Реферати » Реферати з біології » Клонування тварин: теорія і практика

Клонування тварин: теорія і практика

Клонування тварин: теорія і практика

В.А. Струнников

Протягом багатьох тисячоліть розведення тварин уяву людини, мабуть, не раз вражали рідко виникаючі, виняткові, видатні за господарської цінності, тварини - швидкохідні коні, корови з високими удоями, вівці з великим настригом вовни та хороші кури-несучки. Ймовірно, людині не одного разу приходила в голову смілива думка зробити таких дивних тварин "безсмертними" шляхом відтворення їх у наступних поколіннях у вигляді абсолютно ідентичних копій. Насправді ж рекордисти закінчували свій життєвий шлях, залишивши після себе потомство, кожен член якого ніколи не був повністю ідентичний жодному зі своїх батьків, точно так само, як і його самого не повторював жоден з нащадків наступних поколінь.

Відтворення організмів, повністю повторюють унікальну за продуктивністю особина, можливо тільки в тому випадку, якщо генетична інформація матері буде без будь-яких змін передана дочкам. Але при природному статевому розмноженні цьому перешкоджає мейоз. У ході його незріла яйцеклітина, має подвійний, або диплоїдний, набір хромосом - носіїв спадкової інформації - ділиться двічі, і в результаті виникають чотири гаплоїдні (тобто з одинарним набором хромосом) клітини. Три з них дегенерують, а четверта - з великим запасом поживних речовин - стає власне яйцеклітиною. У багатьох тварин вона в силу гаплоидности не може розвиватися в новий організм. Для цього необхідно запліднення - злиття її з гаплоїдний сперматозоїдом. Цілком зрозуміло, що організм, який розвинувся з заплідненої клітини, набуває ознак, які визначаються взаємодією материнської та батьківської спадковості. Отже, при статевому розмноженні мати не може бути повторена в потомство.

Як же, всупереч цій суворої закономірності, змусити клітину розвиватися тільки з материнським диплоїдні набором хромосом? Теоретично рішення цієї важкої біологічної проблеми здійсненно двома способами: хірургічним і "терапевтичним", якщо використовувати медичну термінологію.

Клонування шовкопряда: від перших кроків до практичного використання

Хронологічно другий метод винайдений набагато раніше і, треба віддати належне, - російськими вченими. Сто років тому зоолог Московського університету А.А.Тіхоміров вперше відкрив, що яєчка шовковичного шовкопряда в результаті різних хімічних і фізичних впливів починають розвиватися без запліднення. Однак цей розвиток, назване партеногенезом, рано зупинялося: партеногенетические ембріони гинули ще до вилуплення личинок з яєць. Але це вже була прелюдія до клонування тварин.

Б.Л.Астауров в 30-і роки в результаті тривалих досліджень, що одержали світову популярність і стали класичними, підібрав термічне вплив, яке одночасно активувало неоплодотворенное яйце до розвитку і блокувало стадію мейозу, т.е . перетворення диплоїдного ядра яйцеклітини в гаплоидное. Розвиток з ядром, що залишилися диплоїдні, закінчувалося вилуплення личинок, точно повторюють генотип матері, включаючи і підлогу. Так, в результаті амейотіческого партеногенезу були отримані перші генетичні копії, ідентичні матері.

Кількість вилупилися партеногенетических гусениць знаходилося в прямій залежності від життєздатності матері. Тому у "чистих" порід вилуплення гусениць не перевищувало кількох відсотків, в той час як у значно більш життєздатних міжрасових гібридів воно досягало 40 - 50%. Незважаючи на величезний успіх, автор цього методу пережив гірке розчарування: партеногенетичний потомство характеризувалося зниженою життєздатністю на ембріональних і постембріональний стадіях розвитку (гусениці, лялечки, метелики). Гусениці розвивалися нерівномірно, серед них було багато потворних, а завиті ними кокони сильно розрізнялися за масою. Пізніше Борис Львович поліпшив метод, застосувавши гібридизацію між селекційними лініями. Так він зміг підвищити життєздатність у нових клонів до норми, але довести до цього рівня інші кількісні ознаки йому не вдалося: наприклад маса партеногенетических коконів не перевищувала 82% від маси нормальних коконів такого самого генотипу.

Пізніше ми встановили причини партеногенетического гноблення (депресії) і складними методами, які дозволяють накопичувати "гени партеногенезу", вивели нові високо життєздатні клони самок, а пізніше і партеногенетических самців. (Зауважимо, що депресія у шовковичного шовкопряда незрівнянно менше, ніж у ссавців тварин. У них яйцеклітина з диплоїдним ядром, освіченим в результаті злиття двох жіночих гаплоїдних ядер або двох чоловічих, взагалі не розвивається в організм.) Схрещуючи таких самців зі своїми клонованими "матерями "або схильними до партеногенезу самками інших клонів, ми отримали потомство з ще більшою схильністю до партеногенезу. Від кращих в цьому відношенні самок закладали нові клони.

В результаті багаторічного відбору нам вдалося накопичити в генотипі селектіруемих клонів небачено велике число генів, що обумовлюють високі схильність до партеногенезу і життєздатність. Вилуплення гусениць досягло 90%, а їх життєздатність, як не дивно, підвищилася до 95 - 100%, випередивши в цьому відношенні звичайні породи і навіть гібриди. Надалі ми "схрестили" за допомогою партеногенетических самців два генетично різко відрізняються клону різних рас і від кращих гібридних самок вивели сверхжізнеспособние клони.

Як не велике наукове значення цих результатів, для практики отримані клони все ж не придатні. Справа в тому, що самки шовкопряда з'їдають на 20% більше аркуша шовковиці, а їх кокони містять шовку на 20% менше. Економічно вигідно було б промислове розведення тільки самців. А чи не можна клонувати особин чоловічої статі? Це важливо не тільки в шелководстве, а й у ряді інших галузей тваринництва. Проблема важка, проте все ж в перспективі здійсненне.

Як відомо, тваринний світ поділений на дві групи: в однієї групи жіноча стать визначається наявністю в генотипі двох однакових статевих хромосом (ХХ), а чоловічий - різних (ХY). У іншої групи, навпаки, самки мають хромосомну формулу ХY, а самці - ХХ. До першої групи належать людина, сільськогосподарські тварини і ряд інших менш високоорганізованих тварин, наприклад знаменита мушка дрозофіла. До другої групи належать деякі види метеликів, в тому числі і тутового шовкопряда. Цілком очевидно, що з незапліднених яєць сільськогосподарських тварин ніяк не можна "викроїти" самця, оскільки в жіночому ядрі немає Y-хромосоми. Отже, клонування самця може бути здійснено лише шляхом пересадки його диплоидного ядра, узятого з придатної для цієї мети тканини тіла, в без'ядерну яйцеклітину. Ймовірно, з часом це буде зроблено.

Але ми навчилися клонувати самців шовковичного шовкопряда. Це стало можливо після того, як нам вдалося отримати унікальних самців, у яких все парні гени були ідентичними, або гомозиготними. Спочатку таких самців клонували особливим чоловічим партеногенезом (андрогенезом). Для цього впливом гамма-променів і високої температури позбавляли ядро ??яйця здатність до запліднення. Ядро що проник в таке яйце сперматозоїда, не зустрівши дієздатного жіночого ядра, само, подвоївшись, починало працювати до розвитку чоловічого зародка, який, природно, повторював генотип батька. Таким способом ми ведемо чоловічі клони в десятках поколінь. Пізніше один з таких клонів був перетворений в двостатеві лінію, також складається з генетично ідентичних (за винятком, звичайно, статевих хромосом) тепер вже самок і самців. Оскільки що поклав початок цій лінії повністю гомозиготний самець виник в результаті розмноження, прирівняного до самооплодотворению, то сам він і лінія двійників обох статей мають знижену життєздатність. Схрещуючи між собою дві такі лінії, ми стали без праці отримувати гібридних і, отже, високо життєздатних двійників в необмежених кількостях. Це абсолютно незрівнянно з трудомісткими методами такого ж призначення в інших тварин - число їхніх двійників поки обчислюється одиницями. Отримані нами двійники незамінні для найтонших досліджень, результати яких не вуалюються генетичною різноманітністю піддослідних шовкопрядів, як це відбувається зі звичайним гетерогенним матеріалом. Ці дослідження тепер виконуються з достатньою достовірністю на набагато меншому числі шовкопрядів, ніж зазвичай.

Підіб'ємо підсумки клонування шовкопряда: отримані клони самок і самців для практичного шовківництва не придатні. Але це не крах райдужних надій. Такий результат можна було передбачити. Ми заздалегідь припустили, що доцільно використовувати клони НЕ безпосередньо в шелководческой практиці, а на плем'я - для отримання видатного за продуктивністю потомства при звичайному статевому розмноженні. Орієнтовна схема використання клонів в промисловому шелководстве виглядає наступним чином. З великої кількості коконів вибирають ті, з яких розвиваються видатні за продуктивністю самки, і від кожної отримують партеногенетичний потомство. Для подальшої роботи використовують партеногенетические клони, які повторюють високу продуктивність матерів і виявляють високу схильність до партеногенезу. За цим слідує схрещування з певними клонованими самцями і з отриманого гібридного покоління вибирають для виробництва тільки ті клони, які дали прекрасне в усіх відношеннях потомство. Його високі якості обумовлені не тільки попередньої селекцією, а ще й тим, що в процесі відбору особин на високу схильність до партеногенезу в їх генотипі утворюється комплекс генів життєздатності, компенсуючий шкідливий вплив штучного розмноження. При перекладі клонів на статеве розмноження цей комплекс, опинившись незбалансованим, сильно підвищує гетерозис.

Отже, для промислового схрещування з партеногенетическому самками ми взяли самців нашої унікальної лінії і отримали в потомство тільки один, набагато більш продуктивний чоловіча стать. Ця наша схема нового типу розведення шовкопряда увінчалася трьома вперше отриманими досягненнями експериментальної біології:

використанням генетичних копій,

масовим отриманням бажаної статі,

різким підвищенням гетерозису.

Тут слід додати, що залученням жіночих партеноклонов в промислове шовківництво повністю знімаються колосальні труднощі виведення врожайних гібридів 100%-й чистоти, так як зовсім виключається трудомістка і неточне поділ за коконом племінних самок і самців для межпородного схрещування . Ми маємо багато сотень тисяч генетичних копій матері, батька, сестер і братів, і перші з них уже доведені до

Сторінки: 1 2 3

енциклопедія  з сиру  аджапсандалі  ананаси  узвар