Як працює клонування? Ось все, що вам потрібно знати

CRISPRЗагальновідомо, що клонування розірвало науково-фантастичні зв’язки, і що лабораторії у всьому світі експериментують із методами клонування. Але як саме працює клонування, і чому ми не чули більше про це? Більш конкретно, чому армії-клони ще не заполонили нас? Ось як дослідники клонують живі організми і чому це залишається складним процесом.

Види сучасного клонування

ДНК Керолайн Девіс2010 | Flickr Керолайн Девіс2010 | Flickr

«Клонування» - це не надто наукове слово, тому не дивно, що існує кілька різних технік, які ви могли б назвати клонуванням. Це включає загальне клонування генів, де біологічні матеріали відтворюються - і використовуються для медичних методів або навіть задоволення попиту на червоне м’ясо - а також терапевтичне клонування, яке передбачає обмін ДНК ядра між яйцеклітинами для скороченого процесу розвитку.

Але для справжнього стилю клонування «ось що я мав на увазі», нам слід поговорити ядерний перенос соматичних клітин (SCNT). Це тип клонування, який бере ДНК дорослого зразка і відтворює його, так що створюється ембріон з цією самою ДНК. Це наука, яка надихала штурмовиків та динозаврів у наших улюблених фільмах, і, мабуть, це саме те, про що ви думали. Тож давайте поговоримо про те, як працює перенесення ядерних соматичних клітин.

Крок 1: Витяг ДНК у донора

По-перше, вченим потрібні здорові, міцні клітини від донора - тобто організму, який вони прагнуть клонувати. У середньому статевому організмі є різні типи клітин, але соматичні клітини - це «нейтральний» тип клітин, який просто висить, виконуючи свою роботу з типовими двома повними наборами хромосом.

Соматичні клітини не можна знайти серед еритроцитів, але лейкоцити є соматичними та загальним джерелом продуктів ДНК. Клітини шкіри та традиційний мазок на щоці також працюють, але клітини повинні бути здоровими та неушкодженими. Ось чому зазвичай недоцільно намагатися клонувати давніх заморожених або потраплених у пастку тварин: їхні клітини майже завжди сильно пошкоджені.

Крок 2: Підготуйте яйцеклітину

Тара Браун Фотографія / Університет Вашингтона Тара Браун Фотографія / Університет Вашингтона

Поки одна частина наукової групи з клонування працює над вилученням рясного запасу соматичних клітин у донора, інша частина працює над підготовкою життєздатної яйцеклітини. Це не обов’язково повинна бути яєчна клітина того ж виду, але для більших шансів на успіх, чим ближче, тим краще.

Коли вчені знаходять потрібні непошкоджені яйцеклітини, вони обережно витягують ядро ​​клітини. Ядро - це те, що вміщує єдиний набір хромосом, що сприяє розмноженню. Але для клонування вони не хочуть цієї ДНК - вони хочуть цілу, порожню оболонку, в якій може знаходитися ембріон. Таким чином, ядро ​​та вся його ДНК видаляються, а решта яйцеклітини делікатно зберігається.

Крок 3: Вставте соматичний клітинний матеріал

Creative Commons

Пам’ятайте, оскільки соматичні клітини є повноцінними, дорослі клітини не використовуються для розмноження, вони мають повний подвійний набір хромосом, вже наявних і готових до дії. Однак вченим потрібно потрапити цю ДНК в яйцеклітину і підготуватися до переростання в новий організм. Тож вони - ще раз, дуже обережно - видаляють ядро ​​і вставляють його в порожню яйцеклітину, що чекає.

Мета полягає в тому, щоб знову об'єднати їх в одну клітинку, що непросто. Сучасні успішні методи використовують дуже легкий, спрямований потік електроенергії, щоб ядро ​​та яйцеклітина зв’язувались, і, сподіваємось, погоджуються на їх нову життєву схему.

Крок 4: Переконайтеся в тому, що яйцеклітина запліднена, і імплантуйте її

Тепер у нас є клоноване яйце, готове до початку вирощування! Але, хоча яйцеклітина має два набори хромосом, і теоретично все, що йому потрібно, щоб перерости в копію донорського організму, вона насправді не була запліднена - і не може бути запліднена, не зіпсувавши процес клонування.

Тому вчені намагаються переконати яйцеклітину в тому, що вона запліднена і повинна почати рости. Це ще одна область, де проводять багато експериментів з новими техніками: Зазвичай яйце піддається хімічним коктейлям, призначеним для запуску процесу росту, часто під час засипання більшою кількістю електроенергії (іноді наука справді схожа на фільми).

Коли клітина починає ділитися, вчені швидко переходять до наступного етапу, зберігаючи яйцеклітину в умовах, подібних до реального репродуктивного процесу. Якщо яйце починає переростати в зародок, який здається здоровим, вони зазвичай імплантують цей зародок в живий жіночий організм для гестації. Це краще для яйцеклітини і набагато дешевше, ніж спроба вирощувати ембріон зовні в лабораторії.

Крок 5: Повторювати до життєздатності

Крупним планом досліджуваних ембріонів лабораторія Бриванлу / Природа

Як ви, напевно, помітили, у всіх попередніх кроках є певна невизначеність та делікатна робота. Навіть незначна кількість пошкодження клітин може бути згубною, і немає жодної гарантії, що яйцеклітина розвиватиметься правильно всередині або поза організмом, що несе. Іншими словами, життєздатність є основною проблемою. Є багато невдалих спроб та ембріонів, які просто неправильно розвиваються (часто псуються, коли ембріон - це лише невелика колекція клітин), тому для створення успішного потрібні величезні ресурси, багато часу та сотні спроб клон. Успішні живонародження - рідкість.

Навіть тоді процес зазвичай не є добрим для успішних клонів. Вони, як правило, страждають від скороченого тривалості життя та інших проблем, підсумованих тим, що ви могли б назвати хлистом ДНК. Однак ці проблеми зменшувались із розвитком технологій.

Де сьогодні клонування

Хуан Гертнер / 123RF Хуан Гертнер / 123RF

Перше справжнє клонування за допомогою SCNT відбулося в 1996 році після 276 спроб: знаменита вівця Доллі. За цим швидко пішли клоновані телята в Японії, а потім до списку було додано ряд інших тварин, включаючи котів, собак, кроликів, щурів, коней і навіть резус-мавпу.

За винятком чуток, немає жодних доказів того, що людину коли-небудь клонували - приматів особливо важко клонувати, а людям найважче через складний спосіб поділу наших клітин. Повідомлення про клони людини або розвінчувались, або їх відкидали через відсутність доказів.

Повне клонування, як це, також має порівняно невелику цінність для наукового співтовариства на даний момент. Клонування генів набагато вигідніше, коли справа стосується охорони здоров’я та прибутку, і набагато легше здійснити. Справжнє клонування за допомогою SCNT стало як би побічним шоу в результаті: сьогодні більша частина інтересу до цього процесу зосереджується на застосуванні стовбурових клітин успішних ембріонів, але це також залишається дорогим, суперечливим процесом на даний момент.

Останні повідомлення