VIVOS VOCO: Л.И. Корочкин, «Еще раз о клонировании»

ЕЩЕ РАЗ О КЛОНИРОВАНИИ

Л.И. Корочкин

Корочкин Леонид Иванович - член-корреспондент РАН,
руководитель лаборатории нейрогенетики Института биологии гена РАН
и лаборатории молекулярной биологии Института биологии развития им. Н.К. Кольцова РАН.

Проблема клонирования человека, после некоторого затишья, вновь остро зазвучала в средствах массовой информации в связи с объявленным рождением якобы первого клонированного человека. Но сплошь и рядом она обсуждается, как правило, некомпетентными людьми, не понимающими ее сути.

Что же такое в действительности клонирование? По принятому в науке определению - это точное воспроизведение того или иного живого объекта в каком-то количестве копий [1]. Естественно, все копии должны обладать идентичной наследственной информацией, иметь одинаковый набор генов. Для генетиков растений получение клонов не составляет никаких проблем. В ряде случаев и у животных - это достаточно рутинная процедура, хотя и не столь простая. Генетики получают клоны на тех объектах, которые способны размножаться посредством партеногенеза, т.е. бесполым путем, без предшествующего оплодотворения. Тогда потомки той или иной исходной половой клетки, естественно, одинаковые в генетическом отношении, и составят клон.

У нас в стране блестящие работы в этой области выполняет на шелкопряде с помощью специально разработанной методики академик В.А. Струнников. Выведенные им клоны шелкопряда славятся на весь мир. Он же показал очень важную вещь: члены одного клона могут сильно отличаться друг от друга по многим признакам, например по величине, продуктивности или плодовитости. В некоторых клонах разнообразие особей даже больше, чем в генетически разных популяциях.

Получают клоны и в экспериментальной эмбриологии. Если, скажем, зародыш морского ежа на очень ранней стадии развития искусственно разделить на составляющие его клетки, бластомеры, то из каждой разовьется целый организм. На более поздних стадиях зародышевые клетки теряют свою тотипотентность - замечательную способность реализовывать всю заложенную в ядре наследственную информацию, и все более и более специализируются.

Во многих случаях для получения клона можно использовать ядра так называемых стволовых эмбриональных клеток от какого-нибудь раннего эмбриона, которые еще не очень специализировались. Ядра пересаживают в яйцеклетки, из которых удалено собственное ядро, и они, развиваясь в новые организмы, опять-таки могут образовать клон генетически идентичных животных. У человека широко известны случаи "естественного" клонирования - так называемые однояйцевые близнецы, возникающие благодаря естественному разделению оплодотворенной яйцеклетки на два (очень редко и больше) отделяющихся друг от друга и самостоятельно развивающихся бластомера. Такие, как их называют, монозиготные близнецы очень похожи друг на друга, но, подчеркну, даже они не совсем идентичны!

Однако нынче под клонированием понимается, как правило, другая проблема, а именно получение точных копий того или иного взрослого животного, "прославившегося" некими выдающимися качествами (например, рекордными надоями молока, высоким качеством шерсти и т.п.), а также о копировании людей: ученого мужа, политика, артиста, особо ценного для человечества в силу его, скажем, гениальности. Вот тут-то не все так просто, как пытается представить пресса.

Клональный бум

"История" клонирования берет начало в далекие 40-е годы, когда российский эмбриолог (ныне заслуженный соросовский профессор, недавно отметивший 90-летие и, несмотря на преклонный возраст, активно работающий) Г.В. Лопашов разработал метод пересадки ядер в яйцеклетку лягушки. В июне 1948 года он отправил в "Журнал общей биологии" статью по материалам своих экспериментов. Однако на беду в августе 1948 года состоялась печально известная сессия ВАСХНИЛ. Набор статьи, показывавшей ведущую роль ядра и содержащихся в нем хромосом в индивидуальном развитии организмов, был рассыпан. Работу Лопашова забыли, а в 50-е годы американские эмбриологи Р. Бриггс и Т. Кинг выполнили сходные опыты. Приоритет достался им, как уже не раз случалось в истории российской науки.

Позже методику усовершенствовал Дж. Гёрдон из Великобритании. Удаляя из яйцеклеток лягушек их собственное ядро, он трансплантировал в них ядра, выделенные из разных, уже специализировавшихся клеток. В конце концов, он стал пересаживать ядра из клеток взрослого организма, в частности из эпителия кишечника. Более того, Гёрдон добился развития яйцеклеток с чужим ядром до достаточно поздних стадий. В 1-2% случаев особи даже проходили стадию метаморфоза и превращались во взрослых лягушек. Надо отметить, впрочем, что эти лягушки были не без дефектов и выглядели более хилыми по сравнению с "родителем", так что, едва ли можно говорить об абсолютно точном копировании.

Тем не менее, вокруг опытов британского ученого поднялся большой шум. Заговорили о клонировании млекопитающих и человека: если можно клонировать лягушку, почему бы ни попробовать то же самое на других объектах. Появились научно-фантастические рассказы и кинофильмы о человеческих клонах, творящих то добро, то зло, управляемых то тупыми солдафонами, то недальновидными политиками. А иные моралисты забеспокоились, как бы не отошел в прошлое гораздо более приятный и простой способ размножения...

Возникли и социальные проблемы, с которыми мне впервые довелось соприкоснуться в 1973 году на очередном Международном генетическом конгрессе в г. Беркли в США. Студенты университета пригрозили "разорвать на куски" безответственных и зловредных генетиков, которые, как они решили, собираются клонировать Ленина, Гитлера, Сталина и прочих одиозных личностей. В университетском городке шли митинги и демонстрации протеста, ораторы клеймили позором участников научного форума, распространялись листовки, над конгрессом сгустились тучи студенческого гнева, возникла угроза его срыва.

Организаторы не на шутку перепугались, писали в газетах, выступали по телевидению, пытались объяснить не в меру разгоряченной молодежи, что речь пойдет не о клонировании людей, а всего лишь о возможности копировать хозяйственно-полезных животных, например коров. Закончилось все благополучно, студенты угомонились, а на конгрессе было отмечено, что проблема клонирования вовсе не так проста, как думали первоначально, что имеется множество подводных камней, и рано строить рассчитанные под клон коровники.

Проблемой заинтересовались и в России: программа "Клонирование млекопитающих" появилась в плане совместной работы руководимой мною тогда лаборатории генетики развития и лаборатории генетики животных академика Д.К. Беляева в Институте цитологии и генетики СО АН, обратившего на нее внимание и поддержавшего исследования в этой области. В 1974 году я даже выступал с докладом на сессии ВАСХНИЛ [2], где с преждевременным оптимизмом сообщал, что уже ставится задача получить клон млекопитающих и что хотя задача очень сложная, но принципиально разрешимая. Наши начинания вначале неплохо финансировались, но вскоре интерес к ним угас.

Основным выводом из результатов, которые мы успели получить, стало признание бесперспективности трансплантации ядер. Эта операция оказалась слишком травматичной. Предпочтительнее казался метод соматической гибридизации, т.е. слияние лишенной ядра яйцеклетки с нужной соматической клеткой. Именно такой подход впоследствии использовал Я. Вилмут при получении овечки Долли. Кстати, его коллега посещал новосибирский Институт цитологии и генетики и беседовал с сотрудниками, когда-то занимавшимися проблемой клонирования (это, конечно, не означает, что он воспользовался их идеями).

В конце 70-х годов американец швейцарского происхождения К. Илменси опубликовал статью, из которой следовало, что ему удалось получить клон из трех мышек [3]. И вновь "клональный бум" вытеснил все остальные научные новости, вновь зазвучали фанфары, возвещавшие об осуществлении вековой мечты человечества о бессмертии, достижимом, впрочем, своеобразным способом - искусственным производством себе подобных копий. Горечь разочарования не заставила себя ждать: в научной среде поползли слухи, что в опытах Илменси что-то неверно, что их никому (даже самым искусным экспериментаторам) не удается воспроизвести: В конце концов, была создана авторитетная комиссия, поставившая на работе Илменси крест, признав ее недостоверной. Таким образом, проблеме был нанесен весьма болезненный удар и поставлена под сомнение ее разрешимость.

Овечка Долли

В феврале 1997 года появилось сообщение, что в лаборатории Я. Вилмута в Рослинском институте (Эдинбург, Шотландия) разработали эффективный метод клонирования млекопитающих, с помощью которого получили овечку Долли. В ее создании участвовали три животных. Яйцеклетки (ооциты) извлекли из овцы шотландская черномордая. Для получения генетической информации от организма, который надлежало клонировать, использовали разные клетки, но наиболее пригодными оказались диплоидные клетки молочной железы взрослой беременной овцы породы финский дорсет. После достаточно сложных манипуляций развивающиеся эмбрионы (от одного до трех) трансплантировали в матку приемной матери, где они могли развиваться до рождения.

Из 236 опытов успех сопутствовал лишь одному. Его результат - овечка Долли, донором генетического материала для которой стала взрослая овца. Чтобы сопоставить геном овец-доноров и реципиентов, авторы использовали несколько методов, в частности определение так называемых микросателлитных последовательностей ДНК, что позволяет идентифицировать "личность" объекта наподобие отпечатков пальцев, хотя и с гораздо меньшей степенью точности. После этого Вилмут заявил, что технически возможно осуществить и клонирование человека, хотя при этом возникают моральные, этические и юридические проблемы, связанные с манипуляциями над эмбрионами человека.

Недавно пришло сообщение из Японии: там пытаются клонировать коров по методу Вилмута, и уже родилось два "клонированных" теленка. Отмечается, однако, что телята родились очень ослабленными, и неизвестно, выживут ли они.

И все же перед биологией, казалось бы, открылись новые заманчивые перспективы. Снова стали задумываться над глобальными проектами, всерьез обсуждать этическую сторону проблемы, а наиболее предприимчивые "организаторы науки" бросились доставать для этого деньги. И вот уже высокопоставленные чиновники из Комитета по геополитике Государственной Думы ничтоже сумняшеся торжественно провозглашают, что будут финансировать работы, чтобы через два года клонировать животных и человека. При этом почему-то никто не обратил внимания на то, что даже если в опытах Вилмута все в порядке, процент выхода рожденных животных ничтожно мал - всего одна овечка из 236 попыток. А что произошло с остальными? Родились уродами, погибли? И где же, собственно, клон, предполагающий множество копий?

В одном из январских номеров авторитетного и престижного журнала "Science" за 2002 год появилось сообщение В. Сгарамелла из Университета Калабрия (Италия) и Н. Зайндера из Рокфеллеровского университета (США), в котором авторы обвинили Вилмута и его коллег в подтасовке и фальсификации результатов. Они считают, что убедительных доказательств того, что Долли - продукт клонирования, не представлено. Кроме того, оказалось, что три ведущих в данной области лаборатории пытались воспроизвести результаты их опытов, но безуспешно! Авторы статьи в "Science" указывают и на возможный источник ошибки шотландских эмбриологов. Овца, у которой брали соматические клетки для Долли, была беременна. А известно, что клетки зародыша у некоторых животных могут попадать в систему циркуляции крови.

Вилмут признал, что совершенно упустил из виду это обстоятельство и не исключил возможности такого рода просчета. Тем не менее, молекулярно-генетическими исследованиями сегодня вроде бы доказано, что Долли действительно клонированная овечка, и, следовательно, выдвинутые возражения можно считать снятыми.

Многочисленные же сообщения, что в Японии уже получили клон человека или что где-то бродят стада клонированных коров, либо ошибка, либо сознательная мистификация. Во всяком случае, в серьезной научной литературе подтверждения подобных сообщений отсутствуют.

Потому-то особый интерес вызывают опыты группы ученых из университета в Гонолулу во главе с Р. Янагимачи, проводивших эксперименты по клонированию на мышах. Авторам удалось усовершенствовать метод Вилмута. Они отказались от электрической стимуляции слияния клеток и изобрели микропипетку, с помощью которой можно "безболезненно" извлекать ядро из соматической клетки и трансплантировать его в "обезъядренную" яйцеклетку. В качестве доноров ядер авторы использовали не очень дифференцированные клетки, окружающие ооцит. Им также удалось в какой-то степени синхронизировать процессы в яйцеклетке и трансплантируемом ядре и "улучшить" ядерно-цитоплазматические взаимоотношения между ними. До них новое ядро и цитоплазма яйцеклетки работали в "разных" режимах.

Процент рожденных мышат (их извлекали с помощью кесарева сечения на 18-19 день) был низок: от 2 до 2.8%, но молекулярные исследования доказали принадлежность ядер клеток рожденных мышат к клеткам донора. Таким образом, по крайней мере в некоторых случаях доказана способность ядер соматических клеток обеспечивать нормальное развитие млекопитающих. Следовательно, получение клона принципиально возможно.

Клонирование и копирование

Еще раз подчеркну, что получение клона еще не означает получения точной копии клонированного животного. Как уже отмечалось, В.А. Струнников в своих исследованиях показал, что в партеноклонах шелкопряда разнообразие по многим признакам иногда даже выше, чем в обычной популяции. Однояйцевые близнецы человека развиваются в матке одной матери, в абсолютно равных условиях, когда изменения различных признаков минимальны, тем не менее, и у них обнаруживают отличия, иногда весьма существенные. В случае приемных матерей при клонировании млекопитающих столь идеальные условия создать невозможно, поэтому абсолютная точность копирования исходной особи не может быть обеспечена. Поэтому, хотя работы Я. Вилмута и ученых из Гонолулу - это, бесспорно, выдающееся достижение, перспективы их развития следует оценивать с осторожностью.

По сути, все обстоит еще сложнее. Дело не только в разработке методов клонирования, но прежде всего в том, что структурно-функциональные изменения ядер в ходе индивидуального развития организма очень глубоки: одни гены работают активно, другие инактивируются и "молчат", и зародыш представляет собой своеобразную мозаику полей распределения функционально различных генов. Чем организм более специализирован, чем выше ступенька эволюционной лестницы, на которой он стоит, тем эти изменения глубже и труднее обратимы.

У некоторых организмов, например у известного кишечного паразита аскариды в ходе развития генетический материал в зародышевых клетках остается неизменным, а в соматических клетках большие фрагменты ДНК удаляются. В красных кровяных шариках птиц (эритроцитах крови) ядра "сморщены" в маленький комочек и не "работают", может быть поэтому в эритроцитах млекопитающих, стоящих эволюционно выше птиц, ядер вообще нет - за ненадобностью. У плодовой мушки дрозофилы очень четко выражены процессы селективного умножения или, наоборот, недостачи некоторых участков ДНК, по-разному проявляющиеся в разных тканях. Подобные процессы в той или иной степени свойственны и другим организмам.

Не так давно доказано, что в соматических клетках, в ходе их развития, хромосомы постепенно укорачиваются на концах, в зародышевых же клетках специальный белок теломераза их достраивает, восстанавливает. Иначе говоря, существуют серьезные различия между зародышевыми и соматическими клетками. Встает вопрос, способны ли ядра соматических клеток полностью и эквивалентно заменить ядра зародышевых клеток в их функции обеспечения нормального развития зародыша?

Уже упомянутый К. Илменси исследовал, насколько дифференцированные ядра клеток дрозофилы способны обеспечить ее развитие из яйца. Оказалось, что зародыш развивается нормально недолго, уже на достаточно ранних стадиях эмбриогенеза начинаются отклонения, возникают уродства, и эмбрион не способен превратиться даже в личинку, не говоря уже о взрослой мухе!

У лягушек как существ не столь развитых, как млекопитающие, ядерные изменения менее выражены, но и у них, во-первых, процент успеха при клонировании, как уже отмечалось, невысок (1-2%), и, во-вторых, даже те лягушки, которые достигают в опытах взрослого состояния, получаются с дефектами, так что о точном копировании донора, к сожалению, трудно говорить даже в этом, простейшем случае.

Млекопитающие значительно сложнее лягушек по своему устройству и степени дифференцированности клеток. Естественно, у них процент успеха будет по крайней мере не выше (о чем и свидетельствуют результаты опытов Янагимачи). Главная проблема - возвратить изменившиеся ядра соматических клеток в исходное состояние, чтобы они смогли обеспечить нормальное развитие яйцеклетки, в которую трансплантированы. Успех зависит от того, удастся ли "поймать" такую соматическую клетку, ядро которой еще не утратило свою тотипотентность, да еще и не повредить это ядро в процессе сложных хирургических манипуляций.

Накопился достаточно большой материал, позволяющий высказать серьезные сомнения в полезности клонирования для практических целей. Дело в том, что у клонированных животных, включая овечку Долли, выявлено множество разнообразных отклонений от нормы. Они старятся раза в три быстрее, подвержены многочисленным заболеваниям, в частности, артрозам и нарушениям процессов пищеварения, у них ослаблена иммунная система и способность к обучению. Под вопросом и сходство с образцом. В частности, Долли часто болеет, она необычайно агрессивна и едва ли доставляет много радости своим создателям.

Клонирование и биоэтика

Кроме различий в условиях развития у разных приемных матерей, существует такое понятие как норма реакции, т.е. определенные пределы проявления данного гена в фенотипическом признаке. Это означает, что в разных условиях развития зародыша одинаковые гены будут обнаруживать свое действие немного по-разному. А ведь таких генов - тысячи! Следовательно, вероятность полного сходства "клонированных" животных не очень велика.

Теперь допустим, что развивающиеся яйцеклетки с чужеродными ядрами трансплантировали нескольким сотням приемных матерей (ведь процент выхода низкий!), чтобы получить хотя бы одну единственную живую и точную копию видного политического деятеля, ученого или музыканта. А что произойдет с остальными зародышами? Ведь большая часть погибнет в утробе матери или разовьется в уродов, часть которых, не дай Бог, родится. Представляете - сотни искусственно полученных человеческих уродов! Это было бы преступлением, поэтому вполне естественно ожидать принятия закона, запрещающего такого рода исследования как аморальные.

Предлагается использовать клонирование до стадии бластоцисты для получения "запчастей" для трансплантаций и лечения некоторых заболеваний человека. Тогда ядра для клонирования можно брать из клеток самого пациента, и, таким образом, предотвращать реакцию иммунологической несовместимости тканей донора и реципиента. В этом случае, однако, не учитывается два обстоятельства.

1. Научное. Показано, что в эмбриональных стволовых клетках при культивировании возникают хромосомные поломки, и при трансплантации их производных в организме формируются опухоли, индуцируется гибель соседних тканей. Иными словами, подобные процедуры принесут не пользу, а вред пациенту. Кроме того, в настоящее время разработана технология получения стволовых клеток из тканей (костного мозга, кожи) самого пациента и управления их развитием в процессе культивирования и подготовки к трансплантации. Такие стволовые клетки абсолютно безопасны для больного, и их использование делает совершенно ненужным клонирование.

2. Этическое. Предлагаемые манипуляции с живыми эмбрионами человека на самом деле - не что иное, как запланированное убийство. Разговоры о том, что, дескать, ранние эмбрионы являют собой просто клеточный агломерат, не имеют силы. Еще Т. Морган говорил, что индивидуальное развитие начинается даже не в момент оплодотворения, а в период созревания яйцеклетки. В зрелой яйцеклетке уже записан химическим языком план строения будущего человека, и с этим надо считаться. Надо также считаться и с мнением христианской Церкви и христианской общественности, которые во многом правы.

В принципе, сегодня можно говорить о том, что техническая задача получения "клонированных" животных решена. Но неизвестно, как точно эти животные будут копировать соответствующий прототип и оправдают ли результаты те затраты, которых они требуют. Потому-то необходимо серьезно думать и обсуждать эту проблему на самом высоком уровне научного сообщества.

Литература

1 Подробнее см.: Конюхов Б.В. Долли - случайность или закономерность // Человек. 1998. № 3. С. 6-19.

2 Доклад опубликован в книге "Генетическая теория отбора, подбора и методов разведения животных" (Новосибирск, "Наука". 1976).

3 Illmensee K., Hoppe P.C. Nuclear transplantation... // Cell. 1981. V. 23. P. 9-18.