Клонирование: философские, технологические и медицинские проблемы и возможности. Обзор от Рустама Гильфанова
Знаменитую овечку Долли клонировали 25 лет назад — эксперимент оказался важной вехой в развитии биомедицинской технологии (и это было ясно сразу). За эти годы люди стали клонировать домашних питомцев на коммерческой основе, научились восстанавливать вымирающие виды животных и пришли к выводу об абсолютной (или почти абсолютной?) неэтичности технологии применительно к человеческим эмбрионам.
Рассказываем, как сегодня клонирование способно продлевать жизни людей и какие подводные камни есть у технологии.
Клонирование: естественное, молекулярное, многоклеточное
Понятие «клон» поначалу применялось только для описания растений, полученных от одного растения-производителя вегетативным способом. Со временем термин стали использовать во время выращивания культур бактерий.
Клонирование в естественных условиях встречается не только у растений и бактерий, но и у животных. У них оно случается во время амейотического партеногенеза, когда женские половые клетки развиваются во взрослый организм, минуя этап оплодотворения. Также существует полиэмбриония — когда из одной зиготы получаются два и более зародышей. Как мы знаем, бывают «дубли» и у людей — речь о монозиготных близнецах, похожих как две капли воды.
Второй вид клонирования, который выделяют ученые, называется молекулярным. Оно стало возможным после открытия клеточного строения тканей, структуры клеточного ядра, хромосом, ДНК и генов. Исследователи научились дублировать целые молекулы ДНК: гены, их совокупности и фрагменты и даже ДНК-последовательности. Молекулярное клонирование ученые берут на вооружение, чтобы изучать экспрессию интересующих генов, синтез рекомбинантных белков, создание генно-модифицированных организмов и генную терапию.
Наконец, третий вид клонирования касается уже многоклеточных организмов, и оно стало реальностью благодаря достижениям генной инженерии. Ученые создают специфические условия, вмешиваются в структуру ядра клетки и вынуждают ее трансформировать в нужную ткань или в полноценный организм [1]. При этом различают полное или репродуктивное и частичное клонирование. В ходе первого воспроизводится организм целиком, при частичном — лишь определенные ткани или органы.
Самым успешным из методов клонирования высших животных стал способ «переноса ядра». Он представляет собой изъятие яйцеклетки, из которой было удалено ядро, и замену ДНК из другого организма. После множества делений новая клетка превращается в бластоцисту — раннюю стадию эмбриона, которая состоит из сотни клеток ДНК, почти идентичным прототипу.
Хрестоматийный эксперимент конца 1990-х годов был проведен с овечкой Долли, которая являлась генетической копией умершего животного [2]. Ученые использовали клетки прототипа, которые ранее заморозили и хранили в жидком азоте.
Что касается клонирования человека, на данный момент в мире не существует ни одного человеческого клона. Сама же технология, если описывать ее в двух словах, заключается в создании эмбриона и выращивании из него человека с генотипом исходного индивида-прототипа.
Терапевтическое клонирование
Отдельного внимания заслуживает область терапевтического клонирования, которое применяется в биомедицине. Оно представляет собой получение культуры стволовых клеток для разработки новых видов терапии неизлечимых заболеваний. Терапевтическим этот вид клонирования назвали потому, что в течение первых двух недель эмбриональные клетки умеют трансформироваться в специфические тканевые клетки сердца, печени, поджелудочной железы, почек и других органов. Затем их можно использовать для терапии различных недугов — это могут быть инсулинзависимый диабет, болезнь Паркинсона, болезнь Альцгеймера, болезни сердца, почек, печени, заболевания костей, крови и другие.
К примеру, можно взять неполовую, соматическую клетку и перенести ее ядро в донорскую яйцеклетку, которая делится и образует бластоцисту. Те эмбриональные клетки, что составляют внутренний слой, в будущем способны сформировать зародыш, но если воздействовать на конкретные факторы роста, можно получить искусственную кожу [3] или щитовидную железу [4].
Терапевтическое клонирование уже применяют для лечения людей, но стран, которые пошли в эту прорывную сферу, немного. Чаще всего среди них называют Австралию, США и Великобританию. Ученым из Великобритании разрешено проводить исследования на стволовых клетках в медицинских целях.
Кстати, в отношении животных методы терапевтического клонирования пока совмещают с генетическим редактированием. Так, в Южной Корее уже появились два ГМ-лабрадора, у которых снижен риск развития дисплазии тазобедренных суставов. Генетики в своей работе сочетали клонирование и примированное редактирование генома, чтобы лишить собак мутаций, которые копились во время селекции [5]. А до этого корейские ученые совместили генетическое редактирование и клонирование, чтобы получить собак-биглей и моделировать на них развитие болезни Паркинсона [6].
Репродуктивное клонирование
Репродуктивное клонирование — это лабораторное воспроизведение генетически точной копии какого-либо существа. Пример первого такого клонирования крупного животного — все та же овечка Долли.
Такое клонирование способно принести реальную практическую пользу, например, в сельском хозяйстве, чтобы получить животных и растения с нужными аграриям параметрами. Например, картошку, устойчивую к колорадскому жуку, пшеницу, которая колосится несколько раз в год или корову, дающую рекордное количество молоко. А еще опыты с клонированием могут помочь в лечении разных болезней животных и растений — к примеру, на «дублях» можно испытывать новые вакцины и лекарственные препараты.
Также биотехнологию можно использовать для восстановления популяции вымерших или вымирающих видов животных. Так, в 2020 году в зоопарке Сан-Диего сообщили, что свет увидела первая клонированная лошадь Пржевальского — жеребенок Курт вырос из клеток, замороженных 40 лет назад.
Популярностью технология начала пользоваться и в связи с домашними питомцами, срок жизни которых всегда меньше, чем того хотели бы их владельцы. В США уже работают несколько лабораторий, которые предлагают за солидную сумму воссоздать любимую кошку, собаку или морскую свинку после их кончины. Первым таким коммерческим клоном стала Малютка Никки, «наследница» 19-летней кошки. Компания Genetic Savings & Clone подарила усатой вторую жизнь за $50 000.
Технологические нюансы
Добрались ученые и до макак: двух здоровых обезьян удалось вывести китайским ученым после пересадки ядра соматической клетки [7]. Ранее такие попытки были не очень успешными, потому что зародыш не развивался. Исследователи то и дело сталкивались с тем, что некоторые гены были уже «запрограммированы» на конкретную биологическую задачу. Но ученые из КНР «обнулили» эти установки, подвергнув клетки химическому воздействию. Оно помогло модифицировать белки, отвечающие за укладку ДНК, и в итоге ненужные гены были дезактивированы.
Долго ученые не могли решить еще одну проблему — как превратить одну «взрослую» клетку в несколько типов клеток, например, зародышевые и внезародышевые, чтобы затем слепить их в единое целое.
Первым с этой задачей в 2019 году справился испанский биолог Хуан Карлос Исписуа Бельмонте [7], который создал химерных эмбрионов человека и обезьяны. Исследователь взял клетку взрослой мыши, перепрограммировал ее, размножил и получил культуру зародышевых стволовых клеток. Затем он перепрограммировал их снова, чтобы вернуть к состоянию, когда из них может вырасти или зародыш, или внезародышевая ткань. Затем Бельмонте воздействовал на клетки сигнальными веществами, которые диктовали клеткам, что делать. В итоге получилось что-то напоминающей бластоцисту — бластоид, который даже удалось встроить в мышиную матку. Иными словами, ученый из Испании представил третий способ клонирования животных.
По его пути, но уже с с человеческими клетками, пошли исследователи из Австралии и Техаса и ученые из Калифорнийского технологического университета. Последние выложили препринт со своими изысканиями на портале biorXiv [8]. У всех групп исследователей получились конструкции, напоминающие по морфологии и экспрессии генов человеческие бластоцисты.
Так как проверять, насколько они жизнеспособны, через имплантацию в матку живой женщины, запрещено ученые сделали это in vitro. Наблюдали за клетками они всего 14 дней, но все равно заметили, что искусственные зародыши проходят те же стадии развития, что и живые.
Философские проблемы клонирования человека
Как бы то ни было, с клонированием клеток человека все сложно: противники биотехнологии напоминают, что она так или иначе убирает зародившуюся жизнь. Кроме того, при переносе ядра в донорскую яйцеклетку на свет появляется новый организм, правовой статус которого не определен ни в одной законодательной системе мира.
Что касается терапевтического клонирования, как мы упоминали, ученые сегодня имеют право растить человеческий эмбрион лишь 14 дней. Спустя две недели у него появляется первичная полоска, которую считают предтечей центральной нервной системы.
Важный нюанс: биологи в принципе не считают эмбрион отдельным организмом, так как он зависит от внешних условий и не способен выжить вне окружающей среды. Религия же стоит на том, что с момента зачатия эмбрион уже наделен душой и разумом, а значит, преступно убивать его или как-то экспериментировать над ним. Страх институту церкви внушает и идея рукотворного человека как таковая.
Непримиримую позицию занимают почти все мировые религии. В частности, ислам, католическая и православная церкви. С резкой критикой клонирования выступал Папа Римский Иоанн Павел II в августе 2000 года на Международном конгрессе специалистов по трансплантации в Риме. Более лояльно к технологии относятся в иудаизме и буддизме.
А в 1998 году 24 государства из 43 стран-членов Совета Европы подписали дополнительный протокол к Конвенции о защите прав человека и человеческого достоинства, запрещающий клонирование людей. На сегодня это единственный международный акт, который регулирует этот вопрос. В то же время законодательные запреты на клонирование человека действуют в более чем 70 странах мира [10].
Таким образом, создавать двойников человека сегодня нельзя нигде. Что касается клонирования для получения необходимых органов, это также запрещено в большинстве стран. Как бы то ни было, до появления первого клона человека мировой общественности придется разрешить немало морально-этических и правовых дилемм, не забывая, что на другой чаше весов — лечение сложнейших заболеваний и продление человеческой жизни.
Рустам Гильфанов - венчурный партнер фонда LongeVC, частный инвестор и филантроп.
Источники:
1. Plopper G., Sharp D., Sikorski E. Lewin's cells. Burlington: Jones & Bartlett Learning, 2015. — 1056 p.;
2. Wilmut, A. E. Schnieke, J. McWhir, A. J. Kind, K. H. S. Campbell. (1997). Viable offspring derived from fetal and adult mammalian cells. Nature. 385, 810-813;
3. Ming Chen, Melissa Przyborowski, and Francois Berthiaume. (2011) Stem Cells for Skin Tissue Engineering and Wound Healing. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3223487/
4. Francesco Antonica, Dominika Figini Kasprzyk, Robert Opitz, Michelina Iacovino. Generation of functional thyroid from embryonic stem cells (2012). Generation of functional thyroid from embryonic stem cells | Nature
5. Kim, D.E., Lee, J.H., Ji, K.B. et al. Prime editor-mediated correction of a pathogenic mutation in purebred dogs. Sci Rep 12, 12905 (2022). https://doi.org/10.1038/s41598-022-17200-4
6. Kim, DE., Lee, JH., Ji, KB. et al. Generation of genome-edited dogs by somatic cell nuclear transfer. BMC Biotechnol 22, 19 (2022). https://doi.org/10.1186/s12896-022-00749-3.
7. Zhen Liu, Yijun Cai, Yan Wang, Zhanyang Wang (2018) Cloning of Macaque Monkeys by Somatic Cell Nuclear Transfer. https://doi.org/10.1016/j.cell.2018.01.020
8. Ronghui Li, Cuiqing Zhong, Yang Yu, Concepcion Rodriguez Esteban, Jun Wu. (2019) Generation of Blastocyst-like Structures from Mouse Embryonic and Adult Cell Cultures.
https://doi.org/10.1016/j.cell.2019.09.029
9. Berna Sozen, Victoria Jorgensen, Meng Zhu,, Tongtong Cui and Magdalena Zernicka-Goetz (2021). Reconstructing human early embryogenesis in vitro with
pluripotent stem cells. https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2021.03.12.435175v1.full.pdf
10. Shaun D Pattinson, Timothy Caulfield. (2004). Variations and voids: the regulation of human cloning around the world. BMC Med Ethics. 5.
