Сколько можно клонировать мышей

Ученые уже нашли способ клонировать млекопитающих искусственным путем, однако в природе такой способ размножения для них недоступен. Теоретически, если при клонировании млекопитающего не будет накапливаться генетических и эпигенетических ошибок, оно позволит сохранить вид. Однако ранние исследования показали, что предел такого способа — всего несколько поколений. Исследователи из Японии подробно изучили этот вопрос в 20-летнем эксперименте по клонированию одной мыши и ее потомков. 

Эксперименты по серийному клонированию начали в январе 2005 года. Получив ооциты мыши, ученые переносили в них ядра соматических клеток и подсаживали полученные эмбрионы самкам с ложной беременностью. По мере смены поколений доля успешных клонирований увеличивалась (до 15,5% в 26-м поколении). Данные секвенирования не выявили различий между клонами первого и последующих поколений, и ученые предположили, что серийное клонирование может продолжаться бесконечно. Эксперимент продолжался, и в общей сложности от одной мыши-донора авторы получили более 1200 клонов. 

Со временем успешность клонирования начала снижаться — до 0,6% на 57-м поколении. Все клоны 58-го поколения погибли на вторые сутки жизни. 

Поскольку ранее сообщалось о том, что при клонировании наблюдаются аномалии плаценты, связанные с эпигенетическими нарушениями, ученые измерили массу тела и массу плаценты у клонов различных поколений после кесарева сечения, а также у контрольных эмбрионов, оплодотворенных in vitro. Средняя масса тела клонированных мышей была немного больше, чем в контроле (1,88 против 1,3 г), масса плаценты — в два-три раза больше (0,3 против 0,11 г), однако эта разница не накапливалась с каждым последующим поколением. Гистологический анализ плаценты выявил стабильную разницу между клонированными и полученными in vitro оплодотворением мышами. Средняя продолжительность жизни во всех случаях составила примерно два года — типичный срок жизни мышей. 

Протестировав гипотезы о различных причинах снижения успеха повторных клонирований, ученые пришли к выводу, что дело в накоплении летальных мутаций в ооцитах. Они не обнаружили накопления эпигенетических аномалий; разницы в раннем развитии эмбрионов in vitro также не наблюдалось, а профили экспрессии, проанализированные по данным секвенирования РНК, не отличались у клонов первого и 51-го поколений и контрольных мышей. Количество ооцитов сохранялось в норме, клонированные мыши разных поколений оставались здоровыми вплоть до 57-го поколения и рожали здоровое потомство при спаривании с нормальными самцами. 

А вот качество ооцитов снижалось с каждым последующим клонированием. Исследователи получили ооциты мышей 25-го и 53-го поколений и подвергли их искусственной активации и диплоидизации для партеногенеза. Такой подход позволяет выявить гомозиготные мутации. Они обнаружили, что 91,3% партеногенетических эмбрионов контрольных мышей развились до стадии бластоцисты. В случае клонированных животных этот показатель составил 12,7% для 25-го поколения; а в 53-м поколении до стадии бластоцисты не развился ни один партеногенетический эмбрион. 

Авторы провели полногеномное секвенирование мышей различных поколений. Они проанализировали мутационные профили и пришли к выводу, что в среднем каждое поколение приобретало 70 однонуклеотидных вариаций (SNV) и 1,5 структурных варианта, в том числе крупных перестроек. Сама по себе скорость их накопления сопоставима с таковой в соматических клетках мыши, однако исследователи выделяют два фактора, которые, вероятно, сыграли ключевую роль в провале «бесконечного» клонирования.

Во-первых, протяженные структурные варианты редко встречаются в зародышевой линии в норме, однако они накапливались при клонировании. Во-вторых, отсутствие рекомбинации нарушило очищающий отбор — это, вероятно, и позволило накопиться протяженным структурным вариантам. Переломный момент наступил примерно на 25-м поколении. 

Таким образом, при серийном клонировании мыши происходило накопление геномных мутаций, в том числе вредных. В конечном счете их количество достигло уровня, снижающего успех такого бесполого размножения, и сделало невозможным дальнейшее клонирование. Иными словами, на молекулярном уровне именно генетические, а не эпигенетические аномалии служат ключевым препятствием для полноценного (сохраняющего вид) размножения млекопитающих путем клонирования.