Биотехнологии
системы Менделеева в клетках обнаружено значительное их
большинство. Особенно велико содержание в клетке четырех элементов -
кислорода, углерода, азота и водорода. В сумме они составляют почти 98%
всего содержимого клетки. Следующую группу составляют восемь элементов,
содержание которых в клетке исчисляется десятыми и сотыми долями процента.
Это сера, фосфор, хлор, калий, магний, натрий, кальций, железо. В сумме они
составляют 1.9%. Все остальные элементы содержатся в клетке в исключительно
малых количествах (меньше 0,01%)
Таким образом, в клетке нет каких-нибудь особенных элементов, характерных
только для живой природы. Это указывает на связь и единство живой и неживой
природы. На атомном уровне различий между химическим составом органического
и не органического мира нет. Различия обнаруживаются на более высоком
уровне организации - молекулярном.
г) гибридизация соматических клеток
В основе метода лежит слияние клеток, в результате чего образуются
гетерокарионы, содержащие ядра обоих родительских типов. Образовавшиеся
гетерокарионы дают начало двум одноядерным гибридным клеткам. В 1965
английский ученый Г. Харрис впервые получил гетерокарионы, образованные
клетками мыши и человека. Такую искусственную гибридизацию можно
осуществлять между соматическими клетками, принадлежащими далеким в
систематическом отношении организмам и даже между растительными и животными
клетками. Гибридизация соматических клеток животных сыграла важную роль в
исследовании механизмов реактивации генома покоющейся клетки и степени
фенотипического проявления (экспрессивности) отдельных генов, клеточного
деления, в картировании генов в хромосомах человека, в анализе причин
злокачественного перерождения клеток. С помощью этого метода созданы
гибридомы, используемые для получения моноклональных (однородных) антител.
Первый межвидовой гибрид при слиянии протопластов из клеток разных видов
табака был получен в 1972 П. Карлсоном (США). Гибриды, полученные при
слиянии протопластов, имеют важные отличия от половых гибридов поскольку
несут цитоплазму обоих родителей. Возможно создание цибридов, наследующих
ядерные гены одного из родителей наряду с цитоплазматическими генами обоих
родителей. Особый интерес представляют цибриды растений, несущие
цитоплазматические гены устойчивости к различным патогенам и стрессорным
факторам от дикорастущих видов или цитоплазматические гены мужской
стерильности. Слияние протопластов используют также для получения гибридов
с ценными в хозяйственном отношении свойствами между отдаленными видами,
которые плохо или вообще не скрещиваются обычным путем. Удалось, например,
«ресинтезировать» рапс, являющийся естественным амфидиплоидом между
турнепсом и капустой, получить соматический гибрид картофеля с томатами и
т. д. При слиянии протопластов создают и новые клеточные линии-продуценты
важных соединений.
д) реконструкция клеток
Одним из способов модификации клеток является введение в них индивидуальных
генов, т.е. метод генетической инженерии. Встраивание активного гена на
место отсутствующего или поврежденного открывает путь для лечения
генетических заболеваний человека. Изменять свойства клеток можно, вводя
клеточные органеллы (ядра, хлоропласты), изолированные из одних клеток, в
протопласты других клеток. Так, одним из путей активизации фотосинтеза
растительной клетки может служить введение в нее высокоэффективных
хлоропластов. Искусственные ассоциации растительных клеток с
микроорганизмами используют для моделирования на клеточном уровне природных
симбиотических отношений, играющих важную роль в обеспечении растений
азотным питанием в природных экосистемах. Рассматривается возможность
придания растениям способности к фиксации молекулярного азота при введении
в них целых клеток азотфиксирущих микроорганизмов. Реконструкцию клеток
проводят также при слиянии клеточных фрагментов (безъядерных, кариопластов
с ядром, микроклеток, содержащих лишь часть генома интактной клетки) друг с
другом или с интактными (неповрежденными) клетками. В результате получают
клетки с различными свойствами, например, цибриды, либо клетки с ядром и
цитоплазмой от разных родителей. Такие конструкции используют для изучения
влияния цитоплазмы в регуляции активности ядра.
е) улучшение растений и животных на основе клеточных технологий
Выращиваемые на искусственных питательных средах клетки и ткани растений
составляют основу разнообразных технологий в сельском хозяйстве. Одни из
них направлены на получение идентичных исходной форме растений
(оздоровление и клональное микроразмножение на основе меристемных культур,
создание искусственных семян, криосохранение генофонда при глубоком
замораживании меристем и клеток пыльцы). Другие — на создание растений,
генетически отличных от исходных, путем или облегчения и ускорения
традиционного селекционного процесса или создания генетического
разнообразия и поиска и отбора генотипов с ценными признаками. В первом
случае используют искусственное оплодотворение, культуру незрелых гибридных
семяпочек и зародышей, регенерацию растений из тканей летальных гибридов,
гаплоидные растения, полученные при культивировании пыльников или
микроспор. Во втором — новые формы растений создаются на основе мутантов,
образующихся in vitro, и трансгенных растений. Таким путем получены
растения, устойчивые к вирусам и другим патогенам, гербицидам, растения,
способные синтезировать токсины, патогенные для насекомых-вредителей,
растения с чужеродными генами, контролирующими синтез белков
холодоустойчивости и белков с улучшенным аминокислотным составом, растения
с измененным балансом фитогормонов и т. д.
Важную роль в животноводстве сыграла разработка методов длительного
хранения спермы в замороженном состоянии и искусственного осеменения.
Реально же развернулись исследования по клеточной и генной инженерии на
млекопитающих только с освоением техники оплодотворения in vitro,
обеспечившей получение достаточного количества зародышей на ранних стадиях
развития. Генетическое улучшение животных связано с разработкой технологии
трансплантации эмбрионов и методов микроманипуляций с ними (получение
однояйцевых близнецов, межвидовые пересадки эмбрионов и получение химерных
животных, клонирование животных при пересадке ядер эмбриональных клеток в
энуклеированные, т. е. с удаленным ядром, яйцеклетки). В 1996 шотландским
ученым из Эдинбурга впервые удалось получить овцу из энуклеированной
яйцеклетки, в которую было пересажено ядро соматической клетки (вымени)
взрослого животного. Эта работа открывает широкие перспективы в области
клонирования животных и принципиальную возможность клонирования в будущем и
человека. В этой же лаборатории было получено еще пять клонированных ягнят,
в геном одного из которых был встроен ген белка человека. Клеточная
инженерия позволяет конструировать клетки нового типа с помощью
мутационного процесса гибридизации и, более того, комбинировать отдельные
фрагменты разных клеток, клетки различных видов относящиеся не только к
разным родам, семействам, но и царствам. Это облегчает решение многих
теоретических проблем и имеет практическое значение. Клеточная инженерия –
широко используется в селекции растений. Выведены гибриды томата и
картофеля, яблони и вишни. Регенерированные из таких клеток растения с
измененной наследственностью позволяют синтезировать новые формы, сорта,
обладающие полезными свойствами и устойчивые к неблагоприятным условиям и
болезням. Этот метод и широко используется для «спасения» ценных сортов,
пораженных вирусными болезнями. Из их ростков в культуре выделяют несколько
верхушечных клеток, еще не пораженных вирусом, и добиваются регенерации из
них здоровых растений, сначала в пробирке, а затем пересаживают в почву и
размножают.
1. Клонирование
а) введение
Клонирование – “получение идентичных потомков при помощи бесполого
размножения” По-другому определение клонирования звучит так “Клонирование -
это процесс изготовления генетически идентичных копий отдельной клетки или
организма”. То есть эти организмы похожи не только внешне, но и
генетический код, заложенный в них, одинаков.
Возможности клонирования открывают новые перспективы для садоводов-
огородников, фермеров-животноводов, а также для его медицинского
применения. “Одной из главных задач в данной области является создание
коров, в молоке которых будет содержаться сыворотка человеческого
алгаомина. Эта сыворотка используется для лечения ожогов и иных травм, и
мировая потребность в ней составляет от 500 до 600 тон в год”. Это одно
направление. Второе – создание органов животных, которые можно будет
использовать для трансплантации человеку. “Во всех странах существует
серьезный недостаток донорских органов - почек, сердец, поджелудочных
желез, печени. Поэтому идея, что можно создать практически конвейерное
производство трансгенетических свиней, по графику поставляющих такие органы
для пациентов, специально подготовленных для приема этих органов, вместо
того, чтобы отчаянно пытаться найти подходящую ткань у донора-человека -
такая идея является волнующей перспективой”. Путём клонирования можно
получать живо
| |  скачать работу |
Биотехнологии |
