Краткое содержание: Параграф § 73 / Биология 10 класс

Сущность клеточной инженерии и технологии

Клеточная инженерия включает эксперименты с изолированными живыми клетками, которые позволяют создавать клетки нового типа путем гибридизации или слияния клеточных структур (ядер, митохондрий, хлоропластов) для придания организмам заданных свойств. Клеточная технология, являясь предпосылкой развития инженерии, использует методы выращивания клеток и тканей на питательных средах (in vitro).

Микроклональное размножение

Развитие клеток и тканей на питательных средах называется методом культуры клеток и тканей. Этот метод позволяет размножать растения бесполым путем в искусственных условиях, создавая их клоны. Ученые Ф. Уайт и Р. Готре первыми в XX веке вырастили кусочек корнеплода моркови (эксплант) на питательной среде, содержащей минеральные соли, аминокислоты, гормоны и другие необходимые вещества. В результате митотического деления эксплант образовал неспециализированную клеточную массу — каллус, клетки которого обладают тотипотентностью (от лат. totus — целый и potentia — сила), то есть способны давать начало любому типу клеток. При добавлении фитогормонов ауксинов и цитокининов, каллус дал небольшие растения-регенеранты, из которых затем вырастали полноценные экземпляры моркови.

Преимущества микроклонального размножения:

• Позволяет за короткое время получить большое число генетически однородных особей.
• Обеспечивает быстрое размножение растений с ценными качествами и незараженных болезнетворными микроорганизмами.
• В настоящее время метод используется для выращивания посадочного материала овощных, плодовых и декоративных культур (например, картофеля, томатов, смородины, яблони, роз).

Соматическая гибридизация

Соматическая гибридизация — искусственное объединение целых клеток, которое приводит к гибридизации геномов соматических клеток. Используется для создания гибридов не только из растительных, но и из животных клеток. Для гибридизации используют протопласты — клетки без клеточной стенки и имеющие только наружную плазматическую мембрану. Протопласты культивируют, и они сливаются с образованием гибридного каллуса и дальнейшим развитием в соматическое гибридное растение. Примером является новый сорт картофеля, полученный слиянием клеток культурного картофеля (Solanum tuberosum) и дикого (Solanum chacoense), который обладает повышенной урожайностью и устойчивостью к болезням.

Моноклональные антитела

С помощью клеточной инженерии решаются задачи иммунологии, связанные с регуляцией иммунного ответа, например, преодоление проблем трансплантационного иммунитета. Для получения антител определенной специфичности конструируют гибридомы (от лат. hybrida — помесь и oma — опухоль). Это гибридные клетки, образованные из протопластов лимфоцитов селезенки иммунизированных животных и раковых клеток. Гибридомы производят один вид антител — моноклональные антитела, которые обладают способностью неограниченно размножаться. В 1975 году К. Келлер и Ц. Мильштейн разработали метод получения моноклональных антител от гибридом B-лимфоцитов селезенки мышей и опухолевых клеток миеломы. За эту работу они получили Нобелевскую премию.

Применение моноклональных антител в медицине:

• Для нейтрализации токсинов (дифтерийного, столбнячного, змеиных).
• Для распознавания антител и антигенов, а также биологически активных веществ в крови, плазме и лимфе.
• В диагностике онкологических заболеваний.
• Для доставки радиоактивных веществ и лекарственных препаратов непосредственно к опухолевым клеткам.

Реконструкция яйцеклеток и клонирование

Реконструкция яйцеклеток — метод, при котором ядро удаляется из яйцеклетки и заменяется ядром соматической клетки. В 1952 году американские ученые Р. Бриггс и Т. Кинг разработали метод трансплантации ядер эмбриональных клеток лягушки. Установлено, что ядра из клеток зародыша на стадии бластулы (примерно 80% случаев) могут обеспечить нормальное развитие яйцеклеток в головастиков, которые затем превращаются в нормальных лягушек. Наследственный материал соматических клеток сохраняется полноценным.

Клонирование — метод бесполого размножения организмов. Уникальный эксперимент по клонированию домашней овцы был проведен шотландским ученым Яном Уилмутом в 1997 году. Для этого использовалось ядро соматической клетки молочной железы овцы породы Финн-Дорсет. Клонированное животное — овца Долли — было получено в результате трансплантации ядра этой клетки в яйцеклетку, из которой было удалено ядро. В эксперименте использовались ядра трех типов клеток: эмбриональные, фибробласты (соединительной ткани плода) и клетки молочной железы взрослой овцы. Все они принадлежали разным породам овец и имели одинаковое число хромосом (\( 2n = 54 \)). Деление клеток всех трех типов на определенной стадии останавливали и ядра клеток-доноров пересаживали в реципиентные яйцеклетки. Большинство эмбрионов развивалось в яйцеводах «суррогатной матери». В серии опытов с ядрами клеток молочной железы было получено 277 реконструированных яйцеклеток, но только один живой ягненок (Долли) был получен (0,36%). Клонирование позволяет сохранить генотип ценных сельскохозяйственных животных и быстро размножить их. Например, можно получить целые стада животных, обладающих высоким продуктивным потенциалом.

Исследование стволовых клеток

Исследования в области развития млекопитающих инициировали разработку метода искусственного оплодотворения яйцеклеток сперматозоидами in vitro с последующей имплантацией зародышей в матку. В 1981 году родился первый ребенок, развившийся из искусственно оплодотворенной яйцеклетки.

Метод культуры клеток и тканей позволяет получить стволовые клетки — специальные клетки, используемые в революционных методах лечения человека. Ученые извлекают генетический материал из клетки взрослого человека и пересаживают его в яйцеклетку, из которой удалено ядро. Полученный эмбрион является клоном-близнецом человека, у которого был взят генетический материал. Долгое время из таких эмбрионов ученые пытались выделить стволовые клетки. Трансплантация стволовых клеток может быть использована для лечения инфаркта, болезни Паркинсона, замены поврежденных участков уха, костей и др. В будущем планируется выращивать полностью нормальные ткани и органы из стволовых клеток.