Клонирование растений: этапы, примеры, плюсы и минусы

Основные сведения

Естественное клонирование животных и растений часто происходит в результате бесполого и вегетативного размножения, а также в результате амейотического партеногенеза.

Искусственное клони́рование живо́тных и расте́ний — новый вид человеческой деятельности, возникший в конце XX-го — начале XXI-го века, состоящий в воспроизведении старых и создании новых биологических организмов, связанных с изучением генома, предполагающий вмешательство в его структуру, нацеленный на решение множества практических задач (кроме научных).

Термины «клон», «клонирование» первоначально использовались в микробиологии и селекции, после — в генетике, в связи с успехами которой и вошли в общее употребление. Надо добавить, что их популяризации в значительной мере способствовали также киноискусство и литература.

Следует иметь в виду, что точное воспроизведение животного или растения как при естественном, так и при искусственном клонировании невозможно. Новый организм в любом случае будет отличаться от материнского за счёт соматических мутаций, эпигенетических изменений наследственного материала, влияния окружающей среды на фенотип и случайных отклонений, возникающих в ходе онтогенеза.

Бесполое размножение растений – естественный процесс

Как мы уже сказали, для растений характерно как бесполое размножение, так и половое. Любой огородник и садовод своими руками хоть раз, но клонировал наиболее удачные образцы помидора, яблони, садовых цветов и т. д. Для клонирования посадок в домашних условиях достаточно взять живые и здоровые клетки цветка, куста или деревца (лист, побег, корень, черенок и т. д.

) и создать им правильные условия для роста. Спустя некоторое время мы получим взрослое растение, генетически ничем не отличающееся от материнской особи. Обычно для создания клона у растений берут клетки апикальной меристемы (то есть клетки, находящиеся на верхушках побегов растения и на концах его корешков).

Клонирование растений

Клонирование растений (более общеупотребимы термины «культуры тканей in vitro», «клональное микроразмножение растений») осуществляется путём регенерации целого растения из каллуса путём изменения пропорционального соотношений цитокининов и ауксинов в питательной среде. Для получения первичного каллуса можно использовать любые клетки и ткани растения (кроме находящихся в премортальном состоянии) ввиду того, что клетки растений способны к дедифференциации при определённых концентрациях фитогормонов в питательной среде. Но чаще используют для этой цели клетки меристемы ввиду их малой степени дифференциации. В питательную среду для каллусообразования обязательно входят ауксин (для дедифференциации клеток) и цитокинин (для индукции клеточных делений). После получения каллусной культуры каллус можно разделить и каждую часть использовать для регенерации целых растений. Так как каллус является бесформенной недифференцированной клеточной массой, то для регенерации растения необходимо индуцировать морфогенез путём изменения концентраций фитогормонов в среде. Клонирование растений позволяет получать безвирусный посадочный материал (при использовании апикальной меристемы как источника клеток), быстрого размножения растений в больших масштабах (в том числе редких и исчезающих), клонирование из пыльников и последующее восстановление диплоидности позволяет получить гомозиготные по всем генам растения, которые можно использовать в дальнейшей селекции. Также можно культивировать на искусственных питательных средах протопласты растений, из которых в некоторых случаях можно регенерировать целые растения (протопласты удобны для трансгенеза ввиду отсутствия у них клеточной стенки и возможности слияния с другими клетками).

В случае с орхидеями конкретному растению, культивару, может быть дано неформальное название — имя клона, но в том случае, если эта орхидея имеет превосходные качества для данного вида (или гибрида). Пример: × Laeliocattleya Hsin Buu Lady ‘Red Beauty’.

История термина

Термин клонирование пришёл в русский язык из английского (clone, cloning).

Первоначально слово клон (англ. cloning от др.-греч. κλών — «веточка, побег, отпрыск») стали употреблять для группы растений (например, фруктовых деревьев), полученных от одного растения-производителя вегетативным (не семенным) способом. Эти растения-потомки в точности повторяли качества своего прародителя и служили основанием для выведения нового сорта (в случае полезности их свойств для садоводства). Позже клоном стали называть не только всю такую группу, но и каждое отдельное растение в ней (кроме первого), а получение таких потомков — клонированием.

Со временем значение термина расширилось, и его стали употреблять при выращивании культур бактерий.

Успехи биологии показали, что и у растений, и у бактерий сходство потомков с организмом-производителем обусловливается генетической идентичностью всех членов клона. Тогда уже термин клонирование стали употреблять для обозначения производства любых линий организмов, идентичных данному и являющихся его потомками.

Позже название клонирование было перенесено и на саму технологию получения идентичных организмов, известную как замещение ядра, а потом также и на все организмы, полученные по такой технологии, от первых головастиков до овцы Долли.

И уже в конце 90-х годов XX века, подразумевая возможность применения той же технологии для получения генетически идентичных человеческих индивидов, заговорили и о клонировании человека. Термин перестал быть достоянием научной общественности, его подхватили СМИ, киноискусство, литература, производители компьютерных игр, и он вошёл в язык как общеупотребительное слово, уже не имеющее того специального значения, которым он обладал около ста лет назад.

Значение

Создание животных и растений с заданными качествами всегда было чрезвычайно заманчивым потому, что это означало создать организмы уникальнейшие и нужнейшие, устойчивые к болезням, климатическим условиям, дающие достаточный приплод, необходимое количество мяса, молока, плодов, овощей и прочих продуктов.
Использование технологии клонирования предполагает уникальную возможность получать фенотипически и генетически идентичные организмы, которые могут быть использованы для решения различных теоретических и прикладных задач, стоящих перед биомедициной и сельским хозяйством. В частности, использование клонирования могло бы способствовать изучению проблемы тотипотентности дифференциированных клеток, развития и старения организмов, злокачественного перерождения клеток.
Благодаря технологии клонирования предполагается появление ускоренной генетической селекции и тиражирования животных с исключительными производственными показателями. В сочетании с трансгенозом клонирование животных открывает дополнительные возможности для производства ценных биологически активных белков для лечения различных заболеваний животных и человека.
Клонирование животных, возможно, позволит проводить испытания медицинских препаратов на идентичных организмах.

Желательное правительственное регулирование

Клонирование человека — это новое и неисследованное правовое поле, которое определенно потребует некоторого законодательного регулирования для предотвращения злоупотреблений. Здесь приводится некоторые предложения, какие умеренные законы казались бы желательными.

Клоны людей должны официально иметь те же юридические права и ответственность, что и любое другое человеческое существо. У людей не будет права держать человеческого клона в винном погребе для запасных частей для своего тела, хоть сколько-нибудь более, чем они это могут делать с идентичными близнецами. Плохое обращение с любыми человеческими существами есть преступление безотносительно того, является ли их генетических код уникальным.

Живущий в настоящее время человек не должен клонироваться без его письменного согласия. Любому человеку автоматически дается право собственности на его генетический код и право им распоряжаться по собственному усмотрению; код должен оставаться под его контролем. Человеку должно быть разрешено определять по своей воле, хочет ли он разрешить клонировать себя после смерти, и при каких условиях. Мы можем пожелать запретить клонирование несовершеннолетних, т.к. они еще не достигли зрелости для принятия такого рода решение.

Клоны человека должны вынашиваться и рождаться только взрослой женщиной, действующей по собственной воле, без принуждения. Выращивание человеческого плода вне тела женщины, например, в лабораторных аппаратах, должно быть запрещено. В настоящий момент не существует технологии для искусственного выращивания плода, но японские исследователи над этим работают.

Существует причина полагать, что предрасположенность к жестокости и убийству генетически предопределяются. Клонирование осужденных убийц и других жестоких преступников следует запретить. Клонирование Чарльза Мэнсона не должно быть законным. В мире достаточно преступников и без искусственного их создания. Запрет несомненно должен распространяться на известных массовых убийц прошлого, таких как Гитлер, Ленин и Сталин, предвидя тот день, когда это станет возможным.

Молекулярное клонирование

Молекулярное клонирование (англ. Molecular cloning, Gene cloning) — клонирование молекул ДНК (в том числе генов, фрагментов генов, совокупностей генов, ДНК-последовательностей, не содержащих гены), другими словами — наработка большого количества идентичных ДНК-молекул с использованием живых организмов.
Благодаря фундаментальным биологическим открытиям XIX—XX веков, а именно: открытию клеточного строения тканей, открытию структуры клеточного ядра, хромосом, ДНК, генов, — стало возможным то, что ныне носит название молекулярного клонирования. Это технология клонирования наименьших биологических объектов — молекул ДНК, их частей и даже отдельных генов. Для молекулярного клонирования ДНК (обычно тем или иным способом изменённую) вводят в вектор (например, бактериальную плазмиду или геном бактериофага). Размножаясь, бактерии и фаги многократно увеличивают количество введенной ДНК, в точности сохраняя её структуру. Чтобы затем выделить большое количество такой ДНК, необходимо отделить бактерии или фаги, которые её содержат, от всех остальных, для чего и применяют клонирование, то есть выделение и размножение бактериального или фагового клона, содержащего необходимые молекулы ДНК. Для облегчения селекции бактериальных клонов в плазмиды обычно вводят ген резистентности к антибиотику, чаще всего ампициллину, в присутствии которого погибают все бактерии, не имеющие клонируемой плазмиды. Такое клонирование необходимо для изучения биологических молекул, их идентификации, решения вопросов клонирования тканей и др.

Игра в Бога

Представители крупнейших религий выступают против клонирования человека. По их мнению, искусственно создавая жизнь, учёные пытаются переделать механизмы, которые, с точки зрения религии, созданы Богом.

Против экспериментов с клонированием человека выступал глава католической церкви папа Иоанн Павел II: «Путь, указанный Христом, — это путь уважения человека, и любые исследования должны иметь целью познание его в его истинности, чтобы потом служить ему, а не манипулировать им в соответствии с проектом, который иногда высокомерно считается лучшим, чем проект самого Создателя. Для христианина тайна бытия настолько глубока, что она неисчерпаема для человеческого познания».

• Алексий II
• РИА Новости

Бывший патриарх Московский и всея Руси Алексий II говорил: «Клонирование человека — аморальный, безумный акт, ведущий к разрушению человеческой личности, бросающей вызов своему Создателю».

Нынешний патриарх Московский и всея Руси Кирилл также категорично высказался против использования технологий клонирования, которые, по его словам, означают «вторжение в Божий замысел о человеке».

Далай-лама XIV имеет схожую точку зрения на эксперименты по генетическому воссозданию человека. «Что касается клонирования, то как научный эксперимент оно имеет смысл, если принесёт пользу конкретному человеку, но, если применять его сплошь и рядом, в этом нет ничего хорошего», — заявил духовный лидер тибетских буддистов.

Это равнозначно принятию на себя роли Бога.

В Библии и в священных текстах других основных религий не содержится очевидного запрета на клонирование человека. Следовательно, религиозная оппозиция клонированию человека не имеет твердых оснований. Тем не менее существует множество людей, которые думают, что клонирование человека «неправильно» по религиозным соображениям. Этим людям, конечно, не следует участвовать в клонировании. Религиозным лидерам, которые верят, что клонирование человека — «неправильно», дано право проповедовать свою веру, и убеждать всех, кого они могут убедить. Но они дискредитируют себя, когда предлагают заключать в тюрьму людей, которых они не могут убедить. Иисус никогда не пропагандировал силу, чтобы принуждать людей жить в соответствии с христианскими воззрениями. Навязывание религиозных воззрений с помощью законов — весьма жалкая идея, и мало того — нарушение конституции США.

В отличие от абортов, которые предполагают прекращение жизни плода, клонирование подразумевает создание новой жизни. Следовательно, оппозиция клонированию человека не основывается на устоявшихся моральных принципах. Также можно приводить аргументы, что если Бог не захотел бы, чтобы мы клонировали млекопитающих и людей, он не создал бы доктора Вильмута. Пожалуйста, оставайтесь верными своим воззрениям и вере, но не говорите мне, что мне делать с моей ДНК! Лично я не захотел бы себя клонировать, но свободные люди должны быть свободны в своем выборе и не принуждаться со стороны общества.

Обвинение в исполнении роли Бога — неясная, но постоянно повторяющаяся критика. Мы ее слышим каждый раз, когда в медицине появляется новое серьезное достижение. В свое время контролирование рождаемости с помощью противозачаточных средств, оплодотворение в пробирке и пересадка сердца критиковались на тех же самых основаниях. Бог часто делает замечательные вещи, которые нам следует стараться повторить. Если исполнение роли Бога при клонировании человека может иметь плохие последствия, критики обязаны определить в точности, какие именно плохие последствия это могут быть. Пока что они этого не сделали.

Плюсы и минусы клонирования растений

Увеличение числа растений посредством клонирования имеет как преимущества, так и недостатки. Для клонирования мы отбираем образцы с самыми высокими качественными характеристиками. Например, будем отбирать усики тех кустов клубники, на которых зреет самая крупная и сладкая ягода. Или выберем луковицы самых ярких и устойчивых к холодам тюльпанов.

Каждый дачник может привести множество примеров клонирования растений на своем огороде. Как доказала практика, популяция растений, выращенных с помощью клонирования намного чище и плодовитее, чем популяция, выращенная из семян. Но существуют и темные стороны клонирования, из-за которых часто страдает качество клонов.

Естественное клонирование (в природе) у сложных организмов

Основная статья: Бесполое размножение

Основная статья: Партеногенез

Клонирование широко распространено в природе у различных организмов. У растений естественное клонирование происходит при различных способах вегетативного размножения. У животных клонирование происходит при амейотическом партеногенезе и различных формах полиэмбрионии. Так, среди позвоночных известны клонально размножающиеся виды ящериц, состоящие из одних партеногенетических самок. У человека естественные клоны — монозиготные близнецы. У некоторых видов броненосцев в норме рождается от четырёх до девяти монозиготных близнецов. Широко распространено клональное размножение среди ракообразных и насекомых. Уникальный вариант естественного клонирования открыт недавно у муравьёв — малого огненного муравья (Wasmannia auropunctata), самцы и самки которого клонируются независимо, так что генофонды двух полов не смешиваются. У этого вида рабочие особи развиваются из оплодотворённых яиц, матки — из неоплодотворённых диплоидных яиц. В некоторых яйцах, оплодотворённых самцами, все хромосомы матери разрушаются, и из таких гаплоидных яиц развиваются самцы.

Клонированные животные[ | ]

В начале пути |

• 1826 год — открытие яйцеклетки млекопитающих русским эмбриологом Карлом Бэром.
• 1883 год — открытие сущности оплодотворения (слияния пронуклеусов) немецким цитологом Оскаром Гертвигом.
• 1943 год — сообщение в журнале «Science» об успешном оплодотворении яйцеклетки «в пробирке».
• 1962 год — клонирование профессором зоологии Оксфордского университета Джон Гёрдоншпорцевых лягушек (более доказательные опыты — в 1970 г.).
• 1978 год — рождение в Англии Луизы Браун, первого ребёнка «из пробирки».
• 1985 год, 4 января — рождение девочки у миссис Коттон — первой в мире суррогатной матери в одной из клиник северного Лондона (девочка зачата не из яйцеклетки миссис Коттон).
• 1987 год — клонирование мыши из клетки эмбриона с использованием метода электростимулируемого слияния клеток в СССР в лаборатории Бориса Николаевича Вепринцева (Л. М. Чайлахян и др.).
• 1987 год — разделение клеток человеческого зародыша и клонирование их до стадии тридцати двух клеток (бластомеров) специалистами Университета имени Дж. Вашингтона, использовавшими специальный фермент.

Первые успешные опыты по клонированию животных были проведены в 1960-е годы английским эмбриологом Дж. Гёрдоном (J. Gurdon) в экспериментах на шпорцевой лягушке. Для пересадки использовались ядра клеток кишечника головастиков. Опыты были подвергнуты критике, так как в кишечнике головастиков могли сохраниться первичные половые клетки.

Клонирование млекопитающих возможно с помощью экспериментальных манипуляций с яйцеклетками (ооцитами) и ядрами соматических клетокживотныхin vitro и in vivo. Клонирование взрослых животных достигается в результате переноса ядра из дифференцированной клетки в неоплодотворённую яйцеклетку, у которой удалено собственное ядро (энуклеированная яйцеклетка) с последующей пересадкой реконструированной яйцеклетки в яйцевод приёмной матери.

https://www.youtube.com/watch?v=ytpressru

Однако долгое время все попытки применить описанный выше метод для клонирования млекопитающих были безуспешными. Одними из первых успешное клонирование млекопитающего (домовой мыши) осуществили советские исследователи в 1987 г. Они использовали метод электропорации для слияния энуклеированной зиготы и клетки эмбриона мыши с ядром.

Значительный вклад в решение этой проблемы был сделан шотландской группой исследователей из Рослинского института и компании «PPL Therapeuticus» (Шотландия) под руководством Яна Вильмута (Wilmut). В 1996 году появились их публикации по успешному рождению ягнят в результате трансплантации ядер, полученных из фибробластов плодаовцы, в энуклеированные ооциты.

В окончательном виде проблема клонирования животных была решена группой Вильмута в 1996 г., когда родилась овца по кличке Долли — первое млекопитающее, полученное из ядра взрослой соматической клетки: собственное ядро ооцита было заменено на ядро клетки из культуры эпителиальных клеток молочной железы взрослой лактирующей овцы.

В дальнейшем были проведены успешные эксперименты по клонированию различных млекопитающих с использованием ядер, взятых из взрослых соматических клеток животных (мышь, коза, свинья, корова), а также взятых у мёртвых, замороженных на несколько лет, животных

Появление технологии клонирования животных вызвало не только большой научный интерес, но и привлекло внимание крупного бизнеса во многих странах

В 2004 году американцы начали коммерческое клонирование кошек, а в апреле 2008 года Южнокорейские таможенники приступили к дрессировке семи щенков, клонированных из соматических клеток лучшего корейского розыскного пса породы канадский лабрадор-ретривер. По мнению южнокорейских учёных 90 % клонированных щенков будут удовлетворять требованиям для работы на таможне, тогда как лишь менее 30 % обычных щенков проходят тесты на профпригодность.

В Китае фирмой «BGI» уже производится в промышленных масштабах клонирование животных для медицинских исследований. Предполагается, что подобная методика в будущем будет использована для выращивания в свиньяхзапасных органов для трансплантации человеку.

Особенности клонов и отличие от однояйцевых близнецов

Однояйцевые близнецы – первейшие генетические самоклоны в человеческом смысле. Они развиваются из одного и того же генетического материала. Но в какой-то момент, вместо одного эмбриона формируются из одной яйцеклетки и одного сперматозоида – два организма, три и более. Отличие «настоящих» клонов в том, что они развиваются не в одной материнской утробе, и могут быть выношены и рождены в разное время

Для их появления неважно жив прототип или давно умер, они независимы. Исходные данные клона – ДНК взрослой особи, живущей или давно умершей

Каждая клетка живого организма прямой наследник оплодотворенной первичной яйцеклетки. Она постоянно на протяжении всей жизни сохраняет слепок – отпечаток исходного ДНК. Но назвать результат деления абсолютно идентичным тоже нельзя. Деления клетки на протяжении существования накапливают мутации. Процесс напоминает возникновение спонтанных механических ошибок, как при длительном наборе цифр на калькуляторе во время подсчета вереницы чисел. Новая клетка по сравнению с исходником накапливает около 50 мутаций за каждое новое деления.

В процессе клонирования копируется только генотип ДНК, а не фенотип. Фенотип  определяется набором индивидуальных особенностей на разных этапах развития организма. Генотип – наследственная основа.

Этические последствия

В биоэтике этика клонирования относится к множеству этических позиций в отношении практики и возможностей клонирования , особенно клонирования человека. Хотя многие из этих взглядов имеют религиозное происхождение, вопросы, возникающие в связи с клонированием, сталкиваются и со светскими взглядами . Терапевтическое и репродуктивное клонирование человека не используются в коммерческих целях; в настоящее время животные клонируются в лабораториях и в животноводстве.

Защитники поддерживают развитие терапевтического клонирования с целью создания тканей и целых органов для лечения пациентов, которые иначе не могут получить трансплантаты, чтобы избежать необходимости в иммунодепрессивных препаратах и предотвратить эффекты старения. Сторонники репродуктивного клонирования считают, что родители, которые иначе не могут производить потомство, должны иметь доступ к этой технологии.

Противодействие терапевтическому клонированию в основном сосредоточено вокруг статуса эмбриональных стволовых клеток , что связано с дебатами об абортах .

Некоторые противники репродуктивного клонирования обеспокоены тем, что технологии еще недостаточно развиты, чтобы быть безопасными — например, позиция Американской ассоциации развития науки по состоянию на 2014 год, в то время как другие подчеркивают, что репродуктивное клонирование может быть подвержено злоупотреблениям (что приводит к поколение людей, чьи органы и ткани будут извлечены), и обеспокоены тем, как клонированные особи могут интегрироваться в семьи и общество в целом. Некоторые противники поднимут вопросы о том, есть ли у клонов права. «Будущее клонирования» вызывает серьезные вопросы относительно того, есть ли у эмбрионов какие-либо права или право на жизнь эмбриона отменяется волей донора.

Религиозные группы разделены: некоторые выступают против технологий, узурпирующих роль Бога в творении и, в той мере, в которой используются эмбрионы, разрушающих человеческую жизнь; другие поддерживают потенциальную пользу терапевтического клонирования для спасения жизни.

Клонирование многоклеточных организмов

Наибольшее внимание учёных и общественности привлекает клонирование многоклеточных организмов, которое стало возможным благодаря успехам генной инженерии.
Создавая особые условия и вмешиваясь в структуру ядра клетки, специалисты заставляют её развиваться в нужную ткань или даже в целый организм. Допускается принципиальная возможность воспроизведения даже умершего организма, при условии сохранения его генетического материала.. Различают полное (репродуктивное) и частичное клонирование организмов

При полном воссоздаётся весь организм целиком, при частичном — организм воссоздаётся не полностью (например, лишь те или иные его ткани).

Различают полное (репродуктивное) и частичное клонирование организмов. При полном воссоздаётся весь организм целиком, при частичном — организм воссоздаётся не полностью (например, лишь те или иные его ткани).

Репродуктивное клонирование предполагает, что в результате получается целый организм. Кроме научных целей оно может применяться для восстановления исчезнувших видов или сохранения редких видов.

Одно из перспективных применений клонирования тканей — клеточная терапия в медицине. Такие ткани, полученные из стволовых клеток пациента, могли бы компенсировать недостаток и дефекты собственных тканей организма и не отторгаться при трансплантации. Это так называемое терапевтическое клонирование.

Терапевтическое клонирование предполагает, что в результате намеренно не получается целый организм. Его развитие останавливают заранее, а получившиеся эмбриональные стволовые клетки используют для получения нужных тканей или других биологических продуктов. Эксперименты показывают, что терапевтическое клонирование может быть с успехом применено для лечения некоторых заболеваний, считавшихся неизлечимыми.

Клонирование человека

Основная статья: Клонирование человека

К 2015 году около 70 стран запретили законодательно клонирование человека.

В РФ принят федеральный закон № 54-ФЗ от 20 мая 2002 г. «О временном запрете на клонирование человека».

Недостатки клонирования

Как и каждая монета имеет две стороны, клонирование также имеет свою обратную сторону. Хотя клонирование может творить чудеса в генетике, оно имеет некоторые потенциальные недостатки. Клонирование, как вы знаете, копирует или реплицирует биологические признаки в организмах. Таким образом, это может уменьшить разнообразие в природе. Представьте себе несколько живых существ, абсолютно идентичных друг другу! Еще один конфликт – неясно, сумеем ли мы воплотить в жизнь все потенциальные возможности клонирования. Кроме того, есть большой вопрос, сможет ли обычный человек использовать технологии в свою пользу.

Клонирование или естественное размножение

Вопрос о способности дать потомство клонированными существами был снят. Овечка Долли произвела на свет 6 ягнят. Они были зачаты естественным путем и родились также. Кстати в отличие от матери, потомство оказалось здоровее, а их жизнь продолжительнее.

Размножение половым путем защищает будущее потомство от накопления однотипных мутаций. Набор двух типов генов разных носителей отца и матери повышает устойчивость и создает условия для появления новых комбинаций. Такой способ размножения поддерживает разнообразие вида. Увеличивает возможности адаптации к изменяющимся условиям.

Какая перспектива у многоразового клонирования одних и тех же ДНК с накопленными мутациями пока неизвестно. Но бытует предположение о постепенном вырождении из-за отсутствия достаточного числа новых вариаций.

Интересно: Защитники клонирования убеждают в несостоятельности такого предположения. На земле уже живет больше 7,5 млрд. человек, время, когда количество клонов достигнет хотя бы 1 млн. слишком отдалено в перспективе. Массовым процесс не будет из-за стоимости и сложности. Но даже эта цифра не способна сильно повлиять на генетическое разнообразие. Поэтому вариативность человеческого генома надолго сохранится естественным путем.