Животные

При дроблении оплодотворенной яйцеклетки и последующем развитии эмбрионов каждая клетка получает диплоидный набор хромосом. Использование ценных генотипов у многоклеточных особей дало бы возможность получать генетические копии с сохранением их наследственной структуры. Это было бы наилучшим способом искусственного размножения. Но сохраняют ли соматические клетки животных при индивидуальном развитии все потенции яйцеклетки и зиготы, и если сохраняют, то до какой стадии?

У животных и человека известны случаи рождения близнецов — потомков одной зиготы. Образование монозиготных близнецов происходит при разделении эмбрионов на две части на дву- и восьмиклеточной стадии или расщеплении эмбриобласта внутри бластоцисты. Искусственно таких близнецов впервые получил немецкий эмбриолог Г. Дриш у морского ежа. Еще в конце прошлого века он разделил двуклеточный эмбрион на две клетки (бластомеры), из которых затем развились отдельные особи. Это свидетельствовало о полном сохранении каждой клеткой тотипотентности — полноценной потенции, способствующей развитию целого организма. В дальнейшем таким же способом была установлена тотипотентность у четырехклеточных эмбрионов морских ежей, лягушек и других видов животных. Но уже на стадии восьмиклеточных эмбрионов эта способность утрачивается.

Первых искусственных близнецов у сельскохозяйственных животных получили в 1979 г. Вначале был разработан метод получения однояйцевых близнецов из половинок, а затем из четвертинок четырех-восьмиклеточных эмбрионов овцы и коровы. Удалось создать пять пар «половинных» однояйцевых близнецов ягнят и по четыре близнеца из четвертинок эмбрионов овцы и коровы.

В последнее время разработана и используется более простая технология выращивания близнецов крупного рогатого скота. Бластоцисту разрезают на две части так, чтобы в каждой оказалась половина эмбриобласта. Бластоцисты трансплантировали коровам-реципиентам, и таким образом уже выращены десятки близнецов.

И все же таким способом нельзя создать десятки и сотни генетически идентичных особей. Требуются новые вмешательства в способ воспроизведения. Ставится вопрос о разработке технологии вегетативного размножения животных. Были проведены опыты по выяснению наследственных потенций соматических клеток. Ведь в ходе развития клетки эмбрионы теряют способность воссоздавать целый организм. Неизвестно, полноценны ли геномы их клеток и нельзя ли заставить реализовывать наследственную информацию в искусственных условиях.

Эксперименты были поставлены на лягушке. На яйцо накладывали волосяную петлю и стягивали его наполовину. В одной части оказывалось ядро, а в другой только цитоплазма. Половина, содержащая ядро, начала делиться. Когда в ней было 16 клеток, петлю ослабили, и одно из ядер перешло в безъядерную половину. После этого она начала делиться и развилась в нормальный эмбрион. Значит, на стадии 16 клеток ядро содержит полный набор генов и из него можно получить полноценный эмбрион.

В дальнейшем испытывалась потенция ядер из клеток эмбрионов разных стадий — вплоть до взрослых лягушек. Для этого из яйца животного удаляли собственное ядро, а вместо него переносили ядро из клеток эмбрионов. По мере развития эмбрионов частота яйцеклеток, развивающихся с помощью их ядер, сначала постепенно уменьшалась, а затем доходила до нуля. Оказалось удобным брать ядра у эмбрионов на стадии поздней бластулы и трансплантировать их в яйцеклетки.

Пересадка ядер у млекопитающих — задача более трудная. Для их активизации обязательно требуется проникновение сперматозоида. Объем цитоплазмы в яйце крайне мал. Мужское и женское ядра располагаются относительно близко друг от друга, и новое соматическое ядро трудно разместить вдали от них. Поэтому ядра зиготы должны быть удалены. Эта микрохирургическая операция очень сложна, она под силу только очень искусным специалистам. С помощью кончика микропипетки вводили соматическое ядро мыши в зиготу, затем, перемещая пипетку, засасывали один и другой пронуклеусы. Такая операция приводит к повреждению цитоплазмы, и зигота часто погибает. Только в редких случаях она остается жизнеспособной и происходит несколько делений. Лишь однажды появилось сообщение о получении трех мышей.

Эти два пути клонирования животных еще не совершенны для практического использования и, следовательно, не могут решить вопрос с интенсивным размножением определенных животных. Наиболее разработанный способ увеличения численности ценных пород — повышение их плодовитости.

Всего за свою жизнь с начала функционирования яичника корова расходует 60—70 яйцеклеток и оставляет после себя 10—12, а чаще 5—6 потомков. Количество незрелых яйцеклеток (ооцитов) в яичнике коровы составляет несколько сотен тысяч. Часть из них гибнет из-за различных дефектов, а большинство нормальны и могли бы развиваться в случае их стимулирования. Огромное количество ооцитов представляет собой потенциальное потомство высокопродуктивных животных и служит важным резервом животноводства.

Увеличение численности высокопродуктивных животных связано с выяснением возможности стимулирования развития резервных ооцитов и путями обеспечения их дальнейшего развития. Еще в 30-е годы удалось установить, что искусственное повышение концентрации гонадотропных гормонов в крови стимулирует созревание дополнительного количества яйцеклеток. Однако анатомическое строение репродуктивных органов и протекающие в них физиологические процессы ограничивают численность вынашиваемых эмбрионов, и преодолеть это препятствие невозможно. Удается только добиться вынашивания предельно допустимого количества эмбрионов. В овцеводстве нашел широкое применение метод стимулирования многоплодия. Используя сыворотку жеребых кобыл, повышают уровень гонадотропных гормонов в крови овец и добиваются постоянного рождения у них двоен, что не всегда реализуется в естественных условиях.

Более удачной оказалась трансплантация яйцеклеток животных самкам-реципиентам. Этот метод дает возможность использовать даже только что оплодотворенную яйцеклетку — зиготу. Но это связано со сложными хирургическими вмешательствами. Зигота находится в самом верхнем отделе яйцевода, и извлечь ее довольно трудно. Часто происходят потери яйцеклеток и возникает бесплодие животных. Для нормального развития зиготы ее необходимо пересадить в тот же отдел яйцевода, а это также можно сделать только хирургическим путем.
Гораздо успешнее осуществляется трансплантация суперовулированных яйцеклеток. В таком состоянии они выходят из яйцевода в матку в виде предимплантационных эмбрионов — морул, бластоцист. Они еще не имплантировались, и их можно извлечь не только хирургически, но и вымыванием специальными катетерами. У самок-реципиентов создают состояние ложной беременности, когда репродуктивные органы подготовлены к вынашиванию. В такую матку трансплантируют эмбрион. Ложная беременность переходит в истинную. У приемной матери при пересадке эмбрионов того же вида не возникает реакции несовместимости, приводящей к его отторжению.

Начатые в 50-е годы исследования по трансплантации эмбрионов у лабораторных и сельскохозяйственных животных к 70-м годам переросли в практическую работу. В 1972 г. в Канаде появились первые коммерческие фирмы. Основное назначение размножения животных трансплантацией состоит в получении потомства от особо высокопродуктивных, элитных особей. Всего в 1979 г. в Канаде и США этим способом было получено 17 тыс. телят, в 1980 — 20 тыс., 1981 — 30 тыс.

Подобные работы начаты в нашей стране. Метод трансплантации еще нуждается в дальнейшем совершенствовании, чтобы стать эффективной технологией размножения сельскохозяйственных животных. Его практическое применение все еще сдерживается недостаточным количеством пригодных для трансплантации эмбрионов. Даже при налаженной работе в среднем от одной суперовуляции коровы получают только три-четыре теленка. Для повышения степени использования вынашивающих самок им трансплантируют два эмбриона или беременной самке подсаживают еще один эмбрион.

При трансплантации крайне необходима синхронизация процессов у доноров и реципиентов — все операции по пересадке эмбрионов должны происходить в короткое время. С другой стороны, возникает необходимость транспортировки эмбрионов в иные хозяйства и даже страны. Здесь неоценимой оказалась криоконсервация эмбрионов — замораживание и размораживание. Она дает возможность регулировать все процедуры трансплантации во времени и пространстве. Теперь можно организовать центры по созданию эмбрионов и рассылать последние в замороженном состоянии в племенные хозяйства.

Метод криоконсервации имеет важное значение для поддержания потомства ценных пород сельскохозяйственных животных и сохранения генофонда диких исчезающих видов. Создаются специальные банки криоконсервированных эмбрионов. Помещенные в раствор глицерина эмбрионы разных стадий развития охлаждают со строго определенной скоростью и затем длительное время хранят в жидком азоте (при температуре —196° С). После оттаивания — также с определенной скоростью — эмбрионы способны вырасти в нормальных особей. На практике уже получены мыши после двух, телята после полутора лет хранения эмбрионов в жидком азоте. Никаких нарушений в их организмах не обнаружено.