Японские учёные на протяжении 20 лет создавали клонов из клонов одной-единственной мыши — и выяснили, что у этого процесса есть жёсткий предел. На 58-м поколении мышата погибали в первый же день после рождения. Исследование, опубликованное в Nature Communications, впервые экспериментально показало: млекопитающие не могут поддерживать свой вид только за счёт клонирования. И это служит ещё одной причиной, почему учёные до сих пор не клонировали человека.
lyr ybnb
Схематическое изображение накопления мутаций в ДНК при серийном клонировании
Как учёные 20 лет клонировали мышей

Эксперимент начался в 2005 году в Университете Яманаси (Япония) под руководством генетика Саяки Вакаямы. Учёные взяли одну самку мыши и клонировали её методом переноса ядра соматической клетки — того самого метода, благодаря которому в 1996 году на свет появилась знаменитая овечка Долли. Суть проста: из яйцеклетки удаляют собственное ядро с ДНК и вставляют ядро из обычной клетки тела донора. Получается эмбрион, генетически идентичный донору.

Но японская команда не остановилась на одном клоне. Они взяли клонированную мышь, дождались, пока она подрастёт до трёх месяцев, и клонировали уже её. Затем — клонировали клона клона. И так далее, каждые три-четыре месяца, на протяжении двух десятилетий. За это время было проведено более 30 000 попыток клонирования и получено более 1 200 мышей от одного исходного донора.
По сути, учёные проверяли простой вопрос: можно ли копировать копию бесконечно? Или у генетического «ксерокса» есть предел точности?
Почему первые поколения клонов были здоровыми

Первые результаты были обнадёживающими. На протяжении 25 поколений клонированные мыши ничем не отличались от оригинала: они были здоровы, жили столько же, сколько обычные мыши (около двух лет), и даже могли размножаться. Более того, процент успешных клонирований рос — от начальных 7% до 15,5% к 26-му поколению.

Команда использовала специальный реагент — трихостатин А, который подавляет активность мутаций в процессе клонирования. Он помогал поддерживать эффективность процедуры даже на поздних поколениях. Поначалу учёные решили, что серийное клонирование можно продолжать бесконечно. Но это впечатление оказалось обманчивым. Под внешне нормальной оболочкой уже копились проблемы — просто они ещё не были видны невооружённым глазом.

Какие мутации появляются при клонировании

Чтобы понять, что происходит на уровне ДНК, учёные секвенировали геномы («читали» цепочки ДНК и искали мутации) десяти клонов из разных поколений. Результаты оказались красноречивы: клоны несли в три раза больше мутаций, чем мыши, рождённые обычным половым путём.

С каждым новым раундом клонирования геном получал примерно 70 мелких точечных мутаций (замен отдельных «букв» ДНК) и около 1,5 крупных структурных изменений. По отдельности это не критично, но проблема в том, что при клонировании все мутации передаются следующему поколению целиком. У клона нет механизма, который мог бы «отсеять» дефектные гены — в отличие от полового размножения, где геном перетасовывается при каждом зачатии.

Представьте, что вы копируете документ на ксероксе. Первая копия почти идеальна. Но если вы копируете копию, а потом копию копии — с каждым разом качество падает, а дефекты только множатся. Именно так описали процесс сами авторы исследования. Начиная с 27-го поколения у мышей стали появляться серьёзные хромосомные аномалии — в частности, терялась одна из двух X-хромосом. Плаценты клонов становились аномально увеличенными.

Мышата 58-го поколения погибали в первый день жизни без видимых внешних отклонений.

Храповик Мёллера: почему клоны вырождаются

Результаты японского эксперимента стали первым экспериментальным подтверждением у млекопитающих давней эволюционной гипотезы — так называемого «храповика Мёллера» (Muller's ratchet). Эту идею предложил американский генетик Герман Мёллер ещё в 1964 году.

Суть простая: в бесполой популяции вредные мутации могут только накапливаться, но не исчезать. Храповик — это механизм, который крутится только в одну сторону. Так и с мутациями: без полового размножения и перетасовки генов «откатить» повреждения невозможно. Рано или поздно мутационный груз становится несовместимым с жизнью — наступает то, что биологи называют «мутационным расплавлением» (mutational meltdown).

Именно это и произошло с мышами. К 57-му поколению выживало лишь 0,6% клонов — но те, что выживали, всё ещё были здоровы и жили нормальный срок. А вот 58-е поколение стало последним: все мышата погибли в течение суток после рождения. При этом никаких видимых физических аномалий у них не было.
«Мы верили, что сможем создавать бесконечное количество клонов. Именно поэтому эти результаты так разочаровывают», — признал руководитель проекта Терухико Вакаяма.