КЛОНИРОВАНИЕ
Говорячи про клонування, що відбувається в природі або в лабораторії, необхідно уявляти собі, що вся генетична, тобто спадкова, інформація, необхідна для росту, розвитку, обміну речовин і розмноження організмів, передається від батьків потомству в формі дезоксирибонуклеїнової кислоти (ДНК).
Див. Також Спадковий; НУКЛЕЇНОВІ КИСЛОТИ.
ДНК упакована в хромосомах, яких в клітці буває від однієї у деяких одноклітинних до декількох десятків у вищих рослин і тварин. Генетичного матеріалу, що знаходиться всього в одній хромосомі крихітного одноклітинного істоти на зразок амеби, досить для здійснення всіх його життєвих функцій. Однак складно влаштованому тварині для цього необхідно приблизно 100 000 різних генів.
Прокаріоти.
Прокаріоти - це найпростіші за будовою одноклітинні організми типу бактерій, в клітинах яких немає оформленого ядра і багатьох органел, властивих клітинам еукаріотів, тобто еволюційно більш просунутих організмів. Зазвичай прокаріоти розмножуються безстатевим шляхом, а саме простим поділом клітини надвоє. В результаті вони утворюють клони.
Див. Також КЛЕТКА; РОЗМНОЖЕННЯ.
Еукаріоти і багатоклітинні тварини.
Еукаріоти характеризуються тим, що їх клітини мають численні органеллами і ядром, в якому укладені хромосоми, тобто ДНК. Деякі з цих організмів - одноклітинні, але в більшості випадків це багатоклітинні форми, що складаються з багатьох різних за структурою і функціями еукаріотних клітин. Деякі найпростіші, наприклад амеби і парамеции, здатні швидко розмножуватися шляхом поділу надвоє.
У багатоклітинних тварин відбулася спеціалізація клітин і сформувалися статеві клітини (гамети), призначені для статевого розмноження. У нізкоорганізованних багатоклітинних зустрічається як статеве, так і безстатеве розмноження. З ускладненням і збільшенням рухливості тварин статеве розмноження стало переважати. Воно забезпечує поєднання в потомстві ознак обох батьків, тобто виключає утворення клонів.
Партеногенез.
Клонування в природі спостерігається в разі т.зв. партеногенезу, коли потомство розвивається з незаплідненої жіночої гамети (яйцеклітини). Цей процес набув значного поширення серед комах. Оскільки батьківська особина всього одна, вона генетично ідентична нащадкам і становить з ними клон. У ссавців партеногенез можна штучно стимулювати, але ембріон гине на ранніх стадіях свого розвитку.
Див. Також ЯЙЦЕ; РОЗМНОЖЕННЯ.
Розмноження рослин і отримання розсади.
У рослин відомі різні форми безстатевого розмноження, зазвичай званого вегетативним. Самостійний організм може розвинутися у них з частин листя, стебел і коренів. Якщо ці частини отримані від однієї рослини, то утворюється клон. Для вегетативного розмноження у багатьох видів використовуються спеціальні структури, до яких відносяться, наприклад, підземні кореневища у золотої різки, надземні столони ( «вуса») у суниці, цибулини у часнику, бульби у картоплі і бульбоцибулини у гладіолусів. Таким способом розмножують не тільки трав'янисті, але і багато деревно-чагарникових видів. До відносно новим методам комерційного клонування деяких рослин відноситься вирощування їх з культури тканини.
Серед сільськогосподарських культур вегетативно розмножують, наприклад, банани, ананаси, виноград і суницю. Особливий спосіб клонування, званий щепленням, застосовують в разі плодових дерев, зокрема пекана, яблуні і персика. Живці, вирізані з гілок цінного в господарських цілях примірника (щепи), прирощується до вкоріненим рослинам (підщепи) того ж виду, а іноді і іншого - близького таксономически. Прищепа нормально росте і приносить плоди, які не поступаються за якістю тим, що розвиваються на материнському дереві.
Лабораторне клонування антитіл.
Всі хребетні для захисту від інфекцій виробляють особливі білки - антитіла. Розроблено методи їхнього клонування, що дозволяють отримувати великі кількості ідентичних молекул. Вироблені таким чином антитіла називаються моноклональними. Ці високоспецифічні речовини використовуються для визначення концентрації ряду білків в рідинах тіла, наприклад білкових гормонів, або для виявлення ракових клітин (і можливого впливу на них), що дуже важливо в наукових дослідженнях, а крім того, є відносно недорогим методом діагностики деяких захворювань.
Клонування генів.
Стає відомо все більше специфічних генів, пов'язаних з розвитком певних хвороб. Ці гени навчилися виділяти з організму і приєднувати до них відповідні промотори, тобто ділянки ДНК, що керують їх роботою. Отримувані генні комплекси можна клонувати декількома способами. Один з них - полімеразна ланцюгова реакція (ПЛР), тобто розмноження потрібної ділянки ДНК за допомогою ферменту полімерази, що дозволяє подвоювати кількість генних копій кожні кілька хвилин (див. також полімеразної ланцюгової реакції). Клоновані таким чином гени можна потім ввести в організм тварини (отримавши т.зв. трансгенну особина), яке в результаті придбає здатність синтезувати потрібну речовину, наприклад цінний лікарський препарат. Трансгенні тварини служать також моделями для вивчення ряду важких хвороб людини, зокрема муковісцидозу.
Клонування ссавців.
Вище вже наводилися приклади різних типів клонування в природі. Якщо будь-якого звіра порізати шкіру, клони нових клітин швидко приходять на зміну пошкодженим. Однак клонування цілих високоорганізованих організмів - процес набагато складніший, ніж загоєння рани.
Навіщо взагалі клонувати тварин? По-перше, можна було б відтворювати цінні з тієї чи іншої точки зору особи, наприклад чемпіонів порід великої рогатої худоби, овець, свиней, скакових коней, собак і т.п. По-друге, перетворення звичайних тварин в трансгенних складно і дорого: клонування дозволило б отримувати їх копії. Проектується виробляти трансгенних ссавців, здатних синтезувати фактори згортання людської крові та інші життєво важливі для нас продукти і виділяти їх в складі свого молока. Широкомасштабний розвиток такої біотехнології заощадило б величезні кількості донорської крові, запаси якої обмежені і могли б використовуватися більш ефективно.
Перші досліди.
Перший досвід клонування земноводних датується 1952. Згодом вдалося клонувати також мишей, кроликів, овець, свиней, корів і мавп. Всі успішні експерименти такого роду починалися з клітин ембріона, що ізолюються на ранніх стадіях розвитку до початку їх диференціювання в т.зв. зародкові листки, що дають початок спеціалізованим тканинам і органам. Ці клітини (бластомери) поділяють, поки їх число в зародку не перевищило 32 або 64, і за допомогою особливих мікрохірургічних методів поміщають по одній в ооцити (незапліднені яйцеклітини), з яких попередньо видаляють ядро. У всіх бластомерів одного ембріона однаковий набір генів, а ооцити служать для них як би інкубатором. Після відповідної електричної та / або хімічної стимуляції і культивування з цих клітин можна отримати ідентичні зародки і перенести їх (імплантувати) в матку готових до зачаття самок того ж виду. В кінцевому підсумку такі «прийомні матері» народять майже ідентичних дитинчат, однак вся процедура в цілому залишається з практичної точки зору вкрай неефективною. Замість виношування всіх ембріонів з першого клону практикують також їх поділ на бластомери і повторний цикл клонування, отримуючи в результаті набагато більшу кількість придатних для імплантації зародків.