Разведение овец путем пересадки клеточных ядер

Ученые давно стараются понять, как осуществляется генетический контроль за эмбриональным развитием у млекопитающих. Было проведено множество экспериментов, в основном на мышах. Положительных результатов на других видах млекопитающих практически не было, поэтому сообщение о том, что путем пересадки клеточных ядер удалось получить клонированных, т.е. генетически идентичных, овец стало настоящей сенсацией.
Кроме чисто теоретического этот замечательный эксперимент имеет и практическое значение, открывая возможность путем клонирования изменять гены овец желательным для нас образом. В своем эксперименте Кэмпбелл и его коллеги извлекли из эмбриона овцы на ранней стадии развития (на стадии эмбрионального диска) клетку и вырастили культуру клеток, то есть добились того, что клетка размножилась в искусственной питательной среде. Полученные генетически идентичные клетки (клеточная линия) сохранили тотипотентность - способность дифференцироваться, образуя все типы клеток, составляющих взрослый организм. Затем ученые взяли яйцеклетку овцы-реципиента, тщательно удалили из нее весь хромосомный материал и добились ее слияния с тотипотентной клеткой из культуры. Полученные синтетические эмбрионы выращивали до стадии морулы-бластулы, а затем имплантировали в матку овцы. В результате удалось вырастить нескольких нормальных ягнят, которые были генетически идентичны.
Овцы для эксперимента по клонированию были выбраны не случайно - именно на этих животных ученые впервые добились, чтобы яйцеклетки с ядрами, замененными на ядра клеток бластомеров, развивались и давали нормальных ягнят. В принципе, после того, как получена устойчивая линия тотипотентных клеток, ничто не мешает вносить в них генетические изменения. Например, перестраивая или удаляя отдельные гены, можно создавать трансгенные линии овец и других сельскохозяйственных животных. Однако прежде чем эта технология найдет практическое применение, предстоит решить еще множество проблем. Пока число клонированых животных очень мало по сравнению с числом исходных эмбрионов, из клеток которых удавалось получить культуру. Многие клетки погибали, не успев достичь стадии бластоцисты. Не ясно, вызван ли высокий процент неудач разнообразными вредными факторами, воздействующими на клетку при манипуляциях с нею, или гетерогенностью самой клеточной линии. Последнее менее вероятно, поскольку процент успешных случаев не меняется при пересевах культуры. Для прояснения этого вопроса необходимо исследовать другие тотипотентные клеточные линии.

Результативность пересадки ядра в яйцеклетку и ее последующее благополучное развитие зависят от адекватного перепрограммирования ядра донора. Макромолекулы (белки и транспортная РНК) ооцита отвечают за его развитие только в течение сравнительно короткого времени (между двумя клеточными делениями), и чем этот период короче, тем меньше остается времени для перепрограммирования. Клетки более зрелых эмбрионов требуют большего времени для перепрограммирования, поэтому вероятность успеха при их использовании снижается. Определенную роль играет также совместимость ядра донора и цитоплазмы реципиента, все еще слабо изученная. Успех пересадки клеточных ядер связан по крайней мере с двумя факторами. Во-первых, овулировавшие ооциты являются лучшими реципиентами, чем зиготы, либо потому, что у неоплодотворенных яйцеклеток остается больше времени для перепрограммирования, либо потому, что их цитоплазма является более подходящей. Возможно, в цитоплазме ооцита есть элементы, необходимые для перестройки хромосом и активации генома и исчезающие после оплодотворения либо потому, что они каким-то образом связаны с реплицирующейся ДНК, либо в результате запрограммированного распада. Во-вторых, клетки с ядрами донора, взятыми на стадиях G1 или G0 клеточного цикла, развиваются гораздо лучше, чем клетки с ядрами со стадий S или G2. Интуитивно это кажется понятным, ведь перепрограммировать открытый реплицирующийся геном проще.

Перспективы клонирования ценных сельскохозяйственных животных очевидны, хотя в настоящее время возможность его применения ограничивается нерешенными технологическими и биологическими проблемами. Кроме того, нам не хватает знания структуры геномов сельскохозяйственных животных, что необходимо для их направленного изменения. Результаты, полученные Кэмпбеллом и его коллегами, появление новых особей в результате пересадки ядер из клонируемых соматических клеток, а также успешное культивирование эмбриональных стволовых клеток приматов - все это свидетельствует о том, что технология клонирования млекопитающих вскоре будет полностью разработана. Клонирование млекопитающих из взрослых клеток - задача куда более сложная, но и ее нельзя более считать неразрешимой.

Источник: 1 сентября. Биология
Ссылка: http://www.1september.ru/ru/bio/