Исследование на мышах показало, что многократное клонирование приводит к серьезным генетическим мутациям и не может быть бесконечным

Японские ученые, на протяжении двух десятилетий многократно клонировавшие мышей, выявили важные ограничения этой технологии. Они обнаружили, что последовательное воспроизводство клонов вызывает серьезные генетические мутации, которые накапливаются из поколения в поколение и в конечном итоге становятся смертельными. Об этом сообщает журнал Nature.

Всего исследователи создали 1 206 клонированных лабораторных мышей от одной самки-донора в период с 2005 по 2025 год. У представителей первых 25 поколений никаких проблемных внешних признаков не наблюдалось, однако затем мутации начали постепенно накапливаться, пока не достигли критического уровня. Уже 58-е поколение клонов, обремененное множеством генетических поломок, но при этом не имеющее заметных физических отклонений, погибало в течение нескольких дней после рождения.

Результаты исследования опровергли распространенное представление о том, что клоны являются полностью идентичными копиями исходного организма, а также показали, что при современном уровне технологий клонирование не может продолжаться бесконечно без негативных последствий.

Биолог-эмбриолог Терухико Вакаяма из Университета Яманаси, старший автор исследования, отметил, что ранее никто не проводил повторное клонирование в течение столь длительного времени. По его словам, именно поэтому впервые удалось обнаружить, что многократное «мультиклонирование» в конечном итоге достигает своего предела.

Ученый добавил, что когда-то считалось, будто клоны полностью идентичны исходному животному, однако данное исследование показало: мутации у них возникают примерно в три раза чаще, чем у потомства, появившегося в результате естественного размножения. Поскольку эти мутации продолжают накапливаться, млекопитающие не могут поддерживать существование своего вида исключительно за счет клонирования. Работа также помогла объяснить, почему млекопитающие, в отличие от растений и некоторых более простых животных, не способны воспроизводить себя посредством бесполого размножения на протяжении многих поколений.

После получения первого клона ученые повторяли процедуру каждые три–четыре месяца, создавая новое поколение из предыдущего. Как и исходная донорская мышь, все клоны были самками с коричневой шерстью.

Предварительные результаты исследования были опубликованы еще в 2013 году и охватывали первые 25 поколений. Тогда ученые пришли к выводу, что клоны выглядят здоровыми и не демонстрируют заметных отклонений.

Однако позже исследователи признали, что их первоначальные выводы оказались ошибочными. Они продолжили наблюдения ещё в течение 13 лет и в итоге установили, что у технологии многоступенчатого клонирования все же существует предел. По словам Вакаямы, в раннем исследовании не проводился анализ генетических последовательностей, поэтому истинные изменения на уровне ДНК оставались незамеченными.

Чтобы понять, что именно происходит на генетическом уровне, ученые провели секвенирование геномов 10 клонов из разных поколений. Они обнаружили, что последовательное клонирование действует подобно копированию изображения на ксероксе: первая копия отличается от оригинала совсем немного, но каждая следующая становится все менее четкой. При многократном повторении процесса конечный результат существенно отличается от исходного образца.

Полученные данные показали важность полового размножения как механизма, который помогает уменьшать вредные генетические мутации у млекопитающих.

Исследователи также оценивали способность к размножению у клонов, скрещивая их с неклонированными самцами мышей. До 20-го поколения они приносили примерно по 10 детенышей в помете, так же, как обычные самки. Однако со временем количество потомства стало уменьшаться, что отражало накопление генетических повреждений.

Для создания клонов ученые использовали метод, известный как перенос ядра клетки. Именно эта технология была применена при создании овечки Долли — первого успешно клонированного млекопитающего, полученного в лаборатории в Шотландии в 1996 году, а также мыши Кумулины — первого успешно клонированного грызуна, созданного в лаборатории на Гавайях в 1998 году.

Суть технологии заключается в том, что ученые формируют эмбрион, перенося ядро клетки, основной носитель генетической информации, из донорской клетки в яйцеклетку, из которой предварительно удалено собственное ядро. В данном исследовании использовалась специализированная клетка яичника, называемая кумулюсной клеткой. Она окружает и питает развивающуюся яйцеклетку.

Вакаяма отметил, что ранее исследователи предполагали возможность создания бесконечного числа клонов, поэтому полученные результаты оказались для них разочаровывающими. По его словам, на данный момент у ученых нет готового решения этой проблемы, и, вероятно, потребуется разработка принципиально новой технологии, способной существенно улучшить метод переноса ядра.

Ученые также установили, что крупные вредные мутации начали активно проявляться начиная с 27-го поколения. Среди них были обнаружены хромосомные аномалии, например, потеря одной копии Х-хромосомы. Хромосомы представляют собой нитевидные структуры, которые переносят генетическую информацию от клетки к клетке. У млекопитающих самки обычно имеют две Х-хромосомы, по одной от каждого биологического родителя. Вакаяма подчеркнул, что при клонировании все гены передаются следующему поколению без «перемешивания», как при половом размножении. Это означает, что любые дефектные гены также неизбежно переходят потомкам и продолжают накапливаться.

Felicia Morack / Shutterstock / Fotodom