На рисунке показаны основные этапы репродуктивного клонирования, позволившего создать Долли. Клетку взяли из вымени биологической матери Долли. Ядро извлекли из яйцеклетки другой овцы. Затем ядро клетки матери Долли ввели в яйцеклетку и спровоцировали деление. Яйцеклетка – теперь уже эмбрион – была подсажена третьей овце, суррогатной матери. Долли родилась естественным путем в Рослинском институте в Эдинбурге, в Шотландии.
Овечка Долли родилась здоровой и впоследствии принесла шесть ягнят. Она прожила всего шесть лет и умерла от заболевания легких. Вероятно, болезнь возникла из-за того, что Долли проводила слишком много времени в помещении – она была очень ценной особью, и ее не могли оставить в поле. Однако было также высказано предположение, что хромосомы Долли старше ее – они не обновились, переходя от матери. Не исключено, что это стало причиной ранней смерти.
Овечка Долли
В репродуктивном и терапевтическом клонировании используют схожие методы, но первое нужно для «копирования» животного целиком. Самое знаменитое клонированное животное – овечка Долли, которая родилась в июле 1996 г. Проектом руководили генетики Иэн Уилмут и Кит Кэмпбелл. Он увенчался бесспорным успехом, но репродуктивное клонирование – это очень сложный процесс. Долли была единственной выжившей особью, хотя ученые предприняли 227 попыток. Другие эксперименты по клонированию проводили с рыбами, свиньями, кошками, крысами и верблюдом-дромадером. Ученые клонировали дикого быка гаура, находящегося на грани исчезновения, чтобы продемонстрировать возможности науки для увеличения популяций редких животных и даже воссоздания вымерших. Генетики берут образцы генетического материала у вымирающих животных в надежде, что в случае необходимости их можно будет клонировать.
Геном человека
Совокупность генов, заключенную в одинарном наборе хромосом, называют геномом. Наследственный материал человека представлен 23 парами хромосом – ДНК в ядре клетки и внутри митохондрий.
Участники проекта «Геном человека» смогли составить почти полную последовательность 3 млрд пар оснований в ДНК человека. Проект начался в 1990 г., тогда ученые взяли образцы ДНК у анонимных доноров, а около 70 % материала происходило от одного человека из Баффало, штат Нью-Йорк. Первый набросок опубликовали в 2001 г. Между геномами разных людей существуют значительные различия (это не касается однояйцевых близнецов), но они затрагивают только порядка 0,1 % всего генома (что эквивалентно нескольким миллионам различий). Расхождение между людьми и шипманзе, нашими ближайшими родственниками, составляет около 4 %. У людей около 19 000–20 000 генов, кодирующих белок, но биологическая функция их продуктов еще совершенно не изучена. Ученые ожидают, что, поняв назначение генов, они смогут спровоцировать развитие медицины и сделать революционные открытия в области хронологии эволюции человека.
Митохондриальная ДНК человека (мтДНК) могла бы еще больше рассказать о наших предках. Так как ее воспроизведение не так строго контролируется, как воспроизведение ДНК в ядре клетки, пропорция мутаций в ней куда выше. Анализ мтДНК позволил отследить тропы миграции человека. В 2016 г. исследование генома показало, что всех не-африканцев можно отследить вплоть до популяции, которая покинула Африку 60 000 лет назад.
Фрагмент генетической карты 16-й хромосомы, которая имеет около 90 млн пар оснований и соответствует примерно 3 % всей ДНК в клетках человека. 16-я хромосома содержит около 2000 генов.
Эпигенетика
Эпигенетика изучает, как проявление, или экспрессия, генов регулируется факторами окружающей среды. При этом последовательность ДНК не меняется, хотя новые признаки могут передаваться следующим поколениям.
Генетика произвела революцию и навсегда изменила биологию, но добавила и путаницы: можем ли мы сбежать от наших генов или все запрограммировано заранее? Затем появилась эпигенетика и запутала все еще больше. Центральная аксиома генетики заключается в том, что сам организм никогда не изменяет наследуемый генетический материал, или ДНК, которая кодирует наши гены. Что бы вы ни унаследовали от родителей, вы передадите это своим детям. Этот факт лежит в основе наших знаний о генах и фомирует некоторые взгляды на эволюцию, популяционную генетику и биологию развития. (Конечно мутации, или ошибки в генах, случаются, но это происходит при копировании непроизвольно или в результате внешнего воздействия, меняющего химию ДНК, а не по инициативе организма.)
В каждой человеческой клетке содержится от двух до трех метров ДНК. Это длинное и хрупкое химическое соединение нужно хранить очень бережно, и для этого природой придуманы гистоновые белки, благодаря которым ДНК сворачивается в компактные блоки. Строение гистонов и других поддерживающих химических веществ формирует эпигеном, который наследуется вместе с геномом.
ГОЛОДНАЯ ЗИМА
Зимой 1944–1945 гг. немецкая армия прекратила поставки продовольствия в Нидерланды, и начался голод. Голодная зима затронула 4 млн человек, и в послевоенные годы многих голодающих, а также их потомство обследовали, выявив долгосрочное воздействие на состояние здоровья. В результате появились одни из первых доказательств эпигенетического наследования.
Другими словами, генетика постулирует, что вы наследуете лишь генетические признаки ваших родителей, а не признаки, которые они приобрели за свою жизнь – например, развитые мышцы от поднятия тяжестей или мозоли на ногах из-за тесной обуви.
Эпигеном
Между тем новая область, названная эпигенетикой, предполагает, что в процесс наследования включается еще один элемент. Аксиома, приведенная выше, продолжает действовать, но приобретенные признаки могут оказывать влияние на то, как тело развивается и распоряжается генами, – и могут передаваться от родителей (по крайней мере от матери). Центральное место в теории занимает понятие «эпигеном». Термин обозначает огромное множество химических веществ, например белков-гистонов, окружающих ДНК и управляющих ею. Жизненный опыт – плохое питание, физические упражнения, перенесенные заболевания, – влияет на эпигеном значительным образом. В результате этого воздействия некоторые гены не используются клеткой, тогда как другие активируются – те, что в противном случае были бы «выключены». Геном передается от родителя потомству без изменений, а эпигеном, сопровождающий его, может категорически не совпадать с тем, который унаследовал сам родитель.
