Помоги проекту - поделись книгой:
Термин «партеногенез» был введен в 1849 г. известным зоологом Ричардом Оуэном. Под партеногенезом Оуэн понимал способность части клеточного потомства первичной оплодотворенной зародышевой клетки (яйца) сохранять достаточную силу для воспроизведения индивидуумов при отсутствии повторения акта оплодотворения. Под это определение подпадало возобновление листьев из почек, явления регенерации (например, восстановление хвоста у ящерицы), а также все варианты бесполого размножения.
Еще до появления термина «партеногенез» в 1737 г. французские естествоиспытатели Реомюр и Бонэ выявили и доказали способность тли к бесполому размножению. В данном случае развитие происходило без участия особей мужского пола. Однако в течение 100 лет после этого открытия ведущей была точка зрения Трамбле, который считал, что в случае девственного размножения осеменение все же однажды произошло. По его мнению, случившегося спаривания было достаточно на несколько поколений вперед. В 1839 г. было доказано, что у живородящей тли, в отличие от яйцекладущих, отсутствует семяприемник. Что касается Реомюра и Бонэ, то они относили данное явление к гермафродитизму без спаривания.
Исследователи рассматривали живородящую тлю как бесполую стадию, обладающую способностью к размножению путем внутреннего зародышеобразования, подобно почкованию у растений. Чтобы подчеркнуть предположительное развитие не из яйца, яичники тли называли зародышниками и утверждали чередование в их жизненном цикле полового и бесполого размножения.
Основная заслуга в определении партеногенеза принадлежит Теодору Эрнсту фон Зибольду. о партеногенезе он писал следующее: «Я понимаю под партеногенезом не размножение посредством кормилицеподобных и личиночных существ, но размножение через действительных самок, то есть особей, обладающих функционирующими женскими половыми органами и могущих без предшествующего спаривания производить неоплодотворенные, способные к развитию яйца». После этого бесполое размножение, чередование поколений и регенерация перестали входить в число явлений, определенных как партеногенез Оуэном.
Следует отметить, что в определении Зибольда говорится о способных к развитию неоплодотворенных яйцах, что предполагает их стимуляцию к развитию каким-либо агентом и побуждает исследователей к поиску универсальных механизмов данной способности к развитию методами экспериментальной биологии. Поиски привели к развитию искусственного партеногенеза сначала у тутового шелко-пряда, а позже у других животных.
В течение долгого времени ученые, занимающиеся тутовым шелкопрядом, не раз сталкивались с вылуплением личинок из яиц, отложенных заведомо неосемененными самками. Следует отметить, что данные наблюдения никогда не принимались во внимание учеными, работавшими с тутовым шелкопрядом. Дело в том, что это явление было настолько редким, что проще было предположить погрешности в наблюдении.
Профессионалы до середины прошлого века проводили объемные исследования разных пород, рас и линий, что позволило сделать вывод о том, что партеногенетическое развитие яиц без видимых причин (спонтанное развитие) происходит крайне редко. В данном случае имеется в виду полное развитие, завершающееся вылуплением личинки (под полным развитием понимается развитие до стадии репродуктивно полноценной бабочки). Если принимать во внимание данное утверждение, частота полного партеногенеза снизится примерно в 2 раза.
У моновольтных шелковичных червей цвет развивающихся яиц уже через сутки начинает изменяться с желтого на розовый, а затем темно-серый. Такая окраска яиц характерна для диапаузы. Для возобновления развития в следующем году яйцам необходимо пройти охлаждение при температуре домашнего холодильника в течение 4 и более месяцев. Изменение окраски объясняется тем, что в ходе развития зародыша под поверхностью яйца образуется однослойная серозная оболочка. Ее клетки постепенно заполняются гранулами пигмента меланина, которые все больше закрывают наполняющий яйцо желток.
Если учитывать величину кладки и процент имеющихся в ней пигментированных яиц, можно с достаточной точностью оценить качество большого количества кладок. Благодаря этому можно отобрать самые лучшие кладки, в которых только единичные яйца по каким-либо причинам не развиваются и остаются желтыми.
Учеными было замечено, что самки, оставленные без самцов, плохо откладывают неосемененную грену. Данный процесс, как правило, растягивается на неделю и более, часть яиц обнаруживается в овариолах погибших бабочек.
Частичная пигментация яиц, не соответствующая норме, не могла остаться незамеченной в течение многих веков. Следует отметить, что такая пигментация приближается к нормальной крайне редко. Именно из таких яиц могут появиться личинки с указанной выше частотой.
Таким образом, любая степень пигментации яйца тутового шелкопряда является признаком начавшегося развития, даже если причины, вызвавшие его, остаются неизвестными. Данный вывод использовал в своих опытах с шелковичными червями в 1886 г. русский зоолог А. А. Тихомиров. Именно он открыл у животных искусственный партеногенез, то есть развитие неоплодотворенного яйца под воздействием искусственного раздражителя.
В своих опытах ученый доказал активирующее действие на неоплодотворенные яйца сильной серной кислоты, электризации посредством трения и горячей воды. Следует отметить, что найденные Тихомировым активаторы во многих случаях существенно повышали процент пигментированных яиц в обработанных пробах. Однако пигментация в большинстве случаев была неполноценной и имела отклонения от нормы. Это соответствовало уродливому развитию зародыша внутри яйца и отсутствию вылупившихся гусениц в обработанной грене.
Заключение Тихомирова сводилось к тому, что практическое применение искусственного партеногенеза не представляется возможным. Само явление он объяснял тем, что искусственный раздражитель заменяет собой раздражение, которое вызывает сперматозоид после проникновения в яйцо. Согласно теории Тихомирова, искусственный партеногенез представляет собой проявление раздражимости — внутреннего свойства всего живого.
Мы уже говорили о двойной функции сперматозоида в процессе оплодотворения. Четкое представление об этой функции было и у Тихомирова, поэтому уродливое развитие искусственно активированного яйца без материала сперматозоида не было для него удивительным. Оно, напротив, подчеркивало необходимость материала мужской гаметы для развития яйца и делало работу с искусственными раздражителями бесперспективной.
Если активирующие агенты способствуют увеличению процента развивающихся яиц по сравнению с контролем, чем же тогда вызвана их активация в самом контроле? Скорее всего, в данном случае играют роль какие-либо неизвестные внешние факторы. Эта точка зрения согласуется с мнением Тихомирова о влиянии на способность яиц к партеногенетическому развитию. Она соответствует и мнению других исследователей о влиянии условий среды, сезона выкормки, качества скармливаемого гусеницам листа шелковицы на уровень спонтанного партеногенеза.
Тихомиров выявил методический прием, который определил успех всех последующих исследований, связанных с партеногенезом тутового шелкопряда. С целью последующей обработки он извлек зрелые яйца из яйцевых трубок девственных бабочек. Таким образом ученый решил 2 проблемы. Во-первых, отпала необходимость ждать, пока неосемененные самки отложат необходимое для опытов количество неоплодотворенной грены. Кроме того, пробы синхронизированных яиц можно отбирать подходящей меркой. Во-вторых, ликвидировались внешние факторы, оказывающие воздействие на яйцо при откладке. Появилась возможность контролировать саму процедуру извлечения.
В 1903 г. Тихомиров прекратил опыты по искусственному партеногенезу. К тому времени они уже широко проводились на других животных объектах, в частности на морских беспозвоночных. Открытие искусственного партеногенеза дало исследователям возможность предположить, что может быть найден способ замены живого сперматозоида хорошо известными физико-химическими факторами.
Это помогло бы выяснить причины, вызывающие развитие яйца при условии его естественного взаимодействия со спермием.
Данный вид взаимодействия приводит в первую очередь к активации яйца. Этот процесс более доступен для наблюдения у морских беспозвоночных, чем на яйцах тутового шелкопряда. По этой причине исследования механизмов естественной и искусственной активации яйца были перенесены с тутового шелкопряда на морского ежа, а затем на земноводных и млекопитающих.
Впоследствии сторонниками физико-химического направления проводились опыты по поиску заменителей действия сперматозоида на яйцо. Например, Жак Леб полагал, что причиной деления клеток является несоответствие между запасными веществами цитоплазмы и хроматиновым веществом ядра. Действие сперматозоида заключается в запуске и ускорении синтеза хроматина ядра из веществ цитоплазмы. Положительный катализатор, привносимый спермием в яйцо, не был обнаружен, поэтому ученые предположили возможность наличия отрицательного катализатора в самом яйце. Этот блок устраняется сперматозоидом в процессе оплодотворения. При естественном партеногенезе этот блок отсутствует, а при искусственном нейтрализуется в результате действия подобранного агента.
Леб постепенно усложнил процедуру активации яиц морского ежа и вывел двухступенчатый метод искусственного партеногенеза. Первый этап состоял в выделении оболочки оплодотворения под действием цитологического агента, в качестве которого использовалась валериановая или масляная кислота. После этого начавшееся развитие доводили до нормы путем непродолжительного действия гипертонического раствора морской соли, вызывающего образование дополнительного центриолярного аппарата (астросферы). Это необходимо для нормального деления яйцеклетки. Используя данный метод, Леб получил большое количество партеногенетических личинок и пришел к выводу, что метод воспроизводит действие сперматозоида.
По мнению Леба, сперматозоид вносит в яйцо как литический, так и корректирующий фактор. Однако нередко результаты исследований не соответствовали представлениям ученого. Помимо этого, литические и корректирующие явления внутри яйца не подлежали толкованию в физико-химических понятиях.
Ученые считали, что основой деления клеток является процесс периодического желатинирования и разжижения цитоплазмы. На этом основании исследователь партеногенеза Ив Деляж решил запустить развитие яйца, вызвав данные изменения искусственным путем, и добился положительных результатов при использовании в качестве раздражающих агентов таннина и аммиака. В результате эксперимента практически все яйца начали развиваться, многие достигли стадии личинки, а некоторые и взрослого состояния.
Известный исследователь процесса оплодотворения Лили полагал, что опыты Деляжа основаны не на теории активации, так как процессы, лежащие в основе явления, только сопровождают активацию, но не являются ее причиной. О теории активации действительно говорить не приходилось, а свойство механизма активации — освобождение от блокирования под действием чередующихся обработок танином и аммиаком — имело место.
Взрослые партеногенетические особи могли быть получены у амфибий путем травматического партеногенеза, при котором яйцо укалывали иглой. Этот метод, открытый Ю. Батайоном, успешно используется и в настоящее время. Автор метода считал, что активация в данном случае состоит из двух этапов. Сначала с помощью укола вызывается сокращение оболочки яйца, что приводит к выделению из него вместе с жидкостью веществ, блокирующих развитие. Затем из клеточных фрагментов, вносимых в цитоплазму в области укола, образуется центриолярный аппарат, осуществляющий первое деление дробления.
Немецкий биолог Теодор Бовери полагал, что активация в данном случае обусловлена тем, что сперматозоид привносит в яйцо необходимый клеточный орган — центросому. Что касается травматического партеногенеза, он может быть рассмотрен как подтверждение центросомной теории Бовери, однако в других случаях партеногенеза привнесение центросомы извне не имеет места. Поэтому считается, что партеногенез доказывает ошибочность теории Бовери.
С течением времени исследования процессов активации ядра распространились и на другие более высокоорганизованные объекты и приобрели характер качественного анализа. Например, на яйцах морской звезды было доказано, что образование оболочки оплодотворения и развитие личинки происходят в различной степени в соответствии с дозой и схемой приложения температурного воздействия. Исследователи заключили, что процесс активации яйца с помощью прогревания зависит от определенного критического изменения в яйце, начинающегося при температуре 29 °C. Данное изменение, ускоряющееся при более высокой температуре, может быть вызвано как разовым, так и множественным приложением температурной дозы.
Часть дозы может быть заменена воздействием других агентов, например слабых кислот. Процесс активации с помощью прогревания изучался в соответствии со степенью зрелости яйца, содержанием в нем кислорода и цианидов. Ученые заключили, что основой активирующего компонента является образование кислоты внутри яйца.
Рядом исследований было доказано, что неидентифицированная кислота образуется в яйце в процессе оплодотворения и при воздействии активаторов искусственного партеногенеза или при хранении в анаэробных условиях. Исследования в области искусственной активации морских беспозвоночных привели к установлению важной роли кальция в активационных процессах. В процессе активации кальций имеет значение как вне яйца, так и внутри него.
Позднее, опираясь на накопленные данные, Пастельс предположил теорию активации, основанную на центральной роли кальция. Согласно данной теории, активация заключается либо в увеличении проницаемости яйца для ионов кальция, либо в изменении равновесия свободного и связанного кальция внутри яйца. После этого Л. Гейльбруном была представлена теория реактивности клетки. Ученый предполагал, что реактивность клетки и активация яйца объясняются переходом кальция из кортекса, где он был связан с протеиновым гелем, внутрь клетки под воздействием различных активаторов, включая сперматозоид, в случае с яйцеклеткой. В результате перемещения кальция происходит уменьшение плотности кортикального слоя (разжижение) и желатинизация нужного слоя ооплазмы. Описанный процесс является важнейшей характеристикой активации….
Доктор Панайотис Завос сообщил о том, что готов вырастить ребенка из замороженного десятиклеточного клонированного эмбриона. Как сообщили источники СМИ, через несколько недель будет проведена имплантация эмбриона суррогатной матери. Для создания клона была использована ДНК 46-летней американки. Манипуляции будет позволено снимать британскому кинематографисту Питеру Уильямсу, который в 1978 г. зафиксировал весь процесс создания первого ребенка «из пробирки».
Было также показано, что лишенное кортекса яйцо не способно к оплодотворению. После этого на внутренней границе кортикального слоя были обнаружены расположенные в виде монослоя кортикальные гранулы. В процессе оплодотворения эти гранулы исчезают за 15–20 секунд. Этот процесс начинается в точке вхождения спермия в яйцо и распространяется под поверхностью яйца. Кортикальную реакцию вызывают следующие партеногенетические агенты: сапонин, толуол, ультрафиолет, укалывание, электрическое воздействие и т. д. Однако перечисленные агенты действуют лишь при условии, что яйцо не было обработано оксалатом и цитратом, связывающими кальций.
Со временем представление о процессе активации яйца усложнилось. В число исследовательских методов начали входить электронная микроскопия, молекулярная биология, оплодотворение и культивирование зародышей и другие.
Что касается генетического периода в изучении искусственного партеногенеза, его начало положил японский исследователь Ю. Сато. Он получил новое партеногенетическое развитие у тутового шелкопряда, неоплодотворенные яйца которого были обработаны соляной кислотой, кроме того, Сато впервые провел цитологический анализ партеногенеза данного типа, который впоследствии получил название мейотического. В исследованиях появляется и генетический анализ. Тутовый шелкопряд оказался очень удобным объектом для изучения.
Первым ученым, выявившим значение партеногенеза в процессе селекции, стал основоположник экспериментальной биологии в России Н. К. Кольцов. Ученый проанализировал возможные комбинации гаплоидных дериватов мейоза при партеногенезе и связал их с гетерозисом и инбридингом.
Фундаментом современных и будущих исследований в области любого партеногенетического исследования в животном мире является исследовательская работа Б. Л. Астаурова и его сотрудников (1932–1974 гг.). Основой исследований стал тщательно разработанный Астауровым метод термической активации неоплодотворенной грены. Данный метод положил начало управлению цитогенетическими процессами раннего развития организма.
Цитологический механизм по методу Астаурова отличается от механизма естественного партеногенеза, функционирующего и в мейотическом партеногенезе, открытом Сато. По этой причине вызывает большой интерес достигнутая возможность искусственного вызывания развития посредством прогревания яйца, предварительно извлеченного из брюшка бабочки. Такой вариант развития, видимо, не наблюдался в истории данного организма, поэтому большинство биологических следствий эксперимента невозможно было предвидеть заранее. Следует отметить, что данные результаты превзошли даже самые смелые ожидания исследователей.
Открытый механизм искусственного партеногенеза относится к амейотическому типу. Он сопровождается образованием исключительно женского потомства, в то время как в исследованиях Сато и в случае спонтанного партеногенеза потомство в большинстве случаев оказывается мужского пола.
Название «термопартеногенез» отражает основную особенность его цитологического механизма (подавление редукции хромосом в женском мейозе). Вследствие этого он перестает быть мейозом и посредством оставшегося эквационного деления преобразуется в митоз. По этой причине обнаруживается не 4 ядерных гаплоидных производных мейоза, а лишь 2 дочерних диплоидных ядра митотического деления. Одно из этих ядер является женским пронуклеусом, а другое — единственным направительным тельцем.
Следует отметить, что это тельце может не отходить в периферический слой ооплазмы, поскольку оно включается в начинающийся процесс ядерного деления, соответствующий дроблению, например яйца морского ежа.
К этому можно добавить установленное в 1911 г. отсутствие кроссинговера в женском мейозе тутового шелкопряда. Таким образом, можно сделать вывод, что дочерние ядра, образующиеся в результате оставшегося от мейоза эквационного деления, должны содержать материнский генотип. Партеногенетическое потомство одной самки должно быть клоном, иными словами, совокупностью генетически идентичных особей.
Позднее Астауровым было осуществлено искусственное клонирование животных, которое принято называть партеногенетическим клонированием. Первое, на что обращалось особое внимание, — изогенность полученных особей клона между собой. Совпадали пол, рисунок покрова, цвет гемолимфы, цвет кокона, грены и повторялись соответствующие признаки самки-оригинала.
Количество клонов увеличивалось в результате введения в работу различных рас, пород, линий шелковичного червя. Астауров разработал схему селекции, на основе которой с каждым геном получали клоны с более высоким процентом полного партеногенеза.
Клонирование живых существ
Клонирование вызвало колоссальный интерес и спровоцировало множество противоречивых мнений как в научных кругах, так и среди широкой публики. Как говорилось выше, в некоторых странах потребовали немедленно запретить исследования по клонированию. В настоящий момент в Великобритании и других странах существуют законы, запрещающие клонирование человека. В США таких законов нет, однако президент Билл Клинтон издал указ, запрещающий использовать федеральный бюджет для поддержки исследований в этой области. Конгрессу США было предложено запретить клонирование человека.
Целью клонирования является получение потомства, генетически идентичного той особи, ядро которой было взято для клонирования. Как известно, ядро клетки содержит информацию (ДНК), определяющую основные характеристики растения или животного. Помимо этого, ДНК, содержащаяся в митохондриях клетки, является совершенно самостоятельной и не зависит от хромосомной ДНК.
В случае с овцой Долли клетки были взяты из тканей вымени и выращены в среде с 0,5 % сыворотки. Эта среда остановила рост клеток на стадии готовности, в результате чего активизировались все гены и клетки стали полностью задействованы. Под воздействием электрических импульсов эти клетки смешали с неоплодотворенными яйцеклетками, из которых предварительно были удалены ядра. После того как в особой среде клетки достигли необходимой стадии развития, эмбрионы вживили в матку другой овцы.
После того как из вымени взрослой овцы были взяты клетки, в результате их смешивания с яйцеклетками было получено 277 соединенных клеток, 29 из которых развивались до стадии бластоцита. Полученные 29 зародышей вживили в матки 13 овец. В результате родился только один живой ягненок — Долли. Неудивительно, что, если в качестве исходного материала для клонирования используются клетки взрослого животного, процент положительных результатов является достаточно низким.
Это долгий и сложный процесс, требующий выращивания донорских клеток в нескольких средах. Кроме того, в данном случае необходимо особым образом вырастить измененную яйцеклетку-реципиент и дождаться окончания необходимого срока беременности. Более удачные результаты достигаются в тех случаях, когда в качестве донорских берутся зародышевые клетки или клетки плода. Однако до тех пор, пока животное не достигнет зрелости, невозможно точно определить, какая особь наиболее подходит для донорских целей….
Возможность успешного клонирования беспозвоночных была выявлена в начале 50-х гг. XX в. в опытах на амфибиях. В апреле 2002 г. в США успешно проходила операция по клонированию свиньи редкой породы. Последняя женская особь по кличке Принцесса из находящегося под угрозой уничтожения семейства свиней в США была успешно клонирована в результате однократной имплантации эмбриона. Работа по клонированию была проведена компанией Infigen в Висконсине. У свиноматки родилось три клона, но один из них был случайно убит суррогатной матерью.
Если бы процент удачных результатов был достаточно высоким, данный метод мог бы существенно облегчить работу животноводов. Клоны характеризуются практически тем же генетическим набором, что и животное, ядра клеток которого были вживлены в яйцеклетки с удаленными ядрами. При этом пол животного не имеет значения.
Опыты с овцами показали, что можно взять клетки здорового животного и получить при этом животное с мясом и шерстью идеального качества. В случае с коровами нужно брать клетки животных, отличающихся большими удоями и качественным мясом.
Большой вклад в область клонирования животных внес английский биолог Гердон. Свои опыты он проводил на лягушках. Гердон первым в опытах над южноафриканскими жабами (Xenopus laevis) в 1962 г. в качестве донора ядер использовал не зародышевые клетки, как это было до него, а уже вполне сформировавшиеся клетки эпителия кишечника плавающего головастика.
Ученый разработал собственную методику удаления ядер из яйцеклеток. В отличие от других ученых, проводивших это хирургическим путем, он использовал ультрафиолетовые лучи. Ученый добился следующих результатов: примерно из 10 % реконструированных яйцеклеток образовывались эмбрионы, оставшиеся 90 % — вообще не развивались. Некоторые из образовавшихся эмбрионов достигали стадии бластулы (65 %), другие — стадии головастика (30 %), и только единицы развивались в половозрелых особей (5 %)….
По мнению ученых, если брать ядра из клеток зародыша на ранней стадии его развития — бластул, — то примерно в 80 % случаев зародыш продолжает успешно развиваться дальше.
В последующих исследованиях как Гердон, так и его последователи не смогли подтвердить данные этих первых опытов. Сам Гердон объясняет свои прошлые успехи тем, что появление нескольких взрослых особей может быть связано с тем, что среди клеток эпителия кишечника получившегося головастика довольно длительное время присутствовали первичные половые клетки, ядра которых могли быть использованы для пересадки.
Впоследствии Гердон пытался несколько раз повторить свой эксперимент. Принимая во внимание прошлые неудачи (большинство реконструированных яйцеклеток с ядром клетки кишечного эпителия погибают до завершения стадии гаструлы), он решил попробовать извлечь ядра на стадии бластулы и снова пересадить их в новые энуклеированные яйцеклетки. Впоследствии подобную процедуру назвали серийной пересадкой….
Несмотря на то что опыты по клонированию животных продолжаются уже не первое десятилетие, нельзя с уверенностью сказать, что учеными в этом направлении достигнут 100 %-ный успех.
Используя подобную методику, Гердону удалось увеличить число зародышей, которые развивались нормально до более поздних стадий по сравнению с зародышами, полученными в результате первичной пересадки ядер.
Некоторые свои эксперименты Гердон провел совместно с Ласки. Оба ученых попытались вырастить клетки почек, легких и кожи взрослых животных вне организма в питательной среде. Именно эти клетки ученые решили использовать в качестве доноров ядер.
В результате подобного эксперимента около 25 % первично реконструированных яйцеклеток развивалось до стадии бластулы. Ученые провели также несколько серийных пересадок, в результате яйцеклетки развивались до стадии плавающего головастика.
Ученые внесли огромный вклад в мировую науку. Благодаря этим исследованиям стало ясно, что клетки различных тканей взрослого позвоночного содержат ядра, которые могут обеспечить развитие по крайней мере до стадии головастика.
Другие ученые, Диберардино и Хофнер, продолжили дело Гердона, но в свою очередь попытались провести опыты над эритроцитами — дифференцированными клетками крови лягушки. Они также применили серийную пересадку таких ядер, в результате чего около 10 % реконструированных яйцеклеток достигали стадии плавающего головастика. Ученые решили не останавливаться на достигнутом и провели еще серию экспериментов. К сожалению, даже с помощью многократных серийных пересадок (более 100 клеточных циклов) реконструированным яйцеклеткам дальше стадии головастика развиться не удалось.
Последние эксперименты в области генетики показали, что в случае с амфибиями донорами ядер могут быть лишь зародыши на ранних стадиях развития. Данные эксперименты правильнее было бы называть клонированием именно зародышей амфибий, а не просто амфибий, как считают некоторые авторы.
Опыты с амфибиями также показали, что ядра различных типов клеток одного и того же организма генетически идентичны. В процессе клеточной дифференцировки такие ядра постепенно утрачивают способность обеспечивать развитие реконструированных яйцеклеток, однако серийные пересадки ядер и культивирование клеток вне питательной среды в определенной степени увеличивают эту способность.
Клонирование амфибий с каждым последующим экспериментом проходило все успешнее, что заставило ученых всерьез задуматься об экспериментах по клонированию эмбрионов млекопитающих, а именно мышей….
Многие ученые придерживаются точки зрения, что до тех пор, пока в клонировании животных не будет достигнуто 100 %-го успеха, нельзя проводить генетические опыты на человеке.
Необходимые разработки по методике клонирования млекопитающих уже были и, как отмечает Маккиннел, «…необходимые для этого методы уже существуют, и непонятно, почему мышь до сих пор не клонирована». Ученый предлагал первые опыты по клонированию млекопитающих провести на более мелких животных, например мышах или кроликах.
Вскоре опыты по клонированию млекопитающих действительно начались, но, к сожалению, они проходили не так успешно, как в случае с амфибиями. Исследования осложнялись тем, что объем яйцеклетки у млекопитающих примерно в 1000 раз меньше, чем у амфибий.
Долгое время никто из ученых не мог добиться положительных результатов. Но вскоре ситуация изменилась. Экспериментаторы научились микрохирургически удалять пронуклеусы из зигот (оплодотворенных яйцеклеток) мыши и пересаживать в них клеточные ядpa ранних эмбрионов. К сожалению, полученные зародыши мышей развивались лишь до стадии бластоциты, но все равно это был несомненный успех.
Ученые МакГрат и Солтер значительно усовершенствовали методы извлечения ядер и разработали собственную методику введения их в клетку. После многочисленных экспериментов они пришли к выводу, что в качестве доноров ядер необходимо использовать зиготы, только благодаря этому можно добиться получения эмбрионов. В противном случае реконструированные яйцеклетки смогут развиться только до стадии бластоциты.
Метод МакГрата и Солтера впоследствии стал широко использоваться многими учеными. Исследователи Манн и Ловел-Бадж начинали свои генетические опыты с того, что пытались выделить пронуклеусы из яиц, активированных к партеногенезу, и пересадить их в энуклеированные зиготы мышей. Результаты подобных экспериментов были печальными — эмбрионы погибали на ранних стадиях….
Несмотря на некоторые неудачи, которые преследовали ученых в опытах по клонированию мышей, подобные исследования значительно расширили представления о методике клонирования млекопитающих.
Тогда ученые стали получать пронуклеусы из оплодотворенных яиц и пересаживать их в партеногенетически активированные и лишенные ядра яйца. В этом случае зародыши развивались нормально до самого рождения.
Исследователь Сурани пришел к выводу, что добавляя женский пронуклеус из зиготы мыши к гаплоидному набору хромосом яйцеклетки, нельзя добиться нормального развития. Если же добавить женский пронуклеус из зиготы мыши к мужскому ядру, это приведет к нормальному развитию.
Проводя эксперименты, ученый установил, что нормальное развитие обеспечивает только рекомбинации мужского и женского пронуклеусов из разных оплодотворенных яйцеклеток мышей. И наоборот, комбинация 2 мужских или 2 женских пронуклеусов приведет к остановке развития эмбриона. Иными словами, для нормального развития млекопитающих требуется 2 набора хромосом — отцовский и материнский.
Ученый Хоппе проводил генетические исследования, пытаясь пересадить ядра клеток партеногенетических бластоцит мышей в энуклеированные зиготы. Опыты закончились успешно, ученому удалось получить 4 взрослые самки.
Хоппе пришел к выводу, что партеногенетические (гиногенетические) и андрогенетические зародыши у млекопитающих погибают вследствие различия активности онтогенеза материнского и отцовского геномов.
Ученый ввел новый термин «геномный импринтинг», обозначающий механизм, который отвечает за регулировку этих функциональных различий.
Результаты исследований Хоппе были опубликованы, в статье автор рассказывал о пересадке ядер клеток внутренней клеточной массы бластоциты в энуклеированные зиготы мышей. В результате Хоппе удалось получить 3 взрослые особи, которые являлись генетически идентичными донорской линии. По мнению ученого, чтобы результаты опыта были положительными, необходимо за один прием провести введение ядер-доноров и удаление пронуклеусов из зиготы. После этого реконструированные яйцеклетки следует выращивать вне питательной среды до стадии бластоциты, а затем пересадить в матку самки. Результат эксперимента был следующим: из 16 пересаженных бластоцит 3 развились во взрослых животных.
В последующих опытах Хоппе в качестве доноров ядер решил использовать клетки эмбрио нов на еще более поздней стадии (7 суток). Результатом было получение 3 взрослых особей мышей.
Другим исследователям не удалось повторить опыт Хоппе, поэтому долгое время успех ученого был под сомнением. Появилось большое количество статей в научных журналах о том, что ученый фальсифицировал результат.
Ученые МакГрат и Солтер также проводили генетические опыты. В скором времени они прищли к выводу, что ядра 8-клеточных зародышей и клеток внутренней клеточной массы бластоциты не обеспечивают развития вне питательной среды реконструированных яйцеклеток. В этом случае, по мнению ученых, клетки сложно вырастить даже до стадии морулы, а уж тем более до стадии бластоциты….
Многие ученые пытались в свое время клонировать мышей, однако положительных результатов в этом удалось добиться лишь единицам.
Лучшим результатом может быть развитие 5 % ядер 4-клеточных зародышей до стадии морулы. При этом около 19 % реконструированных яйцеклеток, содержащих ядра 2-клеточных зародышей, смогли достичь стадии морулы или бластоциты.
МакГрат и Солтер пришли к выводу, что в связи с очень ранней активацией генома зародыша (на стадии 2 клеток) в эмбриогенезе у мышей клеточные ядра рано теряют тотипотентность. У крупных млекопитающих активация первой группы генов в эмбриогенезе происходит намного позже, на 8-16-клеточной стадии. Именно этим ученые объясняют трудности при клонировании мышей.
Поделиться книгой: