Серийное клонирование мышей достигло предела в 58-м поколении с накопленными мутациями

Исследователи из Университета Яманаси опубликовали во вторник в журнале Nature Communications исследование, которое демонстрирует ограничения последовательного клонирования млекопитающих. В ходе эксперимента, проводившегося в течение 20 лет, было получено более 1200 клонированных мышей от одной женщины-донора посредством переноса ядра соматических клеток. Клональная линия достигла 58-го поколения, когда родившиеся особи умирали через несколько дней после рождения, несмотря на отсутствие видимых аномалий.

Профессор Терухико Вакаяма возглавил исследования, которые начались в 2005 году в институте Рикен и продолжились в Университете Яманаси. Ученые собрали кумулюсные клетки у клонированных самок и трансплантировали их ядра в энуклеированные донорские яйцеклетки. Суррогатные матери вынашивали эмбрионы, и процесс повторялся каждые три или четыре месяца с клетками, полученными из новых поколений. Все полученные особи сохранили женский пол и окраску агути исходного донора.

• Уровень успеха клонирования вырос с 7,4% в первых поколениях до 15,5% в 26-м поколении.
• Начиная с 27-го поколения, эффективность начала постепенно снижаться.
• В 58-м поколении средний показатель успеха достиг всего 0,6%, и ни одно потомство не прожило более нескольких дней.

Накопление вредных мутаций на протяжении поколений

Полное секвенирование генома показало, что клоны накапливают мутации со скоростью в три раза выше, чем у мышей, рожденных в результате естественного размножения. Эти изменения включали мутации потери функции и миссенс-мутации, которые полностью передавались последующим поколениям без механизма генетической рекомбинации, присутствующего в мейозе. Исследователи связывают это увеличение в первую очередь с процессом переноса ядра и последующим эмбриональным развитием.

В первых 25 поколениях клонированные животные имели нормальный внешний вид и продолжительность жизни, эквивалентную таковой у обычных мышей. Начиная с 27-го поколения, вредные мутации стали проявляться более явно в снижении жизнеспособной рождаемости. Несмотря на это, люди, родившиеся до 57-го поколения, все еще могли жить без серьезных клинических признаков.

Различия между клонированием и половым размножением

При естественном размножении образование гамет обеспечивает генетическую рекомбинацию, которая помогает устранить или ослабить вредные мутации. При клонировании соматическое ядро ​​несет в себе все существующие мутации, а новые изменения возникают во время процедуры или в ходе развития эмбриона. Отсутствие рекомбинации объясняет прогрессивное накопление, наблюдаемое в японском исследовании.

В эксперименте участвовали исключительно самки мышей, всего 1206 особей в 58 поколениях. Исследователи подчеркивают, что на первоначальное увеличение показателя успеха, возможно, повлияло использование таких реагентов, как кислота трихостатин А, но даже при технической оптимизации генетический предел был наложен.

Последствия для применения технологии клонирования

Leia Tambem

Samsung выпускает новое обновление системы с новыми функциями для пользователей Galaxy Watch 4

Значительная скидка на Galaxy S25 Plus снижает стоимость в интернет-магазине до уровня ниже 4500 реалов.

Слух предполагает, что Nintendo готовит специальное издание Switch 2 с ремейком Ocarina of Time

Клонирование путем переноса ядер соматических клеток потенциально может обеспечить массовое производство животных с высокой генетической ценностью и сохранение видов, находящихся под угрозой исчезновения. Однако исследование показывает, что бесконечное повторение процесса нежизнеспособно у млекопитающих из-за неизбежного накопления генетических повреждений. Технические усовершенствования по-прежнему необходимы, чтобы уменьшить появление новых мутаций во время процедуры.

С момента рождения овцы Долли в 1996 году клонирование млекопитающих технически развилось, но генетические проблемы, подобные тем, которые сейчас задокументированы, остаются центральными. Работа Университета Яманаси предлагает конкретные данные о биологических ограничениях этой техники в масштабе, который ранее никогда не проверялся.

Подробности долгосрочного эксперимента

Ученые поддерживали стабильные экспериментальные условия при постоянном участии Вакаямы и его сотрудников на протяжении двух десятилетий. В каждом цикле новые кумулюсные клетки извлекались из взрослых клонированных самок и использовались для создания следующего поколения. Этот процесс позволил отслеживать совокупное воздействие мутаций в режиме реального времени.

В 58-м поколении щенки родились без видимых уродств, но умерли в течение нескольких дней. Авторы исследования считают весьма вероятным, что летальные мутации нарушили основные функции в неонатальном периоде. Геномный анализ подтвердил клональное происхождение всех животных от исходного донора.

Сравнение с традиционными репродуктивными методами

Экстракорпоральное оплодотворение и естественное спаривание поддерживают механизмы восстановления и рекомбинации, которые предотвращают систематическое накопление вредных мутаций. В случае серийного клонирования этот естественный фильтр отсутствует, что объясняет наблюдаемое с середины эксперимента расхождение. Исследователи подчеркивают, что половое размножение остается важным для генетической устойчивости популяций млекопитающих.

Исследование, опубликованное во вторник, представляет собой самое продолжительное наблюдение, когда-либо проводившееся в области последовательного клонирования млекопитающих. Это является прямым доказательством того, что этот процесс не может продолжаться бесконечно без серьезных генетических последствий.