Клонирование человека: этические проблемы

Проект ведется компанией «Цзиньню»  и является крупнейшим в своем  роде в мире. В нем также участвуют  Австралия, Канада, США и Великобритания и ряд других стран. Китайские  ученые полагают, что клонирование станет важным шагом в развитии животноводства и улучшении племенной работы.

Внедрение в практику методов межвидового  переноса ядер может открыть невиданные перспективы для спасения находящихся  на грани исчезновения видов животных. Как было показано в работе Т. Доминко  и соавт. в 1999 г., энуклеированные  ооциты крупного рогатого скота после  электрослияния с ядрами кожных фибробластов быков (Bos taurus), овец (Ovis aries), свиней (Sus scrofa), обезьян (Macaca fascicularis) и крыс (Rattus rattus) могут поддерживать развитие эмбрионов  до ранних стадий (в некоторых случаях  до стадий бластоцисты). В других исследованиях  было зафиксировано, что энуклеированные  яйцеклетки крупного рогатого скота  обеспечивают реализацию генетического  материала донорских ядер из соматических клеток человека даже до более продвинутых  эмбриональных стадий. Это является свидетельством того, что даже перенос  ядер в ооциты далеких в эволюционном отношении видов обеспечивает их частичное репрограммирование. А  может ли быть так, что трансплантация ядер в энуклеированные яйцеклетки близких видов приведет к получению  полноценного здорового потомства?

В конце 2000 - начале 2001 г. весь научный  мир следил за попыткой исследователей из американской фирмы «АСТ» клонировать  вымирающий вид буйволов Bos gaurus (гяур), который распространен на территории Индии и Юго-Западной Азии. Соматические клетки-доноры ядер (кожные фибробласты) были получены в результате биопсии post mortem от быка в возрасте 5 лет и  после двух пассажей в культуре длительное время (8 лет) хранились в криоконсервированном состоянии в жидком азоте. Всего  было получено четыре беременности. Чтобы  подтвердить генетическое происхождение  плодов, два из них были выборочно  изъяты. Цитогенетический анализ подтвердил наличие в клетках характерного для гяуров нормального кариотипа, однако выяснилось, что вся митохондриальная ДНК происходит от коров-доноров  яйцеклеток (Bos taurus).

Как известно, митохондрии являются «энергетическими станциями» клеток, именно в них происходит синтез АТФ, соединения с гиперергическими связями, при разрушении которых выделяется большое количество энергии, используемой в процессах жизнеобеспечения клетки. Активность митохондрий регулируется как собственным генетическим аппаратом - генами, закодированными в митохондриальной ДНК, так и генами, локализованными  в ядре клетки. Общее количество митохондриальной ДНК (мДНК) в соматической клетке насчитывает 20 000-30 000 молекул  в отличие от яйцеклетки млекопитающего, в которой содержится около 100 000 молекул мДНК. Такое явление, когда  в цитоплазме клетки находится более  одного типа мДНК, называется митохондриальной гетероплазмией. Митохондриальная ДНК  наследуется по материнской линии  вместе с цитоплазмой ооцита, поэтому  получаемые в результате клонирования животные не являются стопроцентными клонами, потому что несут митохондрии  донора ядер и индивидуумов-доноров  реципиентных энуклеированных яйцеклеток, и обладают, таким образом, митохондриальной гетероплазмией. Взаимодействие между  ядерной ДНК и чужеродной мДНК требует дальнейшего изучения. Весьма вероятно, что митохондриальная гетероплазмия может приводить к дисбалансу в энергетическом обмене клетки и служить причиной серьезных нарушений.

К сожалению, в опыте американских ученых одна из беременностей прервалась на 200-дневном сроке, а в результате другой родился теленок, который  умер спустя 48 ч. Представителями фирмы  было заявлено, что это произошло  «по причине инфекционного клостридиозного  энтерита, не имеющего отношения к  клонированию».

Предпринимаются и др попытки клонирования с целью спасения исчезающих видов. Так, 11 коров с фермы в штате  Айова уже вынашивают клоны младенцев  бантенгов – исчезающую разновидность  диких азиатских быков. Китайские ученые из Института зоологических исследований, намеренных клонировать исчезающих вид гигантских панд. Их индийские коллеги собираются аналогичным способом восстановить популяцию гепардов, окончательно истребленных охотниками в первой половине прошлого века, еще во времена правления Британской империи. Донорами яйцеклеток для клонированных животных станут гепарды из соседнего Ирана, принадлежащие к тому же виду, что и звери, прежде обитавшие на полуострове Индостан, а суррогатными матерями, в которых будут развиваться пересаженные яйцеклетки – самки индийского леопарда.

Терапевтическое клонирование

Новейшие технологии в области  клонирования и создания эмбриональных  стволовых клеток открывают огромные возможности для лечения многих заболеваний, связанных с дегенерацией определенных типов клеток, потерей  функций тканей и целых органов. Около 16 млн. человек во всем мире страдают нейродегенеративными заболеваниями, такими как болезнь Альцгеймера  и Паркинсона, свыше 120 млн. - диабетом и миллионы - артритами, СПИДом, инфарктами и другими заболеваниями, которые  могут быть излечены с помощью  применения клеточных трансплантатов.

По самым скромным подсчетам  десятки наиболее распространенных заболеваний могут быть вылечены с внедрением клеточной терапии. Методы терапевтического клонирования позволяют избежать иммунного отторжения трансплантатов, поскольку ЭС клетки несут генетическую информацию донора ядер. Низкая эффективность трансплантации ядер не важна для осуществления  клеточной терапии, так как для  получения линии ЭС клеток достаточно всего одного или нескольких предимплантационных  эмбрионов. Кроме того, сейчас рассматривается  вопрос об использовании в качестве цитопластов энуклеированных яйцеклеток животных, например, крупного рогатого скота, которые поддерживают реализацию генетического материала ядра человеческой соматической клетки до стадии 5-дневного эмбриона.

Одной из перспективных сфер применения клонирования может оказаться ксенотрансплантация, то есть межвидовая трансплантация тканей и органов. Некоторыми компаниями ведется  работа по созданию линии свиней с  инактивированным геном альфа-1,3-галактозилтрансферазы. Этот ген кодирует фермент, участвующий  в синтезе поверхностных антигенов  клеток свиней, которые обусловливают  немедленное отторжение трансплантатов у приматов. Технология клонирования с использованием генетически модифицированных культур клеток в качестве доноров  ядер значительно упростит процесс  создания такой линии.

Важный результат получен американскими  учеными, которым удалось разработать  метод выращивания новых костей в позвоночнике крыс.

В проведенных экспериментах ученые работали со стволовыми клетками. Они  модифицировали их так, что стволовые  клетки костного мозга стали экспрессировать  белок ВМР-9, который способствует росту новых костей. Затем модифицированные клетки были инъецированы в одну сторону  позвоночника крыс, в то время как  в другую ученые инъецировали стволовые  клетки, содержащие инактивированный ген.

Через 8 недель после начала эксперимента был зафиксирован рост костей лишь на той стороне спины, которая  содержала модифицированные стволовые  клетки. При этом вновь образованные кости выглядели абсолютно нормально.

Эта методика пока не была опробована на людях, однако исследователи полагают, что этот метод генной терапии, который  включает в себя этап работы с клетками вне организма, является многообещающим для лечения заболеваний костей, а также показателем перспективности  терапевтического клонирования вообще.

Не менее интересные результаты получили российские ученые. Им удалось  клонировать из стволовых клеток человека кардиомиоциты.

Герматологическое клонирование

На определённой стадии развития эмбрион  состоит из абсолютно одинаковых стволовых клеток. Позже они станут дифференцированными и будут  отвечать за развитие разных органов. После рождения стволовые клетки продолжают оставаться в организме  обеспечивая обновление стареющих  клеток, но с возрастом они по тем или иным причинам кончаются  или погибают. Клетки перестают обновляться, что крайне пагубно влияет на здоровье человека и предположительно является причиной старения организма.

Если бы стволовые клетки не погибали, возможно (это следует подчеркнуть) организм не был бы подвержен старению вообще или этот процесс проходил бы не так быстро. Герматологическое клонирование направлено на восполнение потерянных стволовых клеток, наличие которых должно оттянуть смерть пациента на как можно более долгий срок. Также оно может быть использовано для восстановления поврежденных органов.

Сам процесс выглядит следующим  образом: из любой клетки пациента извлекается  ядро, которое затем помещается в  яйцеклетку. Начинается развитие. По истечении  четырёх суток зародыш представляет из себя крошечный пузырёк (бластоциста) заполненный стволовыми плюрипотентными (недифференцированными) клетками. Когда, по мере развития стволовые клетки стали мультипотентными (дифференцированными) и их количество достаточно велико, их можно извлечь и ввести пациенту.

Самое трудное, что нужно сделать - это подтолкнуть плюрипотентные клетки к развитию в нужном направлении.

Важные результаты в этой области  были получены в США. Согласно предварительным  результатам, американские учёные находятся  на заключительном этапе разработки технологии, которая позволит восстанавливать  поврежденные возрастом или болезнью органы с помощью клонированных  клеток этого же организма.

Исследователи компании Advanced Cell Technology (штат Массачусетс, США) клонировали  клетки покровных тканей двух коров, после чего стволовые клетки крови, полученные из клонированных эмбрионов, имплантировались исходным животным. При этом иммунная система одной  из коров подавлялась иммунодепрессантами. Согласно полученным результатам, колонии кровяных клеток, произошедших из клонов, проявляли удивительные заместительные способности: в частности, даже у животного с нормально функционировавшей иммунной системой, они вскоре составляли до 50% всей клеточной популяции.

Механизм «омоложения» клеток не изучен. Выдвигаются версии относительно того, что данное явление связано с  изменением состояния концевых участков хромосом, так называемых теломеров.

В случае, если новая методика зарекомендует  себя как эффективная и безопасная, ее можно будет использовать для  заместительной терапии больных  лейкемией, а также автоиммунными  заболеваниями, в частности, артритом. Кроме того, отмечается, что клонированные  стволовые клетки крови могут  способствовать восстановлению широкого круга других органов. Вероятно, такие  регенеративные свойства связаны с  тем, что «омоложенные» кровяные клетки более интенсивно уничтожают старые и дефектные клетки и структуры  органов, тем самым способствуя  их обновлению.

Однако до того как описанная  методика сможет быть применена в  клинике, следует провести ещё большой  объем исследований. В частности, сейчас необходимо выяснить, не могут  ли клонированные клетки приобретать  злокачественные свойства. Следует  также отметить, что в случае с  коровами, использовавшимися в опытах массачусетскими исследователями, стволовые клетки извлекались из 100-дневных эмбрионов, что ни в  коем случае не допустимо в отношении  человека. Сейчас учёные решают вопрос получения стволовых клеток на максимально  ранних этапах развития зародыша.

Клонирование  животных: технология

Основы. Клонирование целых животных

Клетки животных, дифференцируясь, лишаются тотипотентности, и в этом – одно из существенных их отличий  от клеток растений. Именно здесь главное  препятствие для клонирования взрослых позвоночных животных. Методы клонирования целых животных до сих пор не доведены до стадии практического («промышленного») применения.

Наиболее удачными являются эксперименты по клонированию животных из эмбриональных  недифференцированных клеток, не утративших тотипотентных свойств, однако есть положительные результаты и со зрелыми  клетками.

Процесс клонирования протекает следующим  образом – ядро соматической клетки пересаживают в лишенную ядра (энуклеированную) яйцеклетку и имплантируют ее в организм матери (если это животное, требующее  вынашивания).

Энуклеация традиционно проводится микрохирургически или путем  разрушения ядра ультрафиолетом, пересадка  производится с помощью тонкой стеклянной пипетки или электрослиянием. В  последнее время ученые из датского Института сельскохозяйственных наук разработали недорогую технологию клонирования, которая гораздо проще  используемой ныне.

По новой технологии, яйцеклетки разрезаются пополам, и половинки  с ядрами выбрасываются. Выбирается пара оставшихся пустых половинок, которые  «склеиваются» в одну яйцеклетку после добавления нового ядра. Самая  дорогая часть оборудования, которую  использовали в этом эксперименте, — машина для «сварки» клеток —  стоит всего лишь $3,5 тысячи. Технология может быть полностью автоматизирована и поставлена «на поток».

Успешность пересадки зависит  от вида животного (амфибий клонируют  успешнее, чем млекопитающих), методики пересадки и степени дифференцировки  клетки-донора. Так, ещё Бриггс и  Кинг в первых опытах на амфибиях установили, что если брать ядра из клеток зародыша на ранней стадии его развития –  бластуле, то примерно в 80% случаев зародыш  благополучно развивается дальше и  превращается в нормального головастика. Если же развитие зародыша, донора ядра, продвинулось на следующую стадию –  гаструлу, то лишь менее чем в 20% случаев  оперированные яйцеклетки развивались  нормально. Эти результаты позже  были подтверждены и в других работах.

Гердон (см. выше), использовавший в  качестве доноров специализированные клетки эпителия, получил следующие  результаты: в большинстве случаев  реконструированные яйцеклетки не развивались, но примерно десятая часть их них  образовывала эмбрионы. 6,5% из этих эмбрионов  достигали стадии бластулы, 2,5% - стадии головастика и только 1% развился в половозрелых особей. Однако, появление  нескольких взрослых особей в таких  условиях могло быть связано с  тем, что среди клеток эпителия кишечника  развивающегося головастика довольно длительное время присутствуют первичные  половые клетки, ядра которых могли  быть использованы для пересадки. В  последующих работах как сам  автор, так и многие другие исследователи  не смогли подтвердить данные этих первых опытов.

Позже Гердон модифицировал эксперимент. Поскольку большинство реконструированных яйцеклеток (с ядром клетки кишечного  эпителия) погибают до завершения стадии гаструлы, он попробовал извлечь из них ядра на стадии бластулы и снова  пересадить их в новые энуклеированные  яйцеклетки (такая процедура называется «серийной пересадкой» в отличие  от «первичной пересадки»). Число зародышей  с нормальным развитием после  этого увеличивалось, и они развивались  до более поздних стадий по сравнению  с зародышами, полученными в результате первичной пересадки ядер.