Том 3 (1129748), страница 75
Текст из файла (страница 75)
У человека центросома удваивается,и две образовавшиеся центросомы участвуют в сборке первого веретена делениязиготы (рис. 21.36, см. также рис. 21.35). Это объясняет, почему полиспермия, при21.6. Оплодотворение 1989Рис. 21.36. На этих микрофотографиях показано сближение пронуклеусов яйцеклетки и сперматозоида человека после оплодотворения in vitro. Микрофотографии выполнены с использованием методаиммунофлуоресценции. Микротрубочки веретена окрашены зеленым с помощью антител к тубулину,ДНК — синим, с помощью специфического красителя на ДНК. а) Мейотическое веретено зрелогонеоплодотворенного вторичного ооцита.
б) Оплодотворенная яйцеклетка, от которой отделяется второе полярное тельце, спустя 5 часов после слияния со сперматозоидом. Вокруг головки сперматозоида(слева) собираются микротрубочки. Пронуклеусы яйцеклетки и сперматозоида еще находятся далекодруг от друга. в) Два пронуклеуса сошлись. г) Через 16 часов после слияния пронуклеусов: центросома,проникшая в яйцеклетку вместе со сперматозоидом, удвоилась, и дочерние центросомы образовалибиполярное митотическое веретено. Хромосомы обоих пронуклеусов выстроились в метафазную пластинку. Как отмечено стрелками на (в) и (г), хвост сперматозоида все еще связан с одной из центросом.(Из C. Simerly et al., Nat.
Med. 1: 47–53, 1995. С разрешения издательства Macmillan Publishers Ltd.)которой несколько сперматозоидов вносят свои центриоли в яйцеклетку, приводитк образованию митотического веретена с множественными полюсами.21.6.7. Методы ЭКО (IVF) и ИКСИ (ICSI) произвели революциюв лечении бесплодия у человекаПримерно 10 % пар страдают пониженной фертильностью; случается, чтоженщина не может забеременеть, даже если партнеры ведут половую жизнь уже12–18 месяцев, не предохраняясь. Примерно в половине этих случаев проблемасостоит в мужчине, в половине случаев — в женщине.
Хотя пониженная фертильность у мужчин и у женщин может быть вызвана самыми разными причинами,в подавляющем большинстве случаев проблема решается с помощью той или инойвспомогательной репродуктивной технологии.Первый заметный прорыв в преодолении бесплодия произошел в 1978 году,когда родилась Луиза Браун (Louise Brown), первый ребенок, появившийся на светв результате экстракорпорального оплодотворения (in vitro fertilization, IVF).1990Часть 5. Клетки в контексте их совокупностиДо этого велись жаркие споры об этичности и безопасности ЭКО — аналогичныеспоры теперь ведутся относительно производства и использования человеческих эмбриональных стволовых клеток (embryonic stem cells, ES cells).
Теперь ЭКО являетсярутинной процедурой, в результате которой родилось более миллиона детей. Сначалаженщину подвергают воздействию гормонов, которые стимулируют одновременноесозревание многих ооцитов. Непосредственно перед овуляцией яйцеклетки изымают из яичника (для этого используется длинная игла, вводимая через влагалище)и в чашке для культивирования оплодотворяют мужской спермой. После несколькихсуток инкубации в культуре два или три лучших на вид эмбриона имплантируютс помощью катетера в матку женщины; оставшиеся зародыши, если необходимо,замораживают для последующих имплантаций.
Основная проблема ЭКО — частыемножественные беременности, которые случаются более чем в 30 % случаев, в товремя как при естественной беременности это происходит с частотой 2 %.Процедура ЭКО позволила многим бесплодным женщинам выносить и родитьнормального ребенка. Однако она не может решить проблему мужского бесплодия, при котором мужчина вырабатывает слишком мало cперматозоидов, либо егоcперматозоиды аномальны.
Второй прорыв, произошедший в 1992 году, разрешилпроблему бесплодия для большинства мужчин, страдающих этим недостатком.В этой разновидности ЭКО, носящей название внутрицитоплазматической инъекциисперматозоида, или ИКСИ (intracytoplasmic sperm injection, ICSI), яйцеклеткаоплодотворяется непосредственным введением в нее cперматозоида (рис. 21.37).При таком способе оплодотворения отпадает потребность в большом количествеподвижных сперматозоидов; кроме того, не нужно проходить все стадии подготовки к оплодотворению: капацитацию, продвижение к яйцеклетке, акросомальнуюреакцию, преодоление zona pellucida и слияние с плазматической мембраной яйцеклетки.
Процедура ИКСИ дает успешный результат в 50 % случаев; благодаряей на свет появились уже 100 000 младенцев.Помимо того что метод ЭКО произвел переворот в преодолении бесплодия,он открыл новые возможности управления репродуктивным процессом. Например,если родители являются носителями дефектного гена, то скрининг эмбрионов,используемых при ЭКО, производимый перед имплантацией в матку, позволяетизбежать передачи дефектного гена ребенку.Как обсуждалось выше, приемы обращения с яйцеклеткой in vitro сделаливозможным выработку клонов многих млекопитающих путем перенесения ядрасоматической клетки клонируемого животного в неоплодотворенную яйцеклетку,ядро которой было удалено или разрушено.
Это непростая процедура; ее эффективность мала, и пока что неясно, можно ли таким образом клонировать человека.Более того, сейчас остро стоит этический вопросо том, имеем ли мы право пытаться клонироватьчеловека. На сегодняшний день стороны сходятсяРис. 21.37. Внутрицитоплазматическая инъекция сперматозоида. Фотография со светового микроскопа. Вторичный ооцитчеловека удерживается с помощью присасывающей пипетки(слева); в него с помощью стеклянной иглы вводится один человеческий сперматозоид.
Zona pellucida окружает яйцеклетку и полярное тельце. (С любезного разрешения ReproductiveBiology Associates, Atlanta, Georgia.)21.6. Оплодотворение 1991на том, что нельзя делать попыток клонирования, используя существующую несовершенную технологию, поскольку при этом высока вероятность появления насвет ребенка с нарушениями. Тем не менее во многих странах и штатах США такиенесанкционированные попытки были сделаны.Однако репродуктивное клонирование не следует путать с терапевтическимклонированием, при котором получаемый in vitro эмбрион не имплантируетсяв матку для получения новой особи, а используется для производства эмбриональных стволовых клеток, генетически идентичных донору соматического ядра(рис. 21.38).
Различные типы специализированных клеток, полученные из таких«персонифицированных» эмбриональных стволовых клеток, затем можно использовать для лечения донора. При этом не возникает проблем с иммунологическимотторжением, которое часто происходит при использовании эмбриональных ство-Рис. 21.38. Различие между репродуктивным клонированием и приготовлением «персональных»эмбриональных стволовых клеток. В обоих случаях сначала получают эмбрион, выращенный из яйцеклетки, ядро которой удаляют (или разрушают) и заменяют ядром соматической клетки клонируемогоживотного.
Реконструированную таким образом яйцеклетку активируют электрическим ипульсом, после чего она начинает делиться. При репродуктивном клонировании эмбрион имплантируется в маткусуррогатной матери, в утробе которой и развивается клонированное животное. При изготовленииэмбриональных стволовых клеток (иногда этот метод называют терапевтическим клонированием) эмбрион используют для получения культуры стволовых клеток. Затем эти клетки могут быть превращеныв специализированные клетки и использованы для лечения пациента, который был донором ядра дляэмбриона.
Поскольку специализированные клетки, выращенные из этих стволовых клеток, генетическиидентичны клеткам донора, иммунологического отторжения не происходит.1992Часть 5. Клетки в контексте их совокупностиловых клеток, генетически отличающихся от клеток пациента. Несомненно, обществу предстоит решить трудный вопрос о том, насколько далеко мы имеем правозайти при использовании этих методов управления репродуктивным процессомради возможной пользы.
С другой стороны, не исключено, что в будущем припроизводстве «персонифицированных» эмбриональных стволовых клеток можнобудет вообще избежать этических проблем. Например, в недавних экспериментахпоказано, что методами генной инженерии можно заставить культивируемые фибробласты мыши вырабатывать несколько белков-регуляторов генной экспрессии,свойственных эмбриональным стволовым клеткам; при одновременной выработкеэтих белков фибробласты в некоторых отношениях ведут себя подобно эмбриональным стволовым клеткам1.Оплодотворение является первым этапом процесса, имеющего фундаментальноезначение во всех областях биологии, а именно эмбриогенеза, при котором зиготаразвивается в целую особь.
Это будет предметом обсуждения в следующей главе.ЗаключениеУ млекопитающих оплодотворение обычно начинается с того, что сперматозоид, прошедший капацитацию в женских половых путях, связываетсяс zona pellucida, окружающей яйцеклетку в яйцеводе. Связывание стимулируетакросомальную реакцию, в результате которой акросома сперматозоида выплескивает свое содержимое наружу.
Предполагают, что это помогает сперматозоиду пройти сквозь zona pellucidа. Акросомная реакция также необходима длясвязывания и последующего слияния сперматозоида с плазматической мембранойяйцеклетки. Слияние сперматозоида с яйцеклеткой запускает волну, а затемколебания концентрации Ca2+ в цитоплазме яйцеклетки, в результате чегоона активируется. При активации происходит кортикальная реакция, когдакортикальные гранулы высвобождают свое содержимое, тем самым изменяясвойства zona pellucida таким образом, что сперматозоид больше не можетсвязаться с ней или пройти сквозь нее.
Кальциевый сигнал также запускаетразвитие зиготы, которое начинается после того, как два гаплоидных пронуклеуса сольются и их хромосомы выстроятся по экватору единого веретенаделения. После этого происходит первое митотическое деление зиготы. Многиебесплодные пары, в прошлом не имевшие возможности иметь детей, теперьмогут сделать это благодаря ЭКО и ИКСИ.ЛитератураОбщаяAustin C. R. and Short R.V. eds. (1984) Reproduction in Mammals Vol I GermCells and Fertilization 2nd ed. Cambridge, UK: Cambridge University Press.Gilbert S. F. (2006) Developmental Biology 8th ed.
pp. 175–210, 529–554,593–626. Sunderland, MA: Sinauer Associates, Inc.1 Из соматических клеток млекопитающих можно получить так называемые индуцированныеплюрипотентные стволовые клетки (ИПСК). В соматические клетки вводят гены транскрипционныхфакторов плюрипотентности (Oct4, Sox2, Klf, c-Myc). За разработку этой технологии японскому ученому Шинья Яманака в 2012 году присуждена Нобелевская премия.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
