Клонирование

Однако только 6 из 164 реконструированных яйцеклеток (3,7%) развились в нормальных животных. Это, конечно, очень низкий выход, практически не позволяющий рассчитывать на получение таким способом клона генетически идентичных животных. Ценность этой работы, тем не менее, в том, что она показала возможность клонирования эмбрионов кроликов.

Работа с реконструированными яйцеклетками крупных домашних животных, коров или овец, идёт несколько по-другому. Их сначала культивируют не in vitro, а in vivo – в перевязанном яйцеводе овцы – промежуточного (первого) реципиента. Затем их оттуда вымывают и трансплантируют в матку окончательного (второго) реципиента – коровы или овцы соответственно, где их развитие происходит до развитого детёныша. Уиландсин предложил заключить реконструированные яйцеклетки в агаровый цилиндр, который он потом трансплантировал в перевязанный яйцевод овцы или коровы. По данным одних авторов реконструированные зародыши лучше развиваются в яйцеводе, чем в культивированной среде, хотя некоторые исследователи получили неплохие результаты и при культивировании in vitro.

Американцы Робл и его сотрудники использовали щадящий метод извлечения ядра без прокалывания мембраны яйцеклетки, предложенные МакГратом и Солтером, пересаживали в зиготы так называемые кариопласты – мужской и женский пронуклеусы вместе с окружающей их цитоплазмой, а также ядра 2-, 4- или 8-клеточных эмбрионов коровы. Сначала пронуклеусы центрифигурировали, чтобы освободить пронуклеусы от окружающих их гранул желтка, после чего ядра были хорошо видны под микроскопом, что значительно облегчало их удаление. При помощи манипулятора и заострённой стеклянной пипетки извлекали один из бластомеров вместе с ядром из ранних зародышей и переносили его в энуклеированную зиготы

Реконструированные зародыши были заключены в агаровый цилиндр и пересажены в перевязанный яйцевод овцы. Через пять дней культивирования их вымывали, освобождали от агара и исследовали. Реконструированные зародыши в этом случае развивались только в тех случаях, где зиготы в зиготы пересаживали пронуклеусы: 17% таких зародышей достигли стадии морулы или бластулы. Два зародыша были пересажены второму реципиенту – в матку коровы и развитие их завершилось рождением живых телят. Если в качестве доноров использовали ядра 2-, 4- и 8-клеточных зародышей, то реконструированные яйцеклетки не развивались даже до стадии морулы

Позже были и более успешные работы. Уиландсин, в частности, сообщил, что ему удалось получить четырёх генетически идентичных бычков холстейской породы в результате пересадки в реципиентные яйцеклетки ядер бластул одного 32-клеточного зародыша. Автор утверждал, что большинство ядер сохраняют тотипотентность на 32-клеточной стадии, а значительная их часть 64-клеточной стадии, обеспечивая нормальное развитие реконструированных яйцеклеток до стадии морулы в яйцеводе. После пересадки в матку коров – окончательных реципиентов. Как полагает автор, они могут и дальше нормально развиваться.

Бондиоли и соавторы, используя в качестве доноров ядер 16-64-клеточные зародыши коров, трансплантировали 463 реконструированных зародыша в матку синхронизированных реципиентов, и было получено 92 живых телёнка. Семь из них были генетически идентичны, представляя собой клон, полученный в результате пересадки ядер клеток одного донорского эмбриона.

Таким образом, клеточные ядра зародышей крупного рогатого скота достаточно долго сохраняют тотипотентность и могут обеспечить полное развитие реконструированных яйцеклеток. Иначе говоря, методические трудности клонирования зародышей крупного рогатого скота практически решены. Но остаётся основная задача – найти донорские ядра, обладающие тотипотентностью, для клонирования взрослых животных.

Клонирование овец.

Уиландсин ещё в 1986 году показал, что эмбрионы овец на 16-клетоной стадии развития сохраняют свою тотипотентность. Реконструированные яйцеклетки, содержащие ядра бластомеров 16-клетоных зародышей, развивались нормально до стадии бластулы в перевязанном яйцеводе овцы (в агаровом цилиндре), а после освобождения от агара, пересаживали в матку овцы – второго реципиента – ещё на 60 дней. В другом случае донорами служили ядра 8-клетоных зародышей и были получены три живых ягнёнка, фенотип которых соответствовал породе овцы-донора.

В 1989 году Смит и Уилмут трансплантировали ядра клеток 16-клетосного эмбриона и ранней бластулы в лишённые ядра неоплодотворенной яйцеклетки овец. В первом случае было получено два живых ягнёнка, фенотип которых соответствовал породе овец – доноров ядер.Во втором случае один полностью сформировавшийся ягнёнок погиб во время родов. Его фенотип также соответствовал породе-донору. Авторы считали, что в ходе дифференцировки эмбрионных клеток происходит инактивация некоторых важных для развития генов и в результате ядра бластулы уже не могут репрограммироваться в цитоплазме яйцеклетки и обеспечить нормальное развитие реконструированного зародыша. Поэтому, по мнению авторов, в качестве доноров ядер лучше использовать 16-клеточные эмбрионы или культивированные in vitro линии эмбриональных клеток, ядра которых обладают тотипотентностью.

Позднее, в 1993-95 гг., группа исследователей под руководством Уилмута получила клон овец – пять идентичных животных, донорами ядер которых была культура эмбриональных клеток. Клеточную культуру получали следующим образом: выделяли микрохирургическим путём эмбриональный диск из 9-дневного овечьего эмбриона (бластулы) и культивировали клетки in vitro в течение многих пассажей (по крайней мере, до 25). Сначала клеточная культура напоминала культуру стволовых дифференцированных эмбриональных клеток, но вскоре, после 2-3 пассажей, клетки становились уплотнёнными и морфологически сходными с эпителиальными. Эта линия клеток из 9-дневного зародыша овцы была обозначена как TNT4.

Чтобы донорское ядро и реципиентная цитоплазма находилась на сходных стадиях клеточного цикла, останавливали деление культивируемых клеток TNT4 на определённой стадии (GO) и ядра этих клеток пересаживали в энуклеированные яйцеклетки (соответственно на стадии метафазы II). Реконструированные эмбрионы заключали в агар и трансплантировали в перевязанные яйцеводы овец. Через шесть дней эмбрионы вымывали из яйцеводов промежуточных реципиентов и исследовали под микроскопом. Отбирали те, которые достигали стадии морулы и бластулы и пересаживали их в матку овцы – окончательного реципиента, где развитие продолжалось до рождения. Родилось пять ягнят (самок), из них две погибли вскоре после рождения, третья в возрасте десяти дней, а две оставшихся нормально развивались и достигли 8-9-месячного возраста. Фенотипически все ягнята были сходны с породой овец, от которой получали исходную линию клеток TNT4. Это подтвердил и генетический анализ.

Эта работа, особенно в части культуры эмбриональных клеток, - значительное достижение в клонировании млекопитающих, хотя она и не вызвала особого интереса, как статья того же Уилмута с соавторами, опубликованная в 1997 году, где сообщалось, что в результате использования донорского ядра клетки молочной железы овцы было получено клональное животное – овца по кличке Долли. Последняя работа методически во многом повторяла предыдущие исследования 1996 года, но в ней учёные использовали не только эмбриональные, но ещё и фибробластоподобные клетки (фибропласты – клетки соединительной ткани) плода и клетки молочной железы взрослой овцы. Клетки молочной железы получали от 6-летней овцы породы Финн Дорсет, находящейся на последнем триместре беременности. Все три типа клеточных культур имели одинаковое число хромосом – 54, как обычно у овец. Эмбриональные клетки использовали в качестве доноров ядер на 7-9 пассажах культивирования, фибробластоподобные клетки плода на 4-6 пассажах и клетки молочной железы на 3-6 пассажах. Деление клеток всех трёх типов оставливали на стадии GO и ядра клеток пересаживали в энуклеированные ооциты (яйцеклетки) на стадии метафазы II. Большинство реконструированных эмбрионов сначала культивировали в перевязанном яйцеводе овцы, но некоторые эмбрионы культивировали in vitro в химически определённой среде. Коэффициент выхода морул и бластул при культивировании in vitro в одной серии опытов был даже вдвое выше, чем при культивировании в яйцеводе (поэтому видимо нет строгой необходимости в промежуточном реципиенте и можно обойтись культивированием in vitro).

Выход морул и бластул в серии опытов с культурой клеток молочной железы, был примерно втрое меньше, чем в двух других сериях, когда в качестве доноров ядер использовали фибропластов плода или эмбриональных клеток. Число живых ягнят в сравнении с числом пересаженных в матку окончательного реципиента морул или бластул было также в два раза ниже. В серии опытов с клетками молочной железы и 277 реконструированных яйцеклеток был получен только один живой ягнёнок, что говорит об очень низкой результативности такого рода экспериментов (0,36%). Анализ генетических маркеров всех семи родившихся в трёх сериях экспериментов живых ягнят показал, что клетки молочной железы были донорами ядер для одного, фибропласты плода – для двух и эмбриональные клетки четырёх ягнят.. Овца Долли развилась из реконструированной яйцеклетки, донором ядра которой была культивируемая клетка молочной железы овцы породы Финн Дорсет. Долли фенотипически не отличается от овец этой породы, но сильно отличается от овцы-реципиента породы шотландская черномордая. Анализ генетических маркеров подтвердил этот результат.

Успех авторов этой работы, прежде всего, связан с использованием длительных клеточных культур, так как после многих пассажей в культуре клеток могли быть отобраны малодифференцированные стволовые клетки, которые вероятно и были использованы как доноры ядер. Большое значение имел также тот факт, что авторы, учитывая результат своих прошлых работ, синхронизировали стадии клеточного цикла яйцеклеток реципиента и яйцеклеток донора.

Своей работой Уилмут с коллегами продемонстрировали, что ядра клеток молочной железы взрослой овцы могут быть при определённых условиях репрограммированы цитоплазмой ооцита и дать развитие новому организму. Полученные данные заставили по-новому посмотреть на процесс клеточной дифференцировки. Этот процесс, как оказалось, не носит необратимый характер. Совершенно ясно, что цитоплазматические факторы способны инициировать развитие нового организма на основе генетического материала ядра взрослой полностью дифференцированной клетки. Таким образом, биологические часы могут быть повёрнуты вспять, и развитие организма может начаться из генетического материала взрослой дифференцированной клетки, что полностью противоречить раннее общепринятой биологической догме.

Если результаты последней работы Уилмута и соавторов окончательно подтвердятся и будет повышен коэффициент выхода живых животных при использовании в качестве доноров ядер клеток взрослых животных, то это может иметь революционное значение как в биотехнологии животных и животноводстве. Клонирование позволит сохранить не только генотип ценных и выдающихся в производственном отношении животных, но и безгранично размножать их.

Тканевое клонирование.

Учёные хотят создавать человеческие эмбрионы в лабораториях и использовать их для получения специальных клеток, которые могут применяться в революционных методиках лечения. Правда клонирование не очень-то подходит для названия