Человек со времен своего разумного существования стремился быть молодым, здоровым и жить долго, а лучше - вечно. Не только древние колдуны, шаманы, целители стремились раскрыть тайну вечной жизни, изобрести но и советские врачи работали над созданием Кремлёвской таблетки бессмертия. К сожалению, пока, человек бессилен в этой проблеме. А вот продлить жизнь становится вполне реально. С появлением и развитием генной инженерии становится возможным клонирование живых органов , что само по себе является ступенью к здоровью и долголетию.
Что такое клонирование, думаю, знает каждый. Клонирование многоклеточных организмов или медицинских органов – точное воссоздание, появление на свет искусственным путём (без полового размножения) живых организмов или создание его частей путём определённых воздействий на клеточное ядро.
Создавая определённые условия и воздействуя на ядро клетки можно заставить её развиваться в нужном направлении вплоть до полного воспроизведения умершего организма при наличии его генетического материала. И сегодня подобные работы уже не тайна.
Научный мир замахнулся на великое: клонирование человека после беспрецедентного появления на свет из пробирки в 1996 году всем известной шотландской овечки по имени Долли.
Однако, принятая в 2005 году ООН «Конвенция о запрете клонирования человека» по социально-этическим и этико-религиозным соображения приостановила на неопределённый срок все работы в этом направлении. Да и сама Долли была усыплена в 2003 году по причине заболевания.
Кстати, чучело Долли выставлено в Шотландском национальном музее.
В России действует Федеральный закон «О временном запрете на клонирование человека» от 20 мая 2002 г. № 54-ФЗ.
Однако не все страны подписались под Конвенцией, одной из них стал Китай. Буквально вчера 18 сентября 2015г ученые из лондонского Института Великобритании запросили у государственного регулятора разрешение на модификацию генов человеческих эмбрионов. Если разрешение будет получено, то Великобритания станет второй страной после Китая, где будут проводится подобные работы.
Это то, что касается клонирования человека. Однако научные работы в области стволовых клеток успешно продолжаются во всём мире и сегодня.
Что такое стволовые клетки?
В человеческом организме существует два вида стволовых клеток: обычные
клетки, которые всю жизнь выполняют только отведённую им роль по воспроизводству тканей, а есть такие, которые способны превращаться в другие виды клеток, их называют универсальными
. Первые живут во взрослом организме, а вот вторые можно взять только из эмбриона и потом выращивать в пробирке. Вот эти клетки и способы заменить поражённые (больные клетки) в организме. Однако, первая проблема в том, что далеко не каждому организму они могут подойти. Вторая: есть случаи в опытах, когда введённые в организм эмбриональные стволовые клетки начинают неконтролируемо делиться, формируя опухоли-тератомы.
Эти проблемы были решены японскими медиками в ходе выполненного ими важного научного исследования в 2012 году, за что они и получили Нобелевскую премию. Установлено, все мы теоретически независимо от возраста можем быть клонами сами для себя, то есть для наших органов. Мельчайший кусочек кожи, волос или даже кровь могут служить материалом для получения тех самых ценных универсальных клеток, которые и послужат основой для любого органа, будь то кость, хрящ или зрачок глаза.
Конечно, всё это пока чисто научные наработки, должны пройти годы, чтобы биоматериал легко выращивался в любой лаборатории лечебного центра и столь же легко возвращался назад в свой организм. Прежде чем будут возможны подобные операции по замене «заболевших» или вовсе вышедших из строя человеческих органов, нужно решить много промежуточных вопросов. Но их решение не за горами! И тогда любая генетическая поломка в больных клетках будет легко исправлена.
И радует, что и в России научные исследования стволовых клеток успешно развиваются. Так в Российском институте Общей генетики им Вавилова совсем недавно была получена кровь из стволовых клеток кожи, зачаток глаза, там первыми вырастили мини-сердце и продолжаются работы по его совершенствованию…
Голландцы вырастили кишку, японцы - зачаток зуба, а чуть ранее ими был получены клетки сетчатки глаза, сейчас ведутся работы по созданию клеток, вырабатывающих инсулин. Задача очень сложная. Но представьте, сколько людей в мире будут избавлены от тяжёлого недуга - сахарного диабета, болезни Альцгеймера и Паркинсона.
И пусть теория очень далека от практики, всё равно радует факт столь бурного развития клонирования, как отрасли биомедицины и возможности спасения жизни людей, особенно маленьких детей.
В октябре 2001 г. компании Advanced Cell Technology (АСТ, США) удалось впервые получить клонированный эмбрион человека, состоявший из 6 клеток. Этоозначает, чтоклонирование эмбрионов в медицинских целях (так называемое терапевтическое клонирование) уже не за горами.
Целью такогоклонирования является получение бластоцистов человека (полых сферических образований, состоящих примерноиз 100 клеток), которые содержат внутреннюю клеточную массу. После извлечения из бластоцистов внутренние клетки могут развиваться в культуре, превращаясь в стволовые клетки, которые, в свою очередь, могут превращаться в любые дифференцированные клетки человека: нервные, мышечные, кроветворные, клетки желез и т.д.
Медицинские применения стволовых клеток очень перспективны и необычайноразнообразны. Они могут использоваться, например, для лечения сахарногодиабета путем восстановления популяции погибших или поврежденных клеток поджелудочной железы, производящих инсулин. Их можноиспользовать и для замены нервных клеток при повреждениях головногоили спинногомозга. При этом не возникает опасности отторжения трансплантатов и прочих нежелательных осложнений, сопровождающих обычные операции попересадке клеток, тканей и органов.
В последнее время термин «терапевтическое клонирование» стали использовать и для обозначения клонирования эмбрионов, предназначенных для имплантации в матку женщины, которая затем может родить клонированногоребенка. Этооправдывают тем, чтотакое клонирование позволит иметь детей бесплодным парам. Однакоононе имеет отношения к лечению как таковому. Поэтому большинствоученых, занимающихся клонированием в медицинских целях, считают, чтовремя «репродуктивного» клонирования еще не наступило- предстоит решить еще множествосложнейших биологических, медицинских и этических проблем.
На объявление компании АСТ с просьбой предоставить материал для научных исследований в области клонирования откликнулось множествоженщин, из которых после тщательной проверки здоровья и психическогосостояния были отобраны 12 доноров. Интересно, чтобольшинствопотенциальных доноров заявили, чтоотказались бы участвовать в экспериментах порепродуктивному клонированию.
Донорам делали специальные инъекции гормонов, чтобы при овуляции выделялась не одна, а примерно10 яйцеклеток. В качестве источников ядер для пересадки в яйцеклетки использовали фибробласты. Фибробласты получали из биопсий кожи анонимных доноров, среди которых были больные сахарным диабетом, а также пациенты с повреждениями спинногомозга. После выделения фибробластов из них получали культуры клеток. клонирование яйцеклетка эмбрион медицина
В первых экспериментах были использованы ядра фибробластов. Однакопосле пересадки ядра яйцеклетка хоть и начинала делиться, нопроцесс быстрозавершался, и не образовывалось даже двух раздельных клеток. После ряда неудач американские исследователи решили использовать подход Т.Вакаямы и Р.Янагимачи (так называемый гавайский метод), с помощью которогобыла получена первая клонированная мышь.
Этот метод состоит в том, чтовместоядра соматической клетки (фибробласта) в яйцеклетку пересаживается целая овариальная клетка. Овариальные клетки обеспечивают питанием развивающуюся яйцеклетку и настолькопрочнос ней связаны, чтосохраняются на ее поверхности даже после овуляции. Эти клетки настолькомалы, чтовместоядра можноиспользовать целую клетку.
Однакои в этом случае возникли значительные трудности. Потребовалось более 70 экспериментов, прежде чем удалось получить делящуюся яйцеклетку. Из 8 яйцеклеток, в которые были введены овариальные клетки, две образовали четырехклеточный эмбрион, а одна - шестиклеточный. После этогоих деление прекратилось.
Партеногенетический подход основан на том, чтояйцеклетка становится гаплоидной не сразу, а на довольнопозднем этапе созревания. Если бы такую почти созревшую яйцеклетку удалось активировать, т.е. стимулировать к делению, можнобылобы получить бластоцист и стволовые клетки. Недостаток этогоподхода заключается в том, чтополученные стволовые клетки будут генетически родственны толькодонору яйцеклетки. Получить стволовые клетки для других людей таким способом невозможно- обязательнопотребуется пересадка ядер в яйцеклетку.
Ранее были удачные попытки активации яйцеклеток мышей и кроликов с помощью различных веществ или электрическоготока. Еще в 1983 г. Э.Робертсон получила стволовые клетки из партеногенетическогоэмбриона мыши и показала, чтоони могут формировать различные ткани, включая мышечную и нервную.
С человеческим эмбрионом все оказалось сложнее. Из 22 яйцеклеток, активированных химическим путем, только6 образовали через пять дней нечтопохожее на бластоцист. Однаковнутренней клеточной массы в этих бластоцистах не было…
Существуют три типа клонирования млекопитающих: эмбриональное клонирование, клонирование зрелой ДНК (репродуктивное клонирование, метод Рослина) и терапевтическое (биомедицинское) клонирование.
При эмбриональном клонировании клетки, образующиеся в результате деления оплодотворенной яйцеклетки, разделяются и продолжают развиваться в самостоятельные эмбрионы. Так можнополучать монозиготных близнецов, тройни и т.д. вплоть до8 эмбрионов, развивающихся в нормальные организмы. Этот метод давноиспользуется для клонирования животных различных видов, нопоотношению к человеку егоприменимость исследована недостаточно.
Био?медицинско?е кло?ниро?вание о?писано? выше. Оно? о?тличается о?т репро?дуктивно?го? кло?ниро?вания то?лько? тем, что? яйцеклетка с пересаженным ядро?м развивается в искусственно?й среде, затем из бласто?циста удаляют ство?ло?вые клетки, а сам пре-эмбрио?н при это?м по?гибает. Ство?ло?вые клетки мо?гут быть испо?льзо?ваны для регенерации по?врежденных или о?тсутствующих о?ргано?в и тканей в о?чень мно?гих случаях, о?днако? про?цедура их по?лучения по?ро?ждает мно?жество? мо?рально?-этических про?блем, и во? мно?гих странах зако?но?датели о?бсуждают во?змо?жно?сти запрещения био?медицинско?го? кло?ниро?вания. Тем не менее исследо?вания в это?й о?бласти про?до?лжаются, и тысячи неизлечимо? бо?льных (бо?лезнями Паркинсо?на и Альцгеймера, диабето?м, рассеянным склеро?зо?м, ревмато?идным артрито?м, рако?м, а также с травмами спинно?го? мо?зга) с надеждо?й ждут их по?ло?жительных результато?в.
Особый интерес в биоэтическом контексте представляет проблема клонирования. Выделяют несколько методов клонирования:
Манипуляции со стволовыми клетками;
Пересадка клеточного ядра.
Уникальность стволовых клеток заключается в том, что, когда они попадают на поврежденные участки разных органов, то они способны превращаться в клетки именно такого типа, которые необходимы для восстановления ткани (мышечные, костные, нервные, печеночные и т.д.). То есть, используя технологию клонирования, можно «на заказ» выращивать необходимые человеческие органы. Настоящая фантастика, однако, где взять стволовые клетки? Результаты многолетних экспериментов таковы:
Абортивный материал при естественном и искусственном оплодотворении;
Извлечение стволовых клеток из уголков и борозд мозга, костного мозга и волосяных фолликул взрослого организма и других тканях;
Кровь из пупочного канатика;
Откачанный жир;
Выпавшие детские зубы;
Изучение стволовых клеток взрослого организма, безусловно, обнадеживают и не вызывают этических проблем в отличие от эмбриональных стволовых клеток. Общепризнано, что лучшим источником стволовых клеток для терапевтического клонирования (т.е. получения эмбриональных стволовых клеток) являются эмбрионы. Однако в связи с этим нельзя закрывать глаза на потенциальные опасности. Европейская группа по этике выдвинула на первый план проблему прав женщин, которые могут попасть под сильное давление. Кроме того, специалисты отмечают проблему добровольного и информированного согласия для донора (а также анонимности) и для получателя клеток. Дискуссионным остаются вопросы о приемлемом риске, о применении этических стандартов в исследованиях на людях, охрана и безопасность клеточных банков, конфиденциальность и защита частного характера генетической информации, проблема коммерциализации, защита информации и генетического материала при перемещении через границу и т.д.
В большинстве стран мира существует полное или временное запрещение на репродуктивное клонирование человека. Во Всеобщей Декларации о геноме человека и правах человека ЮНЕСКО (1997 г.) запрещена практика клонирования с целью воспроизводства человеческой особи.
Другим методом клонирования является пересадка клеточного ядра. На данный момент, таким образом, получено много клонов различных видов животных: лошади, кошки, мыши, овцы, козы, свиньи, быки и т.д. Ученые констатируют, что клонированные мыши живут меньше и больше подвержены разным заболеваниям. Исследования по клонированию живых существ продолжаются.
Глава 7. Биоэтические проблемы генно-инженерных технологий
7.1 Биотехнология, биобезопасность и генная инженерия: история и современность
Длительный период времени под биотехнологией понимали микробиологические процессы. В широком смысле под термином «биотехнология» обозначают использование живых организмов для производства продуктов питания и энергии. Последние годы двадцатого века знаменовались большими достижениями молекулярной биологии и генетики. Были разработаны методы выделения наследственного материала (ДНК), создания его новых комбинаций с помощью манипуляций, осуществляемых вне клетки, и перенесения новых генетических конструкций в живые организмы. Таким образом, появилась возможность получать новые породы животных, сорта растений, штаммы микроорганизмов с признаками, которые невозможно отобрать с помощью традиционной селекции.
История использования генетически модифицированных организмов (ГМО) в практической деятельности небольшая. В связи с этим существует элемент неопределенности относительно безопасности ГМО для здоровья человека и окружающей среды. Поэтому обеспечение безопасности генно-инженерных работ и трансгенных продуктов является одной из актуальных проблем в этой области.
Безопасность генно-инженерной деятельности или биобезопасность предусматривает систему мероприятий, направленных на предотвращение или снижение до безопасного уровня неблагоприятных воздействий генно-инженерных организмов на здоровье человека и окружающую среду при осуществлении генно-инженерной деятельности. Биобезопасность как новая область знаний включает два направления: разработка, применение методов оценки и предупреждения риска неблагоприятных эффектов трансгенных организмов и систему государственного регулирования безопасности генно-инженерной деятельности.
Генетическая инженерия – это технология получения новых комбинаций генетического материала с помощью манипуляций с молекулами нуклеиновых кислот, проводимых вне клетки, и переноса созданных конструкций генов в живой организм. Технология получения генно-инженерных организмов расширяет возможности традиционной селекции.
Производство трансгенных медицинских препаратов – перспективное направление генно-инженерной деятельности. Если раньше, например, эффективным методом лечения анемии считалось частое переливание донорской крови (рискованная и дорогостоящая процедура), то сегодня для производства трансгенных медицинских препаратов используют модифицированные микроорганизмы и культуры животных клеток. Эффективность использования трансгенных организмов на службе у медицины можно рассмотреть на нескольких примерах решения проблем здоровья человека. По данным ВОЗ, в мире около 220 млн людей, страдающих диабетом. Для 10% пациентов показана инсулиновая терапия. Обеспечить всех нуждающихся животным инсулином невозможно (вероятность переноса вирусов от животных к людям; дорогостоящее лекарство). Именно поэтому разработка технологии биологического синтеза гормона в клетках микроорганизмов – оптимальное решение задачи. Инсулин, полученный на микробиологической фабрике, идентичен натуральному инсулину человека, дешевле препаратов животного инсулина, не вызывает осложнений.
Выраженное замедление роста детей, приводящее к появлению лилипутов, карликов, – еще одна проблема здоровья человека, связанная с нарушением работы желез внутренней секреции (недостаток гормона роста соматотропина, который вырабатывается гипофизом). Раньше эту болезнь лечили путем введения в кровь пациентов препаратов гормона роста, выделенных из гипофиза умерших людей. Однако здесь возникало ряд технических, медицинских, финансовых и этических проблем. Сегодня эта проблема решена. Ген, кодирующий образование гормона роста человека, синтезирован и встроен в генетический материал E.coli.
С тех пор как стало возможным клонирование живых организмов, идут споры об этичности использования клонов в целях трансплантации органов. Недавно ученые из Орегонского университета здоровья и науки впервые получили полноценный человеческий эмбрион в лабораторных условиях. Такие эмбрионы предполагается использовать для получения стволовых клеток.
Для этого требуется образец кожи оригинала, а также донорская яйцеклетка, полученная от здоровой женщины. Из яйцеклетки удаляется ДНК, после чего внутрь нее вводится одна из кожных клеток. После этого на клетку воздействуют электроразрядом, отчего она начинает делиться. В течение шести дней из нее развивается эмбрион, у которого можно брать стволовые клетки для имплантации. По словам ученых, при помощи подобных технологий можно будет лечить такие тяжелые недуги, как болезнь Альцгеймера, различные патологии мозга и рассеянный склероз.
"Наше открытие позволяет выращивать стволовые клетки для пациентов с серьезными заболеваниями и повреждениями органов, - заявил один из авторов разработки, доктор Шухарат Миталипов. - Конечно, еще очень много нужно сделать, прежде чем появится безопасный и надежный способ лечения стволовыми клетками. Но наша работа - это уверенный шаг навстречу регенеративной медицине".
До недавнего времени для вынашивания клонированного эмбриона обязательно требовалась суррогатная мать. Теперь можно будет получать клоны в лаборатории без участия женщин-добровольцев. Между тем, в очередном открытии многие видят угрозу для человечества. Вернее, перспективу для незаконного и неконтролируемого клонирования людей.
Клонирование - тема достаточно скользкая. Если люди появляются на свет искусственным путем, то можно ли считать их людьми? В последнее время появилось множество фантастических произведений и фильмов, сюжетом которых является дискриминация клонов, а также их использование для пересадки органов. Трансплантация органов всегда являлась проблемой, так как сложно отыскать подходящего донора. При наличии целой армии клонов, выращенных именно в целях донорства, шансы людей на получение здоровых органов взамен больных резко возросли бы. Тем более если бы эти органы брались у их совершенно идентичных двойников. Со временем удалось бы "пересаживать" даже поврежденные конечности или, скажем, глаза…
Но вот как быть с самими клонами? Пока речь идет только об эмбрионах, из которых не планируется выращивать настоящих людей. Но в принципе они могли бы ими стать. Еще вариант - выращивать клонов с неполноценным мозгом - таких вроде бы не жалко… Но опять же - насколько это этично? Герою книги Нэнси Фармер "Дом Скорпиона", клону крупного наркобарона, в отличие от его "собратьев" по несчастью, сохраняют разум, но спасти свою жизнь ему удается лишь чудом…
В фантастической картине "Остров" изображено общество будущего, где существуют целые поселения людей-клонов, которых выращивают только для того, чтобы впоследствии получать от них органы… А в романе Кадзуо Исигуро "Не отпускай меня" и в одноименном фильме клонов обучают в специальных школах, с детства приучая к мысли, что рано или поздно они станут донорами и будут отдавать свои органы, чтобы спасать жизни других людей, так что практически никто из них не доживет до тридцатилетнего возраста…
Казалось бы, в реальности подобный сценарий попросту невозможен: ни одна страна мира не может узаконить убийство живых людей в медицинских целях. Но кто знает… Ведь перспективы, которые открывает клонирование, достаточно заманчивы. И почему бы не пожертвовать недоразвитой "копией", чтобы спасти жизнь, скажем, знаменитого ученого, артиста или политического деятеля? Чем глобальнее масштаб, тем менее ценной покажется жизнь клона…
Клонирование организмов
Клон – это точная генетическая копия живого организма.
В природе клоны широко распространены. Это, конечно же, потомки . Так как полового процесса не происходит, не изменяется . Поэтому дочерний организм является точной генетической копией предыдущего .
Клоны так же создаются с участием человека. Зачем это делается? Представьте, ведется многолетняя работа по отбору и гибридизации растений, из всех полученных гидридов, у одного очень удачная комбинация генов (например, сочные плоды больших размеров). Как размножить это растение? Если проводить скрещивание, то произойдет рекомбинация генов. Поэтому проводят .
Многие культурные сорта являются клонами изначально полученного растения. (Фиалки, например, размножают листьями). Можно даже получить клон растения всего из одной клетки.
- сначала выращивается культура клеток ,
- потом воздействуют нужными гормонами для дифференцировки тканей , и
- воссоздается новый организм.
С помощью этого метода можно будет получать больше урожая, чем через стандартное разведение. Возможно, в будущем мы будем получать растительные продукты не с полей, а из пробирок.
Огромные площади земли заменит лаборатория. А колхозники останутся без работы.
Но как создавать клоны организмов, неспособных к бесполому размножению (позвоночных к примеру)?
Это возможно. Такое явление встречается даже в природе. Это – .
Из одной зиготы развивается не один организм, при том эти организмы являются генетическими копиями друг друга (так как развились из одной зиготы).
Такое явление позволило возникнуть близнецовому методу (благодаря ему, изучается влияние наследственности и среды на признаки).
Появилась идея искусственного клонирования организмов .
В теории она проста: если из зиготы удалить собственное , и поместить ядро из соматической клетки, то разовьется организм – точная генетическая копия, клон донора соматической клетки.
Практически осуществить это получилось не сразу.
В 60-е года были проведены опыты по клонированию . Из икринок лягушек вытаскивали ядра и засовывали ядра, взятые из соматических клеток (метод такой пересадки ядер, между прочим, был разработан у нас в СССР в 1940 году ученым Г.В. Лопашовым). Получились клоны лягушки. С амфибиями проще, у них оплодотворение и эмбриональное развитие происходит во внешней среде.
Как быть с ?
Икру то они не метят. В 1996 году группа британских ученых (это не фигура речи, они действительно из Британии) под руководством Иэна Уилмута сделала огромное достижение в области биологии. Они, с помощью метода пересадки ядра, клонировали овцу.
Из клетки ткани вымени уже умершей к моменту эксперименту овцы (организма-прототипа) взяли ядро. Из другой овцы взяли яйцеклетку и, предварительно удалив ее собственное ядро, трансплантировали ядро из клеток овцы-прототипа. Полученную уже диплоидную клетку (диплоидную, так как ядро взято из соматической клетки) поместили в другую овцу, которая стала суррогатной матерью. Полученного ягненка назвали Долли.
Она была генетической копией овцы-прототипа.
Но Долли не была первым в истории клоном млекопитающего. И до нее проводились удачные эксперименты. В чем новшество? В том, что ранее брались либо эмбриональные, либо стволовые клетки для донорства ядер. В случае с Долли были взяты уже дифференцированные клетки взрослого организма (клетки вымени). Овечка Долли прожила достойную жизнь, несколько раз становилась мамой. Рожала совершенно здоровых ягнят. Долли ничем не отличалась от других овец, только тем, что она являлась клоном. К концу жизни Долли заболела артритом. Ее усыпили. Болезнь эта никаким образом не связана с клонированием: ей болеют и обычные овцы.
Эксперимент с Долли продемонстрировал возможность и безопасность клонирования млекопитающих.
Какова практическая значимость клонирования? Оно позволяет решить некоторые проблемы:
- можно увеличить численность — спасти от вымирания популяции, которые сами уже не могут поддерживать свою численность и, по сути, обречены;
- клонирование дает возможность в прямом смысле воскресить вымершие виды, если сохранились образцы ядер клеток этих организмов (вспомните Парк Юрского периода);
- не обязательно выращивать целиком новый организм. Можно выращивать отдельно органы и заменять ими поврежденные. У человека отказала . Взяли у него одну клетку – вырастили новую. И отторгаться она не будет , так как не содержит чужеродных белков: все свое.
В теории все прекрасно, на практике возникают некоторые проблемы.
Прежде всего, это чисто «механические» проблемы. Несовершенство методов. Белые пятна, пробелы в знаниях: не все еще известно о генах и всех их тонкостях.
Еще одна проблема скрыта в ядре. В процессе дифференциации клеток происходит и дифференциация ядер этих клеток: некоторые гены отключаются, некоторые активируются. То есть в ядре, взятом для пересадки в яйцеклетку, могут быть отключены некоторые гены, которые необходимы для нормального развития зародыша. Понятно, что в этом случае нормального развития не получится.
Есть проблема этическая — клонирование человека. Сути ее я не понимаю, лично мне она кажется надуманной. Поэтому комментировать ее не буду.
Последняя проблема, которую мы рассмотрим – это проблема старения ядер. В ядрах есть счетчики старения организма – теломеры. С каждым делением они все короче и короче. Очевидно, нужен способ искусственно «сбросить до заводских настроек» ядро: отменить отключение генов, восстановить теломеры.
На клонирование организмов возлагаются огромные надежды. В этом методе видят излечение болезней . Область открыта для исследований: еще многое нужно изучить.