вопрос с простым получением однояйцевых близнецов в больших количествах уже решен — это стандартная процедура при оплодотворении «в пробирке». Так как с первого раза с эмбрионом может пойти что-то не так, при его имплантации в матку родной или суррогатной матери, конечно, требуются «дубликаты». И иногда бывают ошибки с числом — например, в США одной женщине во время процедуры ЭКО внесли 8 эмбрионов и по каким-то причинам не убрали лишние. В результате вместо двоих детей она получила восьмерых! Но вопрос настоящего клонирования человека куда более интересен.

Клонировать человека полностью — довольно непростая задача даже с точки зрения биологии. Наш организм — один из сложнейших в аспекте эволюции. Несмотря на то, что медицина и биология давно изучают организм человека и практически расшифровали геном, все же ясно, что это сделать не так просто даже «технически». Если не считать удачных экспериментов с человеческими стволовыми клетками (как собственно получение готовых тканей, так и пересадки их, например, мышам или свиньям с целью создания «гибридных органов»), то особых успехов пока нет. Разные СМИ периодически публикуют новости о якобы клонированных эмбрионах человека, но эта информация потом не подтверждается. Хотя определенные наработки в генной инженерии есть — например, уже родился ребенок, полученный максимально близким методом к полноценному клонированию (взяли ядра из яйцеклетки и сперматозоида отца и матери и поместили в донорскую яйцеклетку, из которой убрали ее собственное ядро). Кстати, совершили это в Украине, немного модифицировав американскую методику.

Кроме чисто биологических, появляются и этические проблемы, которые делают многие опыты с клонированием человека малореальными. Первая этическая проблема — нельзя выращивать клон человека только ради создания «дубликата» органов. Человек — это цель, а не средство для достижения цели. Вторая проблема — если мы физически кого-то клонируем, то личность у него будет другая, не такая, как у оригинала (пока не решена проблема с переносом сознания), ведь человек — существо социальное. Да и «размножить» гениальных людей не получится — клоны не обязательно будут гениями, потому что способности не появляются «в вакууме». Плюс еще масса будущих правовых проблем со статусом клонов, «авторизованным» или «пиратским» клонированием и так далее.

Большинство мировых религий также выступают резко против клонирования человека. Общие соображения такие: раз человека создал бог, а душа человека — проявление воли создателя, то клонирование — это нарушение процесса сотворения, и человек, создавая  свой клон, оспаривает место бога. Кроме того, согласно некоторым богословским теориям, клон человека не будет иметь души. Исходя из этих проблем, большинство развитых стран уже загодя запретили или серьезно ограничили все исследования по клонированию человека.