Клони́рование ( от — «веточка», «побег», «отпрыск») — в самом общем значении — точное воспроизведение какого-либо объекта любое требуемое количество раз. Объекты, полученные в результате клонирования (каждый по отдельности и вся их совокупность), называются клоном.
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 — начале XXI 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.
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 трансгенезом 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.
Клонирование растений Клонирование растений (более общеупотребимы термины «культуры тканей in vitro», «клональное микроразмножение растений») осуществляется путём регенерации целого растения из каллуса путём изменения пропорционального соотношения 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 клеткамиKrens E.A., Molendijk L., Wullems G.I., Schilperoort R.A. In vitro Transformation of Plant Protoplasts with Ti-Plasmid DNA // Nature. 1982. Vol. 296. P. 72-74.).
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)Интервью с владельцем питомника 'AWZ' . Пример: × Laeliocattleya Hsin Buu Lady 'Red Beauty'.
Клонирование животных
В начале пути 1826 год — открытие яйцеклетки млекопитающих российским 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». 1945 год — первая пересадка ядер у животных (амфибий), осуществлённая советским эмбриологом Г. В. Лопашовым.«Рефераты работ биологического отделения РАН» (Москва, 1945, с. 88—89)Доклады АН (Comptes Rendus de l’Academie des Sciences de l’URSS, 1948, V. LII, № 4) 1962 год — клонирование профессором зоологии Оксфордского университета Джон Гёрдон шпорцевых лягушекGurdon, JB (1962) The developmental capacity of nuclei taken from intestinal epithelium cells of feeding tadpoles. J Embryol Exp Morphol 10: 622-40 (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.
Клонирование амфибий (Дж. Гёрдон) 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. В 1970 году удалось провести опыты, в которых замена ядра яйцеклетки на генетически помеченное ядро из соматической клетки взрослой лягушки привела к появлению головастиков и взрослых лягушек. Это показало, что техника трансплантации ядер из соматических клеток взрослых организмов в энуклеированные (лишённые ядра) ооциты позволяет получать генетические копии организма, послужившего донором ядер дифференциированных клеток. Результат эксперимента стал основанием для вывода об обратимости эмбриональной дифференцировки генома по крайней мере у земноводных.
Клонирование млекопитающих
Клонирование млекопитающих возможно с помощью экспериментальных манипуляций с яйцеклетками (ооцитами) и ядрами соматических клеток животных in 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. Однако долгое время все попытки применить описанный выше метод для клонирования млекопитающих были безуспешными. Одними из первых успешное клонирование млекопитающего (домовой мыши) осуществили советские исследователиЧайлахян Л. М., Вепринцев Б. Н., Свиридова Т. А., Никитин В. А. Электростимулируемое слияние клеток в клеточной инженерии. Биофизика, 1987, т.32, № 5, с. 874—887 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 плода овцы, в энуклеированные ооциты.Campbell, K.H.S., McWhir, J., Ritchie, W.A. nad Wilmut, A. Sheep cloned by nuclear transfer from a cultured cell line, PMID 8598906 Nature, 1996 issue 6569, pages 64-66 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 овцыWilmut, I., Schnieke, A.E., McWhir, J., Kind, A.J., Campbell, K.H.S. Viable offspring derived from fetal and adult mammalian cells PMID 9039911 Nature, 1997 issue 6619 pages 810—813. 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. Подобные работы ведутся и в России, но целенаправленной программы исследований не существует. В целом технология клонирования животных ещё находится в стадии развития. У большого числа полученных таким образом организмов наблюдаются различные патологии, приводящие к внутриутробной гибели или гибели сразу после рождения, хотя при клонировании овец в 2007 году выжил каждый 5-й эмбрион (в случае с Долли — понадобилось 277).
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 разыскного 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 профпригодностьBBC News. 2008. S Korea trains sniffer-dog clones .
В Китае фирмой «BGI» уже производится в промышленных масштабах клонирование животных для медицинских исследованийChina cloning on an 'industrial scale' BBC News. Предполагается, что подобная методика в будущем будет использована для выращивания в свиньях запасных органов для трансплантации человеку.
К настоящему времени более 20 видов млекопитающих были клонированы с помощью внутри- или межвидового переноса ядер соматических клеток (SCNT)Samiec, M. (2022). Molecular Mechanism and Application of Somatic Cell Cloning in Mammals—Past, Present and Future . International Journal of Molecular Sciences, 23(22), 13786. : Свиньи (Sus scrofa domesticus); Овцы (Ovis aries); Козы (Capra aegagrus hircus); Крупный рогатый скот (Bos taurus taurus); Лошади (Equus ferus caballus); Мулы (гибриды лошадей: Equus asinus × Equus ferus caballus); Одногорбые верблюды (Camelus dromedarius); Двугорбые верблюды (Camelus bactrianus ferus); Водяные буйволы (Bubalus bubalis); Кролики (Oryctolagus cuniculus); Домашние кошки (Felis silvestris catus); Домашние собаки (Canis lupus familiaris); Мыши (Mus musculus musculus); Крысы (Rattus norvegicus domestica); Хорьки (Mustela putorius furo); Муфлон (Ovis aries/ammon musimon); Гаур (Bos gaurus); Благородный олень (Cervus elaphus);