Клонирование. Состояние современного метода

ФЕДЕРАЛЬНОЕ  ГОСУДАРСТВЕННОЕ  БЮДЖЕТНОЕ

ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧЕРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО  ОБРАЗОВАНИЯ 

«САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ  ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ

УНИВЕРСИТЕТ»

 

Кафедра генетики и биотехнологии животных

 

Реферат на тему: Клонирование.

Состояние современного метода

 

 

 

 

                                                                   Выполнил: студент 

группы 052132

Васильев. В.А

 

 

 

 

 

Санкт-Петербург - Пушкин

2013г.                                                                                   

Содержание

1)Введение..............................................................................................3

2)Понятие и сущность клонирования...................................................4

3)История клонирования.......................................................................4

4)Клонирование животных...................................................................8

5)Методы клонирования.....................................................................10

6) Трудности клонирования................................................................11

7)Применение клонов животных........................................................13

8)Выводы..............................................................................................14

9)Список используемой литературы..................................................15

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

   На протяжении многих тысячелетий разведения животных воображение человека, видимо, не раз поражали редко возникающие, исключительные, выдающиеся по хозяйственной ценности, животные - быстроходные лошади, коровы с высокими удоями, овцы с большим настригом шерсти и хорошие куры-несушки. Вероятно, человеку не однажды приходила в голову смелая мысль сделать таких удивительных животных "бессмертными" путем воспроизводства их в следующих поколениях в виде совершенно идентичных копий. В действительности же рекордисты заканчивали свой жизненный путь, оставив после себя потомство, каждый член которого никогда не был полностью идентичен ни одному из своих родителей, точно так же, как и его самого не повторял ни один из потомков следующих поколений. Вследствие этого, учёными начал разрабатываться вопрос о клонировании подобных животных, которые полностью бы повторяли генетическую информацию клонируемого животного и  которые имели бы такую же продуктивность, как и настоящие животные. Но данный вопрос очень сложен и имеет множество спорных точек зрения,  именно поэтому до сих пор идут споры стоит ли внедрять данный метод в жизнь.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                                                                                         

Понятие и сущность клонирования

 

   Одним из ярких примеров достижений ученых, с проблемностью которых человечеству ещё не раз придётся столкнуться является клонирование.

Клонирование - это процесс, в ходе которого живое существо производится от единственной клетки, взятой от другого  живого существа.

Клонирование обычно определяется, как производство клеток или организмов с теми же нуклеарными геномами, что и у другой клетки или организма. Соответственно, путём клонирования можно создать любой живой организм или его часть, идентичный уже существующему, или существовавшему, если сохранилась информация о его нуклеарных геномах.

Ещё несколько десятилетий  назад клонирование являлось скорее предметом обсуждения писателей-фантастов, нежели научных дискуссий или  общественно-политических дебатов. Стремительное  развитие генной инженерии и просто таки расцвет биотехнологий в 1990-е  годы создали все условия к  практической возможности клонирования живых существ. Научно-технический  прогресс, как часто это бывает, воплотил всё в реальность.

 

История клонирования

“Клонирование” - получение потомков, являющихся точной генетической копией организма. Совокупность таких потомков-копий, происходящих от одного организма, называют клоном. Организмы в пределах каждого клона характеризуются одинаковой фенотипической однородностью и идентичным генотипом. 
   Термин “клон” был впервые использован в 1903 году Веббером (Webber, Германия) применительно к растениям, размножаемым вегетативно, и означал, что дочерние растения клона генетически идентичны материнскому.       Возможность клонирования животных доказал Дж. Гердон, английский биолог, который первым сумел получить клонированные эмбрионы шпорцевых лягушек. Он выжигал ультрафиолетом ядра икринок и затем подсаживал в них ядра, выделенные из клеток эпителия головастиков этого вида. Большая часть полученных таким образом икринок погибала, и лишь

совсем маленькая их доля (2,5%) развивалась в головастиков. Взрослых лягушек получить таким образом не удавалось. Тем не менее это был успех,

и результаты опытов Гердона попали во многие учебники и руководства по биологии. В 1976 г. Гердон и его соавтор Р. Ласки публикуют работу, в которой описывают опыты с ядрами, выделенными из клеток почек, кожи и легкого уже взрослых шпорцевых лягушек. Исследователи сначала подращивают эти клетки вне организма (in vitro), а затем вводят их ядра в безъядерные икринки. Четверть таких икринок начинает делиться, но вскоре замирает на одой из стадий развития. Тогда ученые выделяют ядра полученных эмбрионов и снова подсаживают их в лишенные собственных ядер икринки... В результате целой серии подобных пересадок на свет наконец-то появляется несколько головастиков. Хотя эксперименты Гердона и его последователей показали принципиальную возможность получения серийных клонов амфибий, появляющиеся на свет головастики упорно не желали превращаться во взрослых лягушек.. Опыты на амфибиях давали отрицательный результат, но ученые не прекращали исследований в этой области. 
   В конце 70-х годов К. Илмензее, эмбриолог Женевского университета сообщил в американском научном журнале, что получил так называемых гиногенетических мышей, удалив из оплодотворенной яйцеклетки мужские хромосомы и искусственно удвоив женские хромосомы. В 1981 г. мир облетело известие об успешном клонировании мышей: в солидном международном журнале “Cell” К. Ильмензее объявил о клонировании мышей путем замещения ядер оплодотворенных яйцеклеток ядрами из клеток бластулы. Суть эксперимента состояла в следующем: в тонкую стеклянную пипетку засасывалось ядро из клетки мышиного эмбриона на ранней стадии развития (бластоцисты) и помещали его в оплодотворенную мышиную яйцеклетку (зиготу). Собственные, еще не успевшие слиться два ядра зиготы - мужское и женское - удаляли в конце операции с помощью той же пипетки. Всего таким образом было прооперировано 363 зиготы; 16 из них после прохождения первых стадий развития были подсажены в матки мышиных самок, заранее подготовленных к такой операции. В результате появились три вполне нормальных мышонка! В 1982 г. в “PNAS” он описал мышей, развившихся из оплодотворенных яйцеклеток, ядра которых были замещены ядрами клеток партеногенетических эмбрионов (т. е. эмбрионов, развившихся из яйцеклетки без участия мужских гамет).  
   Это был успех! Пусть клетки для подобных опытов брались не от взрослой мыши, а лишь от эмбрионов, но новорожденные мышата - это вам не головастики, не способные превратиться в лягушку.          

                                                                                                                        

  И все было бы прекрасно, но... Другие исследователи пытались воспроизвести результаты Илмензее, но безуспешно. М. Азим Сурани и его коллеги из Института физиологии животных и генетических исследований в Кембридже написали в журнал “Science”, что им не удалось получить гиногенетические и партеногенетические мышиные эмбрионы, которые бы дожили до середины срока беременности. Чуть позже Д. Солтер и Дж. Макграт из Вистаровского института анатомии и биологии на страницах этого же журнала заявили, что эмбрионы, полученные путем трансплантации ядер из бластулы, не будут развиваться до нормального завершения беременности. В институте, где работал Илмензее, провели расследование его деятельности и в результате исследователь ушел с работы. “Мышиная история” приняла скандальный оттенок - стало очевидным, что автор пытался выдать желаемое за действительное. 
   Однако в разных уголках планеты ученые вновь и вновь возвращались к опытам с клонированием млекопитающих, поскольку результаты опытов Илмензее выглядели правдоподобно, так как они теоретически были возможны. 
   Вместе с тем крепло мнение, что клонирование животных из взрослой клетки невозможно, так как хотя во внезародышевой клетке взрослого организма содержится полный набор генов, характерный и для яйцеклетки, но гены, необходимые для осуществления программируемого развиия зародыша, находятся как бы в скрытом, недоступном для манипулирования с ними состоянии. Постепенно накопились данные, что с помощью пересадки ядер эмбриональных клеток все-таки можно клонировать различные виды животных - от лягушек и мышей до крупного рогатого скота. Но ДНК более дифференцированных клеток необратимо изменяется, и пересадка ядра становится невозможным. Видимо, в силу химических изменений и структурных модификаций эти геномы не являются тотипотентными, т. е. способными обеспечить развитие всех типов клеток, что необходимо для формирования животного. Например, клонирование способных расти мышей с надежным ростом возможно только при использовании ядер клеток мышиных эмбрионов на стадии одно-, двух-, или четырех клеток. 
Так, например, в начале 90-х гг. результаты К. Ильмензее частично удалось воспроизвести японским исследователям, использовавшим новые приемы работы (для успешной пересадки ядра и активации прооперированной зиготы применялись слабые электрические импульсы). Японским биологам удалось довести дело до рождения живых мышат. В результатах этих опытов никто не сомневался, и ими частично было реабилитировано имя К. Ильмензее, однако они всего лишь доказывали, что только самые первые клетки мышиного зародыша еще сохраняют свою тотипотентность, которая необратимо утрачивается на более поздних стадиях. 
Примерно так же обстояли дела и с попытками клонировать кроликов, свиней и коров. Американцам С. Стику и Д. Роблу вполне успешно удавалось размножать кроликов, пересаживая ядра восьмиклеточных эмбрионов одной породы в лишенные ядер яйцеклетки другой породы. Крольчихи-реципиенты благополучно вынашивали таких крольчат и рождали на свет абсолютно одинаковых малышей, унаследовавших все гены породы - донора ядер. Примерно также обходились с телятами. В одном из таких экспериментов, результаты которого были опубликованы в 1990 г., исследователи получили 92 живых теленка. 
Однако, несмотря на явные успехи клеточной инженерии, по-прежнему можно было говорить лишь о клонировании не взрослых организмов, а лишь их эмбрионов, находящихся на ранней стадии развития. Дальше дело не шло. 
И вот как гром среди ясного неба грянуло известие о том, что на экспериментальной ферме под Эдинбургом пасется овца Долли финско-дорсетской породы - первое клонированное млекопитающее, полученное из взрослой неполовой клетки!

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Клонирование  животных

 

   Пожалуй, одним из наиболее ярких достижений генетики за последнее время является эксперимент по клонированию овцы, успешно завершенный 23 февраля 1997 года учеными Рослинского университета в Шотландии под руководством Яна Вилмута. Для того, чтобы понять, почему публикация результатов эксперимента вызвала такой сильный общественный резонанс (в печати появились сотни публикаций, посвященных работе шотландских генетиков, а овечка Долли, выращенная в ходе эксперимента в течение нескольких недель не сходила с телевизионных экранов) нужно разобраться в

сути проделанных работ.

Итак, эксперимент проходил следующим образом. На первом этапе  из вымени овцы была взята клетка молочной железы, причем активность ее генов  была временно погашена. После этого  клетка была помещена в ооцит - эмбриональное  окружение, для того чтобы генетическая ее программа перестроилась на развитие эмбриона. Одновременно с этим из готовой  к оплодотворению клетки другой овцы было удалено ядро, после чего клетка несколько часов охлаждалась  до температуры 5-10 градусов. На следующем  этапе яйцеклетка, точнее оставшаяся от нее цитоплазма была внесена в  электрическое поле, где под действием  электрического тока разрушились клеточные  мембраны, и цитоплазма яйцеклетки слилась с ядром, выделенным из клетки молочной железы. Оплодотворенная таким  образом яйцеклетка была помещена в  матку третьей овцы. Которая выносила знаменитую Долли, геном которой идентичен геному «матери», из клетки которой было взято ядро. Ян Вилмут и его сотрудники не сразу добились успеха - шесть ягнят-клонов стали жертвой научных изысканий, так как обладали генетическими дефектами почек.

   Сходные эксперименты по клонированию животных проводились и раньше: еще в 70-е годы профессору Гердону из Оксфордского университета удалось осуществить пересадку ядра и таким образом клонировать лягушек, в 1995 году были клонированы крысы, проводились эксперименты с другими млекопитающими с тем лишь отличием, что вместо клеток молочной железы использовались клетки эмбриона. Колин Стюарт, известный генетик, работающий в Лаборатории исследования раковых заболеваний в Мэриленде, США, считает, что успех Вилмута во многом обусловлен тем, что ему удалось решить проблему отторжения ядра донорской клеткой, создав для ядра подходящую питательную оболочку.

После публикации работы Вилмута, выяснилось, что еще несколько крупных научных центров были близки к успеху шотландских генетиков. Были рассекречены исследования ученых Орегонского центра изучения приматов: по словам американцев, им удалось создать точные генетические копии человекообразных обезьян, правда, с использованием клеток зародыша. Выяснилось, что с 1993 году китайские генетики проводят работы по клонированию быков, российским ученым удалось клонировать каспийского осетра, а австрийцы заявили о том, что также располагают технологией генетического тиражирования. Успех клонирования млекопитающих не оставляет сомнений в том, что преодоление технических трудностей, связанных с клонированием человека, - лишь дело времени.

 

 

Методы клонирования

 

   Последние десятилетия XX века ознаменовались бурным развитием одной из главных ветвей биологической науки -- молекулярной генетики. Уже в начале 70-х годов ученые в лабораторных условиях начали получать и клонировать рекомбинантные молекулы ДНК, культивировать в пробирках клетки и ткани растений и животных. Возникло новое направление генетики генетическая инженерия. На основе ее методологии начали разрабатываться различного рода биотехнологии, создаваться генетически измененные организмы (ГМО). Появилась возможность генной терапии некоторых заболеваний человека, а последнее десятилетие XX века ознаменовалось еще одним важным событием -- достигнут огромный прогресс в клонировании Особенно большой резонанс у мировой общественности получили исследования шотландских ученых из Рослинского Университета, которым удалось из клетки молочной железы беременной овцы получить генетически точную ее копию. Клонированная овца по кличке Долли нормально развивалась и произвела на свет сначала одного, а затем еще трех нормальных ягнят. Вслед за этим появился ряд новых сообщений о воспроизведении генетических близнецов коров, мышей, коз, свиней из соматических клеток этих животных. У приматов, в частности, у обезьян пока не удалось получить клоны с использованием клеток взрослого организма, плода или даже эмбриональных стволовых клеток.Тем не менее работы в этом направлении активно ведутся. В прошлом году появилось сообщение о клональном размножении потомства приматов путем деления зародыша. Американским исследователям удалось получить генетически идентичные эмбрионы обезьяны резус путем разделения бластомеров зародыша на стадии деления. Из эмбриона родилась вполне нормальная обезьянка Тетра.Такой тип клонирования обеспечивает генетически идентичное потомство, и в результате можно получить двойню, тройню и более генетических близнецов. Это позволяет проводить теоретические исследования по эффективности новых методов терапии тех или иных заболеваний, появляется возможность повторять научные эксперименты на абсолютно генетически идентичном материале. Имплантируя зародыши последовательно одной и той же суррогатной самке, можно исследовать влияние ее организма на развитие плода.Разработанные методы клонирования животных пока еще далеко не совершенны. В процессе экспериментов наблюдается высокая смертность плодов и новорожденных. Еще не ясны многие теоретические вопросы клонирования животных из отдельной соматической клетки.

   Существует несколько методов клонирования животных: искусственное разделение эмбрионов и перенос ядра соматической клетки.