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?
Для опытов были выбраны клетки молочной железы взрослой овцы породы Finn Dorset. Выдержав их в бедной среде, ученые объединяли их с яйцеклетками овец породы Scottish Blackface, из которых предварительно были удалены собственные ядра. «Голодные» клетки вымени и безъядерные яйцеклетки попарно присасывали к кончику микропипетки и, когда они соприкасались, пропускали через них электрический разряд. Мембраны клеток сливались, и образовавшаяся «зигота» начинала дробиться. Некоторое время «реконструированный» зародыш развивался в пробирке или в перевязанном яйцеводе «промежуточного реципиента» (еще одной овцы), а на определенной стадии его подсаживали в матку «окончательной» суррогатной матери.
Даже при таких ухищрениях выход «продукции» оказался ничтожным: использовав 277 яйцеклеток и создав 247 «реконструированных» зародышей, группа Уилмута сумела вырастить одно-единственное животное — Долли. (Ранее, в 1993—1995 годах, рослинской команде удалось произвести на свет и дорастить до 8—9-месячного возраста двух клонированных ягнят, но источником ядер для них послужили клетки эмбрионов). Специальные анализы подтвердили: Долли есть точная генетическая копия овцы, от которой были взяты клетки молочной железы. Других генов, в том числе генов донора яйцеклетки и суррогатной матери, у нее нет. Принципиальная возможность клонирования взрослых млекопитающих была доказана.
Идентичные, но непохожие
Как и следовало ожидать, по пути, открытому Уилмутом и его сотрудниками, сразу же устремились многие. В том же 1997 году, когда шотландцы объявили о своем достижении, американские ученые получили двух клонированных макак-резусов. На следующий год команда эмбриологов Гавайского университета во главе с Рюзо Янагимачи поставила на поток клонирование мышей. Затем последовало клонирование коров, свиней, кошек, собак... Далеко не каждая попытка оказывалась удачной, но список животных, которых удалось клонировать, продолжает расти. И вместе с ним растут знания о клонированных животных и о возможностях этого метода.
За эти годы эффективность клонирования удалось увеличить на порядок, но она по-прежнему остается до обидного низкой: в лучших лабораториях до рождения доживают всего около 3% клонированных эмбрионов. Причины все те же: несогласованность зрелого ядра с цитоплазмой яйцеклетки (метод Уилмута лишь несколько сглаживает эту трудность, но не снимает ее полностью) плюс травматичность процедур удаления и пересадки ядер и других манипуляций с клетками. Сами животные, рожденные в результате клонирования, также более подвержены болезням и порокам развития, чем их обычные собратья. Например, Долли прожила меньше семи лет (около половины средней продолжительности жизни для ее породы), долго страдала артритом и была усыплена ветеринарами, когда у нее развилось заболевание легких.
Кошка Сиси (справа) — клон Рейнбоу. В ее генотипе есть и ген рыжего пигмента, но ее индивидуальное развитие сложилось так, что этот ген не проявился в окраске. Да и по характеру мать и дочь совсем не похожи
Генетическое сходство клонов с исходным организмом и друг с другом (если было получено несколько клонов одного животного) является абсолютным: различить их ткани не могут даже их собственные иммунные системы. В то же время иногда копию можно отличить от оригинала даже на глаз. С этим столкнулись, например, Дуэйн Крамер и его коллеги — сотрудники Техасского сельскохозяйственно-политехнического университета, создавшие первую в мире клонированную кошку Сиси. Ее имя образовано от первых букв английских слов carbon copy, то есть «экземпляр из-под копирки». Тем не менее на ее шкурке отсутствуют золотистые пятна, украшающие кошку Рейнбоу, с которой была скопирована Сиси. Дело в том, что у кошек рисунок шкуры (распределение пигмента на поверхности тела) не определяется однозначно генами, а складывается в ходе индивидуального развития в значительной мере под влиянием случайных факторов. Кроме того, клон может отличаться от оригинала за счет так называемого «генетического импринтинга» — инактивации одного из двух имеющихся в каждой клетке экземпляров гена. Каким образом клетка выбирает, какой именно ген инактивировать, пока неясно, но у клона и оригинала этот выбор может оказаться разным. Подобные феномены стали одной из причин того, что калифорнийская компания Genetic Savings & Clone, созданная специально для клонирования домашних любимцев, осенью прошлого года объявила о прекращении своей деятельности. За три года своего существования компания сумела продать только двух клонированных котят, выручив по 50 тысяч долларов за каждого.
Кстати, по мнению многих нейробиологов, тонкая структура мозга и специализация нейронов тоже не жестко детерминированы генетически, а складываются в процессе индивидуального развития. Это означает, что характер и индивидуальные особенности поведения клона тоже могут отличаться от оригинала. И действительно, создатели Сиси утверждают, что она более любопытна и общительна, чем сдержанная Рейнбоу. Еще более резкие отличия отмечены в поведении клонированных поросят.