Когда в 1996 году на свет появилась клонированная овечка Долли, это стало сенсацией. Клоны прочно обосновались в научно-фантастическом фикшне («Шестой день», «Не отпускай меня» и, конечно, «Звездные войны»), а технология в целом стала эмблемой научного прогресса.
Период хайпа прошел, и сегодня мы чаще слышим о клонировании домашних животных по заказу хозяев. Создание генетической копии кота или собаки стоит немалых денег. При этом оно не дает стопроцентного сходства с оригиналом и воспринимается многими скорее как прихоть.
Клонирование скота обещает куда более интересные и важные результаты. Например, оно может открыть дорогу перспективным методам селекции — когда нужно сохранить уникальные характеристики определенного животного. Или с помощью генной инженерии создать животное с нужными свойствами.
В 2020 году команда Института животноводства им. Л.К. Эрнста произвела на свет первого в России клонированного теленка. Недавно ему исполнился год. Это первая фаза эксперимента, цель которого — выведение породы коров с «отключенным» геном бета-лактоглобулина. Молоко от таких коров можно будет давать аллергикам.
Позывной — Цветочек
«Не туда смотрите. Та, которая справа, — это мама. А дочка рядом». Сотрудник института показывает пальцем на небольшое стадо коров, в котором выделяются две белые с рыжими пятнами, похожими на континенты. Дочка чуть крупнее, хотя ей немногим больше года. Технически ее история началась больше пяти лет назад — с одной замороженной клетки.
«Для клонирования мы берем фибробласты — клетки кожи зародыша, — рассказывает корреспонденту ТАСС Галина Сингина, руководитель лаборатории экспериментальной эмбриологии. — Генетический материал из них вставляется в яйцеклетку, которая служит просто донором. Когда возник наш проект по получению клонированного теленка, свежих фибробластов у нас не было. Но были замороженные. Коллега из Германии привез эти клетки самолетом в 2015 году для экспериментов. Привез буквально на сухом льду. Они столько лет у нас хранились — и вот теперь из них получился Цветочек».
Цветочек — Blumchen — было написано на пробирке с клетками. Это имя решили дать и новорожденной телочке. Позже в каталоге животных-доноров нашлась корова с таким же именем, точно такой же масти. «У нас, получается, растет ее сестра», — смеется Галина Сингина. Генетически коровы почти одинаковые, но могут отличаться и внешне, и по характеру. Это зависит не только от генов, но и от их экспрессии — активности во время роста и деления клеток. Могут произойти и случайные мутации уже в процессе развития.
«Получить клонированные эмбрионы не проблема, — делится Галина Сингина. — Эта технология у нас освоена. Вырастить здоровое животное, довести его до взрослого состояния, чтобы оно могло само давать потомство, — другое дело. Представьте, что приходит молодой хирург в клинику. Он ни разу не оперировал, а ему сразу нужно сердце пересаживать. Так и мы действовали. Эмбрион подсадили — радуемся. Прижился — тоже радуемся. А дальше между 60 и 120 днями начинается эмбриональная смертность. До 4-5 месяцев у нас дошло три животных, а родилась только одна. При том, что всего мы подсаживали 31 эмбрион».
Наследие советской школы
Дорогу к клонированию открыли исследования яйцеклеток, которые проводились в 1950-х годах. Тогда ученые обнаружили, что половая клетка может созревать вне организма сама — если ее поместить в соответствующую среду. Но поначалу это ноу-хау использовали для селекции. Например, если нужно сохранить какую-то особенно плодовитую особь — ее яйцеклетки можно извлечь, заморозить и затем подсаживать другим. Раньше приходилось держать племенного быка на каждой ферме — теперь его заменил холодильник с нужными клетками.
Сам метод клонирования был разработан в 1940-х годах советским эмбриологом Георгием Лопашовым. Он выделил ядро неполовой клетки и ввел его в яйцеклетку, из которой предварительно удалил собственный генетический материал — хромосомы. Этот метод клонирования получил название «перенос ядра». Именно он стал золотым стандартом в мире. Сначала опыты ограничивались только созданием эмбрионов. Но в 1990-х годах произошел прорыв: овечка Долли стала первым млекопитающим, клонированным из клеток взрослой особи.
«У нас к тому времени была своя сильная школа, но в 90-е годы финансирования не хватало, — делится Галина Сингина. — Тогда клонированием занимались у нас и еще в двух центрах по всей России. Многие, кто успел защититься, уехали за рубеж. Представьте, что значит успешный опыт, если мы говорим о получении животного. Нужно содержать стадо. Нужно ждать, пока клонированный теленок созреет. А это может быть несколько процентов успеха, даже при всем наработанном опыте. И для этого нужно закупать среду, технику — этого просто не было».
Оживать отрасль начала, по словам Сингиной, только в 2000-х годах. Тогда началась грантовая поддержка. В 2007–2008 годах в Институте Эрнста уже получали клонированные эмбрионы свиней. А в 2010–2011 годах — эмбрионы коров. Проект по получению породы коров, дающих гипоаллергенное молоко, возник недавно. В 2018 году правительство одобрило программу поддержки развития генетики. Российский фонд фундаментальных исследований объявил конкурс проектов — и на нем победила заявка Института Эрнста в соавторстве с командой из МГУ.
«Во-первых, эта идея однозначно практически ценная — ведь аллергия на белок коровьего молока встречается часто, — рассуждает ученая. — А традиционной селекцией добиться такого эффекта нельзя: она все-таки использует природные мутации, а здесь речь идет о целенаправленном изменении генома». Для редактирования применяют специальный молекулярный инструмент — CRISPR/Сas9. Он точечно вырезает заранее заданный ген из ДНК клетки, не затрагивая другие участки.
Сложнее, но надежнее
Редактирование генома можно провести и с обычным оплодотворением, поясняет Галина Сингина. Для этого сначала в пробирке сперматозоид встречается с яйцеклеткой. Редактирование проводят на стадии зиготы — первой клетки нового организма. Тогда все другие клетки тоже получат измененный набор генов. По сравнению с клонированием у такого метода выше эффективность. Но есть и свои недостатки.
«При клонировании вы сначала растите соматическую клетку, она проходит много циклов деления, — поясняет Галина Сингина. — Чем больше циклов, тем больше вероятность мутаций. Для нас это значит меньше шансов, что эмбрион получится и приживется. Но с оплодотворением спермой всегда есть риск, что результат будет не таким, какой вы рассчитывали. Многое зависит от сперматозоида, от того, какие гены он привнесет. А при клонировании вы будете получать примерно одинаковых животных при каждом цикле. Для селекции это очень удобно».
Цветочек — хоть и клонированная, но обычная корова. Ее молоко по-прежнему может вызвать аллергию. Получение отредактированных особей — следующий этап. «Мы хотели сначала довести до ума нашу технологию и получить обычного теленка, — поясняет Сингина. — Сейчас мы смотрим, как она ведет себя, как взрослеет. Как работают функции ее организма. Мы смотрим на все: развитие органов, способность к зачатию, болезни. Это не быстрый процесс».
Впрочем, получить уже отредактированные эмбрионы команда института планирует в следующем году. «Колонии фибробластов у нас есть, они лежат в холодильнике, — рассказывают специалисты. — Они уже отредактированные, в них подтвержден нокаут нужного гена. До февраля мы планируем получить эмбрионы и начать пересадки. Но результаты по рождению живого потомства — это другая история. Парк реципиентов под эту работу у нас, конечно, будет расширяться».
Этика и деньги
Самое сложное, признаются в институте, — поставить такие опыты на поток. Для выведения «гипоаллергенной» породы нужно содержать целое стадо суррогатных матерей, которые смогут выносить потомство. На это нужны средства. Нужны помещения, чтобы содержать животных, — и куда более оснащенные, чем на обычных фермах. Нужна специальная среда для выращивания клеток, да и сами клетки, которые приходится доставать на бойне. Наконец, необходимы специалисты.
Чтобы на свет появилось жизнеспособное животное, иногда нужно 10−15 попыток, пока эмбрион приживется в реципиенте. Отбор животных довольно жесткий, а беременность нередко идет с осложнениями, которые пока невозможно исключить. Это может быть многоводие, частая эмбриональная смертность, большой вес плода, аномалии развития. После рождения клон находится в лаборатории под пристальным присмотром ветеринарных врачей не менее шести — восьми месяцев.
В России, где это направление стало оживать лишь 15 лет назад, сказывается дефицит — и кадров, и материалов, и заказчиков. «В Европе другая проблема — там у специалистов меньше свободы, — объясняет Галина Сингина. — У них очень строгие этические требования. «Зеленые», зоозащитники, они за этим следят. Любую научную статью возьмите — там обязательно напишут, что животное забито с соблюдением тысячи отдельных норм. И справку от вас еще потребуют в журнал. Поэтому у них такие работы ведутся только в биомедицинских целях. И в основном на свиньях».
Многие европейские специалисты, по словам ученой, ищут работу за пределами ЕС — там, где регулирование мягче, есть финансирование и запрос со стороны государства. На первые позиции выдвигаются Азия и Латинская Америка. Например, выращивание генно-редактированных коров с нокаутом генов активно ведется в Новой Зеландии. А в Китае уже в 2012 году клонированная генетически модифицированная корова принесла потомство — здорового теленка. Матери новорожденного был внедрен ген, увеличивающий слой жира на мышцах.
Неблизкий путь
В каком-то смысле клонирование животных на нынешнем этапе напоминает сюжет «Кладбища домашних животных» Стивена Кинга. В начале романа герой пытается воскресить любимого кота дочери с помощью магии древнего индейского кладбища. Это ему удается — похороненный на кладбище кот вскоре приходит домой. Но оказывается внутренне «не таким», хотя внешне и выглядит точно так же.
Многие клоны имеют изъяны по сравнению с оригиналом. У них сравнительно мало шансов появиться на свет. Например, Долли была единственным клоном, родившимся живым из 277 эмбрионов с пересаженными ядрами. Это очень мало, и до сих пор существенно повысить эффективность процедуры не удается. Другая проблема — хрупкость здоровья. Часто у таких животных возникают дефекты в различных органах, бесплодие.
Одно из объяснений в том, что клоны рождаются уже «пожилыми». Клетки, которые используются для создания клона, успевают пройти несколько циклов деления. Каждый раз кончики их хромосом, называемые теломерами, сжимаются. Со временем теломеры становятся настолько короткими, что клетка больше не может делиться и умирает. Клоны могут иметь более короткие хромосомы, и это обрекает их на сокращенную жизнь. У той же Долли хромосомы были короче, чем у других овец ее возраста. И Долли прожила вдвое меньше, чем обычная овца.
Что влияет на старение клетки и как его избежать — этими вопросами как раз занимается команда Галины Сингиной. Ежедневные эксперименты с клетками менее заметны, они не вызывают того же вау-эффекта, что и рождение живого теленка. Но в конечном счете именно от таких небольших шагов зависит, сможет ли клонирование стать по-настоящему массовой технологией, способной решать практические задачи.
