В 2005 году Терухико Вакаяма, пионер клонирования из Университета Яманаси в Японии, клонировал одну самку мыши. Результаты были ожидаемыми: родившаяся мышь была генетически идентична самке, с которой они начинали. Но затем Вакаяма решил сделать нечто экстраординарное. Он и его команда начали создавать теоретически бесконечную цепочку переклонирования. Та самка клонированной мыши была клонирована. А затем эта клонированная мышь была клонирована снова.
По состоянию на прошлый год, эта мышь была переклонирована более 1200 раз.
«Копирование изображения на ксероксе приводит к небольшому снижению качества изображения. Копирование этой копии снова делает качество еще хуже», — говорит Вакаяма. «Мы хотели посмотреть, что произойдет, если то же самое случится с клонированной мышью».
Теперь результаты, опубликованные в Nature Communications , помогают ученым понять жесткие ограничения этой технологии, которая становится важным инструментом в охране природы и сельском хозяйстве, и что это значит для спасения видов от грани вымирания. Как оказалось, да, клон клона клона действительно является размытой копией.
Как клонировать клон
За 20 лет Вакаяма и его команда предприняли более 30 000 попыток клонирования, успешно клонировав около 1200 мышей, причем до четырех поколений рождались каждый год. Всего они получили 58 поколений, используя технику клонирования, известную как пересадка ядер соматических клеток, которая извлекает ядро из клетки-донора и вводит его в клетку без ядра, известную как безъядерная яйцеклетка, производя множественные клонированные эмбрионы.
Поначалу показатель успеха — измеряемый количеством родившихся мышей по отношению к количеству клонированных эмбрионов, перенесенных суррогатным матерям — казалось, увеличивался от поколения к поколению, поднявшись с 7 процентов в начале до 15,5 процента в 26-м поколении. Но затем произошло нечто неожиданное, говорит Вакаяма. Начиная с 27-го поколения, показатель успеха начал снижаться, достигнув 0,6 процента в 57-м и 58-м поколениях.
Чтобы выяснить, почему показатель успеха резко упал, исследователи секвенировали геном мышей из разных поколений и обнаружили, что во время каждого переклонирования накапливались вредные генетические мутации — Вакаяма говорит, что предыдущие исследования предполагали, что большинство клонов будут свободны от мутаций. К 27-му поколению процесс достиг переломного момента, вызвав устойчивое снижение.
Результаты показывают, что при клонировании млекопитающего ученые не обязательно создают идеальную копию оригинала. «Мы были очень удивлены, потому что думали, что клон точно такой же, как исходный донор», — говорит Вакаяма. Фактически, у клонированных мышей развивалось в три раза больше мутаций, чем у обычных мышей, отмечает он.
Мутации могут быть вызваны отсутствием полового размножения, которое естественным образом ограничивает накопление вредных мутаций, но они также могут возникать из-за самого процесса клонирования.
«Тот факт, что у переклонированных животных будет больше мутаций, чем у организмов, размножающихся естественным путем, абсолютно ожидаем», — говорит Бен Новак, специалист по биотехнологиям охраны дикой природы в Revive & Restore, которая финансирует исследования по применению биотехнологий для решения природоохранных задач. «Клоны переклонируются из соматической ткани, а мы знаем, что соматическая ткань в течение жизни организма накапливает мутации... Но действительно здорово наконец увидеть статью, в которой проанализированы такие данные, особенно в разрезе такого количества поколений».
С небольшой помощью клонирования
Многие млекопитающие были клонированы с тех пор, как в 1996 году родилась овца Долли, от кошек и собак до лошадей и свиней, и некоторые эксперты считают, что клонирование млекопитающих может стать ключом к решению некоторых жизненных проблем.
Например, клонируя определенный домашний скот, фермеры могут «копировать» самых плодовитых членов своих стад или тех, кто наиболее устойчив к болезням. В поло энтузиасты клонировали лучших лошадей, а домашних питомцев тоже клонируют. Но вокруг этой практики существуют споры; например, некоторые критики утверждают, что клонирование домашних питомцев неэтично, учитывая большое количество животных из приютов, усыпляемых каждый год.
С другой стороны, клонирование могло бы помочь охране природы, повышая генетическое разнообразие, которое может быть низким в небольших, находящихся под угрозой исчезновения популяциях и часто является критической проблемой для выживания вида. Биобанки по всему миру хранят генетический материал как спасательный круг, который можно использовать для восстановления или возрождения видов.
Например, исследователи клонируют черноногих хорьков с использованием генетического материала хорька, умершего около 30 лет назад. Они надеются, что потомки клона, после повторной интродукции в дикую природу, повысят генетическое разнообразие этого исчезающего вида.
И если люди когда-нибудь мигрируют на другие планеты, клонирование может пригодиться, говорит Вакаяма, поскольку можно избежать транспортировки крупных животных через космос и вместо этого клонировать их геном.
«Клонирование уже является самостоятельной индустрией», — говорит Катажина Малин, эндокринолог-разработчик в VetART Lab в Калифорнийском университете в Дэвисе, которая не участвовала в исследовании Вакаямы. «Скорее, этические проблемы нюансированы, и применение должно быть ответственным и продуманным».
Она говорит, что новое исследование должно стимулировать превентивные природоохранные усилия, вместо того чтобы полагаться на клонирование прямо сейчас. «Оптимистично, что серийное клонирование однажды может открыть путь к поддержанию размножения конкретного животного в течение определенных периодов или нескольких сроков жизни», — объясняет она. «Однако это исследование подчеркивает, что, вопреки ожиданиям исследователей, серийное клонирование не работает бесконечно».
Хотя переклонирование не является распространенной практикой, Новак говорит, что исследование помогает продвинуть знания ученых о технологии, все еще находящейся на ранних стадиях развития.
«Я думаю, что изучение таких клонов на самом деле очень важно и значимо для будущего, чтобы лучше понять, как работают геномы и какова толерантность к тому, сколько мутаций можно накопить, прежде чем это станет плохо», — говорит Новак. «Если у нас есть такие исследования... тогда мы можем вести реальные, обоснованные разговоры, а не спекуляции».