Підручник з Біології і екології (рівень стандарту). 11 клас. Андерсон - Нова програма

§ 48. Досягнення клітинної інженерії

Що таке клітинний цикл, диференціація клітин?

Чим різняться соматичні та генеративні клітини?

Одним із перспективних напрямів сучасної біотехнології є клітинна (тканинна) інженерія. Певно, найбільш відомим застосуванням цієї технології є успішне клонування тварин, уперше здійснене у 1996 році. Учені пересадили ядро соматичної клітини у яйцеклітину, яка успішно розвинулася в новий організм (рис. 217).

Клітинні культури. Виділення клітин з метою культивування в штучному середовищі було вперше здійснено понад 100 років тому, але поширеним цей лабораторний метод став у другій половині ХХ ст. Клітинні культури дають змогу проводити наукові дослідження молекулярно-біологічних процесів функціонування клітин, тестувати хімічні сполуки, які можуть бути потенційними ліками. Направлена генетична модифікація клітин дає змогу вивчати роль певних генів та їх регуляцію у функціонуванні клітини. Культивування ліній клітин, отриманих з ракових пухлин, дає вченим інструмент для вивчення особливостей онкогенної трансформації клітин і пошуку шляхів боротьби із захворюванням. Також клітинні культури є важливими при лабораторному культивуванні вірусів: це дозволяє досліджувати такі об'єкти без необхідності інфікування тварин або рослин, що є більш гуманним та безпечним.

Наразі в лабораторіях використовуються десятки різноманітних клітинних культур, що походять як від здорових, так і від пухлинних тканин людини, мишей, щурів та деяких інших тварин. Культивуються також клітини і тканини рослин, а також прокаріотичні клітини. Клітинні культури є не лише об'єктом наукових досліджень, а й інструментом для біотехнологічного отримання цінних біологічно активних речовин - наприклад деяких гормонів, інтерферонів, тощо.

Рис. 217. Схема клонування за допомогою пересадки ядра клітини

Справа: вівця Доллі — експонат в Единбурзькому музеї. Зліва: ключові етапи клонування Доллі.

За допомогою додаткових джерел інформації підготуйте доповідь про життя Доллі. Яке практичне значення може мати така методика клонування?

Цікавим напрямом клітинних культур є вирощування органоїдів - штучних структур, що містять головні типи клітин, притаманних певному органу, просторова організація яких повторює розміщення клітин всередині організму. Такі структури є більш складними за традиційні клітинні культури, проте є кращими моделями складників організму. Наразі існують органоїди сітківки ока, нирок, кишечника, головного мозку, печінки, легень тощо (рис. 218). Важливим напрямком практичного застосування тканинної інженерії є виготовлення складників організму для заміни ушкоджених (зокрема трансплантації органів). Ви пам'ятаєте, що процес розвитку організму та його частин пов'язаний із функціональною спеціалізацією клітин - диференціацією. У багатьох випадках зрілі клітини втрачають здатність до поділу, що робить неможливим їхнє культивування в штучному середовищі. Вирішенню цієї проблеми сприяло відкриття механізму перепрограмування дорослих клітин. За допомогою спеціалізованих регуляторних сполук (факторів росту) зріла клітина, наприклад фібробласт сполучної тканини, повертається до менш диференційованого стану - стає стовбуровою клітиною (рис. 219). Надалі за допомогою інших регуляторних сполук можна запустити її розвиток у бажаному напрямку - вирощувати нервові, епітеліальні або інші клітини. Для створення трансплантів лише самих клітин недостатньо, вони повинні сформувати правильні просторові структури. Основу для них створюють за допомогою сучасних методик 3D-друку.

Такі методи мають великі перспективи для створення високоефективної персоналізованої медицини.

Рис. 218. Напрями застосування клітинної інженерії

Зліва органоїд сітківки ока, можна бачити, що клітини різних типів формують впорядковані шари; справа штучно вирощений серцевий клапан.

Рис. 219. Принцип перепрограмування клітин

Виділення клітин шкіри (1) та культивування фібробластів (2), перепрограмування клітин у стовбурові (3), індукція розвитку отриманих клітин у бажаному напрямку (4), клітинна терапія (5) або дослідження отриманих клітин (6).

  • 1. Дайте означення поняття клітинної інженерії.
  • 2. Назвіть напрями застосування клітинної інженерії.
  • 3. Які завдання, на Вашу думку, може вирішити клонування у сільському господарстві та медицині?
  • 4. Перепрограмування диференційованих клітин у стовбурові було відзначене Нобелівською премією 2012 року. Підготуйте доповідь про це відкриття.