Можно ли клонировать бесконечно: 20-летний эксперимент показал предел

Схематическое изображение накопления мутаций в ДНК при серийном клонировании. Японские учёные на протяжении 20 лет создавали клонов из клонов одной-единственной мыши — и выяснили, что у этого процесса есть жёсткий предел . На 58-м поколении мышата погибали в первый же день после рождения. Исследование, опубликованное в Nature Communications , впервые экспериментально показало: млекопитающие не могут поддерживать свой вид только за счёт клонирования. И это служит ещё одной причиной, почему учёные до сих пор не клонировали человека . Как учёные 20 лет клонировали мышей Эксперимент начался в 2005 году в Университете Яманаси (Япония) под руководством генетика Саяки Вакаямы. Учёные взяли одну самку мыши и клонировали её методом переноса ядра соматической клетки — того самого метода, благодаря которому в 1996 году на свет появилась знаменитая овечка Долли . Суть проста: из яйцеклетки удаляют собственное ядро с ДНК и вставляют ядро из обычной клетки тела донора. Получается эмбрион, генетически идентичный донору. Но японская команда не остановилась на одном клоне (и на 600 клонах одной мыши тоже). Они взяли клонированную мышь, дождались, пока она подрастёт до трёх месяцев, и клонировали уже её. Затем — клонировали клона клона . И так далее, каждые три-четыре месяца, на протяжении двух десятилетий. За это время было проведено более 30 000 попыток клонирования и получено более 1 200 мышей от одного исходного донора . По сути, учёные проверяли простой вопрос: можно ли копировать копию бесконечно? Или у генетического «ксерокса» есть предел точности? Лабораторные мыши — основные участники 20-летнего эксперимента по серийному клонированию. Источник изображения: sciencealert.com Почему первые поколения клонов были здоровыми Первые результаты были обнадёживающими. На протяжении 25 поколений клонированные мыши ничем не отличались от оригинала : они были здоровы, жили столько же, сколько обычные мыши (около двух лет), и даже могли размножаться. Более того, процент успешных клонирований рос — от начальных 7% до 15,5% к 26-му поколению. Команда использовала специальный реагент — трихостатин А , который подавляет активность мутаций в процессе клонирования. Он помогал поддерживать эффективность процедуры даже на поздних поколениях. Поначалу учёные решили, что серийное клонирование можно продолжать бесконечно. Но это впечатление оказалось обманчивым. Под внешне нормальной оболочкой уже копились проблемы — просто они ещё не были видны невооружённым глазом. Еще больше познавательных статей вы найдете в нашем Telegram-канале. Подпишитесь прямо сейчас! Какие мутации появляются при клонировании Чтобы понять, что происходит на уровне ДНК, учёные секвенировали геномы («читали» цепочки ДНК и искали мутации) десяти клонов из разных поколений. Результаты оказались красноречивы: клоны несли в три раза больше мутаций, чем мыши, рождённые обычным половым путём. С каждым новым раундом клонирования геном получал примерно 70 мелких точечных мутаций (замен отдельных «букв» ДНК) и около 1,5 крупных структурных изменений. По отдельности это не критично, но проблема в том, что при клонировании все мутации передаются следующему поколению целиком . У клона нет механизма, который мог бы «отсеять» дефектные гены — в отличие от полового размножения, где геном перетасовывается при каждом зачатии. Представьте, что вы копируете документ на ксероксе. Первая копия почти идеальна. Но если вы копируете копию, а потом копию копии — с каждым разом качество падает, а дефекты только множатся. Именно так описали процесс сами авторы исследования . Начиная с 27-го поколения у мышей стали появляться серьёзные хромосомные аномалии — в частности, терялась одна из двух X-хромосом. Плаценты клонов становились аномально увеличенными. Мышата 58-го поколения погибали в первый день жизни без видимых внешних отклонений. Храповик Мёллера: почему клоны вырождаются Результаты японского эксперимента стали первым экспериментальным подтверждением у млекопитающих давней эволюционной гипотезы — так называемого «храповика Мёллера» (Muller’s ratchet). Эту идею предложил американский генетик Герман Мёллер ещё в 1964 году. Суть простая: в бесполой популяции вредные мутации могут только накапливаться, но не исчезать. Храповик — это механизм, который крутится только в одну сторону. Так и с мутациями: без полового размножения и перетасовки генов «откатить» повреждения невозможно. Рано или поздно мутационный груз становится несовместимым с жизнью — наступает то, что биологи называют «мутационным расплавлением» (mutational meltdown). Именно это и произошло с мышами. К 57-му поколению выживало лишь 0,6% клонов — но те, что выживали, всё ещё были здоровы и жили нормальный срок. А вот 58-е поколение стало последним : все мышата погибли в течение суток после рождения. При этом никаких видимых физических аномалий у них не было. «Мы верили, что сможем создавать бесконечное количество клонов. Именно поэтому эти результаты так разочаровывают» , — признал руководитель проекта Терухико Вакаяма. Если хотите обсудить новость с другими читателями, заходите в наш Telegram-чат! Почему половое размножение очищает ДНК и незаменимо для млекопитающих Одна из самых интересных частей исследования — попытка спасти генетическую линию через обычное половое размножение. Учёные скрестили клонированных самок из 20-го, 50-го и 55-го поколений с обычными самцами. Клоны 20-го поколения давали нормальные помёты. У 50-го и 55-го поколений помёты были значительно меньше — мутационный груз уже мешал нормальному развитию эмбрионов . Однако уже у внуков этих клонов — то есть при повторном скрещивании их потомков с обычными мышами — размер помётов возвращался к норме. Половое размножение буквально «чинило» повреждённый геном за одно-два поколения. Это ключевой вывод: при половом размножении происходит рекомбинация — перетасовка генов от двух родителей. Благодаря этому вредные мутации могут «вычищаться» естественным отбором. Клонирование лишено этого механизма, и поэтому генетические ошибки только накапливаются. Почему клонирование не может заменить естественное размножение Результаты этого исследования имеют прямые последствия для нескольких областей, в которых клонирование рассматривалось как перспективный инструмент. Некоторые защитники природы надеялись, что серийное клонирование поможет спасти исчезающие виды от вымирания или воскресить вымерших животных . Отдельные компании уже предлагают клонирование домашних питомцев . Но японский эксперимент показал: клонирование не может заменить половое размножение для долгосрочного сохранения вида. Главные моменты исследования: Однократное клонирование по-прежнему работает — клоны первых поколений здоровы и жизнеспособны. Серийное клонирование (клон из клона) неизбежно ведёт к накоплению мутаций и вырождению линии. Половое размножение может компенсировать генетический ущерб, нанесённый клонированием, уже за одно-два поколения. Идея «генетического хранилища», откуда можно бесконечно воспроизводить вид только клонированием, пока нереализуема. Идея генетических хранилищ для воскрешения видов пока упирается в ограничения клонирования Терухико Вакаяма, чья лаборатория первой клонировала мышь ещё в 1997 году, подчеркнул: для преодоления обнаруженного предела необходим принципиально новый метод, который фундаментально улучшит технологию ядерного переноса. Пока же учёные констатируют: у природы есть веская причина, по которой млекопитающие не размножаются клонами. И эта причина — сама эволюция. Исследование не закрывает тему клонирования, но впервые чётко очерчивает его границы. Для спасения видов, создания лабораторных моделей и даже для клонирования домашних питомцев эта технология остаётся полезной — но только если за клонированием следует обычное размножение. Без секса, как выяснилось, млекопитающим всё-таки не обойтись — и дело тут не в романтике, а в генетике.
Batafsil | Подробно | Read more... Hi News