Ученые из Японии 20 лет клонировали потомство одной мыши-донора, чтобы определить, что именно мешает млекопитающим размножаться бесполым путем.
Бесполое размножение, в том числе клонирование, свойственно многим видам. К примеру, картофель в культуре намного чаще размножается клубнями, чем семенами. Да, вегетативное размножение растения из его части, от листочка фиалки-сенполии до ветки тополя — это тоже клонирование, то есть получение генетически идентичных потомков особи. Сравнительно просто устроенные животные также могут производить потомство из соматических (неполовых) клеток. Однако в ходе эволюции многоклеточных эта способность была утрачена.
Клоны млекопитающих можно получить только в лаборатории. Клонирование примата — сложная научная задача; PCR.NEWS рассказывал о том, как это удалось китайским ученым. Зато с мышами процедура поставлена на поток, клономышей в мире было столько, что и не сосчитать. Но есть ли принципиальная возможность производить бесконечное количество копий одного млекопитающего?
Японские исследователи получили 58 поколений клонов. И в конце концов пришли к выводу, что ключевое препятствие — это накопление вредных мутаций в клетках каждого следующего поколения.
Так что, число копий с одной особи ограничено?
Да, по крайней мере если снимать копии последовательно, с копии копии, а не обращаться каждый раз к «прототипу». Теоретически, если при клонировании млекопитающего не будет накапливаться ошибок, оно может быть бесконечным. Но кажется более правдоподобным, что они будут накапливаться, пока их количество не станет критическим. Исследователи из Японии изучили этот вопрос в эксперименте по многократному клонированию одной мыши и ее потомков.
Эксперимент начали в январе 2005 года. Ученые переносили ядра соматических клеток мышей в донорские яйцеклетки и подсаживали полученные эмбрионы самкам, у которых вызывали ложную беременность. Сначала по мере смены поколений доля успешных клонирований даже увеличивалась (от 4–7% в первых поколениях до 15,5% в 26-м поколении). Не исключено, что причиной было возрастание мастерства исследователя, который переносил ядра (для чистоты эксперимента эту процедуру все время выполнял один человек). Но мог действовать и своего рода искусственный отбор: выживали эмбрионы, наиболее приспособленные к лабораторным манипуляциям, и их, в свою очередь, было легче клонировать.
Данные секвенирования геномов мышей не выявили различий между клонами первого и последующих поколений, и ученые предположили, что серийное бесконечное клонирование возможно. Эксперимент продолжался, и в общей сложности от одной мыши-донора авторы получили более 1200 клонов.
Однако со временем успешность клонирования начала неуклонно снижаться — до 0,6% на 57-м поколении. Все клоны 58-го поколения погибли на вторые сутки жизни.
Чем это объясняют?
Продолжительность жизни клонов из разных поколений была нормальной для мышей — около двух лет. Ранее сообщалось о том, что при клонировании наблюдаются аномалии плаценты, связанные с эпигенетическими нарушениями, то есть изменениями в геноме, не затрагивающих последовательность нуклеотидов, такими как обратимое присоединение метильной группы к одному из них. Известно, что эпигенетические изменения сильно влияют на активность генов, здоровье и долголетие и могут частично передаваться из поколения в поколение.
Авторы измеряли массу тела и массу плаценты у клонов различных поколений, а также у контрольных эмбрионов, полученных обыкновенным оплодотворением in vitro. Средняя масса тела клонированных мышей была немного больше, чем в контроле (1,88 против 1,3 г), масса плаценты — в два-три раза больше (0,3 против 0,11 г), однако эта разница не накапливалась в новых поколениях, как и небольшие отличия во внутреннем строении плаценты.
Вопреки ожиданиям, ученые не обнаружили накопления эпигенетических аномалий. Когда сравнивали ранние этапы развития эмбрионов вне организма, разницы также не наблюдалось. И профили экспрессии генов тоже не отличались у клонов первого и 51-го поколений и контрольных мышей. Количество ооцитов у самок мышей было нормальным, клонированные мыши от первых поколений до 57-го были здоровыми и рожали здоровое потомство при спаривании с нормальными самцами.
Тем не менее детальное исследование показало, что качество ооцитов снижается с каждым последующим клонированием. Ученые пришли к выводу, что дело в накоплении мутаций в ооцитах. Очевидно, они накапливались и в неполовых клетках клонов, из которых получали новых клонов.
И накопление мутаций подтвердилось?
Да. Авторы секвенировали полные геномы мышей различных поколений. В среднем каждое поколение клонов приобретало 70 новых замен единичных букв-нуклеотидов; за два поколения появлялось в среднем три более крупные перестройки.
Такая скорость накопления мутаций нормальна для соматических клеток мыши, которые обычно не дают начало потомкам. Но в зародышевой линии не накапливаются мутации, затрагивающие протяженные участки генома, — половые клетки с такими мутациями не проходят «контроль». При клонировании эти механизмы отбора на уровне клеток не действовали. Переломный момент, по оценке авторов, наступил примерно на 25-м поколении.
Таким образом, при серийном клонировании мыши накапливаются мутации, в том числе вредные. Когда их количество достигает критического уровня, дальнейшее клонирование невозможно. Иными словами, на молекулярном уровне именно генетические, а не эпигенетические аномалии служат ключевым препятствием для полноценного размножения млекопитающих путем клонирования.
Эти результаты следует учитывать, если клонирование будет применяться для сохранения видов, находящихся под угрозой исчезновения, подчеркивают исследователи. Авторам научной фантастики они тоже могут пригодиться. Если ваш странный персонаж решит воспроизводить себя в бесконечном ряду поколений клонов, уже к 25-му поколению, а возможно, и раньше персонаж должен стать еще более странным.
Чуть более подробно на нашем сайте
Темы этого материала связаны с научными исследованиями и результатами опубликованных работ. Информация представлена исключительно в ознакомительных целях. Она не предназначена для постановки диагноза, назначения лечения или принятия медицинских решений.
Материал не содержит медицинских рекомендаций и не должен рассматриваться как руководство к самолечению. Для решения медицинских проблем необходимо обратиться к специалисту.