Генная инженерия и клонирование
Наука, изучающая гены и законы о наследственности и изменчивости организмов, называется генетикой. Одна из задач генетики — устанавливать общность происхождения различных видов растений, животных и человека, прослеживать их эволюционный путь.
В 1953 г. Джеймс Уотсон и Фрэнсис Крик предложили модель двойной спирали ДНК, опираясь в том числе на рентгеноструктурные данные, полученные Розалинд Франклин и Морисом Уилкинсом. Это стало важнейшим шагом в развитии молекулярной генетики. Путь к изучению генов и их роли в формировании и развитии живых организмов был открыт. Позже ученые научились выделять гены из ДНК и использовать их в разных целях. Этот вид деятельности получил общее название генная инженерия, а конкретные способы применения генной инженерии — генные технологии.
Сейчас генные технологии используются в самых разных областях. Изучение генотипов животных и растений позволяет определить их происхождение и провести точную классификацию. Анализы ДНК вымерших животных (взятые, например, из костей, добытых палеонтологами) позволяют больше узнать о них.
Генные технологии используют в сельском хозяйстве для получения организмов с определенными наследуемыми признаками. Один из подходов — перенос гена и создание трансгенного организма; другой — точечное редактирование собственного генома, например системами семейства CRISPR. Это не просто ускоренная замена традиционной селекции: возможности и ограничения методов различаются, а новые линии проходят отдельную оценку свойств и безопасности.
Генные технологии открывают огромные возможности перед медициной. Ученые научились синтезировать человеческий интерферон — белок, оказывающий активное сопротивление вирусам, попавшим в организм человека. Введя ген, отвечающий за выработку интерферона, в ДНК клетки бактерии, генетики заставили бактерию вырабатывать интерферон. Рекомбинантные технологии позволили получать человеческие белки, в том числе некоторые интерфероны, без извлечения их из донорских тканей. Это упростило стандартизацию и массовое производство препаратов и снизило риски, связанные с использованием биологического материала человека. При этом интерфероны применяются только по конкретным медицинским показаниям.
Использовать генные технологии начинает и криминалистика. В криминалистике из подходящего биологического образца можно получить ДНК-профиль и сравнить его с другими образцами. Чем меньше или хуже сохранился материал, тем выше риск получить неполный профиль; кроме того, обычный ядерный ДНК-профиль не различает однояйцевых близнецов. На основании сходства ДНК близких родственников можно определить, кем является человек, у которого был взят образец ткани. Так были идентифицированы останки царской семьи Николая II: ДНК, выделенные из найденных тел, сравнили с ДНК ныне живущих представителей династии Романовых.
Клонирование
Идея переноса ядра клетки возникла задолго до Долли. Советский эмбриолог Георгий Лопашов в 1940-х гг. разрабатывал метод пересадки ядер у амфибий, но его работа не получила нормального продолжения и публикации в условиях разгрома классической генетики в СССР. В 1952 г. Роберт Бриггс и Томас Кинг опубликовали успешные опыты ядерного переноса у лягушек. Эти исследования стали важными предшественниками более позднего клонирования млекопитающих.
Овечка Долли прославила группу Рослинского института под руководством Иэна Уилмута. Долли была не первым клонированным животным вообще, но стала первым млекопитающим, успешно клонированным из ядра дифференцированной соматической клетки взрослого животного.
Клонирование Долли происходило так. У овечки I взяли клетку молочной железы, а у овечки II — неоплодотворенную яйцеклетку (ооцит). Из ооцита удалили его собственное ядро и перенесли туда ядро соматической клетки овечки I. После специальной активации клетка начала делиться. Ядро прижилось на новом месте, и яйцеклетка стала развиваться в лабораторных условиях. Развивающийся эмбрион перенесли в матку овцы III, которая выносила Долли. По ядерной ДНК Долли была практически копией овцы — донора ядра, но не абсолютно идентична ей генетически: митохондриальная ДНК происходила главным образом от донорской яйцеклетки, а развитие и эпигенетические особенности также зависели от условий.
Репродуктивное клонирование человека вызывает серьезные медицинские и этические возражения и во многих странах запрещено или жестко ограничено. По данным NHGRI, надежных научных доказательств рождения человека в результате репродуктивного клонирования нет. К тому же генетическая копия человека — клон — не будет точным повторением оригинала. Условия жизни, влияние внешних факторов, которые воздействовали на формирование личности оригинала, невозможно полностью воссоздать. На формирование личности клона будут воздействовать уже другие факторы, стимулирующие развитие других генетически заложенных возможностей. Клон гения вполне может оказаться обычным человеком. Примером может послужить пара однояйцевых близнецов, у которых всегда идентичный набор хромосом, — близнецы не во всем похожи друг на друга. У них могут развиться разные способности, с течением лет их сходство может уменьшаться, особенно если они ведут разный образ жизни или живут в разных местах.