Основные методы клеточной инженерии

Основные методы клеточной инженерии К основным методам современной клеточной инженерии относят: • метод гибридизации соматических клеток ­ сочетание соматических клеток различных тканей или организмов для получения новых комбинаций признаков; •   метод   культуры   клеток   (тканей)   ­   выделение   и   перенос   клеток   из организма на питательные среды для получения культуры клеток. Клеточные культуры   ­   это   генетически   однородные   популяции   клеток,   растущих   в постоянных   условиях   среды.   Метод   используется   для   определения мутагенного   действия   факторов   окружающей   среды,   диагностики заболеваний,   картирования   хромосом,   выращивания   стволовых   клеток, получения каллусных культур; • метод слияния эмбрионов на ранних стадиях ­ для создания химерных организмов (например, химерных мышей); • метод клонирования организмов ­ получение с применением бесполым способом   размножения   клонов,   состоящих   из   генетически   однородных клеток1.  Метод гибридизации соматических клеток Соматическую   гибридизацию,   т.   е.   получение   гибридов   без   участия полового   процесса,   проводят,   культивируя   совместно   клетки   различных линий одного вида или клетки различных видов. При определённых условиях происходит слияние двух разных клеток в одну гибридную, содержащую оба генома объединившихся клеток. Удалось получить гибриды между клетками животных, далёких по систематическому положению, напр. мыши и курицы. Соматические   гибриды   нашли   широкое   применение,   как   в   научных 1 Клеточная инженерия [Электронный ресурс]/ Режим доступа: https://mozok.click/1174­ kletochnaya­inzheneriya.html (дата обращения 02.04.2019г.). исследованиях,   так   и   в   биотехнологии.   С   помощью   гибридных   клеток, полученных от клеток человека и мыши и человека и китайского хомячка, была   проделана   важная   для   медицины   работа   по   картированию   генов   в хромосомах человека2.  Гибриды   между   опухолевыми   клетками   и   нормальными   клетками иммунной системы (лимфоцитами) ­ т. н. гибридомы ­ обладают свойствами обеих   родительских   клеточных   линий.   Подобно   раковым   клеткам,   они способны   неограниченно   долго   делиться   на   искусственных   питательных средах (т. е. они «бессмертны») и, подобно лимфоцитам, могут вырабатывать моноклональные (однородные) антитела определённой специфичности. Такие антитела   применяют   в   лечебных   и   диагностических   целях,   в   качестве чувствительных реагентов на различные органические вещества и т. п3. При   гибридизации   соматических   клеток   растений   их   предварительно освобождают   от   плотной   клеточной   оболочки,   а   затем   проводят   слияние изолированных протопластов.  В этом случае, как и при гибридизации клеток животных, также удаётся преодолевать барьеры не скрещиваемости, которые существуют при обычной (половой)   гибридизации   растений   разных   видов   и   родов.   Из   гибридной растительной клетки на специальной среде можно вырастить клеточную массу ­   каллус,   дифференцирующуюся   в   нормальное   целое   растение   с   корнями, стеблями   и   т.   д.   Такое   гибридное   растение   можно   высадить   в   землю   и выращивать и размножать обычными способами4.  Эти методы, в отличие от традиционных, позволяют сравнительно легко и   быстро   получать   достаточное   количество   генетически   разнообразного 2 Биотехнология: теория и практика (учебное пособие) / Н.В. Загоскина, Л.В. Назаренко, Е.А.  Калашникова, Е.А. Живухина: Под ред. Н.В.Загоскиной. – М: Из­во Оникс, 2009­ 496 с. 3 Клеточная инженерия [Электронный ресурс]/ Режим доступа: https://mozok.click/1174­ kletochnaya­inzheneriya.html (дата обращения 02.04.2019г.). 4 Биотехнология. Ю.О. Сазыкин, С.Н. Орехов, И.И. Чакалева – М.: «Академия», 2007. – с.3­8; 14­ 24 исходного   материала   для   селекции.   Их   применение   привело,   напр.,   к увеличению урожайности ряда культур ­ картофеля, цитрусовых и др. Метод культуры клеток и тканей Метод   культуры   тканей   служит   одним   из   главных   инструментов современных   биотехнологий,   позволяя   решать   практические   проблемы физиологии, биохимии и генетики растений.  Искусственное   выращивание   материала   проводится   с   соблюдением определенных условий: стерилизации, температурного режима и с выдержкой в специальной питательной среде (см. рис.1). Рис. 1­ Выращивание моркови методом культуры тканей Метод культуры тканей представляет собой их длительное сохранение и/или искусственное выращивание в лабораторных условиях на питательной среде.  Эта технология позволяет создать биологическую модель для изучения различных   процессов   в   клетках,   существующих   вне   организма   растений, человека и животных5.  5 Метод культуры тканей [Электронный ресурс]/ Режим доступа:  FB.ru: http://fb.ru/article/424525/metod­kulturyi­tkaney­suschnost­i­primenenie (дата обращения  04.04.2019г). В   основе   размножения   культуры   тканей   растений   лежит   свойство тотипотентности – способности клеток развиваться до целого организма.  У животных это реализуется только в оплодотворенных яйцеклетках (за исключением некоторых видов кишечнополостных)6.  Метод слияния эмбрионов Сочетание клеток различных видов или разных зародышей на ранних стадиях   их   развития   является   основой   технологии   получения   химерных клеток и химерных организмов.   Получение   и   исследование   химерных   клеток   (например,   гибридных клеток   мыши   и   курицы,   человека   и   мыши)   используют   для   картирования генов,   изучения   совместимости   тканей   при   трансплантации   органов, выяснения причин возникновения опухолей и др.  Химерные организмы (химеры) ­ организмы, в которых ткани состоят из наследственно   неодинаковых   клеток   или   клеточных   систем.   В   природе химерные организмы обычно появляются вследствие соматических мутаций или нарушения митоза (природные химеры, называемые мозаиками).  Искусственные химеры получают благодаря тканевой трансплантации у животных или прививке у растений7. Метод клонирования организмов Клонирование организмов (от греч. клон ­ ветвь) ­ получение многих идентичных по форме и функциям генетически одинаковых потомков одной клетки   или   одного   организма.   В   случае   одноклеточных   организмов   этот процесс   достаточно   прост.   Однако   для   клонирования   многоклеточных 6 Клеточная инженерия [Электронный ресурс]/ Режим доступа: https://mozok.click/1174­ kletochnaya­inzheneriya.html (дата обращения 02.04.2019г.). 7 Клеточная инженерия [Электронный ресурс]/ Режим доступа: https://mozok.click/1174­ kletochnaya­inzheneriya.html (дата обращения 02.04.2019г.). организмов   нужно   приложить   гораздо   больше   усилий.   Кроме   того,   такие клетки развиваются очень медленно в обычных условиях8.  Основа клонирования ­ явление тотипотентности ­ способность одной клетки многоклеточного организма давать начало целому новому организму путём   деления.   Технология   пересадки   ядер   соматических   клеток   в яйцеклетку,   из   которой   собственное   ядро   было   изъято,   последующего выращивания   и   получения   организма   получила   широкое   применение   как соматическое клонирование.  В 1996 г. генетикам из Рослинского института (Шотландия), удалось создать   первое   в   мире   животное   путём   клонирования   ­   легендарную   овцу Долли.   При   этом   учёные   использовали   клетку   молочной   железы   взрослой овцы   в   качестве   донора   ядра,   из   яйцеклетки   изъяли   собственное   ядро   и заменили   ядром   клетки   молочной   железы   одной   и   той   же   овцы.   Затем вырастили бластоцисту и пересадили её в матку той же овцы. И эта овца родила   «дочку»   по   имени   Долли,   которая   была   клоном   материнского организма (см. рис.2).  8 Биотехнология. Ю.О. Сазыкин, С.Н. Орехов, И.И. Чакалева – М.: «Академия», 2007. – с.3­8; 14­ 24 Рис. 2 – Последовательность этапов клонирования овцы Долли Была   также   клонирована   трансгенная   овца   Полли   с   активным   геном одного из факторов свёртывания крови человека, при этом продукт этого гена выделялся с молоком.  При   клонировании   коз   были   созданы   генномодифицированные организмы (ГМО), в которых активно работал ген человеческого тромбина9 Таким   образом,   описанные   выше   методы   клеточной   инженерии используют   для   решения   широкого   круга   теоретических   и   практических проблем биологии, медицины, фармации, отраслей народного, в том числе и сельского хозяйства, селекции. 9 Клеточная инженерия [Электронный ресурс]/ Режим доступа: https://mozok.click/1174­ kletochnaya­inzheneriya.html (дата обращения 02.04.2019г.).