Я — не моя ДНК. Генетика предполагает, эпигенетика располагает
Позвольте мне рассказать вам в более академической форме, что с ней случилось, что было до нее и что произошло после.
Овечка Долли — первое клонированное животное?
В феврале 1997 года клонирование овцы Долли, млекопитающего (как и мы, люди), развязало полемику, и сегодня, двадцать лет спустя, мы так и не смогли прийти к соглашению.
Отправимся на двадцать лет назад и остановимся на моменте, когда Иэн Уилмут из института Рослина в Эдинбурге объявил, что получил овцу, рожденную 5 июля предыдущего года, из одной взрослой тканевой клетки другой овцы.
Несмотря на то что Долли не была первым клонированным животным, ее рождение послужило началом новой эпохи, так как впервые клонирование было произведено из дифференцированной клетки взрослого животного. Как сам Уилмут впоследствии заявил, можно было сказать, что Долли «родилась» в возрасте шести месяцев и семи недель.
Как это объясняется?
Мы знаем, что млекопитающие обычно размножаются половым путем, при котором сперматозоид самца оплодотворяет яйцеклетку самки и образовывается новый эмбрион. Долли же была клонирована путем пересадки ядра клетки молочной железы взрослой овцы в яйцеклетку другой овцы. После создания эмбрион был помещен в матку суррогатной матери.
Как создаются клоны?
Как была создана Долли?
Процедура клонирования овечки Долли основана на ядерной пересадке, и ее концепция довольно проста. Ученые заменили ядро яйцеклетки, стимулировали развитие эмбриона и внедрили его в матку таким образом, чтобы в процессе вынашивания появилась особь, генетически идентичная особи, ядро клетки которой она получила. В случае с Долли процедура была следующей:
1. Во-первых, были извлечены клетки молочной железы овцы породы дорсет белого окраса. Эти клетки, как и все остальные в организме особи, содержат полный набор генов. Однако так как это специализированная клетка (клетка молочной железы), активны только те гены, которые необходимы для выполнения ее функции.
2. Когда клетки были извлечены, их переместили в специальную питательную среду, которая позволила им расти и делиться, — таким образом была выведена популяция копий клеток-прототипов.
3. Далее одну из этих клеток переместили в другую питательную среду, где клетка вошла в так называемую фазу покоя, в которой клеточное деление приостанавливается. Эта фаза необходима, так как зарождение жизнеспособных эмбрионов требует времени для перепрограммирования генома ядра и замены функции, которую изначально клетка выполняла (в данном случае часть молочной железы), на новую функцию — эмбриональную, и это перепрограммирование оказалось более эффективным в случае, когда оно начиналось в фазе покоя, а не в фазе деления.
4. Следующий шаг заключался в том, чтобы извлечь не-оплодотворенную яйцеклетку другой овцы, в нашем случае шотландской черномордой, которая отличается от породы финн-дорсет черным окрасом головы, о чем мы можем догадаться из названия. Из этой
яйцеклетки было извлечено ядро, то есть она осталась без собственного генома (хромосом, содержащихся в ядре), но с метаболическими механизмами, необходимыми для формирования здорового эмбриона.
5. После этого извлечения была произведена ядерная трансплантация, которая заключалась в том, чтобы поместить ядро клетки-донора в яйцеклетку, лишенную собственного генетического материала (для ясности: ядро породы финн-дорсет в яйцеклетку породы Шотландской Черномордой). Клетку-донор поместили рядом с яйцеклеткой, лишенной ядра, и направили на них слабый электронный импульс. Разряд привел к слиянию двух клеток в единую форму, как два мыльных пузыря сливаются в один (добавим метафоричности нашему повествованию). Стоит отметить, что ядерная трансплантация может быть достигнута и другими способами, например введением ядра в яйцеклетку с помощью очень тонкой иглы.
Рис. 1. Процесс «создания» Долли — первого в истории клонированного крупного млекопитающего
В случае «создания» Долли вслед за первым электрическим разрядом, приведшим к слиянию яйцеклетки и клетки молочной железы в одно целое, последовал второй разряд, целью которого было моделирование естественного оплодотворения и включение механизмов, запускающих перепрограммирование ядра, которое с этого момента перешло в фазу клеточного деления и формирования эмбриона.
Когда мы говорим о процессе клеточного перепрограммирования, то имеем в виду сложный и практически не изученный механизм. Известно только, что в процессе перепрограммирования имеет значение макромолекулярная структура цитоплазмы яйцеклетки.
Когда в журнале Nature была опубликована статья Иэна Уилмута с пошаговым описанием клонирования Долли, большая часть научного сообщества не признала достоверность его выводов. Но на тот момент Долли уже была неотвратимой реальностью (мы помним о том, что Уилмут опубликовал свою статью в феврале 1997 года, восемь месяцев спустя после рождения овечки в июле 1996 года) — реальностью, которая неожиданно стала одной из незыблемых догм биологии.
Так мир узнал о рождении самой знаменитой в истории овцы. Подобная сенсация была встречена роковыми предсказаниями со стороны не только прессы, но и всех слоев общества. Некоторые из этих предсказаний, не перестанем повторять это, были основаны не на научных фактах, а на богатой фантазии. Например, одна американская газета уверяла, что Долли была плотоядной и ела других овец. Пришествие овцы-каннибала!
Другие пророчества гласили, что по какой-то неведомой причине, о которой редакторы этих сенсационных новостей умолчали, к тому времени уже всем известная Долли была стерильна и тот факт, что она была клонирована с помощью дифференцированной клетки, а не происходила от слияния яйцеклетки и сперматозоида, означает, что генетический след станет причиной многих проблем. Именно так утверждали журналисты, специализирующиеся на научной составляющей статьи.
Вопреки всем прогнозам и к разочарованию тех, кто ждал появления армии клонированных овец-каннибалов, готовой расправиться с человечеством, как при вторжении инопланетян, не только рождение, но и сам факт существования Долли были откровенной насмешкой над горе-прорицателями. Теломеры овечки — структуры, расположенные в концевых участках хромосом, укорачивающиеся по мере взросления особи, — соответствовали уже более зрелому возрасту, но Долли не демонстрировала признаков преждевременного старения. Генетический след тоже, казалось, не создал явных проблем, более того, выяснилось, что животное не бесплодно: Долли произвела потомство, и ее потомки были и есть совершенно здоровы.
Так что в качестве заключения можно сказать, что самые страшные опасения не подтвердились: клонирование Долли — успех с большой буквы!
Подождите… Настоящий успех?
Однако для того чтобы понять и оценить в полной мере последствия и значимость клонирования Долли, нужно немного углубиться в историю. Первые попытки клонирования восходят не к Долли, как многие ошибочно полагают. На самом деле эту тему исследовали еще до рождения овечки и ставили соответствующие эксперименты в различных лабораториях. Можно сказать, что первые результаты были получены в 1980-е годы XX века в процессе разработки метода ядерной пересадки, который позволил заменить ДНК, содержащуюся в ядре зиготы, на ДНК ядра другой клетки. Результатом этой пересадки стало животное-реплика животного — донора ядра. Но для того, чтобы эта стратегия увенчалась успехом, донором должен быть эмбрион в начальной стадии развития, в то время как попытки клонирования с помощью клеток взрослых животных неизменно проваливались. Многие биологи пришли к выводу, что клонирование с использованием взрослых клеток невозможно, так как ДНК внутри ядра взрослых клеток претерпевает эпигенетические изменения, которые считались необратимыми, потому что эти клетки были предназначены для специализированной работы ткани, которой они принадлежали, например для производства или выделения молока.
