Знаковый эксперимент выявил большую неожиданную проблему с клонированием

Предполагается, что клон должен быть генетически идентичной копией, но необычное 20-летнее исследование показало, что на самом деле это не так. Это показывает, что клоны имеют множество дополнительных мутаций, и если вы продолжите клонировать клоны, они достигнут фатального уровня. Результаты имеют значение для использования клонирования в сельском хозяйстве и для спасения животных, находящихся под угрозой исчезновения, в том числе попытки воссоздать вымершие видыа также для потенциального использования технологии клонирования людей.

Большой вопрос: почему в клонах так много мутаций? Возможно, клонированные клетки взрослого организма накапливают больше мутаций, чем яйцеклетки или сперматозоиды. Но Терухико Вакаяма из Университета Яманаси в Японии считают, что причиной по крайней мере некоторых из них может быть сам процесс клонирования. «Однако, к сожалению, хотя когда-то считалось, что клоны идентичны оригиналу, стало ясно, что это не так, что позволяет предположить, что могут возникнуть проблемы с их использованием», — говорит он. «В дальнейшем нам необходимо продемонстрировать, что мутации, возникающие в результате клонирования, не создают проблем».

Клонирование Когда-то считалось, что это невозможно, поскольку по мере развития и специализации клеток организма различные химические метки, контролирующие активность генов, добавляются или удаляются из частей генома. ДНК клеток кожи, скажем, «запрограммирована» на создание клеток кожи. Но рождение Овечка Долли в июле 1996 года. показали, что перенос ядра взрослой клетки в пустую яйцеклетку может перепрограммировать ее геном и позволить яйцеклетке развиваться. Вскоре после этого Вакаяма создал Кумулина, первая клонированная мышьродился в октябре 1997 года.

Чтобы проверить, насколько хорошо работает метод клонирования мышей, разработанный его командой, в 2005 году Вакаяма начал клонировать клонов. «Подобно тому, как копирование картины приводит к снижению качества изображения, я хотел проверить, насколько клоны сравниваются с оригиналом», — говорит он.

В 2013 году он и его коллеги объявили, что у них есть неоднократно клонированные клоны в течение 25 последовательных поколенийсоздав более 500 мышей от исходного донора. «Клонированные мыши, полученные в наших экспериментах, не показали никаких физических отклонений ни в одном поколении, жили так же долго, как и нормальные мыши, и были здоровыми», — говорит Вакаяма.

Однако этот успех не был достигнут с другими видами – у клонированных собак по-прежнему высок уровень проблем со здоровьем, и никто еще не клонировал ни одного примата из взрослой клетки. Но у мышей, по мнению Вакаямы, повторное клонирование может продолжаться бесконечно. Однако по мере того как его команда продолжала проводить эксперименты, уровень успеха падал, пока, наконец, к 58-му поколению ни один из клонов не выжил.

Чтобы выяснить причину, команда секвенировала геномы 10 мышей разных поколений. Это показало, что в среднем на одно поколение клонов приходилось более 70 мутаций – в три раза больше, чем наблюдалось в контрольной группе мышей, которые размножались естественным путем. В частности, после 27-го поколения у клонированных мышей начали накапливаться крупномасштабные мутации, в результате чего вся Х-хромосома в конечном итоге была потеряна.

Объяснение может быть просто в том, что животные развили способы защиты сперматозоидов и яйцеклеток от мутаций и устранения вредных мутаций во время полового размножения, а это означает, что взрослые клетки тела в конечном итоге получают гораздо больше мутаций. Например, недавнее исследование показало, что мутации накапливались в клетках крови в восемь раз быстрее по сравнению со сперматозоидами. Таким образом, если клонированные взрослые клетки изначально имеют больше мутаций, то и клоны тоже будут.

Но Вакаяма считает, что сам процесс переноса ядра вызывает некоторые дополнительные мутации. «Неудивительно, что ядро, то есть ДНК, может быть повреждено в результате физического шока», — говорит он. “Я считаю, что если бы мы могли разработать более щадящий метод переноса ядер, мы могли бы снизить уровень мутаций в клонированных эмбрионах. Однако у меня пока нет идей о том, как этого добиться”.

Shoukhrat Mitalipov в Университете здравоохранения и науки Орегона настроены скептически. «Любое наблюдаемое увеличение частоты мутаций в клонах, скорее всего, отражает геномное состояние донорских клеток, а не единообразный эффект самого процесса переноса ядра», — говорит он.

Хотя клонирование человека запрещено во многих странах, такие исследователи, как Миталипов, изучают возможность использования ядерного переноса для создания соответствующих тканей или органов для медицинского лечения, а также для создание сперматозоидов и яйцеклеток для лечения бесплодия. Результаты Вакаямы показывают важность тщательного отбора и скрининга донорских клеток, если это будет сделано, говорит Миталипов. “В идеале, популяции донорских клеток должны быть оценены на наличие вредных вариантов. При необходимости можно использовать подходы к редактированию генов для исправления известных вредных мутаций”.

Но если сам процесс клонирования вызывает мутации, этого будет недостаточно. Чтобы внести ясность: эти результаты не означают, что методы клонирования слишком рискованны для использования – уровень мутаций в каждом поколении все еще относительно низок, и клетки можно проверять после клонирования на наличие опасных мутаций – но они показывают, что потенциальных проблем даже больше, чем мы думали. И без того проблемная технология стала еще более проблемной.