Учебник по Биологии. 9 класс. Соболь - Новая программа

Инженерия - отрасль интеллектуальной деятельности по применению достижений науки в решении проблем человечества.

Из энциклопедии

§ 66. КЛЕТОЧНАЯ ИНЖЕНЕРИЯ

Основные понятия и ключевые термины: КЛЕТОЧНАЯ ИНЖЕНЕРИЯ. Клонирование организмов.

Вспомните! Что такое биотехнология?

Новости науки

Выращивание костей из стволовых клеток - результат исследовательской работы врачей и биологов Донецкого института неотложной и восстановительной хирургии им. В. К. Гусака. Сегодня команда специалистов работает в Киеве, ставя на ноги раненных бойцов. Методику, основанную на клеточной инженерии, разработал В. Оксимец совместно с Д. Зубовым и Г. Васильевым. Что же такое клеточная инженерия?

СОДЕРЖАНИЕ

Чем занимается клеточная инженерия?

КЛЕТОЧНАЯ ИНЖЕНЕРИЯ - это отрасль науки, задачей которой является создание новых клеток и получение тканей, органов и организмов из клеточного материала. «Клеточная», так как манипуляции осуществляются с отдельными клетками, а «инженерия» - конструируются новые клетки на основе их гибридизации, реконструкции и культивирования. Преимущества клеточной инженерии: она позволяет экспериментировать с клетками, а не с целыми организмами, а также получать из клеток ткани и организмы с заданными свойствами. Так, в вышеупомянутом примере костную ткань и кости выращивают из стволовых клеток, выделенных из костного мозга или жировой ткани.

Начало стремительного развития клеточной инженерии относят к 1960-м годам, когда были созданы первые гибридные клетки (Б. Эфрусси, Г. Харрис, П. Карлсон) и первые методы конструирования клеток нового типа.

Основные методы современной клеточной инженерии:

• 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 каллюсных 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 клеток.

Итак, клеточная инженерия как научная отрасль занимается конструированием клеток и организмов с заданными свойствами.

Каковы достижения клеточной инженерии?

Наиболее известным достижением клеточной инженерии являются технологии моноклональных антител. Сочетают опухолевые клетки и лимфоциты и получают гибридомы, обладающие свойствами обеих родительских клеточных линий: подобно раковым клеткам они способны неограниченное время делиться, подобно лимфоцитам - синтезировать моноклональные антитела определённой специфичности, применяемые в медицине.

Основной целью современных исследований клеточной инженерии является технология выращивания органов человека. В Украине разработаны и применяются в повседневной практике технологии восстановления сосудов, выращивания кожи, костей, хрящей на основе применения стволовых клеток пуповинной крови.

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 растений.

В фармацевтической промышленности широкое распространение получила технология растительных клеточных культур (ил. 179). Для этого группу клеток из растения (почки, стебли и т. д.) помещают в стерильную питательную среду, где они «омолаживаются» и начинают усиленно размножаться и расти. В результате разделения клеток возникает своеобразная ткань, которая называется каллюсной. Из неё, например, можно вырастить на питательной среде большое количество клеток женьшеня, родиолы розовой, диоскореи, которые являются источником лекарственных веществ.

Ил. 179. Получение моркови методом культуры тканей

В селекции растений применяется технология клонального микроразмножения растений. Этим способом из небольших частей растения получают до 1 млн растений в год. Клональное микроразмножение используют для оздоровления и быстрого размножения редких, ценных и вновь созданных сортов культурных растений. Таким путём уже получают картофель, грецкий орех, виноград, садовую землянику, ремонтантные сорта малины, ежевики.

Итак, достижения клеточной инженерии используют для решения широкого круга теоретических и практических проблем биологии, медицины, сельского хозяйства, селекции.

Почему клонирование организмов является методом клеточной инженерии?

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 организмов нужно приложить гораздо больше усилий. Кроме того, такие клетки развиваются очень медленно в обычных условиях. 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 (ил. 180). 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 ГМО, в которых активно работал ген человеческого тромбина. Таким образом, клонированные трансгенные организмы могут служить живым «фармацевтическим заводом», который естественным путём производит вещества, используемые для лечения заболеваний человека.

Ил. 180. Последовательность этапов клонирования овцы Долли

В клеточной инженерии различают ещё эмбриональное клонирование. Большой научный интерес представляют исследования с образованием химерных эмбрионов путём объединения бластомеров, взятых из зародышей различных организмов. Учёные уже вырастили первые в мире эмбрионы-химеры, состоящие из клеток человека и свиньи. Эти эмбрионы могут помочь создать технологию выращивания человеческих органов внутри животных.

Итак, клонирование организмов связано с манипуляциями на уровне клеток для получения потомков одной клетки или одного организма.

ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ

Задание на применение знаний

Цитотехнология	Отрасль	Проблемы
1.
2.

Приведите примеры самых распространённых на сегодня цитотехнологий, отраслей деятельности человека и проблем, на решение которых нацелены эти достижения клеточной инженерии. Заполните таблицу в рабочей тетради.

Биология + Практика

Как показывает жизнь, в природе возможно все. Например, вот такое милое и симпатичное создание по кличке Венера. Окраска шерсти Венеры создана самой природой.

Однако кроме окраски мордочки у Венеры ещё и разные глаза! Один глаз рыжеватый, а другой - небесно-голубой. Как могло появиться в природе такое существо?

ОТНОШЕНИЕ

Биология + Наука

Доктор Мичио Кайку в своей работе «Физика будущего» писал: «В будущем продление жизни не будет зависеть от легендарного фонтана молодости. Вероятно, этого достигнут, сочетая такие методы: выращивание новых органов на замену старых износившихся или заболевших, с помощью клеточной инженерии и стволовых клеток». Примените знания и оцените перспективы и последствия развития клеточной инженерии.

РЕЗУЛЬТАТ

Оценка	Задания для самоконтроля
1-6	1. Что такое клеточная инженерия? 2. Назовите методы клеточной инженерии. 3. Приведите примеры цитотехнологии. 4. Кто такие химерные организмы? 5. Что такое клонирование? 6. Приведите примеры клонированных организмов.
7-9	7. Чем занимается клеточная инженерия? 8. Каковы достижения клеточной инженерии? 9. Почему клонирование организмов является методом клеточной инженерии?
10-12	10. Каковы перспективы развития клеточной инженерии?