При нормальном половом размножении млекопитающих зигота, образовавшаяся при оплодотворении, содержит клетки, не имеющие никакой специализации. Такие неспециализированные клетки относятся к третьей категории и называются стволовыми. Стволовые клетки, из которых состоит зигота на раннем этапе своего развития, называют тотипотентными, потому что они могут превратиться в клетки любого типа и, следовательно, способны дать начало целому живому организму. По мере дальнейшего развития зародыша клетки размножаются и начинают дифференцироваться, то есть выполнять более специализированные функции в организме. На одном из самых ранних этапов развития зародыша тотипотентные стволовые клетки теряют свою способность превращаться в клетки любого типа, но все еще не имеют четкой специализации. Теперь эти клетки называются плюрипотентными. Плюрипотентные стволовые клетки млекопитающих, к примеру, могут превращаться в клетки любого типа, кроме плацентарных.
Плюрипотентные стволовые клетки представляют особенный интерес для науки, поскольку с их помощью можно лечить людей. Когда стволовые клетки делятся, из них получаются либо другие стволовые клетки, либо специализированные соматические. Это означает, что они потенциально способны заменять собой больные или поврежденные клетки. Стволовые клетки можно обнаружить не только в развивающемся эмбрионе, но и во всех тканях взрослого организма. Стволовые клетки взрослых склонны к более высокой специализации, чем эмбриональные, но, несмотря на это, они критически важны для восстановления поврежденных тканей и их обновления. В медицинских целях зачастую берутся стволовые клетки взрослых. К примеру, кроветворные стволовые клетки могут превращаться в различные виды кровяных клеток, и их используют в лечении заболеваний крови, в том числе лейкоза.
Давайте вернемся к клонированию путем ядерного переноса. Соматические клетки, в отличие от стволовых, высокоспециализированны. Они не могут превращаться в разные типы клеток, поскольку представляют собой конечную точку процесса дифференцировки. У соматических клеток есть конкретная функция, и их клеточные механизмы приспособлены к качественному выполнению этой работы. В соматической клетке, взятой из молочной железы овцы, происходит экспрессия только тех белков, которые нужны ей, чтобы выполнять функцию клетки молочной железы, и поэтому в ней включаются только те гены, которые кодируют эти белки.
Чтобы соматическая клетка смогла превратиться в целый живой организм, она должна «забыть» все о своей специализации и дедифференцироваться. Она должна снова превратиться в эмбриональную стволовую клетку.
Хотя Долли, возможно, – самое известное животное, появившееся на свет благодаря соматическому ядерному переносу, она не была первым клоном, созданным таким образом. В 50-х и 60-х годах XX века Джон Гёрдон из Оксфордского университета доказал, что лягушачьи яйцеклетки развиваются в лягушек даже после того, как ядра этих клеток были изъяты и заменены ядрами соматических клеток. Хотя в те времена механизм этого явления был не очень хорошо понятен, ключевым наблюдением Гёрдона стало то, что яйцеклетка каким-то образом запускает процесс дедифференцировки соматической клетки – и последняя «забывает», каким типом клетки была до этого. В 2012 году Гёрдон получил за это открытие Нобелевскую премию совместно с Синъей Яманакой из Киотского университета. Яманака позже обнаружил, что такой же плюрипотентности (дедифференцировки соматических клеток) можно добиться in vitro, то есть в тканевой культуре в лабораторных условиях, добавив в клетку набор факторов транскрипции, представляющих собой белки, которые соединяются с определенными участками ДНК и контролируют, какие гены должны включаться и когда. Такие клетки называют индуцированными плюрипотентными стволовыми клетками (iPSC).
Ядерный перенос используется для клонирования овец, коров, коз, оленей, кошек, собак, лягушек, хорьков, лошадей, кроликов, свиней и многих других животных. Также набирает популярность клонирование животных со специфическими требуемыми свойствами. В интернете широко рекламируются коммерческие службы, занимающиеся клонированием домашних животных и созданием клонированного потомства лошадей-чемпионов. Первые результаты уже видны: в конце 2013 года шестилетняя лошадь Шоу Ми, клон кобылы Сэйдж, выступавшей в конном поло, стала чемпионом Тройной короны в Аргентине, возможно, тем самым возвещая наступление новой эры в разведении животных для шоу и спорта.
Однако клонирование путем ядерного переноса имеет невысокую эффективность. Долли была единственным эмбрионом из 277, созданных в Рослинском институте, который дожил до своего рождения. Кобыла по имени Прометея, первая клонированная лошадь, появившаяся на свет, была единственным эмбрионом из 841, который развился в полноценную особь своего вида. Снуппи, кобель афганской борзой, клонированный корейским ученым Хваном У Соком, стал одним из двух щенков, рожденных после того, как 1095 эмбрионов имплантировали 123 разным суррогатным матерям, и единственным, прожившим более нескольких недель. Во всех этих случаях ученые имели доступ к потенциально бесконечному числу соматических клеток, взятых у живых зверей.
Живых мамонтов не существует.
В поисках чуда
В последние десятилетия в Сибири, на Аляске и на канадской территории Юкон были обнаружены места, богатые очень хорошо сохранившимися замороженными костями. Эта область, называемая Берингия, была важным связующим звеном между Азией и Северной Америкой в эпоху плейстоцена. Судя по количеству и разнообразию костей, обнаруженных на просторах Берингии, в плейстоценовую эпоху эта область просто кишела мегафауной – животными, весящими более 45 килограммов. Останки мегафауны Берингии выходят на поверхность, когда нарушается слой вечной мерзлоты, в котором они погребены. Мы тревожим этот слой, когда строим свои города и соединяющие их дороги, а также при поисках золота. Кости животных ледникового периода также обнажаются вследствие естественных процессов, к примеру ежегодных разливов рек и озер после весеннего таяния снега (ил. 10). Высоко поднявшаяся вода быстрым потоком врезается в излучины реки, заливая замороженную почву речных берегов и вымывая кости и другие останки мегафауны, вмерзшие в нее.
Бернар, хорошо знакомый с Таймыром, после долгих часов, проведенных за изучением географических карт и разговорами с местными жителями, выбрал для нашего базового лагеря место, которое, по его мнению, имело наиболее удобное расположение для охоты за костями. Мы поставили палатки вблизи вершины довольно высокого, большого холма, посреди пейзажа, большую часть которого составляла вода, с отдельными вкраплениями низинной тундры, лишенной деревьев (ил. 11–13). Наш план заключался в том, чтобы ходить по берегам всех этих озер и соединяющих их протоков, высматривая кости и бивни.
Я множество раз проводила лето в Берингии в поисках костей животных ледникового периода. В основном эта работа выглядит одинаково: нужно прогуливаться вдоль берегов озер и рек, внимательно всматриваясь в мелководье, или болтаться без дела в местах активной разработки золота в ожидании момента, когда из шлангов перестанет литься вода и можно будет изучить начавшую таять поверхность на предмет сокровищ ледниковых эпох. Почти каждый день, проведенный мной в поле, приносил богатые плоды.
