§37–38. Жануар ағзасын клондау әдістері
Бұл тақырыптың оқу мақсаты: жануар ағзасын клондау әдістерін түсіндіру.
Бүршіктену, бөлшектену (стробиляция) дегеніміз не? Осындай көбею әдістері қандай ағзаларға тән? Бақалардың ұрықтануы қалай жүзеге асады? Ұрықтанған жұмыртқа жасушасы қай жерде дамиды? Тотипотенттілік дегеніміз не? Жануар ағзасының сома (дене) жасушалары тотипотенттілікке ие ме? Эмбриология көзқарасы тұрғысынан «бөлшектену» дегеніміз не?
Тақырыпты табысты меңгеру үшін 7-сыныптан 62-параграфты, 8-сыныптан 58-параграфты қайталау керек.
Жануарларды табиғи клондау әдістері. Табиғатта жыныссыз көбеюдің ерекше тәсілдері кезінде жануарларды табиғи клондау әдістері болады. Бұл – бүршіктену, бөлшектену немесе стробиляция.
Бүршіктену ішекқуысты гидроидты (гидра) немесе сцифоидты (құлақты медуза полипі) полиптерге тән. Сонымен қатар біржасушалы саңырауқұлақтар – ашытқылар да бүршіктенеді. Бүршіктену кезінде ересек (көпжасушалы) ағза денесінде сома жасушалары ерекшеленеді де, қоршаған жасушаларға қарағанда тезірек көбейе бастайды. Аз уақыттан кейін олар тез бөлінетін жасушалардан тұратын «түйін» немесе «көпіршік» түзеді. Бұл – болашақ «бүршік». Пайда болған бүршік біртіндеп ұлғайып, осы түрдің ересек ағзасына тән сипаттарға ие болады. Мысалы, гидрада қармалауыштары пайда болады да, гастральды қуысқа апаратын ауыз тесігі ашылады. Еншілес ағза жеткілікті үлкен болған кезде ол «бүршіктеніп үзіліп кетеді», яғни ана ағзасынан бөлініп, дербес тіршілік етуге көшеді.
Бөлшектену (фрагментация) немесе стробиляция жалпақ (планария) және буылтық (нереида) құрттар, тікентерілілер (теңіз жұлдызы) сияқты кейбір омыртқасыз жануарларға тән. Бұл көбею әдісі кезінде ересек ағза ұрпақтың пайда болуына денесінің әрбір бөлігінде тіршілікті қамтамасыз ететін мүшелер мен ұлпалар қалыптасатындай «дайындалады». Сосын тұтас ағза денесі бөліктерге ыдырайды да, олардың әрқайсысы дербес тіршілік иесі болады. Мысалы, құрттардың алуан түрінде екіден он алты бөлікке дейін көлденеңінен бөлінеді. Осылай құлақты медуза полипі денесінде эфир деп аталатын көптеген көлденең жалпақ фрагменттерге бөлінеді. Эфир жасушалары қарқынды бөлінген соң күмбез өсіп, жас медузаға айналады.
Бірақ омыртқалы жануарлар ешқашан өсімдіктердің вегетативті көбеюіне ұқсас әдістермен көбеймейтінін есте сақтау керек. Демек, оларда табиғи биологиялық жағдайда клондар түзілуі мүмкін емес.
Өсімдіктерге тән вегетативті көбею саңырауқұлақтар патшалығы өкілдерінде де кездеседі. Саңырауқұлақтардың көптеген түрлерінде (зең, паразит және т.б.) дене бөліктері немесе қабаттары арқылы көбейетін жағдайлар болуы мүмкін. Осылай құрамында саңырауқұлақтар және төменгі сатыдағы өсімдіктер немесе бактериялар жасушалары бар симбиоз ағзалар да көбейеді. Бұлар – қыналар, шай саңырауқұлағы (кейбір елдерде танымал сусын алатын ағза).
Жануар ағзасын клондаудың заманауи әдістері 1996 жылы Долли қозысын клондаудан емес, 1962 жылдан басталады. Осы жылы Оксфорд университетінің зоолог профессоры Джон Гордон (Гёрдон) алғаш рет омыртқалы жануар – бақаны клондауды жүзеге асырды. Ол үшін бақаның жұмыртқа жасушасы – уылдырығын алды. Оның ядросы ультракүлгін сәулеленудің дозаланған әсерімен бұзылды. Кейін микроине көмегімен бұл жасушаға сома (дене) жасушасының ядросы енгізілді. Осы диплоидты жасушаға шамалы әсер еткен соң ол бөлшектене бастайды. Эмбриогенез нәтижесінде сомалық ядро және жұмыртқа жасушасының протопласты бар осындай «конструкциядан» толыққанды бақа ағзасы дамыды. Бұл жоғары сатыдағы (омыртқалы) жануар ағзасын жасанды клондаудың ең алғашқы үдерісі болып есептеледі.
Бақа басқа қосмекенділер сияқты жұмыртқа жасушасымен манипуляция жасау үшін мінсіз нысан болып табылатынын айта кету керек. Олар «ашық», яғни жұмыртқада да, аналықта да болмайды. Осы себепке байланысты ХIХ–ХХ ғасырда эмбриология бойынша көптеген эксперименттер бақаларға жасалды. Сонымен қатар уылдырықтың өзі «бөлшектену» күйіне оңай өтеді. Экспериментте бақаның гаплоидты, ұрықтанбаған жұмыртқа жасушасының қабықшасын стерильді микроинемен тессе, ол тез митозға өтеді, яғни бөлшектене бастайды. Бірақ гаплоидты хромосома жиынтығы қалыпты ағза қалыптасуы үшін жетпегені анық. Сондықтан осындай толыққанды ұрықтан кәдімгі сау бақа ағзасы бірде-бір рет қалыптаспады. Мұндай «ұрық» үнемі өліп қалды (эмбриондық ерте дамудың әртүрлі сатысында).
Гордон эксперименттері нені дәлелдеді? Ең маңыздысы олар тотипотенттілік сомалық өсімдік жасушаларына да, жануар жасушаларына да тән екенін эксперимент жүзінде дәлелдеді. Тұқымқуалаушылық мәселелерімен айналысқан ғалымдар мынадай жағдайларға сенімді болды:
1) барлық жануар (жоғары сатыдағы сүтқоректілер және адам) ағзасының диплоидты сома жасушаларында тұқымқуалаушылықтың барлық қажетті құрамбөліктері болады;
2) жануар сома жасушаларындағы тұқымқуалаушылық құрамбөліктері толыққанды ересек ағзаның дамуын толық қамтамасыз етуі мүмкін;
3) теориялық тұрғыда кез келген, соның ішінде жоғары сатыдағы жануар денесінің бір (сома) жасушасынан ағзаны клондауға болады.
Осы теориялық қағидалардың барлығы Гордон және басқа зерттеушілер жұмысынан кейін практикада эксперименттік жолмен дәлелденді.
Долли қозысын қалай клондады? «Ең атақты қойдың» туу тарихы мен тіршілігі қандай болды? 35-параграф тапсырмасынан Долли қозысына дейін Машка тышқаны және Меган мен Морган қозылары алынғанын білесіңдер. Неліктен олар Долли қозысы сияқты әйгілі болмады? Шын мәнінде, «Долли ізашарларын» өсіру үшін сома (дене) жасушалары (немесе ядро) емес, эмбрион жасушалары қолданылды (38-сурет).
1996 жылы шығарылған жануарды клондау үдерісіне келетін болсақ, ол үшін үш қой таңдалып алынды. Доллидің генетикалық анасы Англияда шығарылған ақ тұмсықты қой тұқымы болды. Оның ағзасынан желін жасушалары алынды. Ғалымдар жасушаларды бірден көп мөлшерде алды да, олардың бір бөлігін криоконсервациялады (сұйық азотта мұздатып сақтады). Долли пайда болатын жасушаны стерильді зертханалық жағдайда қоректік ортаға орналастырды.
Экспериментке қатыстырылған екінші қара тұмсықты қой басқа қолтұқым жануар болды. Қара тұмсықты бұл қойдан жұмыртқа жасушалары алынды. Кейін зерттеушілер микроине көмегімен жұмыртқа жасушасынан ядросын алды. Осылай аналық гамета жетілген жасушаның цитоплазмасы мен барлық органоидтері бар, ядросыз жасушаға айналды. Содан кейін ғалымдар сүт бездерінің жасушалары мен дайындалған ооцитті қосты. Осы екі жасушаның қосылу шарасын табысты жүзеге асыру үшін электропорация – жұмыртқа жасушасы мембранасының фосфолипидті қабатын «ажыратуға» мүмкіндік беретін электрмен әсер ету әдісін қолданды. Нәтижесінде сүт безінің дене (сома) жасушаларының хромосомалары бар диплоидты ядросы болатын және екі жасуша – желін жасушасы мен жұмыртқа жасушасы цитоплазмасы бар жасуша түзілді. Осындай «үйлестірілген» «зигота» кейін Долли қойының ағзасы дамыған ұрықтың алғашқы жасушасы болды.
38-сурет. Жануарларды клондау – алғашқы табысты эксперимент кезеңдері
I – Доллидің генетикалық анасы – тұмсығы ақ қой.
II – жұмыртқа жасушасының доноры болған тұмсығы қара қой (Доллиге оның цитоплазмасы мен митохондриясы берілді).
III – Доллидің суррогат анасы – эмбрионды көтерген және «әлемдегі ең әйгілі қойды» туған.
IV – Долли қойы. Қозы сырттай өзінің генетикалық анасына ұқсайды.
1 – генетикалық анасынан алынған сүт безінің (желіннен) диплоидты сома жасушалары.
2 – алынған жасушаларды тазарту және зарарсыздандыру.
3 – жасушалардың бір бөлігі кейін қолдану үшін сұйық азотта мұздатып сақталады (криоконсервацияланады).
4 – дайындалған сома жасушасы.
5 – II қойдан алынған жетілген гаплоидты жұмыртқа жасушасы – ооцит.
6 – жұмыртқа жасушасынан ядроны микроинемен алу.
7 – қосылуға даярланған ооцит.
8 – желін мен ооциттің сомалық диплоидты жасушаларының қосылуы.
I – генетикалық анасының митохондриялары (тұмсығы ақ)
II – жұмыртқа жасушасы донорының митохондриялары (қара тұмсықты).
9 – зиготаның түзілуі.
10 – бөлшектену үдерісінің басталуы – ұрықтың қалыптасуы.
11 – суррогат анаға имплантталатын ұрық дамуының ерте сатысы (қара тұмсықты).
12 – ұрық имплантациясы.
Ғалымдар эмбрион жасушалары митоз арқылы көбейіп, бластула қалыптасуының басталуына көз жеткізу үшін біраз уақыт күтті. Осы кезде экспериментке үшінші қойды – суррогат аналықты қатыстыратын уақыт келді. Денесіне эмбрион имплантталған қой да тұмсығы қара қолтұқым болды. Сырттай өзінің генетикалық анасына ұқсайтын алғашқы клондалған ақ тұмсықты қозы (Долли) 1966 жылы туды. Зерттеушілерді Долли қалыпты дами алады ма деген сұрақ толғандырды. Тек оған сенімді болған кезде 1997 жылы әлемдік ғылыми қоғамға бұл жаңалық туралы жариялады.
Өзіңді бәліш пісіріп көруді бастаған алғашқы адам деп елестетші. Өнімді 600 рет араластырып көрдің, оның ішінде тек 277 рет қамыр иледің. Салмасы бар бәлішті пешке 29 рет қойдың, ал дәмді болып піскен бәлішті 1 рет қана алдың. Пирог пісіруді үйрену үшін экспериментті жалғастыратын ба едің?
Долли 6 жылдан астам уақыт тіршілік етті. Бұл тұқымның табиғи жолмен туған қойлары әдетте 10–12 жыл тіршілік етеді. Сол уақыттың ішінде ол 6 сау қозы туды. Бесінші жылы Доллиде артрит ауруы байқалды, оған шамамен бір жылдан соң жұқпалы ауру қосылды. Ветеринарлардың әрекеті сәтті нәтиже бермеген соң Доллиді ұйықтатып тастауға шешім қабылданды. Ғалымдар арасында Доллидің қысқа тіршілік етуі клондау нәтижесіне байланысты ма деген сұрақ туындады. Бұл мәселе бойынша анық дәлел жоқ. Зерттеушілердің бір бөлігі Долли «тым жасанды жағдайда» тіршілік етті, аз қозғалған соң қойда артрит пайда болды деп болжайды. 2007 жылы жаңа төрт қой бейнесінде «Долли қайта келді» (39-сурет). Шын мәнінде, ғылым бір орында тұрған жоқ, ал техникалық құралдар, биохимиялық препараттар мен технологияның өзі жетілдірілуде. Сол зерттеу орталығының ғалымдары Доллиді алған «генетикалық енесінің» сүт бездері жасушаларынан қойды клондауға қайта кірісті. Желін ұлпалары осы уақытқа дейін мұздатылған күйі сақталды (криоконсервацияның барлық нормаларын сақтап). Бұл жолы әрбір қойды сәтті алу үшін Доллиге жұмсалған 277 жұмыртқа жасушасының орнына бар-жоғы 5 жұмыртқа жасушасы жеткілікті болды. Бұл бірінші кезекте клондау үдерісі технологиясының жетілдірілгенін көрсетеді.
39-сурет. Дэнис, Дебби, Диана, Дейзи
Көпшілікке мәлім баспасөз деректері бойынша – Дэнис, Дебби, Диана, Дейзи 10 жылдан астам тіршілік етті. Олардың денсаулығында ешқандай ақау байқалмады.
Жануарларды клондаудың кейінгі жетістіктері. Сол кезден бері жануарлардың көптеген түрлерін клондау жүзеге асырылды. Жануарларды клондаудың барлық сәтті және сәтсіз әрекеттерін зерттеушілер алдына қандай мақсат қойғанына байланысты үлкен үш топқа бөлуге болады. Олардың әрқайсысын нақты қарастырайық.
Жануарлардың сирек кездесетін және жойылып бара жатқан түрлерін клондау – ғаламшарымыздың биоалуантүрлілігін сақтау әрекеттері. Бұл әсіресе Доллиді қосқанда көптеген клондар «жаңа, жас» үлгілерден емес, өлген жануарлардың криоконсервіленген ұлпаларынан алынды. Осылай «Алдыңғы қатарлы жасуша технологиялары» атты арнайы америкалық компанияның 2003 жылы жойылып бара жатқан үндіқытай өгізі Бантенгті клондау әрекеті сәтті болды. «Аналық» ретінде мұздатылған және 23 жыл сақталған жануар жасушасы алынды. Суррогат ана ретінде сиырды пайдаланды. Бірақ клондау жүргізілген екі өгіздің біреуінің дамуында ауытқу байқалды. Бір әрекет қана сәтті болды. Қазір осы түрдің шамамен 8 мың дарасы бар екенін ескерсек, олардың табиғи жолмен көбеюінің болашағы едәуір зор.
Жапон ғалымдары мамонтты клондау үмітін жоққа шығармайды. Олар кейде Сібір тундрасында табылатын мамонт денесінде мәңгі тоң жағдайында мұздатылған, сәйкес келетін сома жасушаларын табуға үміттенеді.
Шаруашылықта бағалы жануарларды клондау. Бұл мәселені селекция экспериментатор-ғалымдардың алдына қойып отыр. Әлемдік практикада бұл бағытта жүргізіліп жатқан оң тәжірибелер бар. Мысалы, кеден қызметіне бағытталған ең жақсы ит тұқымдарын клондауды жүзеге асырған қытай ғылымының сәтті нәтижелері. Бұл – иісті өте жақсы сезетін лабрадор мен ретривер.
Клондау шараларының өзін сынап, оны едәуір сенімді және табысты жасау үшін дүниежүзі бойынша көптеген зертханаларда жануарларды клондау жүргізілуде.
Адамды клондауды жүзеге асырудың болашағы моральдық-этикалық, заң тұрғысынан шектеулерге ие. Көптеген елдерде адамды клондау эксперименттеріне заң жүзінде тыйым салынған. Бұл этикалық және заң тұрғысынан ғана емес, қауіпсіздік жағынан жасалып отыр. Осы бағытта кеңінен эксперименттер жүргізілмегендіктен, сәтті нәтижеге де кепілдік жоқ.
Қазірдің өзінде адамды сәтті клондағаны туралы жариялаған жеке тұлғалар бар. Бұл эмбриолог Северио Антинори, ол 2003 жылы үш баланы – екі ұл мен бір қыз баланы сәтті клондаған. Оларды суррогат ана дүниеге әкелген.
Шығу тегі кипрлік АҚШ азаматы Панайотис Завос, төрт суррогат ана денесіне клондау әдісімен алған 11 адам эмбрионын орналастырғанын жариялады. Бірақ оған ешқандай дәлелдер келтірген жоқ. Оның айтуынша, жүктіліктің ешбірі сәтті аяқталмады.
Бірақ осыған ұқсас дәлелсіз мәлімдемелер ғылыми қоғамның сенімін ұялатпайды. Көптеген зерттеушілер мен практик дәрігерлердің пікірі бойынша бұл мәлімдемелер өз атын «әйгілі ету» тәсілі болып табылады. Мұндай мәлімдемелердің мақсаты жеке зерттеулер үшін қаржы тартуға бағытталған.
Ғалымдар адамды клондаудың екі формасын айқын бөліп көрсетеді: толық клондау және терапевтік клондау. Толық клондаудың болашағы туралы айту қиын, себебі ол осындай ағза «ата-анасы» екеу емес, бір адам болуы керек екенін міндетті түрде болжайды. Бұл кезде клондау үшін қолданылатын ағза ер адам болса, «суррогат ана» міндетті түрде қатысуы керек. Осының бәрі этикалық және заң проблемаларымен тоғысады. Сонымен қатар терапевтік клондау тұтас ағзаны емес, жасушаларды, ұлпаларды немесе мүшелерді өсіруді болжайды. Көптеген дамыған елдерде жасуша себінділерін өсірудің жеке технологиялары қолданылады. Мысалы, Израильде күйіп зақым шеккендерге ауыстырып қондыру үшін тері эпидермисін өсіру әдістемесін кеңінен қолданады. Мысалы, көруді қалпына келтіру үшін пациент жасушасынан көздің фрагменттерін өсірудің сәтті эксперименттері туралы жарияланды.
Болашақта ғалымдар терапевтік клондау әдістемесі жасушалық терапияны қажетсінетін пациенттің генетикалық материалымен «эмбриондық бағаналы жасушаларды» алуға мүмкіндік береді деп болжайды. Осы технологияны жасау ересек ағзаның зақымданған ұлпалары мен мүшелерін қалпына келтіру үшін генетикалық сәйкестігі мінсіз «материал» алуға мүмкіндік береді.
Табиғи клондау әдістері: бүршіктену, бөлшектену, стробиляция. Толық клондау және терапевтік клондау. Жануарлардың сирек кездесетін және жойылып бара жатқан түрін клондау.
Білу және түсіну:
1. Өсімдіктер мен жануарларды табиғи клондау әдістерінің түрлерін сипаттаңдар.
2. Клондау үдерісінде күмбез қалыптастыратын жануар түрлерін атаңдар.
Қолдану:
1. Жапон ғалымдары не үшін бұрыннан және қандай ежелгі жануарды клондауды жүзеге асыруға талпынып отыр?
2. Бір класс жануарларындағы бөлшектенудің (фрагментация) әртүрлі класс жануарларындағы бөлшектенуден қандай айырмашылығы бар? Салыстырыңдар.
3. Ағзаның сома жасушаларының бір бөлігі дененің басқа жасушаларынан тезірек бөліне бастау себебін атаңдар.
Талдау:
1. Жануарларды клондау кезеңдерін сызба түрінде бейнелеңдер.
2. Жануарларды сәтті клондау туралы деректерді келтіріңдер.
3. Неліктен ғалымдар Долли қойы өлген соң, жаңа қойларды клондауды жүзеге асыруға шешім қабылдағаны туралы пікірлеріңді айтыңдар. Оның нәтижесі қандай болды? Клондау үшін ғалымдар қандай материалды пайдаланды? Осы манипуляцияны жүргізу мақсатқа қол жеткізді ме?
Синтез:
1. Мынадай пікірлер дұрыс деп сенімді түрде айтуға болады ма?
– «Табиғатта жыныссыз жолмен түзілетін барлық ағзалар – клондар».
– «Барлық клон-ағзалар табиғатта тек жыныссыз жолмен түзіледі» деген көзқарасқа «Қолдаймын» және «Қарсымын» деген дәйектер келтіріңдер. Олардың қайсысы дұрыс?
2. Мынадай болжамды талқылаңдар: «Жақын болашақта адамдар жануарларды клондаудың абсолютті сәтті әдістемесін жасады: 1) адамзат пайда болған кезде (мүмкін пайда болған кезге дейін) тіршілік еткен тарихтан бұрынғы жануарлар; 2) сонымен қатар «Қызыл кітапқа» енгізілген барлық түрлерді, олардың санын қалпына келтірді. Осындай оқиғалар теріс салдарға апарып соқпайды ма? Бағалаңдар. Егер ғылым мен практиканың осы жетістіктерін мінсіз, жоғары өнімді, тек жақсы қасиеттері бар ауылшаруашылығы жануарларын шығарумен қиыстырса ше? Бұл қандай экономикалық, экологиялық және техникалық өзгерістерге әсер етеді? Адамзатқа ғылыми, қаржы және техникалық мүмкіндіктер жеткіліксіз болған кезде осындай биоалуантүрлілікті жасауға болады ма?
3. Адамды толық және терапевті клондау болашағы қалай дамитынын талқылаңдар.
Бағалау:
1. Адамды клондаудың қандай әдісін жүзеге асыруға болады? Ол ғылым, технология, мораль және құқық негізінде тиімді ме? Адамгершілік және дін тұрғысынан қазір өмір сүріп жатқан адамдардың басқа ата-аналар туған (ДНҚ-сы алынған ер адам мен әйелден емес) клондалған көшірмелерін жасау әдепке жатады ма? Адамзатты бұл жағдайда қандай болашақ күтуі мүмкін?
2. Панайотис Завостың мынадай пікірін талқылап, бағалаңдар: «Адам клоны жақында пайда болатынына ешқандай күмән жоқ. Оны мүмкін мен емес, басқа біреу жасайтын шығар. Ол жүзеге аспайды деген абсолютті сенім жоқ».