Может ли генетическая информация, полученная от мамонта, развиться в яйцеклетке слона? Как была клонирована овца Долли? Как мышам генетически прививают признаки мамонтов? На эти и другие вопросы отвечает доктор биологических наук Константин Северинов.
Многие интересуются и почему-то хотят клонировать древних животных: мамонтов, пещерных медведей, динозавров — наверное, в значительной степени за счет популярности сначала романа, а потом фильма «Парк юрского периода». И интересно понять, что мы можем сейчас и чего мы не можем, а если мы не можем, то почему. Утверждение на самом деле такое, что мы можем клонировать многих сейчас живущих зверей и при желании даже людей, а вымерших животных пока что клонировать не можем, и ближайшее время, по-видимому, такой технологии не будет. Самым известным и знаменитым клонированным животным была, конечно же, овца Долли, которая и была первым клонированным животным — это произошло в конце XX века.
Как был сделан этот опыт? Я думаю, все понимают, что каждый из нас является продуктом объединения равного количества генов, полученных нами от папы и мамы. Папа дает сперматозоид, мама дает яйцеклетку, яйцеклетка оплодотворяется, набор генов отца смешивается с набором генов матери, и в итоге мы все диплоидны, у нас каждый ген присутствует в двух копиях — один от папы, а другой от мамы. И эти гены каким-то образом работают, ученые говорят, что они выражаются, или экспрессируются, в результате развивается полноценный организм. При этом, если вы млекопитающее, яйцеклетка какое-то время находится в утробе матери, где она и развивается.
В случае с овцой Долли был сделан следующий опыт. Там не было отца, но и матери тоже не было, потому что была взята неоплодотворенная яйцеклетка от некоторого животного, и из этой яйцеклетки всю генетическую информацию, то есть ядро, убрали чисто физическим способом, с помощью какой-то пипетки. Получена энуклеированная яйцеклетка (nucleus — это «ядро»), в эту яйцеклетку было введено ядро, то есть генетическая информация, которую взяли у другой овцы, и реально эти гены, это ядро было взято из клетки вымени какой-то совершенно другой овцы, которая первую овцу совсем не знала. В результате такого слияния возникла яйцеклетка, в которой был двойной набор генов, но не потому, что половина от папы, а половина от мамы, а потому, что та овца, из клетки вымени которой было взято ядро, содержала, как ей и положено, двойной набор генов.
Процедура этого слияния ядра донора и неоплодотворенной яйцеклетки донора в принципе очень неэффективная, и реально статистика была такая, что на несколько сот опытов по такому слиянию было получено очень небольшое количество яйцеклеток, которые выжили, просто потому, что процедура довольно травматическая: конкретно в тех опытах, в этих пионерских работах использовался разряд тока. А затем полученную яйцеклетку уже с двойным набором генов подсаживали суррогатной матери, которая это и вынашивала. То есть последняя стадия очень похожа на стандартные опыты по вынашиванию оплодотворенных яйцеклеток суррогатными матерями, как бывает у людей.
В результате, после того как Долли родилась, у нее, вообще говоря, может быть большое количество родителей в зависимости от того, кого вы считаете родителями. С точки зрения генетики она является, безусловно, полным клоном того животного, из клетки вымени которого было взято ядро, и у нее нет ни мамы, ни папы, она просто является точной генетической копией этого существа. Суррогатной матерью, понятное дело, является тот, кто вынашивал. И, кроме того, цитоплазмы и другие важные вещи, сама яйцеклетка были получены от третьего животного. Такая процедура работает, и довольно эффективно — сейчас можно клонировать массу всяких животных.
На сегодняшний момент клонированы и кошки, и собаки, и обезьяны, и крысы. Люди не клонированы, но никаких принципиальных проблем для того, чтобы их клонировать, нет.
Полученный клон генетически идентичен тому организму, откуда взята ДНК, что совершенно не означает в случае людей, например, что это будет тот же самый человек. Это есть некий классический вопрос о том, насколько мы являемся продуктом наших генов. Так вот, клонированный человек вовсе не будет на уровне персоналии, индивидуума копией того, клоном которого он является, что, должно быть, довольно грустно для различных богатых людей или политиков, которые могут позволить себе сделать таких людей, которые заинтересованы в личном бессмертии — вопроса о личном бессмертии здесь нет.
И, казалось бы, ровно то же самое можно сделать и с мамонтом. У нас в качестве суррогатной матери должен быть по определению слон, вернее, слониха. В качестве источника энуклеированной яйцеклетки тоже должна быть слониха, у которой можно взять яйцеклетки, хотя, конечно, сделать это будет немного сложнее, чем у кошечки или у овечки, но тем не менее можно. Источником генетической информации мамонта, того, которого мы клонируем, должны быть довольно хорошо сохранившиеся палеоматериалы, которые в большом количестве находятся в российской Сибири, в Канаде и так далее. Последние мамонты вымерли 7–8 тысяч лет назад, существовало много останков и 40-тысячелетней давности, многие из них очень хорошо сохранились в условиях вечной мерзлоты. Так что говорят, что коренное население Сибири иногда ест мамонт-бургеры, а не обычные бургеры, потому что мясо по крайней мере свои вкусовые свойства не потеряло. И действительно, гистологические исследования показывают, что и клеточная структура часто сохранялась в этих тушах — там есть клетки, в клетках есть белки, в клетках есть ядра, в ядрах есть ДНК и все такое прочее.
Но здесь возникает одна очень большая проблема, кроме чисто технической проблемы получения большого количества яйцеклеток от ныне живущих слоних, и вообще слон — это не самый удобный объект для работы. Возникает, во-первых, вопрос о том, может ли генетическая информация, полученная от мамонта, развиться в условиях яйцеклетки слона. Это виды очень близкие, но на самом деле неидентичные, иначе зачем бы мы это клонировали. В сущности, отношение мамонта к слону почти такое же, как отношение шимпанзе к человеку. И очень может статься, что просто развитие не пройдет так, как надо, потому что генетическая программа мамонта не будет работать в условиях яйцеклетки слона.
Но что гораздо хуже и что, по-видимому, является принципиальной проблемой для такого рода клонирования — это состояние ДНК древних организмов, даже таких хорошо сохранившихся, как мамонты. Дело в том, что ДНК со временем, под действием каких-то чисто физико-химических факторов распадается. ДНК — это очень длинная молекула. Например, во мне есть молекула ДНК длиной в мой рост, и там действительно записано, что я — это я, у мамонта записано, что это мамонт. И генетическая информация мамонта находится на 29 хромосомах — отдельных участках ДНК, и тот генетический текст, который говорит, что это мамонт, составляет 4 миллиарда букв.
Для того чтобы клонировать мамонта, нужно найти такое ядро клетки, а ядро само по себе — это очень сложная структура, это некая внутриклеточная органелла, в которой находится не только ДНК, но и масса белков, организующих эту ДНК так, чтобы она экспрессировала, чтобы гены работали так, как надо. И проблема в том, что в течение очень небольшого времени ДНК распадается на фрагменты длиной 200, 300, 400 буковок, очень короткие фрагменты. Представьте себе, что вы взяли книгу и пропустили ее через шредер — вроде как книга вся осталась, но собрать ее вместе очень-очень сложно, и палео-ДНК, то есть ДНК древних животных, к сожалению или, может быть, к счастью, находится ровно в таком состоянии. В СМИ часто раздаются обещания, что сейчас мы в ближайшее время клонируем мамонта. По-видимому, люди, которые это делают, принципиально не понимают сложности стоящей перед ними задачи.
Нет функциональной ДНК древних животных, которую можно бы было подсадить даже имеющимся близкородственным видам, чтобы получить хоть что-нибудь развивающееся.
Это не означает, что точка в этом споре поставлена и что больше ничего нельзя сделать. Потому что на самом-то деле, так как сейчас известен геном мамонта и геном слона тоже известен, можно посмотреть, чем они друг от друга отличаются, и выяснится, что различаются они по десяткам миллионов позиций. В целом они очень похожи, так же как человек и шимпанзе очень похожи друг на друга не только внешне, но и генетически, и с мамонтами, и со слонами то же самое.
По-видимому, некоторые комбинации, а может быть, все замены, которые отличают мамонта от слона, ответственны за то, что один из них такой, а другой — другой. И поэтому в качестве другого подхода, который, по-видимому, более перспективен, можно поставить задачу не клонировать мамонта, а создать мамонта из слона, и такую задачу можно решать на любой паре животных. При этом предполагается, что вы, выбрав какие-то участки ДНК, которые заведомо различаются, или гены между двумя животными, потом просто начинаете их подкручивать, редактировать, изменять, делая теперешнего слона все более и более похожим на мамонта, но в каких-то стратегических точках.
И такие опыты ведутся, но пока что не на слонах, а на мышах, потому что мыши тоже похожи на мамонтов, и вообще мы все очень похожи на генетическом уровне, мы очень мало отличаемся друг от друга. И, в частности, проводятся такие любопытные опыты, когда в результате биоинформатического анализа были выделены определенные гены мамонта, которые, возможно, отвечали за его волосатость и большой размер, холодолюбивость и еще что-то. А затем эти изменения были введены в соответствующий ген современной мыши не путем клонирования, а путем действий, которые носят такое собирательное название — генная инженерия и генное редактирование. И, по последним сведениям, мыши стали волосатее, как следствие, они стали любить холод — не потому, что им холод нравится, а потому, что им просто слишком жарко в других местах. Бивней пока что нет, но, что называется, stay tuned.Автор: Константин Северинов, доктор биологических наук, профессор Сколковского института науки и технологий