Почему клонированные животные часто не похожи на оригиналы

От советских опытов до Долли

Еще в 1940-х годах советский ученый-эмбриолог Георгий Лопашов экспериментировал с переносом клеточных ядер в энуклеированную яйцеклетку земноводных. В начале 1950-х в этом же направлении работали в США: ученые Роберт Бриггс и Томас Кинг взяли ядро из эмбриона головастика и поместили его в яйцеклетку лягушки, из которой было удалено ядро. Созданная клетка развилась в головастика. Опыт доказал, что такой подход перспективен для клонирования. 

В 1958 году британский биолог Джон Гердон пересадил ядро клетки кишечника головастика в энуклеированную яйцеклетку лягушки. Ученый создал клон головастика, тем самым доказав, что ядра не только половых, но и соматических клеток животного можно использовать для клонирования.

В 1975 году с помощью ядерного переноса создан первый эмбрион млекопитающего — оксфордский ученый Дерек Бромхолл провел эксперименты с использованием зародышей кролика. Использовав стеклянную пипетку как соломинку, он перенес ядро из клетки эмбриона в энуклеированную яйцеклетку животного. Она через несколько дней развилась в морулу, но потом погибла.

Но эксперименты продолжались, и успех к специалистам клонирования пришел — в 1996 году мир услышал о первом искусственно созданном животном. Шотландцы Ян Уилмут и Кит Кэмпбелл получили ягненка Долли с помощью метода SCNT — по сути, это был уже давно известный перенос ядра соматической клетки в энуклеированную яйцеклетку. Ученые использовали биоматериал от двух овец. У одной самки взяли яйцеклетку, из которой удаляли ядро, и поместили туда ядро соматической клетки, взятой из вымени второй. Затем электрическим током провоцировали процесс деления и образования эмбриона, после чего его перенесли в матку суррогатной матери-овцы. До этого млекопитающих не клонировали из взрослой соматической клетки — только из половой.

Долли естественным образом родила шесть ягнят Фото: © New York Times / ИТАР-ТАСС

SCNT считается эффективным методом создания сельскохозяйственных животных для пищевой промышленности. Им успешно клонировали овец, коз, свиней, крупный рогатый скот. Этот метод рассматривается как решение проблемы воссоздания исчезающих видов.

Но при таком подходе в яйцеклетке и внедренном ядре возникают сильные, как их называют специалисты, стрессы. В ранних экспериментах это приводило к массовой потере клеток. Процедуру нельзя автоматизировать. Она проводится вручную под микроскопом, поэтому SCNT считается очень ресурсоемким методом. Например, Долли родилась только после 277 попыток, в результате которых получилось 29 жизнеспособных эмбрионов, и только три из них развились до рождения, а до зрелого возраста дожил лишь один. В итоге овца почти достигла семи лет, пока в 2003 году ее не пришлось усыпить из-за болезни легких и артрита. Ее забальзамировали и выставили в одном из залов Королевского музея Шотландии. 

Редкие виды

Пиренейский козел обитает в Испании и Португалии, исторически проживал на всем Пиренейском полуострове, сейчас некоторые его виды считаются вымешими Фото: © AlbertoGonzalez / Shutterstock / FOTODOM

Значимым направлением в клонировании животных стала работа по восстановлению популяции исчезающих видов или тех, которых уже нет на Земле. В 2009 году ученые воскресили букардо, который был объявлен вымершим в 2000 году. Правда, новорожденный прожил всего семь минут — его легкие оказались с дефектами. В 2020 году из клеток, которые были заморожены еще в 1980 году, в США создали первую клонированную лошадь Пржевальского (вымирающий вид). А в 2022-м китайские ученые из Sinogene Biotechnology Company клонировали исчезающего арктического волка. 

Все псы попадают рай

С годами результативность клонирования росла, и сегодня компании, которые этим занимаются, способны ежедневно производить сотни скопированных эмбрионов. У них на сайтах есть инструкции для тех, кто хочет воскресить любимую кошку или собаку. Если животное умерло до того, как ему сделали биопсию, хозяину рекомендуют обернуть его мокрой тканью и положить в холодильник. Но не для заморозки, а для хранения в оптимальной температуре (+4 ºC). Затем в течение шести дней нужно взять образцы ткани (наилучший результат дает извлечение соматических клеток из кожи) и поместить их в пробирку со специальным раствором. 

На клонирование собаки уходит примерно 10 месяцев. За нового четвероногого друга придется выложить от 35 тыс. долларов и больше. Специалисты уверяют, что питомец из пробирки будет жить обычной жизнью, ему не нужен особый уход. А при достижении половой зрелости такое животное может обзавестись потомством. 

Звездные клоны

В 2018 году стало известно, что актриса Барбра Стрейзанд клонировала свою умершую собаку Саманту. Она смогла найти похожее животное редкой породы котон-де-тулеар с кудрявой шерстью. В результате процедуры родились четыре щенка, из которых выжили двое. Правда, хозяйка осталась недовольна новыми питомцами — у них был другой цвет глаз, да и характеры отличались от того, что был у Саманты.

Недавно свою собаку по кличке Даймонд Бэби клонировала актриса и модель Пэрис Хилтон. Животное убежало от нее два года назад, и светская львица решила сделать «копию» Фото: © Dylan Travis / ABACA / TASS

Сегодня клонирование животных получило особую популярность среди блогеров, которые ведут соцсети своих питомцев. Они «воскрешают» животных после смерти и продолжают выкладывать фото и видео с ними, увеличивая число подписчиков. Некоторые ждут клонов годами, не раскрывая информацию, сколько эмбрионов и «суррогатных матерей» понадобилось для достижения цели.

Эксперты предупреждают, что внешне и по характеру клон — не точная копия первого питомца. Вероятно, он будет вести себя иначе, потому что это в том числе зависит и от окружающей среды. Иные окраска или цвет глаз — обычное в таких случаях дело. 

Это выяснилось после первого же успешного клонирования кошки в 2001 году. Котенок немного отличался от исходного животного окрасом, хотя их геномы — абсолютные копии, совпадающие до последнего нуклеотида. 

Кошка-донор Рейнбоу, суррогатная мама и клонированный котенок Фото: © Nature.com

Мамонтятина к столу

Австралийский стартап Vow, который занимается производством синтетического мяса, клонировал мышечную ткань мамонта возрастом более 5 тыс. лет. В марте 2023 года фрикаделька из мамонтятины была отправлена в музей науки и медицины Rijksmuseum Boerhaave в Нидерландах.

Почему нельзя сделать внешне идентичное животное, объяснил член-корреспондент РАН доктор биологических наук  Егор Прохорчук. Он руководит лабораторией геномики и эпигеномики позвоночных Федерального исследовательского центра «Фундаментальные основы биотехнологии» РАН и возглавляет деканат медико-биологического факультета РНИМУ им. Пирогова. 

«Дело в том, что один из геномных локусов, который определяет окраску шерсти кошки, находится на Х-хромосоме, — так называемый локус „О“. Если кот несет аллель „О“, и у него только одна половая хромосома Х, то он будет рыжим, а если аллель „о“ — коричневым. Если кошка несет аллели „О/О“, она будет рыжей, а если „О/о“ — местами коричневой, местами рыжей. Это связано со случайной инактивацией Х-хромосомы — может инактивироваться „О“ а может — „о“. То, какая Х-хромосома инактивирована, определяется только случайным событием при формировании эмбриона. В силу того, что при репрограммировании в исходной клетке донора была комбинация „О/о“ с каким-либо выключенным аллелем, при соматическом репрограммировании оба они опять начинают работать на самых ранних стадиях эмбрионального развития. Потом случайным образом один из них выключается, создавая уникальную мозаичную структуру клеток то с работающим „О“, то с работающим „о“. Повторить эту мозаику, притом что речь идет о миллиардах клеток, невозможно. 

Это как если бы спички из двух разных коробков рассыпались одинаковым образом

Это фундаментальное свойство случайной эпигенетической инактивации Х-хромосомы, на которой оказались расположены некоторые геномные локусы, ответственные за окраску шерсти кошек, и стало решающим фактором в непохожести клона и донора. Хотя генетически они идентичны», — говорит профессор.

В 2007 году ученые впервые получили эмбриональные стволовые клетки приматов. Команда под руководством биолога Шухрата Миталипова соединила клетку взрослой макаки с энуклеированной яйцеклеткой. В 2013 году этот же коллектив получил из клетки кожи человека и донорской яйцеклетки клонированный эмбрион человека. Из него извлекли стволовые клетки, а потом умертвили.

К 2015 году около 70 стран запретили клонирование человека на законодательном уровне. В России такое ограничение введено в 2002 году отдельным федеральным законом.