58 поколений клонов: что произошло с потомством

После появления овцы Долли стало ясно, что можно воспроизводить животных без участия полового размножения. Однако оставался открытым вопрос: может ли такой процесс продолжаться бесконечно, если клонировать не исходное животное, а уже полученные клоны. «‎Рамблер» расскажет, что показал долгосрочный эксперимент с лабораторными мышами.

Описание эксперимента

Эксперимент проводился более 20 лет под руководством японского биолога Терухико Вакаямa и его команды. В его работе, опубликованной в Nature Communications, использовался метод переноса ядра соматической клетки — технология, при которой ядро взрослой клетки переносится в яйцеклетку без собственного генетического материала.

После этого клетка начинает делиться и развивается в полноценный эмбрион. В отличие от обычного клонирования, в этом эксперименте каждая новая мышь становилась донором для следующего поколения. Таким образом, происходило последовательное переклонирование — цепочка копий без возвращения к исходному геному.

За время эксперимента было выполнено более 30 000 процедур переноса ядра, в результате чего получили свыше 1200 мышей из одного исходного животного. Такая схема позволила проследить, как изменяется генетический материал при многократном копировании без рекомбинации.

Что происходило в первых поколениях?

На ранних этапах результаты выглядели устойчивыми. До примерно 25-го поколения клоны не демонстрировали заметных отклонений.

У животных был нормальный внешний вид и стандартные физиологические параметры. Продолжительность жизни сосавляла около двух лет. Геномный анализ также не выявлял существенных различий между ранними поколениями. Более того, эффективность клонирования даже увеличивалась: успешность процедур достигала примерно 15 процентов к 26-му поколению.

«Вселенная-25»: чем закончился жуткий эксперимент

Это сформировало мнение, что процесс может быть масштабируемым и потенциально бесконечным. На этом этапе ученые были уверены, что клонирование может использоваться, например, для сохранения генетических линий или воспроизводства ценных животных.

Когда начались изменения?

Переломный момент наступил после 25-го поколения. Начиная примерно с 27-го поколения, исследователи зафиксировали снижение репродуктивной успешности. Яйцеклетки клонов могли оплодотворяться, однако развитие эмбрионов часто прекращалось на ранних стадиях.

При этом сами взрослые животные оставались внешне нормальными и не демонстрировали явных патологий. Это указывало на скрытый характер накопленных изменений.

Параллельно резко снизилась эффективность клонирования: если ранее успешность достигала двузначных значений, то к 57-му поколению она упала примерно до 0,6 процентво. Таким образом, сначала изменения коснулись способности к воспроизводству.

Что произошло к 58-му поколению?

К финальной стадии эксперимента накопленные изменения достигли критического уровня. Мыши 58-го поколения рождались, но погибали в течение первых суток жизни.

При этом у них не обнаруживалось явных морфологических дефектов, которые могли бы объяснить гибель. Это указывало на системный характер нарушений — вероятно, затрагивающих фундаментальные клеточные процессы. Этот результат стал первым прямым доказательством того, что многократное клонирование млекопитающих имеет предел и не может продолжаться бесконечно.

Что показал генетический анализ?

Ключевым этапом стало секвенирование геномов разных поколений. Анализ установил, что в ДНК постепенно накапливаются мутации — изменения нуклеотидной последовательности, возникающие при репликации клеток.

Исследования показали, что:

• частота мутаций у клонов примерно в три раза выше, чем при половом размножении;
• увеличивается число структурных изменений генома;
• возникают хромосомные нарушения, включая потерю Х-хромосомы.

На ранних этапах эти изменения не влияли на организм, но, когда они накапливались, то начинали затрагивать критические гены. Этот процесс называется мутационным накоплением — это постепенное ухудшение генетического качества популяции.

Почему клонирование приводит к накоплению ошибок?

В основе проблемы лежит принципиальное отличие клонирования от полового размножения. При половом размножении происходит рекомбинация — перемешивание генетического материала двух родителей. Это позволяет:

• устранять вредные мутации;
• повышать генетическое разнообразие;
• снижать вероятность накопления дефектов.

При клонировании этого механизма нет. Каждое новое поколение наследует не только исходный геном, но и все ошибки, накопленные ранее.

Дополнительно усложняет ситуацию процесс перепрограммирования ядра — переход специализированной клетки в эмбриональное состояние. Он сопровождается сложными молекулярными изменениями и может вносить дополнительные нестабильности.

Почему для некоторых организмов это не проблема?

В природе существуют виды, способные к длительному бесполому размножению — например, гидры или кораллы. Однако у них действуют иные механизмы:

• более эффективные системы восстановления ДНК;
• иная организация генома;
• способность к регенерации на уровне тканей.

У млекопитающих таких механизмов нет. Их эволюция связана с половым размножением, которое обеспечивает регулярное обновление генетического материала. Эксперимент с мышами показал, что при отсутствии этого механизма уже через несколько десятков поколений генетическая линия обрывается.

Ранее мы рассказывали, чем закончился эксперимент, когда в мозг крысы пересадили «мини-мозги» человека.