Клеточная інженерія

Клеточная инженерия

Реферат.

Введение

Цитология — наука про клітині. Наука про клітині називається цитологією (грецьк. «цитос «- клітина, «логос «- наука). Предмет цитології - клітини багатоклітинних тварин і звинувачують рослин, і навіть одноклітинних організмів, до яких ставляться бактерії, найпростіші і одноклітинні водорості. Цитологія вивчає будову та хімічний склад клітин, функції внутрішньоклітинних структур, функції клітин на організмі тварин і звинувачують рослин, розмноження та розвитку клітин, пристосування клітин до місцевих умов оточуючої середовища. Сучасна цитологія — наука комплексна. Вона має найтісніші зв’язку коїться з іншими біологічними науками, приміром, із ботанікою, зоологією, фізіологією, вченням про еволюцію органічного світу, ні з молекулярної біологією, хімією, фізикою, математикою. Цитологія — одне з відносно молодих біології, її вік близько 100 років. Вік ж терміна «клітина» налічує понад 300 років. Уперше назву «клітина» у середині XVII в. застосував Р. Гук. Розглядаючи тонкий зріз пробки з допомогою мікроскопа, Гук побачив, що пробка складається з осередків — клітин.

Клеточная теорія. У ХІХ століття з урахуванням вже численних знання клітині Т. Шванн сформулював клітинну теорію (1838). Він узагальнив які були знання про клітині і показав, що клітина представляє основну одиницю будівлі всіх живих організмів, що різні клітини тварин і звинувачують рослин подібні за своєю будовою. Ці становища з’явилися найважливішими доказами єдності походження всіх живих організмів, єдність всього органічного світу. Т. Шван вніс у науку правильне розуміння клітини як самостійної одиниці життя, найменшої одиниці живого: поза клітини немає життя.

Изучение хімічної організації клітини призвело до висновку, що став саме хімічні процеси лежать у основі її життя, що різні клітини всіх організмів подібні за хімічним складом, вони однотипово протікають основні процеси обміну речовин. Дані подібність хімічного складу клітин вкотре підтвердили єдність всього органічного світу.

Современная клітинна — теорія входять такі становища:

клітина — основна одиниця будівлі та розвитку всіх живих організмів, найменша одиниця живого;

клітини всіх одноклітинних і багатоклітинних організмів подібні (гомологичны) зі свого будовою, хімічним складом, основним проявам життєдіяльності і обміну речовин;

розмноження клітин відбувається шляхом їх розподілу, й кожна нова клітина утворюється в результаті розподілу вихідної (материнської) клітини;

у непростих багатоклітинних організмах клітини спеціалізовані по виконуваної ними функції і утворюють тканини; з тканин складаються органи, які тісно пов’язані між собою — і підпорядковані нервовим і гуморальним системам регуляції.

Исследования клітини яких багато важать для розгадки захворювань. Саме клітинах починають розвиватися патологічні зміни, що призводять до виникнення захворювань. Щоб осягнути роль клітин на розвитку захворювань, наведемо кілька прикладів. Один із серйозних захворювань людини — цукровий діабет. Причина цього захворювання — недостатня діяльність групи клітин підшлункової залози, які б виробляли гормон інсулін, що у регуляції цукрового обміну організму. Злоякісні зміни, що призводять до розвитку ракових пухлин, виникають на рівні клітин. Збудники кокцидиоза — небезпечного захворювання кроликів, курей, гусаків і качок — паразитичні найпростіші - кокцидии пробираються у клітини кишкового епітелію й печінки, й зростають розмножуються у яких, повністю порушують обмін речовин, та був руйнують ці клітини. У хворих кокцидиозом тварин сильно порушується діяльність травної системи, за відсутності лікування тварини гинуть. Саме тому вивчення будівлі, хімічного складу, обміну речовин і лідери всіх проявів життєдіяльності клітин необхідно як в біології, а й у медицині та ветеринарії.

Изучение клітин різноманітних одноклітинних і багатоклітинних організмів з допомогою светооптического і електронного мікроскопів показало, що у своєму будовою ліпіди діляться на дві групи. Одну групу становлять бактерії і синьо-зелені водорості. Ці організми мають найбільш просте будова клітин. Їх називають доеденными (прокариотами), тому що в них немає оформленого ядра (грецьк. «картон"-ядро) немає і багатьох структур, які називають органоидами. Іншу групу становлять усі інші організми: від одноклітинних зеленої водорості і найпростіших до вищих квіткових рослин, ссавців, зокрема та свобод людини. Вона має складно влаштовані клітини, котрі називають ядерними (эукариотическими). Ці клітини мають ядро і органоиды, виконують специфічні функції.

Особую, неклеточную форму життя становлять віруси, вивченням яких займається вірусологія.

Строение і функції оболонки клітини

Клетка будь-якого організму, є цілісну живу систему. Воно складається з трьох нерозривно пов’язаних між собою частин: оболонки, цитоплазми і ядра. Оболонка клітина здійснює безпосереднє взаємодію Космосу з довкіллям і зміцнити взаємодію з іншими клітинами (в багатоклітинних організмах).

Оболочка клітин. Оболонка клітин має складне будова. Воно складається з зовнішнього шару і розміщеній під ним плазматичної мембрани. Клітини тварин і звинувачують рослин різняться за будовою їх зовнішнього шару. У рослин, і навіть у бактерій, синьо-зелених водоростей і грибів лежить на поверхні клітин розташована щільна оболонка, чи клітинна стінка. Більшість рослин вона з клітковини. Клітинна стінка грає винятково важливу роль: вона становить собою зовнішній каркас, захисну оболонку, забезпечує тургор рослинних клітин: через клітинну стінку проходить вода, солі, молекули багатьох органічних речовин.

Зовнішнє шар поверхні клітин тварин за на відміну від клітинних стінок рослин дуже тонкий, еластичний. Він видно в світловий мікроскоп і складається з різноманітних полісахаридів і білків. Поверховий шар тварин клітин отримав назву гликокаликс.

Гликокаликс виконує передусім функцію безпосередній зв’язок клітин тварин із довкіллям, з усіма довколишніми її речовинами. Маючи незначну товщину (менше 1 мкм), зовнішнє шар клітини тварин не виконує опорною ролі, яка властива клітинним стінок рослин. Освіта гликокаликса, як і і клітинних стінок рослин, завдяки життєдіяльності самих клітин.

Плазматическая мембрана. Під гликокаликсом та клітинної стінкою рослин розташована плазматична мембрана (латів. «мембрана"-кожица, плівка), що межує безпосередньо із цитоплазмою. Товщина плазматичної мембрани близько 20 нм, вивчення її будівлі та функцій можливе лише допомогою електронного мікроскопа.

До складу плазматичної мембрани входять білки, й ліпіди. Вони упорядковано розташовані і з'єднані друг з одним хімічними взаємодіями. За сучасними уявленням молекули ліпідів в плазматичної мембрані перебувають у два деяких обласних і утворюють суцільний шар. Молекули білків не утворюють суцільного шару, вони містяться у шарі ліпідів, занурюючись до нього на різну глибину.

Молекули білка і ліпідів рухливі, що забезпечує динамічність плазматичної мембрани.

Плазматична мембрана виконує багато важливих функцій, яких углядять життєдіяльність клітин. Один із таких функцій у тому, що вона утворює бар'єр, отграничивающий внутрішнє вміст клітини від довкілля. Однак між клітинами і довкіллям постійно відбувається обмін речовин. З довкілля у клітину надходить вода, різноманітні солі у вигляді окремих іонів, неорганічні і органічні молекули. Вони пробираються у клітину через дуже тонкі канали плазматичної мембрани. У зовнішню середу виводяться продукти, освічені у клітині. Транспорт речовинодне з головних функцій плазматичної мембрани. Через плазматическую мембрану з клети виводяться продукти обміну, а також речовини, синтезовані у клітині. До їх ставляться різноманітні білки, вуглеводи, гормони, що виробляються у клітинах різних залоз і виводяться в позаклітинне середовище у вигляді дрібних крапель.

Клітини, що утворюють у багатоклітинних тварин різноманітні тканини (эпителиальную, м’язову та інших.), з'єднуються друг з одним плазматичної мембраною. У місцях поєднання двох клітин мембрана кожної їх може утворювати складки чи вирости, які дають сполукам особливу міцність.

Соединение клітин рослин забезпечується шляхом освіти тонких каналів, які заповнені цитоплазмой і обмежені плазматичної мембраною. За такими каналам, які пройшли через клітинні оболонки, з однієї клітини до іншої надходять живильні речовини, іони, вуглеводи та інші сполуки.

На поверхні багатьох клітин тварин, наприклад, різних эпителиев, перебувають дуже малі тонкі вирости цитоплазми, покриті плазматичної мембраною, — микроворсинки. Найбільше мікроворсинок перебуває в поверхні клітин кишечника, де відбувається інтенсивне перетравлювання і всмоктування перевареної їжі.

Фагоцитоз. Великі молекули органічних речовин, наприклад білків і полісахаридів, частки їжі, бактерії вступають у клітину шляхом фагоцита (грецьк. «фагео» — поглинати). У фагоците участь приймає плазматична мембрана. Там, де поверхню клітини зтикається із часткою будь-якого щільного речовини, мембрана прогинається, утворює поглиблення і оточує частку, що у «мембранної упаковці» занурюється всередину клітини. Утворюється травна вакуоль у ній перетравлюються що надійшли у клітину органічні речовини.

Цитоплазма. Відмежована від довкілля плазматичної мембраною, цитоплазма є внутрішню напіврідку середу клітин. У цитоплазму эукариотических клітин розташовуються ядро і різні органоиды. Ядро міститься у центральній частині цитоплазми. У ньому зосереджені й різноманітні включення — продукти клітинної діяльності, вакуолі, і навіть дрібні трубочки і нитки, що утворюють скелет клітини. У складі основного речовини цитоплазми переважають білки. У цитоплазмі протікають основні процеси обміну речовин, вона об'єднує за одну ціле ядро і всі органоиды, забезпечує їхню взаємодію, діяльність клітини як єдиної цілісної живої системи.

Эндоплазматическая мережу. Уся внутрішня зона цитоплазми заповнена численними дрібними каналами і порожнинами, стінки яких є мембрани, подібні за своєю структурою з плазматичної мембраною. Ці канали розгалужуються, з'єднуються друг з одним і утворюють мережу, що отримала назву эндоплазматической мережі.

Эндоплазматическая мережу неоднорідна зі свого будовою. Відомі два її типу — гранулярная і гладка. На мембранах каналів і порожнин гранулярной мережі розташовується безліч дрібних округлих тілець — рибосом, які дають мембран шорсткуватий вид. Мембрани гладкою эндоплазматической мережі не несуть рибосом у своїй поверхні.

Эндоплазматическая мережу виконує багато різних функцій. Основна функція гранулярной эндоплазматической мережі - що у синтезі білка, що роблять в рибосомах.

На мембранах гладкою эндоплазматической мережі відбувається синтез ліпідів і вуглеводів. Всі ці продукти синтезу накопичуються в каналах і пустотах, та був транспортуються до різним органоидам клітини, де споживаються чи накопичуються в цитоплазмі як клітинних включень. Эндоплазматическая мережу пов’язує між собою основні органоиды клітини.

Рибосомы. Рибосоми виявлено у клітинах всіх організмів. Це мікроскопічні тільця округлої форми діаметром 15−20 нм. Кожна рибосома і двох неоднакових за величиною частинок, малої і великий.

В одній клітці міститься багато тисяч рибосом, вони розташовуються або на мембранах гранулярной эндоплазматической мережі, або вільно лежать у цитоплазмі. До складу рибосом входять білки, й РНК. Функція рибосом — це синтез білка. Синтез білка — складного процесу, який здійснюється не однієї рибосомой, а цілої групою, що включає за кілька десятків об'єднаних рибосом. Таку групу рибосом називають полисомой. Синтезовані білки спочатку накопичуються в каналах і пустотах эндоплазматической мережі, та був транспортуються до органоидам і ділянкам клітини, де їх споживаються. Эндоплазматическая мережу і рибосоми, розташовані їхньому мембранах, є єдиний апарат біосинтезу і транспортування білків.

Митохондрии. У цитоплазмі більшості клітин тварин і рослин містяться дрібні тільця (0,2−7 мкм) — мітохондрії (грецьк. «митос» — нитку, «хондрион» — зерно, гранула).

Митохондрии видно в світловий мікроскоп, з допомогою якого розглянути їх форму, розташування, порахувати кількість. Внутрішнє будова мітохондрій вивчено з допомогою електронного мікроскопа. Оболонка мітохондрії і двох мембран — зовнішньої і внутрішньої. Зовнішня мембрана гладка, вона утворює ніяких складок і виростів. Внутрішня мембрана, навпаки, утворює численні складки, спрямованих в порожнину мітохондрії. Складки внутрішньої мембрани називають кристами (латів. «кріста» — гребінь, виріст) Кількість кріст неоднаково в мітохондріях різних клітин. Їх то, можливо і від кількох десятків за кілька сотень, причому що багато кріст в мітохондріях активно функціонуючих клітин, наприклад м’язових.

Митохондрии називають «силовими станціями» клітин" так як його основна функція — синтез аденозинтрифосфорної кислоти (АТФ). Ця кислота синтезується в мітохондріях клітин всіх організмів і становить собою універсальний генератор, необхідний здійснення процесів життєдіяльності клітини, і цілого організму.

Новые мітохондрії утворюються розподілом вже існуючих у клітині мітохондрій.

Пластиды. У цитоплазмі клітин всіх рослин перебувають пластиды. У клітинах тварин пластиды відсутні. Розрізняють три основних типи пластид: зелені - хлоропласти; червоні, помаранчеві і жовті - хромопласты; безколірні - лейкопласты.

Хлоропласт. Ці органоиды зберігають у клітинах листя та інших зелених органів рослин, і навіть у різноманітних водоростей. Розміри хлоропластів 4−6 мкм, найчастіше вони теж мають овальну форму. У вищих рослин, у одній клітці зазвичай буває кілька десятків хлоропластів. Зелений колір хлоропластів залежить від в них вмісту пігменту хлорофілу. Хлоропласт — основний органоїд клітин рослин, у якому відбувається фотосинтез, т. е. освіту органічних речовин (вуглеводів) з неорганічних (СО2 і Н2О) при використанні енергії сонячного світла.

По будовою хлоропласти подібні з митохондриями. Від цитоплазми хлоропласт відмежований двома мембранами — зовнішньої і внутрішньої. Зовнішня мембрана гладка, без складок і виростів, а внутрішня утворює багато складчастих виростів, спрямованих всередину хлоропласта. Тому всередині хлоропласта зосереджено дуже багато мембран, їхнім виокремленням особливі структури — граны. Вони складено на кшталт стоси монет.

В мембранах гран розташовуються молекули хлорофілу, тому саме відбувається фотосинтез. У хлоропластах синтезується і АТФ. Між внутрішніми мембранами хлоропласта містяться ДНК, РНК і рибосоми. Отже, в хлоропластах, як і й у мітохондріях, відбувається синтез білка, який буде необхідний діяльності цих органоидов. Хлоропласти розмножуються розподілом.

Хромопласты перебувають у цитоплазмі клітин різних частин рослин: в цветках, плодах, стеблах, листі. Присутністю хромопластов пояснюється жовта, помаранчева і червона забарвлення вінець квіток, плодів, осіннього листя.

Лейкопласты. перебувають у цитоплазмі клітин незабарвлених частин рослин, наприклад, у стеблах, коренях, клубнях. Форма лейкопластов різноманітна.

Хлоропласты, хромопласты і лейкопласты здатні клітина взаємному переходу. Так при дозріванні плодів або зміну забарвлення листя восени хлоропласти перетворюються на хромопласты, а лейкопласты можуть перетворюватися в хлоропласти, наприклад, при позеленении бульб картоплі.

Аппарат Гольджи. Багато клітинах тварин, наприклад в нервових, вона має форму складної мережі, розташованої навколо ядра. У клітинах рослин i найпростіших апарат Гольджи представлений окремими тільцями серповидной чи палочковидной форми. Будова цього органоида подібно у клітинах рослинних і тварин організмів, попри розмаїтість його форми.

В склад апарату Гольджи входять: порожнини, обмежені мембранами розташовані групами (по 5−10); великі та малі бульбашки, розташовані на кінцях порожнин. Всі ці елементи складають єдиний комплекс.

Аппарат Гольджи виконує багато важливих функцій. По каналам эндоплазматической мережі щодо нього транспортуються продукти синтетичної діяльності клітини — білки, вуглеводи і жири. Всі ці речовини спочатку накопичуються, потім у вигляді великих і трохи дрібних пухирців вступають у цитоплазму та чи використовують у самій клітині у її життєдіяльності, або виводяться з нього і використовують у організмі. Наприклад, у клітинах підшлункової залози ссавців синтезуються травні ферменти, які накопичуються в пустотах органоида. Потім утворюються бульбашки, наповнені ферментами. Вони виводяться з клітин на проток підшлункової залози, звідки перетікають у порожнину кишечника. Ще один важлива функція цього органоида у тому, що у його мембранах відбувається синтез жирів і вуглеводів (полісахаридів), які у клітині і який входять до складу мембран. Завдяки діяльності апарату Гольджи відбуваються оновлення й зростання плазматичної мембрани.

Лизосомы. Представляють собою невеликі округлі тільця. Від Цитоплазми кожна лизосома отграничена мембраною. Усередині лизосомы перебувають ферменти, расщепляющие білки, жири, вуглеводи, нуклеїнові кислоти.

К харчової частинки, що надійшла в цитоплазму, підходять лизосомы, зливаються із нею, й утворюється одна травна вакуоль, всередині якою харчова частка, оточена ферментами лизосом. Речовини, які утворилися внаслідок перетравлення харчової частки, вступають у цитоплазму й закони використовують клітиною.

Обладая здатність до активному перетравлювання харчових речовин, лизосомы беруть участь у видаленні відмираючих у процесі життєдіяльності частин клітин, цілих клітин та органів. Освіта нових лизосом відбувається у клітині постійно. Ферменти, які у лизосомах, як і інші білки синтезуються на рибосомах цитоплазми. Потім ці ферменти надходять каналами эндоплазматической мережі до апарата Гольджи, в пустотах якого формуються лизосомы. У такому стані лизосомы вступають у цитоплазму.

Клітинний центр. У клітинах тварин поблизу ядра перебуває органоїд, яку називають клітинним центром. Основну частина клітинного центру становлять два маленьких тільця — центриоли, які працюють у невеликій ділянці ущільненої цитоплазми. Кожна центриоль має форму циліндра довжиною до 1 мкм. Центриоли відіграють істотне значення під час ділення клітини; вони беруть участь освіти веретена розподілу.

Клітинні включення. До клітинним включениям ставляться вуглеводи, жири й білки. Всі ці речовини накопичуються в цитоплазмі клітини як крапель і зерен різної розміру й форми. Вони періодично синтезуються у клітині й закони використовують в процесі обміну речовин.

Ядро. Кожна клітина одноклітинних і багатоклітинних тварин, і навіть рослин містить ядро. Форма й розміри ядра залежить від форми та розміру клітин. У багатьох клітин є одне ядро, і ті клітини називають одноядерными. Є також клітини з цими двома, трьома, з кілька десятків і навіть сотнями ядер. Це — многоядерные клітини.

Ядерный сік — полужидкое речовина, що є під ядерної оболонкою і становить внутрішнє середовище ядра.

Химический склад клітини. Неорганічні речовини

Атомный і молекулярний склад клітини. У мікроскопічної клітині міститься кілька тисяч речовин, які беруть участь у різноманітних хімічних реакціях. Хімічні процеси, які у клітині, — одна з головних умов її життя, розвитку та функціонування.

Все клітини тварин і звинувачують рослинних організмів, і навіть мікроорганізмів подібні за хімічним складом, що свідчить про єдності органічного світу.

Содержание хімічних елементів у клітині.

Элементы Кількість (в %) Елементи Кількість (в %).

Кислород 65−75 Кальцій 0,04−2,00.

Углерод 15−16 Магній 0,02−0,03.

Водород 8−10 Натрій 0,02−0,03.

Азот 1,5−3,0 Залізо 0,01−0,015.

Фосфор 0,2−1,0 Цинк 0,0003.

Калий 0,15−0,4 Мідь 0,0002.

Сера 0,15−0,2 Йод 0,0001.

Хлор 0,05−0,1 Фтор 0,0001.

В таблиці наведено дані про атомному складі клітин. З 109 елементів періодичної системи Менделєєва у клітинах виявлено значне більшість їх. Особливо велике вміст у клітині чотирьох елементів — кисню, вуглецю, азоту та водню. Разом вони є майже 98% всього вмісту клітини. Наступну групу становлять вісім елементів, зміст що у клітині обчислюється десятими і сотими частками відсотка. Це сірка, фосфор, хлор, калій, магній, натрій, кальцій, залізо. Разом вони становлять 1.9%. Решта елементи зберігають у клітині у власність виключно малих кількостях (менше 0,01%).

Таким чином, у клітині немає якихось особливих елементів, характерних лише живої природи. Це свідчить про зв’язок і єдність живої і неживої природи. На атомному рівні різниці між хімічним складом органічного і органічного світу немає. Відмінності виявляються на рівні організації - молекулярному.

Биология пухлинної клетки

Клетка багатоклітинного організму може існувати в двох станах: нормальному і трансформованому, тобто. опухолевом. Для дослідницьких потреб у часто більш зручна культура пухлинних клеток.

Опухолевая клітина за багатьма біохімічним ознаками відрізняється від нормальної. Її найхарактерніших відмітним властивістю є спроможність до безперервному діленню, яке підпорядковується регуляторним сигналам організму. Через війну розподілу з однієї клітини утворюються дві, також здатні до безконтрольному діленню, тобто. спроможність до нерегулируемому діленню передається у спадок. Збільшення розміру пухлини відбувається поза рахунок розмноження вихідної пухлинної клітини, а чи не перетворення нових нормальних клітин на пухлинні. Звідси випливає, що з однієї пухлинної клітини в організмі може виникнути пухлинної узел.

Имеются прямим доказам те, що пухлини людини мають моноклональное походження (клон — певна кількість клітин, що сталися від однієї батьківської клітини у її деления).

Помимо здатність до безконтрольному зростанню решта 2 властивості пухлин визначають їх небезпеку обману життя організму: спроможність до інвазії і метастазированию.

Инвазия — явище проростання пухлини в нормальні тканини, порушуючи їх харчування, функціонування, що призводить їх до гибели.

Метастазирование — це здатність злоякісної пухлини утворювати пухлинні вузли у віддалених від пухлини частинах організму. Пухлинні клітини, на відміну нормальних, погано скріплені між собою. Відриваючись від основного вузла, одиночні пухлинні клітини струмом крові чи лімфи розносяться з усього організму. У деяких органах можуть затриматися і почав ділитися, що сприятиме освіті нових пухлинних вузлів, здатних до інвазії, в такий спосіб, навіть якщо пухлина вражений не життєво важливого органу, отож у цьому випадку здатність пухлини до метастазуванню робить її небезпечну жизни.

Особый інтерес представляє питання, чи може йти зворотний процес, тобто. чи може з пухлинної клітини утворитися нормальна? Дати відповідь, зрозуміло, хто б зважиться, але водночас є дані, які свідчать про теоретичної можливості переродження — нормалізації пухлинних клеток.

Было зазначено, що з запровадження деяких речовин (олійною кислоти, диметилсульфоксида, вітаміну Проте й ін.) в клітинну культуру пухлини, клітини за деякими біохімічним ознаками ставали схожими на нормальні, однак за видаленні цих речовин клітини знову набували пухлинні черты.

Беатриса Мінц, одне з дослідників раку, пересаджувала клітину тератомы — пухлини сім'яників чорної миші в порожнину бластулы (етап розвитку заплідненої яйцеклітини) білої миші. Через призначений термін народжувалися мишенята, які відрізнялися від контрольних лише, що вони були строкатими — на білої шкірці були чорні смуги. Отже, в оточенні нормальних клітин пухлинна клітина включилася до процесів розвитку організму як нормальна клетка.

Наконец, кожен із нас чула про чудесних випадках зникнення пухлин і одужання рак. Аналіз історій хвороб людей, що на на стадії, коли медицина була безсила нічого вдіяти і жодного лікування не проводилося, показує, що дуже мала частка хворих що із незрозумілих причин видужувала. Гинули чи пухлинні клітини в організмі результаті змін — у функціонуванні всього організму, перетворювалися вони у нормальні клітини — цілком неизвестно.

Итак, рак це з одного боку генетичне захворювання, коли ламається заздалегідь задана програма клітинного ділення клітин і клітина перетворюється на режим невпинного самовідтворення, з другого боку — иммунное захворювання, оскільки відбувається порушення координації в системі нагляду над тим, щоб клітини, порушили закону про суворому виконанні програми розвитку, уничтожались.

Клонирование

Термин «клонування «стрімко ввійшов у широкий лексикон близько два роки тому: тоді фахівці Рослінського інституту в Шотландії повідомили й існування овечки Доллі, що з’явилася світ методом безстатевого розмноження. Кейт Кемпбелл і його працівники брали клітини з грудної залози шестирічної вагітної вівці (у разі ці клітини краще можуть ділитися), відкликали з отриманої культури ядра і впроваджували в попередньо очищені від власних ядер яйцеклітини інших овечок. Після кілька сотень дослідів одне з подібних маніпуляцій вдалася: у такий спосіб світ з’явилася Доллі - овечка, генетичного коду якої тотожний коду овцы-донора.

В повітрі запахло сенсацією: якщо в такий спосіб вдається створити млекопитающую овечку, чому не можна цим шляхом зробити і менш ссавця человека?

А була Доллі?

Можливо, що суперечки юристів й політиків навколо допустимості клонування людини отримають несподіване завершення. Видні біологи недавно висловили серйозні сумніви щодо чистоті експерименту з вівцею Доллі. Заяви скептиків стали темою гарячих дебатів серед генетиків. Критиці підданий науковий звіт, опублікований Яном Уилмутом та її колегами зі Рослінського інституту, у Шотландії, де побачила світло Долли.

Оппоненты стверджують, що звіту не зуміли довести, що Доллі і його «мати «мають однаковою генетичної структурою. Без цього неможливо встановити, чи справді Доллі є клоном дорослого тваринного. У стані скептиків опинився чужий і нобелівський лауреат професор Уолтер Гілберт з Гарвардського університету США. Його сумніви грунтуються у тому, що різні клітини, що були до створення Доллі, було взято у вівці, померлої за 3 року по народження. Клітини було заморожено для іншого, тому неможливо безпосередньо порівняти спадковий матеріал Доллі з її живим клоном.

Профессор Нортон Зиндер, фахівець у галузі молекулярної генетики з університету Рокфеллера у Нью-Йорку, виключає, що матір'ю знаменитої вівці стала «заблудла «клітина зародка. Відомі ситуації, коли ембріональні клітини потрапляли до крові вагітних тварин. «Клонування Доллі було єдиною удачею з 400 спроб. Це анекдот, а чи не результат. Під час експерименту могли статися будь-які уявні і неуявні помилки » , — стверджує Зиндер.

Высказывают й більш ґрунтовні. Хоча кожна окрема клітина містить у собі повну спадкову інформацію про неї, більшість генів швидко «відключається ». Клітини спеціалізуються, так що, наприклад, з клітки печінки зможе вийти клітина мозга.

Доказательство походження Доллі, вважають, професор Клаус Раевски, директора Інституту генетики Кельнського університету, та її колега Вернер Мюллер, не має стовідсоткової генетичної достовірністю. Не можна виключати і плутанину з вихідними клітинами. У цілому нині, шотландські творці Доллі протягом кількамісячної виконали 834 досвіду по клонування, використовуючи три різних типи клітин, розміри яких припадає лише кілька тисячних часток міліметра. Можливо, і «забруднення «клітин вимені. У чашці Петрі, очевидно, могли плавати та інші речовини, що сам «автор «Доллі Ян Уилмут. Сумніви міг би усунути лише друга Доллі, тобто успішне повторення шотландського эксперимента.

Клонирование — ключі до вічної молодости?

Немало спекуляцій і домислів з’явилося останнє час відносно нового способу «виготовлення «людей шляхом клонування. Ось і страхи новий Гітлера та подібних, і міркування на кшталт апокаліпсиса у тому, у майбутньому клони витиснуть і знищать «нормальних людей », та інші інші ужасы.

За історію людство створило чимало дурниць, але можливий заборона клонування ризикує побити усі рекорди. Бо воно, клонування, непросто гуманно за своєю сутністю, але здатне кардинально вирішити такі проблеми, як трансплантація органів, можливість мати дітей при найважчих випадках безпліддя та самотнім людям, і навіть шанс які дитини батькам хоч трохи пом’якшити своє горі, виховуючи двійника.

Трансплантация клонируемых органів здатна врятувати мільйони людей, вмираючих усьому світові через дефіцит органів, який створюється, до речі, через різноманітних обмежень, нав’язаних «моралістами »: цілісність трупи й його недоторканність після смерти.

Вторым важливим наслідком трансплантації клонируемых частин тіла може бути пересадка втрачених органів: рук, ніг, очей тощо. Позбавити людей надії забути про інвалідність та мріяв стати нормальними людьми — хіба це найвищою мірою негуманно?

Культивирование клітин растений

Полемика, викликана успішним клонуванням низки тварин, чомусь залишила затінена успіхи, пов’язані з клонуванням рослин. Адже досить давно ми маємо справу або безпосередньо з рослинами, разводимыми з урахуванням клонування, або з речовинами, отриманими з культивованих рослинних клітин та тканин. Тож з допомогою культивування меристемы, що гарантує безвирусность рослини, вивели скрізь продавані гвоздики, хризантеми, герберы та інші декоративні рослини. Також можна й квіти екзотичних орхидных рослин, виробництво клонів яких має промислову основу. Деякі сорти полуниці, малини, цитрусових виведені з техніки клонування. Перш виведення нового сорти вимагалося 10−30 років, а тепер, завдяки застосуванню методів культивування тканин цей період скорочено за кілька місяців. Дуже перспективними зізнаються роботи, пов’язані з виробництвом з урахуванням культивування тканин рослин лікарських і технічних речовин, які неможливо отримати шляхом синтезу. Так, вже отримують подібним чином з клітинних структур барбарису изохинолиновый алкалоїд берберин, та якщо з женьшеню — гинсеносид.

Основу культивування рослинних клітин та тканин становлять у кожній клітці інформацію про всіх властивості і можливостях організму, що здатність клітини до обміну речовин. Для культивування підходять різні органи рослин. Зазвичай, використовують молоді листки і осьові пагони верхніх мутовок, і навіть столоны, бульби, пиляки, кінчики коренів, пазушные нирки й інші частини рослини. Меристемные тканини верхівок ростових втеч і коренів мають особливе значення щоб одержати безвірусних клонів. Відібраний матеріал стерилізується різними речовинами. У цьому необхідно дотримуватись балансу часу, щоб, з одного боку, його тривалість забезпечила знищення мікроорганізмів, з іншого — не пошкодила б клітини самої рослинної тканини. Підготовка матеріалу до культивування завершується багаторазовим обмывом стерильною водою, після чого його вміщують у стерильну робочу банку на сприятливе середовище і ростять обов’язково жити у стерильних условиях.

Свойство живильне середовище визначаються поставленими цілями культивування рослинного матеріалу, оскільки від заданих умов залежить кінцевий продукт. Харчовий середовище буває рідкої чи твердої. Вона, зазвичай, складається з значної частини синтетичних речовин із заданою концентрацією. Оскільки ізольовані рослинні клітини, і тканини більшої частиною є гетеротрофными, ній має утримуватися органічно пов’язаний вуглець, джерелом котрого зазвичай служать глюкоза чи сахароза. Азот додається у вигляді нітратів, використовуваних клітинами з допомогою нитратредуктазы. Застосовують також фосфор, калій, кальцій, магній, сульфати. Необхідною компонентом є вітаміни, особливо групи У (В1, В2, В6), миоинозит, біотин, і навіть амінокислоти і органічні солі. До безумовно необхідним мікроелементам ставляться бір, марганець, йод, мідь, кобальт, молібден. Так, недолік марганцю перешкоджає синтезу білків, зменшує кількість РНК і призводить до підвищення змісту вільних амінокислот. Залізо має значення для розподілу ядра й у діяльності дихальних ферментів. Нарешті, потрібна наявність в у живильному середовищі низки фитогормонов. Маніпулюючи концентраціями різних речовин, у поживних середовищах, кислотністю останніх, температурою, освітленістю і вологістю в камерах для культивування, можна отримати роботу рослин та речовини з необхідними властивостями. Залежно від використовуваних рослинних клітин та тканин, способів культивування розрізняють такі основні типи структур: каллюсные, суспензионные, протопластів, меристематические, пыльников.

Каллюсные структуры

Для каллюсных структур вихідним матеріалом є каллюс — це тканину, що настає рослин на місцях поранень і сприяє їх загоєнню. Воно складається з більш-менш однорідних паренхимных клітин, початок яким дає раневая меристема. Елементи каллюса мало диференційовані, проте поблизу нього поверхні простежується зростання, обумовлений активністю меристематических клітин. Згодом у каллюсе можлива диференціювання його елементів й освіту флоэмы, ксилеми та інших тканин. Зовнішні клітини каллюса опробковевают.

Для культивування на обраному органі роблять надріз, на поверхні якої виявили тканину, що складається з неорганізовано зростаючих клітин. Ця яка утворювалася тканину й культивується в заданих умовах. Залежно від виду рослин та поставленої мети попередньо необхідно встановити склад поживних середовищ і концентрації фитогормонов, необхідних оптимального зростання. Каллюсы вигляд матимуть дуже різна. Вони бувають аморфними чи щільними. Забарвлення каллюса дозволяє судити про утворення вторинних речовин. Якщо каллюс утримувати у темряві, він беловато-желтый. На світу він утворює хлорофіл і ГЗК стає зеленим. Червоне світло свідчить про наявність антоциана і бетациана. Щоб послабити чи усунути ці ефекти, в живильне середу додають полівинілпіролідон, глутатион чи аскорбінову кислоту. Коричневі клітини утворюються перед відмиранням, тому таку тканину необхідно розмістити у свіжу середу. При тривалому культивуванні каллюсы можуть втрачати свій морфогенетический потенціал. Після кількох змін поживних середовищ і за додаванні ростових гормонів каллюс диференціює і регенерує, утворює осьові пагони, корені і, нарешті, все рослина повністю, здатне до розмноженню і вирощуванню у ґрунті. Проте здебільшого каллюсы використовують як вихідний матеріал для клітинного чи суспензионного культивирования.

Суспензионная культура

Для суспензионных культур вихідним матеріалом можуть бути кака ізольовані цілі клітини обраного органу рослини, і подрібнений каллюс. Виниклі клітини вміщують у рідку сприятливе середовище і культивують при постояном перемішуванні. Зростання суспензионной культури відбувається в часто істотно швидше, ніж каллюсной культури, оскільки скупчення клітин поглинають живильні речовини значно більшою загальної поверхнею, а й у каллюса це відбувається лише тією його частину, яка лежить субстраті. У цьому відбувається розподіл клітин, нові клітини не відокремлюються, та його скупчення збільшується. З допомогою особливих прийомів суспензионную культуру можна перенести на тверде живильне середовище. Тут з клітин чи комплексів клітин може утворитися здатний до життя каллюс. У суспензії виникатимуть ще й зародки, которы після їх перенесення агар утворюють нове растение.

Культура протопластов.

Культуры протопластів отримують головним чином із приготовленою з мезофила суспензії, обробляючи її ферментами, які руйнують клітинні стінки. Внаслідок цього може відбутися приєднання чужих органел, і навіть чужій ДНК, яка вбудовується в генетичний матеріал ядра, що саміт може висловитися в експресивності. Оскільки поверхні протопластів мають негативний заряд, необхідно нейтралізувати їх відштовхування друг від друга, після що вони з'єднуються. Після злиття відбувається регенерація клітинної стінки. Вона утворюється менш як по добу, після чого клітини починають ділитися ласощами й регенерують нові рослини. В багатьох випадках вдавалися злиття протопластів різних батьківських рослин i наступна регенерація через культуру каллюса нового рослини із наперед заданими властивостями. Виявилося можливим схрещувати представниками різних видів і родів, як колись не вдавалося. Злиттям протопластів виростили, наприклад, гібрид картоплі і томату, «томофель ». Такий спосіб має комерційне значення при виведенні нових сортів соєвих бобів, цитрусових, цукрової тростини, кукурудзи, пшениці і картоплі. Отримано також гібрид два види дурману, у якому на 25% більше алкалоїду тропана тоді як батьківськими растениями.

Меристематическая культура.

Для меристематической культури використовують меристему — освітню тканину рослин, довго зберігає здатність до поділу і освіті нових клітин та відрізняється високої метаболической активністю. Для культивування ізолюють конуси наростання втеч, коренів, і навіть пазушные нирки. Меристематические культури більше відомі в садівництві, оскільки вони дають нагоду отримати безвірусні клони. Із цього можна дійти невтішного висновку, що розподіл вірусів у різних частинах рослини нерівномірне, а меристема їх позбавлена. З безвірусній меристемы було багато можуть регенерувати генетично ідентичні безвірусні рослини. Такий спосіб використовують із виведення сортів картоплі, винограду, а також декоративних рослин i в лісівництві.

Культура пыльников.

Культура пильовиків використовується щоб одержати галлоидных рослин. Зазвичай, рослина є диплоидным, тобто. у його клітинах міститься два гомологичных набору хромосом. Тільки зародкові клітини є гаплоидными. Для отримання гаплоидной культури найбільш зручними є незрілі пиляки, у яких пилкові зерна є ще на стадії, попередньої першому діленню микроспор на вегетативне і генеративное зерна. Після перенесення стерильних пильовиків на сприятливе середовище пилкові клітини починають ділитися. Розвивається проміжний каллюс або відразу утворюється гаплоидный зародок, який згодом диференціюється в гаплоидное рослина. Такі гаплоидные рослини стерильні, однак вони можуть перейти в диплоиды після впливу колхицина чи злиття протопластів. Так утворюються плодючі гомозиготные чисті лінії рослин, мають велике значення для селекції, що у наступних поколіннях завжди зустрічаються самі задані ознаки. Завдяки цьому методу виведені нові сорти зернових й тютюну, і навіть отримані численні лікарські рослини з поліпшеними свойствами.

Регенерация

Регенерация — явище відновлення цілого організму з його частину. При культивуванні регенерація може статися різними шляхами: пряма регенерація з культур меристемы, верхушечных втеч, пазушных нирок і вузлів, причому диференціація управляється фитогормонами, і непряма, з проміжної стадією каллюса. У разі можливі також можливі два шляху: при органогенезе певними концентраціями і співвідношеннями фитогормонов викликають освіту придаткових втеч і коренів; при соматичному эмбриогенезе в каллюсе утворюються зародки, у тому числі виростає рослина, потім переноситься в грунт.

Список литературы

" Біологія «- щотижневе додаток до газеті «Перше вересня «(№ 21 1998).

" Біологія «- щотижневе додаток до газеті «Перше вересня «(№ 21 1997).

" Біологія «- щотижневе додаток до газеті «Перше вересня «(№ 7 1998).

Медицинская газета № 34−35 (29 квітня 1998 г.).

Энциклопедия «Біологія «.