«Это инструмент, который не везде можно использовать»: учёный-биолог — о клонировании животных в России и в мире

20 лет назад, 14 февраля 2003 года, в Шотландии умерла овечка Долли — первый и самый известный клон млекопитающего животного. А почти три года назад, в мае 2020 года, в России появилась своя «коллега» Долли — корова Цветочек, которая недавно обзавелась здоровым потомством. Исследования проводит лаборатория экспериментальной эмбриологии ФИЦ животноводства им. Л.К. Эрнста. Заведующая лабораторией, кандидат биологических наук Галина Сингина рассказала RT об истории клонирования в мире, генетическом редактировании, а также о том, почему учёные пока что не могут возродить мамонтов или динозавров.

— Как у учёных появилась идея клонирования?

— Первое исследование, которое легло в основу работ по клонированию — получению идентичных особей — опыт немецкого эмбриолога Ханса Шпемана, в котором он продемонстрировал, что на 16-клеточной стадии яйца саламандры обладают плюрипотентными свойствами, то есть могут превращаться в разные типы ткани.

Клонирование в целом — это копирование генетического материала некой особи. Это можно сделать, взяв в качестве источника ядро эмбриона или соматическую клетку. В первом случае, когда эмбрион развивается ещё на ранних стадиях, до 16 клеток, можно его разделить на 16 одинаковых источников ядер. Первый опыт по эмбриональному клонированию млекопитающих прошёл в 1981 году на мышах. А в 1986 году такой же эксперимент был проведён с овцой.

А вот знаменитая овечка Долли появилась в 1996 году уже в результате клонирования, для которого была использована не эмбриональная, а соматическая клетка. Именно с этого начался новый этап в науке.

— Почему так важно, что клонирование было осуществлено с помощью соматической клетки?

— Эмбриональное клонирование ограничено количеством ядер в эмбрионе: его деление возможно только до определённой стадии. А значит, вы ограничиваете себя количеством клонов, которые вы можете получить. Кроме того, вы не знаете, кого в конечном итоге клонируете.

При соматическом клонировании, если речь идёт о взрослом животном, вы используете ткань изначально известного генома. И количество клонов фактически не ограничено. Потенциально вы можете получить довольно большое количество клеток от животного, заморозить их и длительно хранить. При эмбриональном клонировании ядра заморозить нельзя.

Ядерное клонирование было ступенью к соматическому клонированию. Считалось, что только клетки эмбриона в состоянии дать дальнейшее развитие потомству. Пока не родилась овечка Долли, никому и в голову не приходило, что соматическая клетка, попав в яйцеклетку, может репрограммироваться.  

— Как давно в России начались опыты по клонированию?

— В нашем институте — с 2006 года. Это было в рамках экспериментов по получению эмбрионов. 

— Ваша лаборатория занимается изучением клонирования для животноводства. Зачем нужно идти таким сложным путём, если у природы всё отработано?

— Если мы говорим про животноводство, то одно из таких направлений — клонирование уникальных особей. Например, если взять быка, то его оценивают по дочерям, и обычно проходит пять-шесть лет с момента, когда начинают накапливаться данные о его производительности и том, увеличилось ли количество молока у его потомков. Это позволяет понять, улучшатель он или нет.

Обычную селекцию никто не отменял, но если в итоге мы выясняем, что получили уникального высокопродуктивного быка, клонирование такого животного однозначно целесообразно: вывести его будет значительно дольше, чем клонировать.

Такая практика давно применяется за рубежом, есть коммерческие организации, которые этим занимаются. У нас пока только проходят первые опыты, говорить о масштабировании пока рано. Наш коллектив на данный момент делает основной упор в направлении геномного редактирования. 

— Техника клонирования, о которой мы говорили, является основой для геномного редактирования. Могли бы вы рассказать о сути этого метода?

— Чаще всего мы используем для клонирования соматические клетки (фетальные фибробласты), которые изначально подвергаются модификации в направлении нокаута какого-то гена с использованием системы CRISPR/Cas. Например, сейчас мы проводим исследование, в рамках которого редактируется ген бета-лактоглобулина у коров. Его нокаут приводит к выработке молока с низкими аллергенными свойствами. Те же самые опыты проводятся в отношении гена миостатина, нокаут которого приводит к увеличению мышечной массы животного. 

— Можно ли сказать, что клонирование и геномное редактирование в корне изменят подход к селекции животных, ускорят этот процесс?

— Конечно. Мы можем годами выводить, что-то скрещивать, чтобы какой-то ген исчез, но, как правило, это не удаётся. Если мы хотим, например, добиться повышения массы обычной селекцией, то, значит, надо отбирать особи с соответствующими характеристиками, это может растянуться на десятки лет. Тогда как редактирование в сочетании с методом клонирования позволяет добиться результата в рамках одной особи.

— Как происходит выбор гена, который подвергается редактированию? 

— Прежде всего, необходимо понять, какой ген за что отвечает. При этом выбор не то чтобы большой: целевых генов, с которыми можно работать, убрать или заместить, на данный момент учёным известно не очень много. Практически, эти гены можно на пальцах посчитать. Пока что ограничены и инструменты для геномного редактирования. Так что почти всё научное мировое сообщество сейчас ведёт поиск целевых генов, которые могли бы обеспечить желаемое преимущество животного.

— Какие сейчас наиболее актуальные запросы у животноводов?

— Основная работа идёт по трём направлениям: повышение продуктивности, улучшение технологических параметров продукции и устойчивость к заболеваниям.

Главное в животноводстве — хозяйственно-полезный признак. Так, молоко с низкими аллергенными свойствами позволит занять определённый сектор в сбыте, например, в данном случае это детское питание. Для роста массы в своё время использовали различные гормоны роста, но геномное редактирование в этих целях более безопасно. 

— В вашем институте проведён успешный опыт по клонированию коровы. Когда она появилась на свет, как это было осуществлено и в чём научная ценность этого опыта?

— Этот эксперимент, получение живого потомства, стал заключительным этапом, подтверждающим то, что у нас есть технологии клонирования. 

Корова Цветочек стала первым клонированным животным в России. К соматическому клонированию наша лаборатория пришла эволюционно. И мы единственные на постсоветском пространстве, кто проводит такие опыты. 

— Какие проблемы приходится решать?

— При выполнении такого рода задач проблемы, конечно, возникают, но сейчас, когда работа завершена, о них уже не вспоминаешь и ставить перед собой новые. Именно поэтому, несмотря на локдаун, мы очень быстро получили клон другого вида животного — гибрид овцы и архара. Дальше дело пойдёт только лучше. Эти исследования станут первой ступенью к геномному редактированию овцы. 

— Какие термины вы используете для родителей клонированных животных? 

— Наша корова Цветочек — клон. У каждого клона есть донор генетического материала, то есть источник соматической клетки. И есть промежуточное животное, которое должно вынашивать клонированный эмбрион. В медицине его назвали бы суррогатной матерью, у нас используется термин «животное-реципиент».

— В лаборатории мы наблюдали один из этапов клонирования, когда содержимое ядра заменяли на материал клона. Могли бы вы подробнее рассказать об этом?  

— Клонирование — это многоступенчатая процедура. Смысл клонирования заключается в репрограммировании: соматическая клетка животного помещается в яйцеклетку, где она должна фактически «забыть» о том, что она уже была взрослой клеткой. Также в ней должны пробудиться «спящие» гены, которые есть в любой соматической клетке. Они как раз запускают эмбриональное развитие энуклеированной яйцеклетки, то есть «освобождённой» от собственного (присутствовавшего в ней изначально) генетического материала.

— 30 декабря 2022 года у Цветочка родился телёнок. Потомство от клона — насколько это важно для учёных?

— История клонирования крупного рогатого скота имеет довольно большую историю. Корову клонировали в 1998 году, то есть 25 лет назад, тем не менее, как показывает практика, не всегда клонированное животное способно к репродукции.

Рождение Цветочка стало радостным событием. Но этого было недостаточно. Нужно было понять, насколько наше животное полноценно с точки зрения репродукции. От клонированного быка должно получаться потомство, от клонированной коровы — тоже, потому что она должна давать молоко. Это важно в том числе и если мы хотим, чтобы животное давало молоко с низкими аллергенными свойствами. 

Сейчас родилась тёлочка Декабристка, Цветочек даёт молоко, и мы можем говорить о продолжении работы. Наша система сложилась в цепочку и она работает: от момента получения эмбриона и его пересадки животному-реципиенту, до постнатального развития, родов, рождения клона, а также его роста, взросления и способности к репродукции.

То есть базово наша технология является абсолютно рабочей. Это очень важно.

— Есть ли технологии клонирования в природе?

— Естественное природное клонирование — рождение однояйцевых близнецов, если мы говорим о млекопитающих. 

— В фантастических фильмах часто встречается сюжет, когда учёные клонируют древних ящеров или умершего человека. Это реально?

— Я не фантаст и могу говорить лишь о результатах той работы, которая есть на данный момент.

Для клонирования необходима живая ткань, из которой должны быть получены соматические клетки. Но дело не только в ткани. Нужно ещё понять, какое животное можно использовать в качестве донора яйцеклеток и в качестве реципиента. 

В случае клонирования животного дикой фауны как раз возникает проблема, что нет объекта — промежуточного животного, для этого подходят далеко не все особи. В общем, слишком много факторов.

Клонирование — это инструмент, который есть у человечества, но пока его не везде можно использовать. Учёные пытаются клонировать мамонта, но ничего не выходит, потому что нет живой ткани — на данный момент клонирование предполагает использование только живых соматических клеток. Ногти и волосы не лучший материал для клонирования. В целом показано, что потенциально для этого можно использовать почти все типы ткани. Но вот родится ли в каждом отдельном случае живое потомство и будет ли оно способно к репродукции — вопрос.