Клонирование животных: технология. Что такое клонирование растений и зачем это нужно? Клонирование организма

Клонирование организмов

Клон – это точная генетическая копия живого организма.

В природе клоны широко распространены. Это, конечно же, потомки . Так как полового процесса не происходит, не изменяется . Поэтому дочерний организм является точной генетической копией предыдущего .

Клоны так же создаются с участием человека. Зачем это делается? Представьте, ведется многолетняя работа по отбору и гибридизации растений, из всех полученных гидридов, у одного очень удачная комбинация генов (например, сочные плоды больших размеров). Как размножить это растение? Если проводить скрещивание, то произойдет рекомбинация генов. Поэтому проводят .

Многие культурные сорта являются клонами изначально полученного растения. (Фиалки, например, размножают листьями). Можно даже получить клон растения всего из одной клетки.

• сначала выращивается культура клеток ,
• потом воздействуют нужными гормонами для дифференцировки тканей , и
• воссоздается новый организм.

С помощью этого метода можно будет получать больше урожая, чем через стандартное разведение. Возможно, в будущем мы будем получать растительные продукты не с полей, а из пробирок.

Огромные площади земли заменит лаборатория. А колхозники останутся без работы.

Но как создавать клоны организмов, неспособных к бесполому размножению (позвоночных к примеру)?

Это возможно. Такое явление встречается даже в природе. Это – .

Из одной зиготы развивается не один организм, при том эти организмы являются генетическими копиями друг друга (так как развились из одной зиготы).

Такое явление позволило возникнуть близнецовому методу (благодаря ему, изучается влияние наследственности и среды на признаки).

Появилась идея искусственного клонирования организмов .

В теории она проста: если из зиготы удалить собственное , и поместить ядро из соматической клетки, то разовьется организм – точная генетическая копия, клон донора соматической клетки.

Практически осуществить это получилось не сразу.

В 60-е года были проведены опыты по клонированию . Из икринок лягушек вытаскивали ядра и засовывали ядра, взятые из соматических клеток (метод такой пересадки ядер, между прочим, был разработан у нас в СССР в 1940 году ученым Г.В. Лопашовым). Получились клоны лягушки. С амфибиями проще, у них оплодотворение и эмбриональное развитие происходит во внешней среде.

Как быть с ?

Икру то они не метят. В 1996 году группа британских ученых (это не фигура речи, они действительно из Британии) под руководством Иэна Уилмута сделала огромное достижение в области биологии. Они, с помощью метода пересадки ядра, клонировали овцу.

Из клетки ткани вымени уже умершей к моменту эксперименту овцы (организма-прототипа) взяли ядро. Из другой овцы взяли яйцеклетку и, предварительно удалив ее собственное ядро, трансплантировали ядро из клеток овцы-прототипа. Полученную уже диплоидную клетку (диплоидную, так как ядро взято из соматической клетки) поместили в другую овцу, которая стала суррогатной матерью. Полученного ягненка назвали Долли.

Она была генетической копией овцы-прототипа.

Но Долли не была первым в истории клоном млекопитающего. И до нее проводились удачные эксперименты. В чем новшество? В том, что ранее брались либо эмбриональные, либо стволовые клетки для донорства ядер. В случае с Долли были взяты уже дифференцированные клетки взрослого организма (клетки вымени). Овечка Долли прожила достойную жизнь, несколько раз становилась мамой. Рожала совершенно здоровых ягнят. Долли ничем не отличалась от других овец, только тем, что она являлась клоном. К концу жизни Долли заболела артритом. Ее усыпили. Болезнь эта никаким образом не связана с клонированием: ей болеют и обычные овцы.

Эксперимент с Долли продемонстрировал возможность и безопасность клонирования млекопитающих.

Какова практическая значимость клонирования? Оно позволяет решить некоторые проблемы:

• можно увеличить численность — спасти от вымирания популяции, которые сами уже не могут поддерживать свою численность и, по сути, обречены;
• клонирование дает возможность в прямом смысле воскресить вымершие виды, если сохранились образцы ядер клеток этих организмов (вспомните Парк Юрского периода);
• не обязательно выращивать целиком новый организм. Можно выращивать отдельно органы и заменять ими поврежденные. У человека отказала . Взяли у него одну клетку – вырастили новую. И отторгаться она не будет , так как не содержит чужеродных белков: все свое.

В теории все прекрасно, на практике возникают некоторые проблемы.

Прежде всего, это чисто «механические» проблемы. Несовершенство методов. Белые пятна, пробелы в знаниях: не все еще известно о генах и всех их тонкостях.

Еще одна проблема скрыта в ядре. В процессе дифференциации клеток происходит и дифференциация ядер этих клеток: некоторые гены отключаются, некоторые активируются. То есть в ядре, взятом для пересадки в яйцеклетку, могут быть отключены некоторые гены, которые необходимы для нормального развития зародыша. Понятно, что в этом случае нормального развития не получится.

Есть проблема этическая — клонирование человека. Сути ее я не понимаю, лично мне она кажется надуманной. Поэтому комментировать ее не буду.

Последняя проблема, которую мы рассмотрим – это проблема старения ядер. В ядрах есть счетчики старения организма – теломеры. С каждым делением они все короче и короче. Очевидно, нужен способ искусственно «сбросить до заводских настроек» ядро: отменить отключение генов, восстановить теломеры.

На клонирование организмов возлагаются огромные надежды. В этом методе видят излечение болезней . Область открыта для исследований: еще многое нужно изучить.

Основы. Клонирование целых животных.

Клетки животных, дифференцируясь, лишаются тотипотентности, и в этом - одно из существенных их отличий от клеток растений. Именно здесь главное препятствие для клонирования взрослых позвоночных животных. Методы клонирования целых животных до сих пор не доведены до стадии практического («промышленного») применения.

Наиболее удачными являются эксперименты по клонированию животных из эмбриональных недифференцированных клеток, не утративших тотипотентных свойств, однако есть положительные результаты и со зрелыми клетками.

Процесс клонирования протекает следующим образом - ядро соматической клетки пересаживают в лишенную ядра (энуклеированную) яйцеклетку и имплантируют ее в организм матери (если это животное, требующее вынашивания).

Энуклеация традиционно проводится микрохирургически или путем разрушения ядра ультрафиолетом, пересадка производится с помощью тонкой стеклянной пипетки или электрослиянием. В последнее время ученые из датского Института сельскохозяйственных наук разработали недорогую технологию клонирования, которая гораздо проще используемой ныне.

По новой технологии, яйцеклетки разрезаются пополам, и половинки с ядрами выбрасываются. Выбирается пара оставшихся пустых половинок, которые «склеиваются» в одну яйцеклетку после добавления нового ядра. Самая дорогая часть оборудования, которую использовали в этом эксперименте, -- машина для «сварки» клеток -- стоит всего лишь $3,5 тысячи. Технология может быть полностью автоматизирована и поставлена «на поток».

Успешность пересадки зависит от вида животного (амфибий клонируют успешнее, чем млекопитающих), методики пересадки и степени дифференцировки клетки-донора. Так, ещё Бриггс и Кинг в первых опытах на амфибиях установили, что если брать ядра из клеток зародыша на ранней стадии его развития - бластуле, то примерно в 80% случаев зародыш благополучно развивается дальше и превращается в нормального головастика. Если же развитие зародыша, донора ядра, продвинулось на следующую стадию - гаструлу, то лишь менее чем в 20% случаев оперированные яйцеклетки развивались нормально. Эти результаты позже были подтверждены и в других работах.

Гердон, использовавший в качестве доноров специализированные клетки эпителия, получил следующие результаты: в большинстве случаев реконструированные яйцеклетки не развивались, но примерно десятая часть их них образовывала эмбрионы. 6,5% из этих эмбрионов достигали стадии бластулы, 2,5% - стадии головастика и только 1% развился в половозрелых особей. Однако, появление нескольких взрослых особей в таких условиях могло быть связано с тем, что среди клеток эпителия кишечника развивающегося головастика довольно длительное время присутствуют первичные половые клетки, ядра которых могли быть использованы для пересадки. В последующих работах как сам автор, так и многие другие исследователи не смогли подтвердить данные этих первых опытов.

Позже Гердон модифицировал эксперимент. Поскольку большинство реконструированных яйцеклеток (с ядром клетки кишечного эпителия) погибают до завершения стадии гаструлы, он попробовал извлечь из них ядра на стадии бластулы и снова пересадить их в новые энуклеированные яйцеклетки (такая процедура называется «серийной пересадкой» в отличие от «первичной пересадки»). Число зародышей с нормальным развитием после этого увеличивалось, и они развивались до более поздних стадий по сравнению с зародышами, полученными в результате первичной пересадки ядер.

Таким образом, во многих работах показано, что в случае амфибий донорами ядер могут быть лишь зародыши на ранних стадиях развития, хотя и клоны дифференцированных клеток удавалось «доводить» до поздних стадий, особенно при использовании метода серийных пересадок.

Опыты с амфибиями показали, что ядра различных типов клеток одного и того же организма генетически идентичны и в процессе клеточной дифференцировки постепенно теряют способность обеспечивать развитие реконструированных яйцеклеток, однако серийные пересадки ядер и культивирование клеток in vitro в какой-то степени увеличивает эту способность.

У млекопитающих в качестве доноров используются малодифференцированные стволовые клетки или клетки ранних эмбрионов. Работа методически оказалась довольно трудной, прежде всего потому, что объем яйцеклетки у млекопитающих примерно в тысячу раз меньше, чем у амфибий. Однако эти трудности были успешно преодолены. Экспериментаторы научились микрохирургически удалять пронуклеусы из зигот (оплодотворенных яйцеклеток) млекопитающих и пересаживать в них клеточные.

Опыты на мышах закончились полной неудачей - клоны гибли на стадии бластоцисты, что связано вероятно, с очень ранней активацией генома зародыша - уже на стадии 2-х клеток. У других млекопитающих, в частности, у кроликов, овец и крупного рогатого скота, активация первой группы генов в эмбриогенезе происходит позднее, на 8-16-клеточной стадии. Возможно поэтому первые значительные успехи в клонировании эмбрионов были достигнуты на других видах млекопитающих, а не на мышах.

Для кроликов (Стик и Робл, 1989) был получен результат - 3,7% реконструированных яйцеклеток развились до нормальных животных.

Работа с реконструированными яйцеклетками крупных домашних животных, коров или овец, идет несколько по-другому. Их сначала культивируют не in vitro, a in vivo - в перевязанном яйцеводе овцы - промежуточного (первого) реципиента. Затем их оттуда вымывают и трансплантируют в матку окончательного (второго) реципиента - коровы или овцы соответственно, где их развитие происходит до рождения детеныша. По данным одних авторов реконструированные зародыши лучше развиваются в яйцеклетке, чем в культуральной среде, хотя некоторые исследователи получили неплохие результаты и при культивировании.

Таким образом, была в целом решена проблема клонирования крупного рогатого скота. Например, в одном из экспериментов, 92 яйцеклетки из 463 развились до взрослых коров.

Позднее были получены клоны овец. В 1993-1995 годах, группа исследователей под руководством Уилмута получила клон овец - 5 идентичных животных, донорами ядер которых была культура эмбриональных клеток. Клеточную культуру получали следующим образом: выделяли микрохирургически эмбриональный диск из 9-дневного овечьего эмбриона (бластоцисты) и культивировали клетки in vitro в течение многих пассажей (по крайней мере до 25). Сначала клеточная культура напоминала культуру стволовых недифференцированных эмбриональных клеток, но вскоре, после 2-3-х пассажей, клетки становились уплотненными и морфологически сходными с эпителиальными. Эта линия клеток из 9-дневного зародыша овцы была обозначена как TNT4.

Эта работа, особенно в части культуры эмбриональных клеток, - значительное достижение в клонировании млекопитающих, хотя она и не вызвала столь шумного интереса, как статья того же Уилмута с соавторами, опубликованная в начале 1997 года, где сообщалось, что в результате использования донорского ядра клетки молочной железы овцы было получено клональное животное - овца по кличке Долли. Последняя работа методически во многом повторяет предыдущее исследование, но в ней ученые использовали не только эмбриональные, но еще и фибробластоподобные клетки (фибробласты - клетки соединительной ткани) плода и клетки молочной железы взрослой овцы. Клетки молочной железы получали от шестилетней овцы породы финн дорcет, находящейся на последнем триместре беременности. Все три типа клеточных культур имели одинаковое число хромосом - 54, как обычно у овец. Деление клеток всех трех типов останавливали на стадии G0 и ядра клеток пересаживали в энуклеированные ооциты (яйцеклетки) на стадии метафазы II. Большинство реконструированных эмбрионов сначала культивировали в перевязанном яйцеводе овцы, но некоторые и in vitro в химически определенной среде. Коэффициент выхода морул или бластоцист при культивировании in vitro в одной серии опытов был даже вдвое выше, чем при культивировании в яйцеводе (поэтому, видимо, нет строгой необходимости в промежуточном реципиенте и можно обойтись культивированием in vitro. Однако для полной уверенности в этом нужны дополнительные данные).

Перспективным направлением в технологии клонирования животных является изучение генетических механизмов развития и дифференцировки клеток. Так, Рудольф Яниш из Whitehead Institute обнаружил, что 70-80 генов, которые обычно активизируются в развивающихся мышиных эмбрионах, у клонов оказываются либо неактивны, либо демонстрируют пониженную активность. Хотя непонятно, что же делают эти гены, однозначно установлено, что они включаются одновременно с еще одним геном, Oct4. Этот ген, в свою очередь, дает эмбрионам возможность создавать плюрипотентные клетки - то есть клетки, которые могут превратиться в любую ткань. Возможно, что часть активизирующихся одновременно с этим генов также задействуется в этом процессе. Теперь ученым предстоит выяснить, что заставляет эти гены молчать. В случае удачи наука сделает важный шаг вперед в разработке методологии клонирования.

Клонирование животных: применение и перспективы.

Клонирование в животноводстве.

Учитывая трудности в клонировании животных, говорить о широком практическом применении клонов в животноводстве рано. Однако перспективы у этого направления есть.

Клонирование ценных трансгенных животных может быстро и экономично обеспечить человечество новыми лекарственными препаратами, содержащимися в молоке, специально полученных для этого генноинженерными методами овец, коз или коров.

Появилось сообщение, что ученым из шотландской фирмы PPL Therapeutics, того самого, где была клонирована Долли, удалось получить успешные клоны овечек с измененной ДНК. Был внедрен ген, который добавляет в молоко овец фермент, используемый в современной фармакологии для лечения наследственной эмфиземы легких.

Клонирование высокопродуктивных домашних животных, в частности, молочных коров, может произвести буквально революцию в сельском хозяйстве, так как только этим методом можно создать не отдельные экземпляры, а целые стада элитных коров рекордисток. Это же относится к размножению выдающихся спортивных лошадей, ценных пушных зверей, сохранению редких и исчезающих животных в природных популяциях и т.д. Беспрецедентный по своему масштабу эксперимент по массовому клонированию крупного рогатого скота недавно начался в Китае. Как сообщает местная печать, в Синьцзян-Уйгурском автономном районе на северо-западе страны в этом году ожидается появление от 20 до 50 клонированных телят.

Проект ведется компанией «Цзиньню» и является крупнейшим в своем роде в мире. В нем также участвуют Австралия, Канада, США и Великобритания и ряд других стран. Китайские ученые полагают, что клонирование станет важным шагом в развитии животноводства и улучшении племенной работы.

Внедрение в практику методов межвидового переноса ядер может открыть невиданные перспективы для спасения находящихся на грани исчезновения видов животных. Было зафиксировано, что энуклеированные яйцеклетки крупного рогатого скота обеспечивают реализацию генетического материала донорских ядер из соматических клеток человека даже до более продвинутых эмбриональных стадий. Это является свидетельством того, что даже перенос ядер в ооциты далеких в эволюционном отношении видов обеспечивает их частичное репрограммирование. А может ли быть так, что трансплантация ядер в энуклеированные яйцеклетки близких видов приведет к получению полноценного здорового потомства?

Терапевтическое клонирование.

Новейшие технологии в области клонирования и создания эмбриональных стволовых клеток открывают огромные возможности для лечения многих заболеваний, связанных с дегенерацией определенных типов клеток, потерей функций тканей и целых органов. Около 16 млн. человек во всем мире страдают нейродегенеративными заболеваниями, такими как болезнь Альцгеймера и Паркинсона, свыше 120 млн. - диабетом и миллионы - артритами, СПИДом, инфарктами и другими заболеваниями, которые могут быть излечены с помощью применения клеточных трансплантатов.

По самым скромным подсчетам десятки наиболее распространенных заболеваний могут быть вылечены с внедрением клеточной терапии. Методы терапевтического клонирования позволяют избежать иммунного отторжения трансплантатов, поскольку ЭС клетки несут генетическую информацию донора ядер. Низкая эффективность трансплантации ядер не важна для осуществления клеточной терапии, так как для получения линии ЭС клеток достаточно всего одного или нескольких предимплантационных эмбрионов. Кроме того, сейчас рассматривается вопрос об использовании в качестве цитопластов энуклеированных яйцеклеток животных, например, крупного рогатого скота, которые поддерживают реализацию генетического материала ядра человеческой соматической клетки до стадии 5-дневного эмбриона.

Одной из перспективных сфер применения клонирования может оказаться ксенотрансплантация, то есть межвидовая трансплантация тканей и органов. Некоторыми компаниями ведется работа по созданию линии свиней с инактивированным геном альфа-1,3-галактозилтрансферазы. Этот ген кодирует фермент, участвующий в синтезе поверхностных антигенов клеток свиней, которые обусловливают немедленное отторжение трансплантатов у приматов. Технология клонирования с использованием генетически модифицированных культур клеток в качестве доноров ядер значительно упростит процесс создания такой линии.

Важный результат получен американскими учеными, которым удалось разработать метод выращивания новых костей в позвоночнике крыс.

В проведенных экспериментах ученые работали со стволовыми клетками. Они модифицировали их так, что стволовые клетки костного мозга стали экспрессировать белок ВМР-9, который способствует росту новых костей. Затем модифицированные клетки были инъецированы в одну сторону позвоночника крыс, в то время как в другую ученые инъецировали стволовые клетки, содержащие инактивированный ген.

Через 8 недель после начала эксперимента был зафиксирован рост костей лишь на той стороне спины, которая содержала модифицированные стволовые клетки. При этом вновь образованные кости выглядели абсолютно нормально.

Эта методика пока не была опробована на людях, однако исследователи полагают, что этот метод генной терапии, который включает в себя этап работы с клетками вне организма, является многообещающим для лечения заболеваний костей, а также показателем перспективности терапевтического клонирования вообще.

Не менее интересные результаты получили российские ученые. Им удалось клонировать из стволовых клеток человека кардиомиоциты.

Тело человека, каким бы совершенным оно не было, имеет свойство стареть. Можно ли вырастить идентичное тело на замену старому и переселить в него свой мозг? Об этом мечтали люди и писали фантасты на протяжении многих лет. Клонировать можно не только человека (да и вообще это не этично, хоть и возможно), но также животное, даже давно вымершее. Эти и другие цели стоят в приоритете перед генной инженерией. Клонирование - один из краеугольных камней будущего, за которыми нас ждут великие свершения в науке и технике.

Только вдумайтесь - со дня рождения клонированной овечки Долли в 1996 году прошло более двадцати лет! уже давно превратилось из фантастики в реальность и в мире уже существует множество биотехнологических компаний, предоставляющих такую необычную услугу. Как правило, их клиентами являются любители домашних животных, которые хотят видеть своих любимцев даже после их смерти. Одной из таких компаний является китайская Sinogene Biotechnology, в лаборатории которой недавно родился клонированный котенок по кличке Чеснок. Биологи берут за работу довольно большие деньги, но это того стоит.

Когда Барбара Стрейзанд рассказала журналу Variety, что клонировала свою собаку за 50 000 долларов, многие впервые узнали, что копирование домашних любимцев и других животных - это реально. Да-да, вы не ошиблись: вы можете заплатить за клонирование собаки, лошади или любимого бычка и получить живую копию через пару месяцев. , от которой у меня до сих пор мурашки по коже, пойдет про Монни Маст, фотографа из Мичигана, которая оплатила клонирование Билли Бина, лабрадора-ретривера, принадлежавшего ее старшей дочери Мие.

Метод культуры клеток позволяет получить большое количество клеток - потомков одной первоначально взятой родительской клетки. Этот метод называется клонированием. Клон клеток - это совокупность клеток, имеющих происхождение от одной исходной клетки в результате митоза. В основе клонирования лежит фундаментальное свойство живого – способность к репликации, т.е. воссозданию, синтезу себе подобного. Такие клетки имеют совершенно идентичный геном.

В начале 70-х годов ХХ в. научились клонировать клетки. В течение 10 – 12 лет удавалось клонировать только опухолевые клетки, поскольку их собственным свойством является способность неограниченно делиться митозом. Г. Келлер и У. Мильштейн в 1974 – 1975 г. разработали методику получения гибридных клеток, одна из которых опухолевая (миелома), а вторая – нормальный лимфоцит. Получающиеся гибридные клетки имели какую-то часть хромосом нормального лимфоцита (другая часть хромосом выбрасывалась из клеток в течение первых делений, пока геном не стабилизировался) и какую-то часть от опухоли. Росли только клетки, унаследовавшие способность к неограниченному делению. Параллельно в них шел биосинтез тех или иных продуктов нормального лимфоцита, например, антител. Неограниченно делящиеся клетки клонировали, т.е. рассадили по одной (каждую в отдельную посуду) и получили клоны клеток. Такие клетки назвали гибридомами. Если гибридома синтезирует антитела, то их называют моноклональными. Такие антитела являются не только продуктами моноклона, но и чистыми препаратами одинаковых иммуноглобулинов. В конце 70-х годов научились выращивать in vitro и клонировать Т-лимфоциты. Это стало возможным только после открытия фактора роста для Т-лимфоцитов, позже названного интерлейкином-2 (IL-2).

Следующим методическим этапом исследования природы стало клонирование генов (молекулярное клонирование) – получение чистого клона гена и вслед за ним чистого клона молекул белка, кодируемого этим геном. Для того, чтобы клонировать конкретный ген, сначала надо узнать первичную последовательность нуклеотидов этого гена. Необходимо было также научиться искусственно синтезировать короткие отрезки ДНК (20 – 30 нуклеотидов) со строго заданной последовательностью нуклеотидов (олигонуклеотидов), используемых в качестве затравки (праймера) для синтеза длинных молекул ДНК с помощью фермента ДНК-полимеразы. Для клонирования ДНК ее вначале подвергают диссоциации (расплетанию) путем нагревания до 92 – 95 о С (термоденатурации). В результате данного метода можно получить миллионы копий исследуемого гена. Этот метод получил название полимеразная цепная реакция (ПЦР), впервые описанный в 1983 г. Керри Б. Мюллисом. За прошедшие годы этот метод получил широкое распространение во всем мире.

Получив столь «мощный» метод биосинтеза отдельных генов в чистом виде, стали «делать» трансгенных мышей и мышей с направленным разрушением определенного гена. Трансгенная мышь – это мышь, в геном которой введен посторонний экзоген. Чтобы сделать трансгенную мышь, необходимо иметь в качестве препарата чистую ДНК, строго воспроизводящую последовательность заданного экзогена. Самку мыши спаривают с самцом, после чего из самки быстро извлекают оплодотворенную яйцеклетку. Микроманипулятором в мужской пронуклеус ниъецируют ДНК экзогена. Такие яйцеклетки имплантируют в матку или яйцеводы другой подготовленной псевдобеременной самки и ждут от нее потомство. Опыт показывает, что примерно 25% новорожденных мышат несут экзоген (теперь уже трансген ) в своем геноме. В первом поколении мышей трансген находится в гетерозиготном состоянии. Таких мышей спаривают, и во втором поколении отбирают гомозигот по трансгену. Теперь они являются полноценными трансгенными мышами. С помощью трансгенных мышей были получены важные сведения о том, как осуществляется регуляция генов млекопитающих и каким образом некоторые гены (онкогены) обусловливают возникновение рака.

В последние годы получает развитие новая область медицины, так называемая биомедицина. Задачами этого направления медицины являются создание технологий сохранения, доставки, интеграции и функциональной актуализации в организме пациента средств молекулярной и клеточной терапии. Основой клеточной технологии является использование стволовых клеток. Разработана и реализуется программа исследований «Стволовые клетки и их использование в медицине». Поскольку стволовые клетки полипотентны, они могут развиваться в любом направлении - мышечных, нервных, эпителиальных и др. Стволовые клетки взрослого организма сохраняются в небольшом количестве, обеспечивая регенерационные способности тканей.

Различают несколько субклассов стволовых клеток:

Ранние эмбриональные стволовые клетки – клетки бластоцисты 1 –2 недели, тотипотентные;

Широко специализированные стволовые клетки – клетки гаструлы – нейрулы 3 – 4 нед., мультипотентные;

Ограниченно специализированные (фетальные) – клетки обновляющихся растущих тканей взрослого, составляют 1 – 2%, олигопотентные;

Фенотипически детерминированные – региональные стволовые клетки, из которых можно вырастить в культуре разные клетки; например, клетки костного мозга в культуре могут расти в разных направлениях.

Стволовые клетки используются для изучения:

Общих закономерностей эмбриогенеза человека;

Создания моделей болезней человека;

Закономерностей экспрессии генов в эмбриогенезе;

Разработки методов выделения и поддержания в культуре с сохранением их пролиферативных потенций;

Факторов клеточной дифференцировки;

Генотерапии;

Преодоления дефицита тканей для трансплантации.

Источниками стволовых клеток могут быть эмбрионы, искусственно выращенные эмбрионы, эмбриональные карциномы, премордиальные гаметоциты, клетки костного мозга, пуповинные и плацентарные клетки. Стволовые клетки используются для эмбрионального клонирования.

Если стволовые клетки ввести животному внутривенно, то они обнаруживаются в разных органах. Клонирование удается, если ввести ядро стволовой клетки, а не дифференцированной клетки взрослого организма. Такие клетки можно использовать для лечения болезней человека. Для этого их выделяют из организма (например, из ребра у добровольцев), обрабатывают в определенном направлении в культуре. Берут яйцеклетку у донора, ядро яйцеклетки микроманипулятором удаляют и вводят ядро обработанной соматической клетки. Затем клетка дифференцируется в определенном направлении (например, в нейральную) и ее вводят больному человеку. В Англии разработана методика клонирования эмбриональных клеток свиньи.

Стволовые клетки уже используются в медицине при ожогах. Таким способом выращивают кожу для трансплантации. Получены положительные результаты при лечении болезни Паркинсона, болезни Альцгеймера и др. Стволовые клетки могут быть материалом для выращивания тканей и органов для трансплантации. В настоящее время созданы банки стволовых пуповинных и плацентарных клеток. МЗ РФ разрешило клинические испытания клеточных систем в кардиологии и неврологии.

В биологии называется процесс производства подобных популяций генетически идентичных особей, что происходит в природе, когда организмы, например, бактерии, растения или насекомые, размножаются бесполым способом. Касательно биотехнологии термин «клонирование» относится к процессам, используемым для создания копий фрагментов ДНК (молекулярное), клеток (клеточное) или организмов. Этот термин также относится к производству нескольких копий продукта, например, цифровых носителей или программного обеспечения.

Термин «клон» происходит от древнегреческого слова «klōn» («ветка»), имея в виду процесс, посредством которого новое растение может быть создано от ветки.

28 декабря 2006 г. употребление человеком мяса и продуктов питания из клонированных животных было одобрено FDA (Управление по контролю за продуктами и лекарствами США) в США, без какой-либо специальной требуемой маркировки, потому что было обнаружено, что пища из клонированных организмов идентична организмам, от которых они были клонированы. Такая практика встретила сильное сопротивление из-за дезинформации в других регионах, таких как Европа, особенно в связи с проблемой маркировки.

Молекулярное клонирование

Молекулярное клонирование относится к способу получения нескольких молекул. Клонирование обычно используется для амплификации фрагментов ДНК, содержащих целые гены, но оно также может быть использовано для амплификации любой последовательности ДНК, такой как промоторы, некодирующие последовательности и случайным образом фрагментированная ДНК. Оно используется в широком спектре биологических экспериментов и практического применения, начиная от генетической дактилоскопии для крупномасштабного производства белка. Иногда термин ошибочно используется для обозначения идентификации хромосомного расположения гена, ассоциированного с определенным интересующим фенотипом, например, в позиционном клонировании. На практике локализация гена в хромосоме или геномной области не обязательно позволяет выделить или амплифицировать соответствующую геномную последовательность. Чтобы амплифицировать любую последовательность ДНК в живом организме эта последовательность должна быть связана с источником репликации, который представляет собой последовательность ДНК, способную к ориентированию распространения себя и любой связанной последовательности. Тем не менее, необходим ряд других особенностей и выбор специализированных векторов клонирования (маленький кусочек ДНК, в который может быть вставлен инородный фрагмент ДНК), которые позволяют экспрессию белка, мечение, производство одноцепочечной РНК и ДНК и целый ряд других манипуляций.

По сути клонирование любого фрагмента ДНК состоит из четырех этапов:

• Фрагментация - разрушение цепочки ДНК,
• Лигирование - склеивание фрагментов ДНК в желаемой последовательности
• Трансфекция - вставка вновь образованных фрагментов ДНК в клетки
• Скрининг/селекция - отбор клеток, которые были успешно соединены с новой ДНК

Хотя эти этапы остаются неизменными среди процедур клонирования, могут быть выбраны альтернативные способы, которые они обобщаются в качестве стратегии.

Первоначально должна быть выделена интересующая ДНК, чтобы обеспечить сегмент ДНК подходящего размера. Затем процедура лигирования используется там, где амплифицированный фрагмент встраивается в вектор (участок ДНК). Вектор (часто круговой) линеаризуется с использованием ферментов рестрикции и инкубируется с интересующим фрагментом в соответствующих условиях с ферментом ДНК-лигаза. После лигирования вектор с интересующей вставкой трансфицируется в клетки. Доступен ряд альтернативных методов, например, химическая сенсибилизация клеток, электропорация, оптическая инъекция и биолистика. Наконец, трансфицированные клетки культивируют. Так как вышеуказанные процедуры отличаются особо низкой эффективностью, существует необходимость в идентификации клеток, которые были успешно трансфицированы вектором, содержащим нужную последовательность вставки в нужном направлении. Современные векторы клонирования включают выбираемые маркеры устойчивости к антибиотикам, которые позволяют расти только клеткам, в которых был трансфицирован вектор. Кроме того, векторы клонирования могут содержать маркеры селекции цвета, которые обеспечивают синий/белый скрининг (комплементация альфа-фактора) среды X-gal. Тем не менее, эти этапы селекции не дают абсолютной гарантии, что в полученных клетках присутствует ДНК-вставка. Чтобы подтвердить успешное клонирование, должно последовать обязательное дальнейшее исследование полученных колоний. Это может быть достигнуто с помощью ПЦР, анализа рестрикционных фрагментов и/или секвенирования ДНК.

Видео о клонировании

Клетки

Клонирование клетки означает получение популяции клеток из одной клетки. При работе с одноклеточными организмами, такими как бактерии и дрожжи, этот процесс чрезвычайно прост и по существу требует только инокуляции в соответствующей среде. Тем не менее, клонирование клетки является трудной задачей в случае клеточных культур из многоклеточных организмов, поскольку эти клетки не будут легко расти в стандартной среде.

Техника культуры полезной ткани, используемая для клонирования различных клеточных линий, предполагает использование колец (цилиндров). В соответствии с этим методом, одна клеточная суспензия из клеток, которые были подвержены мутагенному агенту или препарату, используемому для симуляции селекции, высевается при высокой степени разбавления, чтобы создать изолированные колонии, каждая возникающая из единой и потенциально клональной отдельной клетки. На ранней стадии роста, когда колонии образованы только несколькими клетками, стерильные кольца полистирола (кольца клонирования), которые были погружены в смазку, помещают над отдельной колонией и добавляют небольшое количество трипсина. Клонированные клетки собирают изнутри кольца и переносят в новый сосуд для дальнейшего роста.

Стволовые клетки

Перенос ядра соматической клетки, известный как SCNT, также может быть использовано для создания эмбрионов для научных исследований или терапевтических целей. Скорей всего, целью этого является создание эмбрионов для использования в научных исследованиях стволовых клеток. Этот процесс также называется исследовательским или терапевтическим клонированием. Цель заключается не в том, чтобы создавать клонированные человеческие существа (так называемое «репродуктивное клонирование»), а в сборе стволовых клеток, которые можно использовать для изучения развития человека и потенциально лечения болезней. В то время как была создана клональная бластоциста человека, стволовые клеточные линии еще не изолированы от клонального источника.

Терапевтическое клонирование достигается за счет создания эмбриональных стволовых клеток в надежде на лечение заболеваний, таких как диабет и болезнь Альцгеймера. Процесс начинается с извлечением ядра (содержащего ДНК) из яйцеклетки и вставки ядра из взрослой клетки для клонирования. В случае пациента с болезнью Альцгеймера ядро из клетки его кожи помещают в пустую яйцеклетку. Перепрограммированная клетка начинает развиваться в эмбрион, потому что яйцеклетка реагирует с перемещенным ядром. Эмбрион станет генетически идентичным для пациента. Эмбрион затем образует бластоцисты, которые имеют потенциал формировать/становиться любой клеткой в организме.

Причина, по которой SCNT используется для клонирования, заключается в том, что соматические клетки можно легко получить и культивировать в лаборатории. Этот процесс может добавить или удалить определенные геномы сельскохозяйственных животных. Важно помнить, что клонирование достигается тогда, когда яйцеклетка сохраняет свои нормальные функции и вместо использования геномов сперматозоида и яйцеклетки для репликации яйцеклетка вводится в ядро соматической клетки донора. Ооцит будет реагировать на ядро соматической клетки, так же как на сперматозоид.

Процесс клонирования конкретного сельскохозяйственного животного с использованием SCNT относительно одинаков для всех животных. Первым шагом является сбор соматических клеток от животного, которое будет клонироваться. Соматические клетки могут быть использованы непосредственно или храниться в лаборатории для дальнейшего использования. Самая трудная часть SCNT - это удаление материнской ДНК из яйцеклетки на стадии метафазы II. После этого соматическое ядро может быть вставлено в цитоплазму яйцеклетки. Это создает одноклеточный эмбрион. Через сгруппированные соматические клетки и цитоплазму яйцеклетки затем пропускают электрический ток. Эта энергия теоретически позволит клонированным эмбрионам начать развиваться. Успешно развитые эмбрионы помещают в суррогатных реципиентов, таких как коровы или овцы в случае сельскохозяйственных животных.

Технология SCNT рассматривается как хороший метод для получения сельскохозяйственных животных для употребления в пищу. Удалось успешно клонировать овец, крупный рогатый скот, коз и свиней. Еще одним преимуществом является то, что SCNT рассматривается в качестве решения для клонирования исчезающих видов, которые находятся на грани вымирания. Однако, стресс на обе яйцеклетки и введенное ядро огромен, что приводит к большим потерям полученных клеток. Например, клонированная овца Долли родилась после использования 277 яйцеклеток для SCNT, в котором было создано 29 жизнеспособных эмбрионов. Только 3 из этих эмбрионов дожили до рождения, и только 1 дожил до взрослой жизни. Так как процедура в настоящее время не может быть автоматизирована и должна выполняться вручную под микроскопом, SCNT - очень ресурсоемкая технология. Биохимия, вовлеченная в перепрограммирование дифференцированного ядра соматической клетки и активацию яйцеклетки-реципиента, также не совсем хорошо понята.

В SCNT переносится не вся генетическая информация клетки-донора, так как митохондрии клетки-донора, которые содержат свою собственную митохондриальную ДНК, остаются. Полученные гибридные клетки сохраняют эти митохондриальные структуры, которые изначально принадлежали яйцеклетке. Как следствие, клоны, такие как Долли, которые рождаются от SCNT, не являются совершенными копиями донора ядра.

Клонирование организма

Клонирование организма (также репродуктивное) относится к процедуре создания нового многоклеточного организма, генетически идентичного другому. В сущности это форма клонирования - способ бесполого размножения, где не происходит оплодотворение или контакт между гаметами. Бесполое размножение - это естественное явление у многих видов, в том числе у большинства растений и некоторых насекомых. Ученые добились некоторых главных достижений с клонированием, в том числе бесполого размножения овец и коров. Существует много этических дискуссий по поводу того, будет или не будет использоваться клонирование. Тем не менее, клонирование или бесполое размножение было обычной практикой в садоводстве на протяжении сотен лет.

Садоводство

Термин «клон» использовался в садоводстве для обозначения потомков одного растения, которые были произведены путем вегетативного размножения или апомиксиса. Многие садовые сорта растений являются клонами, будучи производным от одной отдельной особи, умноженной каким-либо процессом, помимо полового размножения. В качестве примера можно назвать некоторые европейские сорта винограда, которые являются клоны, которых размножали на протяжении более двух тысячелетий. Среди других примеров - картофель и бананы. Прививка может рассматриваться как клонирование, так как все побеги и ветви, идущие от привитого участка, являются генетически клоном одной особи, но этот особый вид технологии не подпадает под этический контроль и, как правило, рассматривается как совершенно другой вид операции.

Многие деревья, кустарники, лианы, папоротники и другие травянистые многолетники образуют колонии клонов естественным образом. Части отдельного растения можно отделить от фрагментации и вырастить, чтобы они стали отдельными клоновыми особями. Типичным примером является вегетативное размножение мхов и клонов печеночников гаметофита с помощью гемм. Некоторые сосудистые растения, например, одуванчик и некоторые живородящие травы, также образуют семена бесполым способом, называемым апомиксисом, давая клоновые популяции генетически идентичных особей.

Партеногенез

Клональный вывод существует в природе у некоторых видов животных и упоминается как партеногенез (воспроизводство организма само по себе, без пары). Это бесполая форма воспроизводства, которая встречается только у самок некоторых насекомых, нематод, ракообразных, рыб (например, акула-молот), ящериц и дракона Комодо. Рост и развитие происходит без оплодотворения самцом. В растениях партеногенез является развитием эмбриона из неоплодотворенных яйцеклеток, и это компонент процесса апомиксиса. У видов, которые используют определение пола XY, потомство всегда будет женского пола. Примером может служить огненный муравей малый (Wasmannia auropunctata ), обитающий в Центральной и Южной Америке, но распространившийся по многим тропическим местностям.

Искусственное клонирование организмов

Эта технология может быть также названа репродуктивным клонированием.

Первые шаги

Ханс Спеманн, немецкий эмбриолог, был удостоен Нобелевской премии по физиологии и медицине в 1935 г. за открытие эффекта, теперь известного как эмбриональная индукция, осуществляемая различными частями зародыша, который направляет развитие групп клеток в частности тканей и органов. В 1928 г. он и его ученик, Хильде Мангольд, впервые провели терапевтическое клонирование с помощью эмбрионов амфибий - один из первых шагов в этом направлении.

Методы

В репродуктивном клонировании, как правило, используется «пересадка ядра соматической клетки» (SCNT), чтобы создать идентичных генетически животных. Этот процесс влечет за собой пересадку ядра от взрослой донорской клетки (соматической клетки) в яйцеклетку, из которой было удалено ядро, или в клетку из бластоцисты, из которой было удалено ядро. Если яйцеклетка начинает делиться нормально, ее переносят в полость матки суррогатной матери. Строго идентичными такие клоны не являются, поскольку соматические клетки могут содержать мутации в их ядерной ДНК. Кроме того, митохондрии в цитоплазме также содержат ДНК и во время SCNT эта митохондриальная ДНК целиком получена из яйцеклетки цитоплазматического донора, таким образом, митохондриальный геном не такой же самый, как у ядра клетки-донора, из которого он был произведен. Это может иметь важные последствия для межвидовой пересадки ядра, в которой ядерно-митохондриальные несовместимости могут привести к смерти.

Искусственное расщепление эмбриона или двойникование эмбриона, метод, в котором создаются монозиготные близнецы из одного эмбриона, не рассматривается таким же образом, как и другие методы клонирования. Во время этой процедуры донорский эмбрион делится на два различных эмбриона, которые затем могут быть перемещены с помощью переноса эмбриона. Она оптимально выполняется на стадии 6-8 клеток, где ее можно использовать в качестве расширения ЭКО , чтобы увеличить количество доступных эмбрионов. Если оба эмбрионы успешны, это приводит к монозиготным (идентичным) близнецам.

Овечка Долли

Долли, овца породы финн-дорсет, была первым млекопитающим, успешно клонированным из взрослой клетки. Долли была сформирована путем принятия яйцеклетки из вымени ее биологической матери. Ее биологической матери было 6 лет, когда клетки были взяты из ее вымени. Эмбрион Долли была создана путем отбора клетки и введения ее в овечью яйцеклетку. Потребовались 434 попытки, прежде чем эмбрион был успешным. Эмбрион был помещен внутрь самки овцы, прошедшей через нормальную беременность. Она была клонирована в шотландском Институте Рослин и жила там с рождения в 1996 г. и до смерти в 2003 г., когда ей было 6 лет. Она появилась на свет 5 июля 1996 г., но миру об этом объявили только 22 февраля 1997 г. Ее набитые останки были помещены в Королевском музее Эдинбурга, части Национальных музеев Шотландии.

Долли имела общественное значение, поскольку усилия показали, что генетический материал от конкретной взрослой клетки, запрограммированной для экспрессии только отличного подмножества его генов, можно перепрограммировать, чтобы вырастить совершенно новый организм. До этой демонстрации Джон Гардон показал, что ядра из дифференцированных клеток могут дать рост целому организму после трансплантации в яйцеклетку с удаленным ядром. Тем не менее, эта концепция еще не продемонстрирована в системе млекопитающих.

Доля успешных попыток первого клонирования млекопитающего (приведшего к овечке Долли) составила 277 оплодотворенных яйцеклеток и 29 эмбрионов, которые дали 3 ягнят при рождении, лишь 1 из которых выжил. Для крупного рогатого скота проводился эксперимент с участием 70 клонированных телят, треть из них умерли молодыми. Для лошадей порода Прометей было сделано 814 попыток. Следует отметить, что хотя первые клоны были лягушками, взрослая клонированная лягушка пока не получена из ядра взрослой соматической донорской клетки.

Были ранние утверждения, что овечка Долли имела патологии, напоминающие ускоренное старение. Ученые предположили, что смерть Долли в 2003 г. была связана с укорочением теломер, ДНК-белковых комплексов, которые защищают конец линейных хромосом. Тем не менее, другие исследователи, в том числе Ян Вилмут, который возглавлял команду, которая успешно клонировала Долли, утверждают, что ранняя смерть Долли из-за респираторной инфекции была связана с недостатками процесса клонирования. В 2013 г. на мышах была показана справедливость идеи о том, что ядра не старились необратимо.

Долли была названа в честь исполнительницы Долли Партон, потому что клетки, клонированные, чтобы сделать ее, были взяты из клетки молочной железы, а Партон известна своим пышным бюстом.

Клонированные виды

Современные методы клонирования с использованием переноса ядра были успешно выполнены на нескольких видах. Известные эксперименты включают:

Клонирование человека

Клонирование человека представляет собой создание генетически идентичной копии человека. Этот термин обычно используется для обозначения искусственного клонирования человека, которое является воспроизведением человеческих клеток и тканей. Это не относится к естественному зачатию и рождению близнецов. Возможность клонирования человека поднимает разногласия. Эти этические соображения побудили несколько стран пройти законодательную процедуру в отношении клонирования человека и его законности.

Два часто обсуждаемых вида технологии - это терапевтическое и репродуктивное клонирование. Терапевтическое - предполагает клонирование человеческих клеток для применения в медицине и трансплантации, и является активной областью исследований, но не в медицинской практике в любой точке мира, по состоянию на 2014 г. В настоящее время исследуются два вида терапевтического клонирования, среди которых индукция плюрипотентных стволовых клеток. В репродуктивном клонировании предполагается создание полностью клонированного человека, а не только конкретных клеток или тканей.

Этические вопросы

Есть множество этических позиций по возможности клонирования, особенно человека. Хотя многие взгляды являются религиозными по своему происхождению, есть и вопросы в плане светских перспектив. Перспективы клонирования человека являются теоретическими, а терапевтическая и репродуктивная технологии не используются на коммерческой основе; животных в настоящее время клонируют в лабораториях и в производстве животноводческой продукции.

Сторонники поддерживают развитие терапевтического клонирования в целях получения тканей и целых органов для лечения пациентов, которые в противном случае не могут получить трансплантаты, чтобы избежать необходимости применения иммуносупрессивных препаратов, а также предотвратить последствия старения. Защитники репродуктивного клонирования считают, что родители, которые не могут в противном случае иметь потомство, должны получить доступ к технологии.

У противников клонирования есть опасения по поводу недостаточно развитой технологии, чтобы считать ее безопасной, склонности к злоупотреблению (что приводит к генерации людей для заготовки органов и тканей) и опасения о том, как клонированные люди могли бы интегрироваться с семьями и с обществом в целом.

Религиозные группы разделились, некоторые выступают против этой технологии, как узурпации места Бога, утверждая, что эмбрионы используются для уничтожения человеческой жизни; другие поддерживают потенциальные выгоды терапевтического клонирования для спасения жизни.

Защитники животных выступают против клонирования животных из-за того, что они страдают от пороков, прежде чем умереть, и хотя продукты питания из клонированных животных были одобрены FDA в США, его использование отвергают группы, обеспокоенные пищевой безопасностью.

Клонирование вымерших и находящихся под угрозой исчезновения видов

Клонирование, или, точнее, реконструкция функциональной ДНК вымерших видов было мечтой на протяжении многих десятилетий. Возможные последствия этого были экранизированы в романе 1984 г. «Карнозавр» и романе 1990 г. «Парк Юрского периода». Надежды на спасение исчезающих и вымерших видов путем клонирования реализуются в виде медленного, но устойчивого прогресса. Лучшие современные методы клонирования имели среднюю долю успешных попыток 9,4% (до 25%) при работе со знакомыми видами, такими как мыши, а при клонировании диких животных, как правило, менее 1% успеха. Появились банки тканей, в том числе «Frozen Zoo» в зоопарке Сан-Диего, чтобы хранить замороженные ткани самых редких и находящихся под угрозой исчезновения видов в мире.

В 2001 г. корова по кличке Бесси родила клонированного азиатского гаура, находящегося под угрозой исчезновения, но теленок умер через 2 дня. В 2003 г. успешно клонировали бантенга, а затем 3 африканских диких кошек из талых замороженных эмбрионов. Эти успехи дают надежду, что подобные методы (с использованием суррогатных матерей другого вида) могут применяться для клонирования вымерших видов. Предвидя такую возможность, образцы тканей от последнего букардо (пиренейский козерог) были заморожены в жидком азоте сразу после того, как он умер в 2000 г. Исследователи также рассматривают возможность клонирования находящихся под угрозой исчезновения видов, таких как гигантская панда и гепард.

В 2002 г. генетики в музее Австралии объявили, что они дублировали ДНК сумчатого волка, который к тому времени вымер около 65 лет назад, с использованием метода полимеразной цепной реакции. Тем не менее, 15 февраля 2005 г. музей объявил, что он остановил проект после того, как испытания показали, что ДНК образцов слишком плохо деградировалась консервантом (этанол). 15 мая 2005 г. было объявлено, что проект «Сумчатый волк» будет возрожден, теперь с участием исследователей в Новом Южном Уэльсе и Виктории.

В январе 2009 г. впервые было клонировано вымершее животное, упомянутый выше пиренейский козерог. Это было сделано в Центре пищевых технологий и исследований Арагона, используя сохранившиеся замороженные ядра клетки из образцов кожи 2001 г. и яйцеклеток домашней козы. Вскоре после рождения козерог умер из-за физических дефектов в своих легких.

Одной из самых ожидаемых целей для клонирования когда-то был шерстистый мамонт, но попытки извлечения ДНК из замороженных мамонтов были неудачными, хотя совместная российско-японская команда работает в настоящее время в этом направлении. В январе 2011 г., по сообщениям Йомиури Шимбун, группа ученых во главе с Акирой Иритани из Университета Киото основывалась на исследованиях д-ра Вакаяма, заявив, что они извлекут ДНК из туши мамонта, которые хранились в российской лаборатории, и введут его в яйцеклетку африканского слона в надежде получить эмбрион мамонта. По словам исследователей, они надеялись произвести мамонтенка в течение 6 лет.

Ученые из Университета Ньюкасла и Университета Нового Южного Уэльса объявили в марте 2013 г., что совсем недавно вымершие реобатрахусы будут предметом клонирования в попытке воскресить вид.

Многие из таких проектов «оживления» описаны в проекте Revive and Restore Project фонда Long Now Foundation.

Продолжительность жизни

После восьмилетнего проекта, связанного с использованием новаторской техники клонирования, японские исследователи создали 25 поколений здоровых клонированных мышей с нормальной продолжительностью жизни, демонстрируя, что клонам не свойственна более короткая продолжительность жизни по сравнению с естественно родившимися животными.

В популярной культуре

В статье, опубликованной 8 ноября 1993 г. в Time, клонирование изображалось в негативном ключе, изменяя Создание Адама Микеланджело, изображая Адама с пятью одинаковыми руками. В выпуске Newsweek 10 марта 1997 г. также критиковалась этика человеческого клонирования с графическим изображением одинаковых младенцев в стаканах.

Клонирование является повторяющейся темой в различных произведениях современной научной фантастики, начиная от действия в таких фильмах, как «Парк Юрского периода» (1993 г.), «6-й день» (2000 г.), «Обитель зла» (2002 г.) и «Остров» (2005 г.), в комедиях, таких как фильм Вуди Аллена 1973 г. «Спящий».

Научная фантастика использует клонирование, чаще всего и особенно клонирование человека, из-за того, что оно поднимает спорные вопросы идентичности. В романе Олдоса Хаксли «О дивный новый мир» (1932 г.) клонирование человека является основным сюжетом, который не только управляет историей, но также заставляет читателя критически мыслить о том, что означает идентичность. Эта концепция была пересмотрена 50 лет спустя в романах К.Д. Черри «40000 на Геенне» (1983 г.) и «Сытин» (1988 г.). В романе 2005 г. Кадзуо Исигуро «Никогда не отпускай меня» сюжет сконцентрирован на клонах человека и рассматривает этику практики. Еще одна книга, которая воплощает идеи клонирования, это «Дом скорпиона», которая исследует права клонов человека и извлечение органов глазами клона. Короткий роман «Содержит Бога» С.М. Васи Хайдера также рассматривает идеи клонирования, этики, похоти и других вопросов, вращающихся вокруг темы, подчеркивая идею, что создание жизни дает людям ложное чувство божественности. Последствия использования клонов, чтобы заменить умерших близких, рассматриваются в нескольких художественных произведениях. В романе «Двойная личность» Маргарет Питерсон Хаддикс главная героиня обнаруживает, что она - клон своей покойной старшей сестры. «Количество» - это пьеса 2002 г. английского драматурга Кэрил Черчилль, в которой рассматривается вопрос о клонировании человека и личности, особенно природы и воспитания. История разворачивается в недалеком будущем и строится вокруг конфликта между отцом (Сэлтер) и его сыновьями (Бернар 1, Бернар 2 и Майкл Блэк), двое из которых являются клонами первого. Пьеса «Количество» была адаптирована Кэрил Черчилль для телевидения, в ко-продукции компаний BBC и HBO Films. В ролях снялись Рис Айфэнс и Том Уилкинсон, фильм был показан на канале BBC Two 10 сентября 2008 г.

Повторяющаяся подтема фантастики о клонировании - это использование клонов в качестве способа обеспечения органов для трансплантации. Роман 2005 г. Кадзуо Исигуро «Не отпускай меня» и киноадаптация 2010 г. основаны на альтернативной истории, в которой клонированные люди создавались с единственной целью обеспечения донорских органов для людей, рожденных естественным образом, несмотря на то, что они полностью разумны и обладают самосознанием. Фильм 2005 г. «Остров» вращается вокруг подобного сюжета, за исключением того, что клоны не знали о причине их существования. В футуристическом романе «Дом Скорпиона» клоны использовались для выращивания органов для их богатых «хозяев», а главный герой был полным клоном.

Использование клонирования человека в военных целях также были исследовано в ряде работ. В фильме «Звездные войны» изображается клонирование человека в «Войнах клонов», «Звездные войны: Эпизод II: Атака клонов»» и «Звёздные войны: Эпизод III: Месть ситхов» в виде Великой Армии Республики, армии клонированных солдат. Расширенная Вселенная также имеет множество примеров клонирования, в том числе трилогию Трауна, руку дилогии Трауна и массовая информация эпохи Войн Клонов.

Эксплуатация человеческих клонов для опасной и нежелательной работы была рассмотрена в британском научно-фантастическом фильме 2009 г. «Луна». В футуристическом романе «Облачный атлас» и последующем фильме одна из сюжетных линий фокусируется на генной инженерии. Клон-фабрикатСонми-451, одна из миллионов, выращенных в искусственной маточной цистерне, призвана служить с самого рождения. Она является одной из тысяч клонов, созданных для ручного и эмоционального труда. Сонми работает официанткой в ресторане. Позже она узнает, что единственный источник пищи для клонов, так называемое «мыло», получен из самих клонов.

В комедии «Множественность» человек клонирует себя 3 раза с помощью генетика.

Клонирование было использовано в художественной литературе как способ воссоздания исторических деятелей. В романе 1976 г. «Мальчики из Бразилии» Айры Левина и его киноадаптации 1978 г., Йозеф Менгеле использует клонирование для создания копий Адольфа Гитлера. В романе Анатолия Кудрявицкого «Парад зеркал и отражений» главной темой является клонирование умершего советского премьера Юрия Андропова.

В аниме «Некий научный рейлган» Микото Мисака, эспер 5 уровня, был клонирован в коммерческом масштабе более 20000 раз для исследовательских целей в возможности эспера 6 уровня. В другом сериале аниме/манга «Евангелион» клон человека является темой, настойчиво окружающей происхождение персонажа Аянами Рей.

В 2012 гг. было снято японское телешоу «Двойник». Главная героиня истории, Марико, является женщиной, изучающей охрану младенчества в Хоккайдо. Она всегда сомневалась в любви своей матери, которая совсем не была похожа на нее и умерла девять лет назад. Однажды она находит некоторые вещи своей матери в доме родственника и направляется в Токио, чтобы искать правду о своем рождении. Позже она узнала, что она - клон.

Технология также фигурирует в серии игр Halo, в частности, технология, известная как «флэш-клонирование», в которой нестабильной клон человека создается в невероятно короткий промежуток времени. Флэш-клонирование используется UNSC, чтобы похитить маленьких детей для введения в военную программу SPARTAN-II, которые тайно заменялись флэш-клонами, умирающими в течение короткого промежутка времени, чтобы гарантировать, что никто не ищет детей. Действие онлайн-игр MMORPG EVE и FPS DUST 514 происходит в далеком будущем, где все персонажи являются клонами; в момент смерти, состояние мозга человека отображается, передается и применяется к «пустому» клону на станции или объекте на некотором расстоянии.

В телесериале 2013 г. «Темное дитя» клонирование используется в качестве научного исследования поведенческой адаптации клонов.