Партеногенез. Безроздільне материнство

Олег Макаров

Велика частина світу живого розділена навпіл. За підлог. На підлогу жіночий і чоловічий пол. Зробивши виробництво потомства справою двох особин замість однієї, природа зробила крок вперед, оскільки змішання генетичного матеріалу дає шанс на появу більш життєздатних організмів

Але є і зворотний шлях. Часом у силу різних причин жіноча особина, даючи життя потомству, обходиться, так би мовити, без тата ... Це явище отримало в науковому побуті назва "партеногенез" - від двох грецьких слів "партенос" (діва) і "генезис" (породження "). Взагалі кажучи, ми з дитячих років знаємо, що нові живі організми цілком можуть виникати без всяких там тичинок і маточок. Кущик полуниці, наприклад, розкидаючи по грядці свої довгі вуса, виростить собі потомство у вигляді таких самих кущиків. Увіткнута в землю гілка (модне слово "клон" - по-грецьки держак ") перетвориться на нове дерево. Історично передувала статевою безстатеве розмноження будується на процесі мітозу - простому розподілі живої клітини. В результаті утворюються два абсолютно ідентичні клітини з однаковим набором генів - точні копії батьківського, що зберегли, образно кажучи, всі переваги та вади. Зміни від покоління до покоління можуть відбуватися лише в результаті генетичних мутацій. Правда, мікроби чудово пристосовуються до мінливих умовами середовища, але вони беруть числом і швидкістю розмноження. І навіть у них існує щось подібне до статевого процесу - обміну генами між клітинами одного, а іноді і зовсім різних видів. А у переважної більшості рослин і найбільш примітивних представників тваринного світу (на кшталт дощових черв'яків і морських зірок), здатних до вегетативного розмноження, воно доповнює, але не замінює статевий процес.

Гра природи

При статевому розмноженні креслення нового організму, закладений у його ДНК, створюється випадковим поєднанням генетичного матеріалу двох батьків. Гральні кістки кинуті на стіл. Яка комбінація вийде в підсумку - підвищує або знижує шанси на виграш у боротьбі за існування, - справа випадку, але без постійної перетасовки генів і відбору їх оптимальних комбінацій складні багатоклітинні організми не змогли б еволюціонувати. Якщо продовжити асоціацію з азартними іграми, геном еукаріотичних (що мають клітинну ядро) організмів, від дріжджів до людини, складений з двох "колод" - парних генів (алелей), розташованих на парних хромосомах. Соматичні (тілесні) клітини при зростанні організму і заміщення відмерлих клітин розмножуються тим же простим поділом - мітозів, при якому набір хромосом передається незмінним від батьківської клітини дочірнім. Мутації в соматичних клітинах можуть привести до різних (звичайно неприємним) наслідків, але в наступне покоління вони не передаються.

Статеві клітини утворюються в результаті набагато більш складного процесу поділу - мейозу, при якому з первинних статевих клітин - оогоній (жіночих) і сперматогонії (чоловічих) - утворюються відповідно яйцеклітини і сперматозоїди. При цьому диплоїдні (що несе в собі повний набір генетичної інформації у двох парах хромосом) первинна статева клітина перетворюється на гаплоїдний, з одного з кожної пари хромосом і, відповідно, одним з кожної пари батьківських генів. При цьому хромосоми обмінюються ділянками, і кожної яйцеклітини або сперматозоїду дістається випадковий набір генів, отриманих від бабусі й дідусі майбутньої дитини.

Дві статеві клітини зіллються в одну -- зиготу, яка через деякий час почне ділитися мітотичним способом, розвиваючись в зародок. Але й незаплідненої яйцеклітина може почати ділитися -- саме це і називається партеногенезом. Слід відразу уточнити: партеногенез є НЕ безстатевим розмноженням, а різновидом статевого (з притаманними йому біологічними процесами), проте з участю лише жіночих статевих клітин.

цнотливі коловертки

Партеногенез в живій природі не можна назвати чимось винятковим. Коловертки - крихітні (від 40 мкм до 2 мм) мешканці прісноводних водойм, виділені в окремий тип царства тварин, - вже 40 млн років представлені тільки жіночими особинами, що виробляють потомство винятково шляхом партеногенезу.

При всій прогресивності статевого розмноження варіант з походженням потомства від однієї особи має свої плюси. Наприклад коли середовище сприяє швидкому розмноженню виду та навколо достатньо їжі для численного потомства, партеногенез дає виграш у швидкості заселення цього середовища. У цьому випадку можна по жертвувати генетичним різноманітністю (потомство несе в собі лише хромосоми матері), зате мобілізувати потенціал виду на виконання тільки материнських функцій. Як тільки умови зміняться в несприятливу бік, можна знову повернутися до запліднення, створюючи менш численні, але більш пристосовані організми. Але коловертки - це швидше виняток з правил. У багатьох видів рослин, членистоногих, земноводних, рептилій і навіть птахів існує не облігатна (обов'язкова) форма партеногенезу, а факультативна - при відповідних обставин. Наприклад, у деяких видів попелиць перехід до партеногенезу і назад має характер сезонних коливань.

занудьгувала акула

Дивно, однак, що часом до партеногенезу вдаються види живих організмів, які раніше не були в цьому помічені. В останні роки описані кілька вражаючих випадків партеногенезу в акул, для яких цей спосіб розмноження зазвичай не властивий. У 2001 році в зоопарку Henry Doorly в штаті Небраска (США) малоголовая риба-молот (різновид акули) привела на світ дитинча після тривалого перебування в резервуарі з водою, де не було самців. Це "непорочне зачаття" спочатку поставило вчених в глухий кут. У числі інших розглядався варіант з тривалим збереженням сперми від давнього статевого контакту - таке явище "помилкового партеногенезу" часом спостерігається в природі. Розставити крапки над "i" допоміг нещасний випадок: що виріс дитинча загинув від уколу ската. Результат ДНК-аналізу однозначно показав, що в клітинах дитинча не було ніякого генетичного матеріалу, крім материнського. Якась програма, захована в ДНК акули, яка у природних умовах розмножується винятково через запліднення, включила резервний механізм збереження виду - партеногенез. Таким чином, причиною партеногенетичного розмноження може стати і відсутність самців - наприклад, на межі ареалу виду.

Схожий випадок відбувся в 2002 році в океанаріумі Детройта (США), а потім в Угорщині. У 2006 році в лондонському зоопарку партеногенетичного дитинча вилупився з яйця самки комодський варана. На волі комодський варани також не вдаються до партеногенезу.

Суперники Бога

У міркуваннях про партеногенез неминуче спливає тема одного з головних догматів християнства - непорочного зачаття Діви Марії. Чи не зберігають чи євангельські перекази свідоцтво про партеногенетичного народження людини? Противники цієї версії вказують на те, що, будь це так, немовля Ісус мав би народитися дівчинкою - зрозуміло, через відсутність в яйцеклітині Y-хромосом. Важко розмірковувати на цю тему всерйоз, адже якщо встати на релігійну точку зору, то треба згадати про участь у непорочне зачаття Святого Духа, якому за його всемогутність підвладне неможливе. Однак якщо винести за дужки втручання надприродних сил, то не тільки людина, але і будь-яке інше ссавець до "непорочне зачаття" нездатні. На шляху партеногенезу людини природою споруджено потужний заслін, ім'я якому - геномної імпрінтінг.

Сенс цього модерного терміна полягає в тому, що для розвивається зародка ссавців, образно кажучи, не байдуже, від кого дістався той чи інший ген - від мами чи від тата. Ген, відповідає за розвиток якого-небудь життєвого важливого органу, просто не буде працювати, проявляти себе, якщо він має неправильний статевої маркер. Саме тому, навіть якщо змусити яйцеклітину ссавця ділитися, скажімо, з допомогою якихось зовнішніх подразників, немає ніяких шансів на те, що в результаті на світ з'явиться життєздатний організм. Геномної імпрінтінг заблокує розвиток зародка на ранніх стадіях. Якщо, звичайно, в справу не втрутиться генна інженерія.

Домогтися перший партеногенетичного народження ссавців вдалося в 2004 році вченим з Токійського сільськогосподарського університету. Японці застосували розроблену ними технологію гаплоідізаціі, то є штучного (без мейозу) перетворення соматичних клітин самки миші в гаплоїдні (подібні чи то чоловічим, чи то жіночим). Потім у лабораторних умовах вдалося домогтися злиття цих клітин, "обманув" за допомогою особливих технологій геномної імпрінтінг. І нарешті, вже в материнському організмі, з клітки почав розвиватися зародок.

Про те, наскільки важко далося генетикам втручання у святая святих живої природи, говорять цифри. Провівши порядку шести сотень експериментів зі злиттям штучно гаплоідізірованних клітин, японці змогли отримати всього 24 вагітності, тільки два з яких закінчилися пологами. Хіба ж у повноцінний організм вдалося лише одному дитинчаті. Втім, для початку результат не так уже й поганий: у незабутньої Доллі на стадії запліднення було майже триста сестер.

Просто фантастика

Клонування приматів через особливості розвитку їх запліднених яйцеклітин під час перших поділів технічно все ще неможливо. І жоден серйозний учений не ставив перед собою завдання репродуктивного клонування людини. Численні спроби навчитися вирощувати людські ембріони методом перенесення клітинного ядра - того ж самого, за допомогою якого народилася Доллі-потрібні для терапевтичного клонування. При цьому, як і при одержанні культур ембріональних стовбурових клітин з "відходів" екстракорпорального запліднення (запліднених про запас яйцеклітин), ембріон з яйцеклітини з пересадженим ядром донора передбачається руйнувати на ранній стадії. Такі клітини не будуть відторгатися при клітинної терапії та пересадці донору виготовлених з них тканин і навіть цілих органів.

Але і роботи зі звичайними клітинами людських ембріонів, і будь-яке, навіть терапевтичне, клонування людських клітин викликають опір з боку релігійних фундаменталістів і інших охоронців моралі. Це одна з причин, за якими деякі фахівці намагалися йти обхідними шляхами - наприклад, отримати химерні ембріони з ядра соматичної клітини людини та яйцеклітини корови або кролика.

Всі ці обхідні стежки привели в тупики, крім однієї: у липні 2007 року групі вчених з московського Центру акушерства, гінекології та перинатології РАМН і американської корпорації Lifeline Cell Technology вдалося виростити шість ліній поліпотентної (здатних, як ембріональні, перетворюватися на будь-які тканини організму) стовбурових клітин з незапліднених людських яйцеклітин. Досягнення вражаюче, хоча таким методом можна отримувати культури терапевтичних клітин тільки для жінок дітородного віку. І схоже, цей напрямок розвиватися не буде.

Вже в листопаді того ж 2007 року дві групи вчених з Вісконсінського та Кіотського університетів одночасно про розробці методів отримання штучно індукованих плюріпотентних клітин (iPSC) з фібробластів, звичайних клітин шкіри. Для того щоб дорослі клітини "впали в дитинство", в них довелося за допомогою вірусного носія ввести працюють копії чотирьох генів, активних під час ембріонального розвитку і заблокованих у дорослому організмі. Нову методику вже випробували в нових лабораторіях, а в лютому 2009 року людські iPSC вперше були використані для відновлення пошкодженого спинного мозку - поки у мишей, але можна сподіватися, що через декілька років справа дійде до перших клінічних досліджень на людях.

Можливо, саме ці експерименти поставлять жирну крапку на біоетичних суперечках, залишивши тему партеногенезу авторам фантастичних романів, чарують поява світу без чоловіків. До щастя, поки не схоже, щоб жінки до такого світу сильно прагнули.

Дякуємо за допомогу в написанні статті Олександра Чубенко - редактора порталу "Вічна молодість" www.vechnayamolodost.ru

Дві мами - один тато

Для експериментів з видами розмноження живих істот у природи була майже вічність. Сьогоднішні майстри генної інженерії намагаються укластися в більш стислі терміни, пропонуючи свої сенсаційні рішення

органоид з норовом

Дослідники з Університету Ньюкасла (Великобританія) оголосили, що ними знайдено спосіб викоренити ряд серйозних захворювань, що передаються у спадщину за допомогою мітохондрій. Мітохондрія -- один з найважливіших органоидов живої клітини, який відповідає за енергетичний забезпечення внутрішньоклітинних процесів. Як вважається, мітохондрія походить від стародавньої бактерії, що колись упровадився в еукарiотичнi (ядерну) клітку. Від прародителя органоид успадкував власну ДНК. Якщо в ній виникають збої, мітохондрія функціонує неправильно, що відображається на життєдіяльності всієї клітини.

У мишей все ОК

Щоб справитися з цією проблемою, шотландські вчені пропонують пересаджувати ядро заплідненої яйцеклітини з мітохондріальними дефектами в здорову яйцеклітину, отриману від донора. Попередньо з донорської клітини видаляється вся генетична інформація, крім той, що відповідає за виробництво мітохондрій. Таким чином виникне зародок, в якому буде присутній генетичний матеріал двох жінок і одного чоловіки. Досліди, проведені на мишах, показують, що залишки донорської ДНК ніяк не впливають на розвиток дитинча і лише допомагають позбавити його від пов'язаних з мітохондріями захворювань. За допомогою цього методу вдалося отримати і людські ембріони, які нормально розвивалися, але були знищені на шостий день після запліднення. Йти далі в цьому напрямі поки що заважають міркування юридичного та біоетичної характеру.

Половинка до половинці

І в акул, і у варана партеногенетичного дитинчата мали жіночу стать

Хитрощі індички

Це природно для живих організмів, у яких чоловіча стать передається через Y-хромосому, що знаходиться тільки в чоловічих статевих клітинах. У деяких видів живих істот спадкування підлоги здійснюється інакше: наприклад, в однієї з порід індичок багато яйця розвиваються партеногенетичного, і з них з'являються тільки самці. У бджіл і мурах партеногенез використовується для регулювання співвідношення полів: з запліднених яєць розвиваються самки, а з незапліднених - самці. А деякі види костистих риб "спокушають" самців іншого виду. Сперматозоїд при цьому не проникає в яйцеклітину, а лише стимулює її подвоєння хромосом і поділ. Проте чи можна сказати, що ці дитинчата були клонами, точної генетичної копією материнських організмів? Ні, в даному випадку це не так.

Можливі варіанти

Справа в тому, що біологічно партеногенез здійснюється в основному двома шляхами. Один з них полягає в тому, що первинна жіноча статева клітина, не проходячи стадію мейозу, починає ділитися мітотичним шляхом, створюючи власну копію. У випадку ж з високорозвиненими тваринами отримана в ході мейозу яйцеклітина, що має, як ми пам'ятаємо, гаплоїдний - половинний - набір хромосом, зливається з іншою яйцеклітиною, теж з половинним, але по-іншому скомбіновані набором "бабусиних і "дідусевих" хромосом. Відбувається свого роду імітація зачаття, але генотип і визначаються їм властивості організму при цьому будуть у тій чи іншій мірою відрізнятися від материнської.

СТОВБУРОВІ КЛІТИНИ

Термін "стовбурові клітини" був введено в науковий обіг російським гістологів Олександром Максимовим (1874-1928).

Їм позначається особливий тип клітин живого організму, які здатні диференціюватися, перетворюючись на спеціалізовані клітини різних тканин. Запліднена клітина (зигота) відноситься до тотіпотентним (тобто "всемогутнім") стовбурових клітин, адже від неї відбувається все, що є в організмі. Тотіпотентность зберігають і клітини, отримані після декількох перших поділів (дроблення) зиготи. Пізніше виникають плюріпотентние стовбурові клітини, кожна з яких може призвести спеціалізовані клітини безлічі типів, однак, на відміну від тотіпотентних, ?? еспособна дати початок цілого організму. Більш низький рівень ієрархії -- мультіпотентние стовбурові клітини з ще меншими можливостями диференціації. Спеціалізована клітина називається уніпотентной. Стовбурові клітини, на відміну від спеціалізованих, можуть ділитися нескінченно, у той час як зрілі уніпотентние клітини мають обмежену кількість циклів ділення. Використання стовбурових клітин відкриває широкі перспективи в медицині.

Список літератури

Популярна механіка № 3 (77) березень 2009