Клонирование животных: теория и практика

В.А. Струнников

На протяжении многих тысячелетий разведения животных воображение человека, видимо, не раз поражали редко возникающие, исключительные, выдающиеся по хозяйственной ценности, животные - быстроходные лошади, коровы с высокими удоями, овцы с большим настригом шерсти и хорошие куры-несушки. Вероятно, человеку не однажды приходила в голову смелая мысль сделать таких удивительных животных "бессмертными" путем воспроизводства их в следующих поколениях в виде совершенно идентичных копий. В действительности же рекордисты заканчивали свой жизненный путь, оставив после себя потомство, каждый член которого никогда не был полностью идентичен ни одному из своих родителей, точно так же, как и его самого не повторял ни один из потомков следующих поколений.

Воспроизводство организмов, полностью повторяющих уникальную по продуктивности особь, возможно только в том случае, если генетическая информация матери будет без каких-либо изменений передана дочерям. Но при естественном половом размножении этому препятствует мейоз. В ходе его незрелая яйцеклетка, имеющая двойной, или диплоидный, набор хромосом - носителей наследственной информации - делится дважды, и в результате возникают четыре гаплоидные (т.е. с одинарным набором хромосом) клетки. Три из них дегенерируют, а четвертая - с большим запасом питательных веществ - становится собственно яйцеклеткой. У многих животных она в силу гаплоидности не может развиваться в новый организм. Для этого необходимо оплодотворение - слияние ее с гаплоидным сперматозоидом. Вполне понятно, что организм, развившийся из оплодотворенной клетки, приобретает признаки, которые определяются взаимодействием материнской и отцовской наследственности. Следовательно, при половом размножении мать не может быть повторена в потомстве.

Как же, вопреки этой строгой закономерности, заставить клетку развиваться только с материнским диплоидным набором хромосом? Теоретически решение этой трудной биологической проблемы осуществимо двумя способами: хирургическим и "терапевтическим", если использовать медицинскую терминологию.

Клонирование шелкопряда: от первых шагов до практического использования

Хронологически второй метод изобретен намного раньше и, нужно отдать должное, - русскими учеными. Сто лет назад зоолог Московского университета А.А.Тихомиров впервые открыл, что яички тутового шелкопряда в результате различных химических и физических воздействий начинают развиваться без оплодотворения. Однако это развитие, названное партеногенезом, рано останавливалось: партеногенетические эмбрионы погибали еще до вылупления личинок из яиц. Но это уже была прелюдия к клонированию животных.

Б.Л.Астауров в 30-е годы в результате длительных исследований, получивших мировую известность и ставших классическими, подобрал термическое воздействие, которое одновременно активировало неоплодотворенное яйцо к развитию и блокировало стадию мейоза, т.е. превращение диплоидного ядра яйцеклетки в гаплоидное. Развитие с ядром, оставшимся диплоидным, заканчивалось вылуплением личинок, точно повторяющих генотип матери, включая и пол. Так, в результате амейотического партеногенеза были получены первые генетические копии, идентичные матери.

Количество вылупившихся партеногенетических гусениц находилось в прямой зависимости от жизнеспособности матери. Поэтому у "чистых" пород вылупление гусениц не превышало нескольких процентов, в то время как у значительно более жизнеспособных межрасовых гибридов оно достигало 40 - 50%. Несмотря на огромный успех, автор этого метода пережил горькое разочарование: партеногенетическое потомство характеризовалось пониженной жизнеспособностью на эмбриональных и постэмбриональных стадиях развития (гусеницы, куколки, бабочки). Гусеницы развивались неравномерно, среди них было много уродливых, а завитые ими коконы сильно различались по массе. Позже Борис Львович улучшил метод, применив гибридизацию между селекционными линиями. Так он смог повысить жизнеспособность у новых клонов до нормы, но довести до этого уровня другие количественные признаки ему не удалось: например масса партеногенетических коконов не превышала 82% от массы нормальных коконов такого же генотипа.

Позднее мы установили причины партеногенетического угнетения (депрессии) и сложными методами, которые позволяют накапливать "гены партеногенеза", вывели новые высоко жизнеспособные клоны самок, а позже и партеногенетических самцов. (Заметим, что депрессия у тутового шелкопряда несравнимо меньше, чем у млекопитающих животных. У них яйцеклетка с диплоидным ядром, образованным в результате слияния двух женских гаплоидных ядер или двух мужских, вообще не развивается в организм.) Скрещивая таких самцов со своими клонированными "матерями" или склонными к партеногенезу самками других клонов, мы получили потомство с еще большей склонностью к партеногенезу. От лучших в этом отношении самок закладывали новые клоны.

В результате многолетнего отбора нам удалось накопить в генотипе селектируемых клонов невиданно большое число генов, обусловливающих высокие склонность к партеногенезу и жизнеспособность. Вылупление гусениц достигло 90%, а их жизнеспособность, как ни удивительно, повысилась до 95 - 100%, опередив в этом отношении обычные породы и даже гибриды. В дальнейшем мы "скрестили" с помощью партеногенетических самцов два генетически резко отличающихся клона разных рас и от лучших гибридных