Журнал «Вокруг Света» №09 за 2007 год

Не осталась в стороне от этой гонки и наша страна, правда, начав с фальстарта. В конце 1940-х годов советский эмбриолог Георгий Лопашов первым разработал метод пересадки ядер в яйцеклетку лягушки. Статья была сдана в журнал в июне 1948 года, но света не увидела: грянула печально известная сессия ВАСХНИЛ, на много лет пресекшая все сколько-нибудь серьезные исследования в экспериментальной биологии. Бригсу и Кингу пришлось заново раскрывать секреты, уже раскрытые Лопашовым. Тем не менее и в последующие десятилетия наши ученые участвовали в работах по клонированию. Так, в 1987 году коллектив во главе с профессором Левоном Чайлахяном успешно клонировал лабораторную мышь. Правда, ядра были взяты опять-таки из клеток зародыша очень ранних стадий развития.

Первоначально целью этих работ было выяснить, действительно ли в каждой клетке организма сохраняется вся генетическая информация, которая была в оплодотворенной яйцеклетке (зиготе). К 1970-м годам в этом уже никто не сомневался. И тем не менее получить полноценный взрослый организм из ядра зрелой клетки взрослого животного никак не удавалось. Особенно трудно продвигались работы по клонированию млекопитающих.

Партитура для генов

Причины этих неудач отчасти выяснились, когда ученые узнали некоторую информацию о том, как работают гены в развивающемся зародыше. Как известно, ген — это участок ДНК, в котором закодирована последовательность аминокислот в определенном белке. Специальные внутриклеточные структуры рибосомы, считывая этот код, синтезируют соответствующий белок. Но считать его прямо с гена они не могут, так как ген пребывает в ядре, где никаких рибосом нет. Для синтеза белка с гена снимается «рабочая копия» — информационная (она же матричная) РНК. Она выходит из ядра в цитоплазму, где служит основой для синтеза некоторого числа белковых молекул, а затем уничтожается специальными ферментами-нуклеазами. Каждая клетка организма (за немногими исключениями вроде эритроцитов, лишенных ядра) хранит все доставшиеся ему гены, но матричные РНК снимаются лишь с немногих — тех, чьи белки нужны в данный момент. Остальные гены «молчат».

Так вот, оказалось, что на самых ранних стадиях развития зародыша «молчат» все его гены. Они в это время спешно удваиваются, чтобы тут же, плотно упаковавшись в хромосомы, разойтись по делящимся клеткам и снова приступить к удвоению. Между делениями клетки практически не растут, но какие-то белки в них все-таки синтезируются. Этот процесс обеспечивают матричные РНК, наработанные яйцеклеткой еще до оплодотворения.

Ученые до сих пор не разгадали, какой фактор в определенный момент включает синтез матричных РНК на генах зародыша и как он узнает, что момент настал. Но рано или поздно собственные гены зародыша прерывают бездействие и направляют в цитоплазму свои РНК. У большинства животных это происходит на стадии гаструляции (процесс в развитии многоклеточных организмов, приводящий к образованию зародыша с двухслойной, а у большинства затем и трехслойной стенкой тела). У млекопитающих включение собственных генов происходит значительно раньше: так, например, у мышиного зародыша некоторые гены включаются уже после первого деления зиготы.

Обратите внимание: «молчание» прерывают именно некоторые, строго определенные гены. Потом к ним добавляются другие — строго определенные, за ними — третьи, четвертые… Все это напоминает игру огромного оркестра, где каждый инструмент вступает строго в свой черед и ведет свою партию, сообразуясь с игрой остальных.

И как же в таком случае выглядит пересадка ядра зрелой клетки в зиготу? Представьте себе: вот-вот должна начаться увертюра, дирижер поднял палочку, скрипачи заносят смычки, и тут вдруг появляется другой, играющий середину произведения. Музыканты первого оркестра в замешательстве. Трудно представить, что такому оркестру удастся быстро собраться и начать все сначала. Вот и развитие клеток с пересаженными ядрами отличалось грубыми нарушениями, а потому и заканчивалось гибелью зародыша. И для того чтобы клонировать животных, ученым нужно было научиться как-то согласовывать, синхронизировать состояния цитоплазмы зиготы и пересаженного ядра.

 

Самая знаменитая овца ХХ века — Долли и ее создатель профессор Иэн Уилмут. О существовании первого в мире клонированного млекопитающего было объявлено в начале 1997 года 

Эту задачу и сумела решить группа Иэна Уилмута, обеспечив себе тем самым мировую славу. Исходной точкой работы шотландских ученых стал установленный еще в 1980-е годы факт: если культуру взрослых клеток посадить на «голодный паек» в среду, где концентрация всех питательных веществ впятеро меньше оптимальной, клетки утрачивают признаки специализации, а их ядра становятся почти неактивными. Это очень похоже на состояние зиготы. Может быть, такое ядро сумеет синхронизироваться с ее цитоплазмой?