Реферат на тему:
Клітинна інженерія
Зміст
1) Клітка
а) Введення
б) Будова і функції оболонки клітки
в) Хімічний склад клітини
г) Вміст хімічних елементів
д) Біологія пухлинної клітини
2) Клонування клітин тварин
а) Введення
б) А чи була Доллі?
в) Клонування - ключ до вічної молодості?
3) Культивування клітин рослин
а) калюсної культура
б) суспензійна культура
в) Культура протопластів
г) Культура пиляків
д) Регенерація
Клітка
Введення
Цитологія - наука про клітину. Наука про клітці називається цитологією (грец. «цітос" - клітина, «логос" - наука). Предмет цитології - клітини багатоклітинних тварин і рослин, а також одноклітинних організмів, до яких відносяться бактерії, найпростіші і одноклітинні водорості. Цитологія вивчає будову і хімічний склад клітин, функції внутрішньоклітинних структур, функції клітин в організмі тварин і рослин, розмноження та розвиток клітин, пристосування клітин до умов навколишнього середовища. Сучасна цитологія - наука комплексна. Вона має найтісніші зв'язки з іншими біологічними науками, наприклад з ботанікою, зоологією, фізіологією, вченням про еволюцію органічного світу, а також з молекулярною біологією, хімією, фізикою, математикою. Цитологія - одне з відносно молодих біологічних наук, її вік близько 100 років. Вік же терміна "клітина" налічує понад 300 років. Вперше назва «клітка» в середині XVII ст. застосував Р. Гук. Розглядаючи тонкий зріз пробки за допомогою мікроскопа, Гук побачив, що пробка складається з осередків - клітин.
Клітинна теорія. У середині XIX століття на основі вже численних знання клітині Т. Шванн сформулював клітинну теорію (1838). Він узагальнив були знання про клітині і показав, що клітина представляє основну одиницю будови всіх живих організмів, що клітини тварин і рослин подібні за своєю будовою. Ці положення стали 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.
Вивчення хімічної організації клітини дійшли висновку, що саме хімічні процеси лежать в основі її життя, що клітини всіх організмів подібні за хімічним складом, вони однотипно протікають основні процеси обміну речовин. Дані про подібність хімічного складу клітин ще раз підтвердили єдність всього органічного світу.
Сучасна клітинна - теорія включає наступні положення:
клітина - основна одиниця будови і розвитку всіх живих організмів, найменша одиниця живого;
клітини всіх одноклітинних і багатоклітинних організмів подібні (гомологічні) за своєю будовою, хімічним складом, основним проявам життєдіяльності і обміну речовин;
розмноження клітин відбувається шляхом їх розподілу, і кожна нова клітина утворюється в результаті розподілу вихідної (материнської) клітини;
в складних багатоклітинних організмах клітини спеціалізовані за виконуваної ними функції і утворюють тканини, з тканин складаються органи, які тісно пов'язані між собою і підпорядковані нервовим і гуморальним систем регуляції.
Дослідження клітини мають велике значення для розгадки захворювань. Саме в клітинах починають розвиватися патологічні зміни, що призводять до виникнення захворювань. Щоб зрозуміти роль клітин у розвитку захворювань, наведемо кілька прикладів. Одне з серйозних захворювань людини - цукровий діабет. Причина цього захворювання - недостатня діяльність групи клітин підшлункової залози, що виробляють гормон інсулін, який бере участь в регуляції цукрового обміну організму. Злоякісні зміни, що призводять до розвитку ракових пухлин, виникають на рівні клітин. Збудники кокцидіозу - небезпечного захворювання кроликів, курей, гусей і качок - паразитичні найпростіші - кокцидии проникають в клітини кишкового епітелію і печінки, ростуть і розмножуються в них, повністю порушують обмін речовин, а потім руйнують ці клітини. У хворих кокцидіозом тварин сильно порушується діяльність травної системи, і при відсутності лікування тварини гинуть. Ось чому вивчення будови, хімічного складу, обміну речовин і всіх проявів життєдіяльності клітин необхідно не тільки в біології, але й у медицині та ветеринарії.
Вивчення клітин різноманітних одноклітинних і багатоклітинних організмів за допомогою светооптического і електронного мікроскопів показало, що за своєю будовою вони поділяються на дві групи. Одну групу становлять бактерії та синьо-зелені водорості. Ці організми мають найбільш просту будову клітин. Їх називають доеденнимі (прокаріоти), так як у них немає оформленого ядра (грец. «картон»-ядро) немає багатьох структур, які називають органоидами. Іншу групу становлять усі інші організми: від одноклітинних зелених водоростей і найпростіших до вищих квіткових рослин, ссавців, у тому числі і людини. Вони мають складно влаштовані клітини, які називають ядерними (еукаріотичних). Ці клітини мають ядро і органели, що виконують специфічні функції.
Особливу, неклеточную форму життя становлять віруси, вивченням яких займається вірусологія.
Будова і функції оболонки клітки
Клітка будь-якого організму, являє собою цілісну живу систему. Вона складається з трьох нерозривно пов'язаних між собою частин: оболонки, цитоплазми і ядра. Оболонка клітка здійснює безпосередню взаємодію із зовнішнім середовищем і взаємодію із сусідніми клітинами (у багатоклітинних організмах).
Оболонка клітин. Оболонка кліток має складну будову. Вона складається із зовнішнього шару і розташованої під ним плазматичної мембрани. Клітини тварин і рослин розрізняються по будові їх зовнішнього шару. У рослин, а також у бактерій, синьо-зелених водоростей і грибів на поверхні клітин розташована щільна оболонка, чи клітинна стінка. У більшості рослин вона складається з клітковини. Клітинна стінка грає винятково важливу роль: вона являє собою зовнішній каркас, захисну оболонку, забезпечує тургор рослинних клітин: через клітинну стінку проходить вода, солі, молекули багатьох органічних речовин.
Зовнішній шар поверхні кліток тварин на відміну від клітинних стінок рослин дуже тонкий, еластичний. Він не видний у світловий мікроскоп і складається з різноманітних полісахаридів і білків. Поверхневий шар клітин тварин отримав назву глікокалікс.
Гликокаликс виконує насамперед функцію безпосереднього зв'язку кліток тварин із зовнішнім середовищем, із усіма навколишніми її речовинами. Маючи незначну товщину (менше 1 мкм), зовнішній шар клітки тварин не виконує опорної ролі, яка властива клітинним стінкам рослин. Освіта глікокаліксу, так само як і клітинних стінок рослин, відбувається завдяки життєдіяльності самих кліток.
Плазматична мембрана. Під гликокаликсом і клітинною стінкою рослин розташована плазматична мембрана (лат. "мембрана»-шкірочка, плівка), що межує безпосередньо з цитоплазмою. Товщина плазматичної мембрани близько 10 нм, вивчення її будівлі і функцій можливо тільки за допомогою електронного мікроскопа.
До складу плазматичної мембрани входять білки і ліпіди. Вони упорядковано розташовані і з'єднані один з одним хімічними взаємодіями. За сучасними уявленнями молекули ліпідів у плазматичній мембрані розташовані в два ряди й утворять суцільний шар. Молекули білків не утворять суцільного шару, вони розташовуються в шарі ліпідів, занурюючись у нього на різну глибину.
Молекули білка і ліпідів рухливі, що забезпечує динамічність плазматичної мембрани.
Плазматична мембрана виконує багато важливих функцій, від яких углядять життєдіяльність клітин. Одна з таких функцій полягає в тому, що вона утворює бар'єр, отграничивающий внутрішній вміст клітини від зовнішнього середовища. Але між клітинами і зовнішнім середовищем постійно відбувається обмін речовин. З зовнішнього середовища в клітку надходить вода, різноманітні солі у формі окремих іонів, неорганічні й органічні молекули. Вони проникають у клітину через дуже тонкі канали плазматичної мембрани. У зовнішнє середовище виводяться продукти, утворені в клітці. Транспорт речовин-одна з головних функцій плазматичної мембрани. Через плазматичну мембрану з кліті виводяться продукти обміну, а також речовини, синтезовані в клітці. До числа їх відносяться різноманітні білки, вуглеводи, гормони, які виробляються у клітинах різних залоз і виводяться в позаклітинне середовище у формі дрібних крапель.
Клітки, що утворять у багатоклітинних тварин різноманітні тканини (епітеліальну, м'язову і ін), з'єднуються один з одним плазматичною мембраною. У місцях з'єднання двох клітин мембрана кожної з них може утворювати складки або вирости, які дають сполукам особливу міцність.
З'єднання клітин рослин забезпечується шляхом утворення тонких каналів, які заповнені цитоплазмою й обмежені плазматичною мембраною. За таким каналам, які пройшли через клітинні оболонки, з однієї клітини до іншої надходять поживні речовини, іони, вуглеводи та інші сполуки.
На поверхні багатьох кліток тварин, наприклад, різних епітеліїв, знаходяться дуже дрібні тонкі вирости цитоплазми, покриті плазматичною мембраною, - мікроворсинки. Найбільша кількість мікроворсинок знаходиться на поверхні клітин кишечника, де відбувається інтенсивне переварювання і всмоктування перевареної їжі.
Фагоцитоз. Великі молекули органічних речовин, наприклад білків і полісахаридів, частки їжі, бактерії надходять у клітку шляхом фагоцита (грец. "фагео" - пожирати). У фагоците участь приймає плазматична мембрана. У тому місці, де поверхня клітки стикається із часткою будь-якого щільного речовини, мембрана прогинається, утворить поглиблення й оточує частку, що у "мембранної упаковці" занурюється всередину клітини. Утворюється травна вакуоль і в ній переварюються надійшли в клітину органічні речовини.
Цитоплазма. Відмежована від зовнішнього середовища плазматичною мембраною, цитоплазма являє собою внутрішню напіврідку середу клітин. У цитоплазму еукаріотичних клітин розташовуються ядро і різні органели. Ядро розташовується в центральній частині цитоплазми. У ній зосереджені і різноманітні включення - продукти клітинної діяльності, вакуолі, а також дрібні трубочки і нитки, що формують скелет клітини. У складі основної речовини цитоплазми переважають білки. У цитоплазмі протікають основні процеси обміну речовин, вона об'єднує в одне ціле ядро і всі органоїди, забезпечує їх взаємодію, діяльність клітини як єдиної цілісної живої системи.
Ендоплазматична мережа. Уся внутрішня зона цитоплазми заповнена численними дрібними каналами і порожнинами, стінки яких являють собою мембрани, подібні по своїй структурі з плазматичною мембраною. Ці канали гілкуються, з'єднуються один з одним і утворюють мережу, яка дістала назву ендоплазматичної мережі.
Ендоплазматична мережа неоднорідна за своєю будовою. Відомі два її типи - гранулярная і гладка. На мембранах каналів і порожнин гранулярной мережі розташовується безліч дрібних округлих тілець - рибосом, які надають мембран шорсткий вигляд. Мембрани гладкої ендоплазматичної мережі не несуть рибосом на своїй поверхні.
Ендоплазматична мережа виконує багато різноманітних функцій. Основна функція гранулярной ендоплазматичної мережі - участь у синтезі білка, який здійснюється в рибосомах.
На мембранах гладкої ендоплазматичної мережі відбувається синтез ліпідів і вуглеводів. Всі ці продукти синтезу накопичуються в каналах і порожнинах, а потім транспортуються до різних органоидам клітини, де споживаються чи накопичуються в цитоплазмі як клітинних включень. Ендоплазматична мережа зв'язує між собою основні органели клітини.
Рибосоми. Рибосоми виявлені в клітках всіх організмів. Це мікроскопічні тільця округлої форми діаметром 15-20 нм. Кожна рибосома складається з двох неоднакових по розмірах часток, малої і великий.
В одній клітці міститься багато тисяч рибосом, вони розташовуються або на мембранах гранулярной ендоплазматичної мережі, або вільно лежать у цитоплазмі. До складу рибосом входять білки і РНК. Функція рибосом - це синтез білка. Синтез білка - складний процес, який здійснюється не однією рибосомою, а цілою групою, що включає до декількох десятків об'єднаних рибосом. Таку групу рибосом називають полисомой. Синтезовані білки спочатку накопичуються в каналах і порожнинах ендоплазматичної мережі, а потім транспортуються до органоидам і ділянкам клітини, де вони споживаються. Ендоплазматична мережа і рибосоми, розташовані на її мембранах, являють собою єдиний апарат біосинтезу і транспортування білків.
Мітохондрії. У цитоплазмі більшості кліток тварин і рослин містяться дрібні тільця (0,2-7 мкм) - мітохондрії (грец. «митос» - нитка, «хондріон» - зерно, гранула).
Мітохондрії добре видні у світловий мікроскоп, за допомогою якого можна розглянути їхню форму, розташування, порахувати кількість. Внутрішня будова мітохондрій вивчено за допомогою електронного мікроскопа. Оболонка мітохондрії складається з двох мембран - зовнішньої і внутрішньої. Зовнішня мембрана гладка, вона утворює ніяких складок і виростів. Внутрішня мембрана, навпроти, утворить численні складки, які спрямовані в порожнину мітохондрії. Складки внутрішньої мембрани називають кристами (лат. «кріста» - гребінь, виріст) Число крист неоднаково в мітохондріях різних кліток. Їх може бути від декількох десятків до декількох сотень, причому особливо багато крист у мітохондріях активно функціонуючих кліток, наприклад м'язових.
Мітохондрії називають «силовими станціями» кліток »тому що їхня основна функція - синтез аденозинтрифосфорної кислоти (АТФ). Ця кислота синтезується в мітохондріях кліток всіх організмів і являє собою універсальне джерело енергії, необхідний для здійснення процесів життєдіяльності клітки і цілого організму.
Нові мітохондрії утворяться розподілом вже існуючих у клітці мітохондрій.
Пластиди. У цитоплазмі клітин усіх рослин знаходяться пластиди. У клітинах тварин пластиди відсутні. Розрізняють три основних типи пластид: зелені - хлоропласти, червоні, помаранчеві та жовті - хромопласти; безбарвні - лейкопласти.
Хлоропласт. Ці органели містяться в клітках листів і інших зелених органів рослин, а також у різноманітних водоростей. Розміри хлоропластів 4-6 мкм, найбільш часто вони мають овальну форму. У вищих рослин в одній клітці звичайно буває кілька десятків хлоропластів. Зелений колір хлоропластів залежить від змісту в них пігменту хлорофілу. Хлоропласт - основний органоїд клітин рослин, в якому відбувається фотосинтез, тобто утворення органічних речовин (вуглеводів) з неорганічних (СО2 і Н2О) при використанні енергії сонячного світла.
За будовою хлоропласти подібні з мітохондріями. Від цитоплазми хлоропласт відмежований двома мембранами - зовнішньої і внутрішньої. Зовнішня мембрана гладка, без складок і виростів, а внутрішня утворить багато складчастих виростів, спрямованих всередину хлоропласта. Тому всередині хлоропласта зосереджена велика кількість мембран, що особливі структури - грани. Вони складені на зразок стопки монет.
У мембранах гран розташовуються молекули хлорофілу, тому саме тут відбувається фотосинтез. У хлоропластах синтезується й АТФ. Між внутрішніми мембранами хлоропласта містяться ДНК, РНК і рибосоми. Отже, в хлоропластах, так само як і в мітохондріях, відбувається синтез білка, необхідного для діяльності цих органоїдів. Хлоропласти розмножуються поділом.
Хромопласти знаходяться в цитоплазмі клітин різних частин рослин: у квітках, плодах, стеблах, листі. Присутністю хромопластів пояснюється жовта, помаранчева і червоне забарвлення віночків квіток, плодів, осінніх листів.
Лейкопласти. знаходяться в цитоплазмі клітин нефарбованих частин рослин, наприклад у стеблах, коренях, бульбах. Форма лейкопластов різноманітна.
Апарат Гольджі. У багатьох клітинах тварин, наприклад у нервових, він має форму складної мережі, розташованої навколо ядра. У клітинах рослин і найпростіших апарат Гольджі представлений окремими тільцями серповидной чи палочковидной форми. Будова цього органоида подібно в клітках рослинних і тваринних організмів, незважаючи на розмаїтість його форми.
До складу апарату Гольджі входять: порожнини, обмежені мембранами і розташовані групами (по 5-10); великі і дрібні пухирці, розташовані на кінцях порожнин. Всі ці елементи складають єдиний комплекс.
Апарат Гольджі виконує багато важливих функцій. По каналах ендоплазматичної мережі до нього транспортуються продукти синтетичної діяльності клітини - білки, вуглеводи і жири. Всі ці речовини спочатку накопичуються, а потім у вигляді великих і дрібних пухирців надходять у цитоплазму і або використовуються в самій клітці в процесі її життєдіяльності, або виводяться з неї і використовуються в організмі. Наприклад, в клітинах підшлункової залози ссавців синтезуються травні ферменти, які накопичуються в порожнинах органоида. Потім утворюються бульбашки, наповнені ферментами. Вони виводяться з кліток у протоку підшлункової залози, звідки перетікають у порожнину кишечника. Ще одна важлива функція цього органоида полягає в тому, що на його мембранах відбувається синтез жирів і вуглеводів (полісахаридів), які використовуються в клітці і які входять до складу мембран. Завдяки діяльності апарату Гольджі відбуваються оновлення і зростання плазматичної мембрани.
Лізосоми. Представляють собою невеликі округлі тільця. Від Цитоплазми кожна лізосома відмежована мембраною. Усередині лізосоми знаходяться ферменти, що розщеплюють білки, жири, вуглеводи, нуклеїнові кислоти.
До харчової частинки, що надійшла в цитоплазму, підходять лізосоми, зливаються з нею, і утворюється одна травна вакуоль, усередині якої знаходиться харчова частка, оточена ферментами лізосом. Речовини, що утворилися в результаті переварювання харчової частки, надходять у цитоплазму і використовуються кліткою.
Володіючи здатністю до активного переварювання харчових речовин, лізосоми беруть участь у видаленні відмираючих у процесі життєдіяльності частин клітин, цілих клітин і органів. Утворення нових лізосом відбувається в клітці постійно. Ферменти, що містяться в лізосомах, як і всякі інші білки синтезуються на рибосомах цитоплазми. Потім ці ферменти надходять по каналах ендоплазматичної мережі до апарата Гольджі, в порожнинах якого формуються лізосоми. У такому вигляді лізосоми надходять у цитоплазму.
Клітинний центр. У клітинах тварин поблизу ядра знаходиться органоїд, який називають клітинним центром. Основну частину клітинного центру складають два маленьких тільця - центріолі, розташовані в невеликій ділянці ущільненої цитоплазми. Кожна центриоль має форму циліндра довжиною до 1 мкм. Центріолі грають важливу роль при поділі клітини; вони беруть участь в утворенні веретена поділу.
Клітинні включення. До клітинних включень відносяться вуглеводи, жири і білки. Всі ці речовини накопичуються в цитоплазмі клітки у вигляді крапель і зерен різної величини і форми. Вони періодично синтезуються в клітці і використовуються в процесі обміну речовин.
Ядро. Кожна клітина одноклітинних і багатоклітинних тварин, а також рослин містить ядро. Форма і розміри ядра залежать від форми і розміру кліток. У більшості клітин є одне ядро, і такі клітини називають одноядерними. Існують також клітини з двома, трьома, з декількома десятками і навіть сотнями ядер. Це - багатоядерні клітини.
Ядерний сік - полужидкое речовина, яка знаходиться під ядерною оболонкою і представляє внутрішнє середовище ядра.
Хімічний склад клітини. Неорганічні речовини
Атомний і молекулярний склад клітки. У мікроскопічної клітині міститься кілька тисяч речовин, які беруть участь у різноманітних хімічних реакціях. Хімічні процеси, що протікають в клітині, - одна з основних умов її життя, розвитку та функціонування.
Всі клітини тварин і рослинних організмів, а також мікроорганізмів подібні по хімічному складу, що свідчить про єдність органічного світу.
Вміст хімічних елементів у клітці
Елементи Кількість (у%) Елементи Кількість (у%)
Кисень 65-75 Кальцій 0,04-2,00
Вуглець 15-16 Магній 0,02-0,03
Водень 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
Калій 0,15-0,4 Мідь 0,0002
Сірка 0,15-0,2 Йод 0,0001
Хлор 0,05-0,1 Фтор 0,0001
У таблиці наведено дані про атомний складі клітин. З 109 елементів періодичної системи Менделєєва в клітках виявлена значна їхня більшість. Особливо великий зміст у клітці чотирьох елементів - кисню, вуглецю, азоту та водню. У сумі вони становлять майже 98% усього вмісту клітки. Наступну групу складають вісім елементів, зміст яких у клітці обчислюється десятими і сотими частками відсотка. Це сірка, фосфор, хлор, калій, магній, натрій, кальцій, залізо. У сумі вони становлять 1.9%. Всі інші елементи містяться в клітці у винятково малих кількостях (менше 0,01%)
Таким чином, у клітці немає яких-небудь особливих елементів, характерних тільки для живої природи. Це вказує на зв'язок і єдність живої і неживої природи. На атомному рівні розходжень між хімічним складом органічного і не органічного світу немає. Відмінності виявляються на більш високому рівні організації - молекулярному.
Біологія пухлинної клітини
Клітка багатоклітинного організму може існувати в двох станах: нормальному і трансформованому, тобто пухлинному. Для дослідницьких цілей в багатьох випадках більш зручна культура пухлинних клітин.
Пухлинна клітина за багатьма біохімічними ознаками відрізняється від нормальної. Її найбільш характерним відмітною властивістю є здатність до безперервного поділу, яке не підкоряється регуляторним сигналам організму. В результаті ділення з однієї клітини утворюються дві, також здатні до безконтрольного розподілу, тобто здатність до нерегульованого поділу передається у спадок. Збільшення розміру пухлини відбувається за рахунок розмноження вихідної пухлинної клітини, а не перетворення нових нормальних клітин у пухлинні. Звідси випливає, що з однієї пухлинної клітини в організмі може виникнути пухлинної вузол.
Є прямі докази того, що пухлини людини мають моноклональное походження (клон - певна кількість клітин, що відбулися від однієї батьківської клітини в результаті її поділу).
Крім здатності до безконтрольного зростання ще дві властивості пухлин визначають їх небезпеку для життя організму: здатність до інвазії і метастазування.
Інвазія - явище проростання пухлини в нормальні тканини, порушуючи їх харчування, функціонування, що приводить їх до загибелі.
Метастазування - це здатність злоякісної пухлини утворювати пухлинні вузли у віддалених від первинної пухлини частинах організму. Пухлинні клітини, на відміну від нормальних, погано скріплені між собою. Відриваючись від основного вузла, поодинокі пухлинні клітини потоком крові або лімфи розносяться по всьому організму. У деяких органах вони можуть затриматися і почати ділитися, що призведе до утворення нових пухлинних вузлів, здатних до інвазії, таким чином, навіть якщо пухлина вражений не життєво важливий орган, то і в цьому випадку здатність пухлини до метастазування робить її небезпечною для життя.
Особливий інтерес представляє питання, чи може йти зворотний процес, тобто чи може з пухлинної клітини утворитися нормальна? Дати позитивну відповідь, зрозуміло, ніхто не наважиться, але в той же час є дані, що свідчать про теоретичну можливість переродження - нормалізації пухлинних клітин.
Було відзначено, що при введенні деяких речовин (масляної кислоти, диметилсульфоксиду, вітаміну А та ін) в клітинну культуру пухлини, клітини за деякими біохімічними ознаками ставали схожими на нормальні, однак при видаленні цих речовин клітини знову набували пухлинні риси.
Беатриса Мінц, одна з дослідників раку, пересаджувала клітку тератоми - пухлини сім'яників чорної миші в порожнину бластули (етап розвитку заплідненої яйцеклітини) білої миші. Через покладений термін народжувалися мишенята, які відрізнялися від контрольних тільки тим, що вони були строкатими - на білій шкірці були чорні смуги. Отже, в оточенні нормальних клітин пухлинна клітина включилася в процеси розвитку організму як нормальна клітина.
Нарешті, кожен з нас чув про чудесні випадках зникнення пухлин і одужання хворих на рак. Аналіз історій хвороб людей, що хворіли в стадії, коли медицина була безсила їм допомогти і ніякого лікування не проводилося, показує, що дуже мала частка хворих з абсолютно незрозумілих причин видужувала. Гинули чи пухлинні клітини в організмі в результаті змін у функціонуванні всього організму, перетворювалися вони в нормальні клітини - зовсім невідомо.
Отже, рак це з одного боку генетичне захворювання, коли ламається заздалегідь задана програма клітинного ділення і клітина переходить в режим невпинного самовідтворення, а з іншого боку - імунне захворювання, оскільки відбувається порушення координації у системі нагляду за тим, щоб клітини, які порушили закон про суворе виконання програми розвитку, знищувалися.
Клонування
Введення
Термін "клонування" стрімко увійшов у широкий лексикон близько двох років тому: тоді фахівці Рослінського інституту в Шотландії повідомили і існування овечки Доллі, яка з'явилася на світ методом безстатевого розмноження. Кейт Кемпбелл і його співробітники брали клітини з грудної залози шестирічної вагітної вівці (в такому випадку ці клітини краще можуть ділитися), витягували з отриманої культури ядра і впроваджували їх у попередньо очищені від власних ядер яйцеклітини інших овечок. Після кількох сотень дослідів одна з подібних маніпуляцій вдалася: таким шляхом на світ з'явилася Доллі - овечка, генетичний код якої тотожний коду вівці-донора.
У повітрі запахло сенсацією: якщо таким методом вдається створити ссавців овечку, то чому не можна тим же шляхом зробити і не менш ссавця людини?
А чи була Доллі?
Можливо, що суперечки юристів і політиків навколо допустимості клонування людини отримають несподіване завершення. Видні біологи недавно висловили серйозні сумніви в чистоті експерименту з вівцею Доллі. Заяви скептиків стали темою гарячих дебатів серед генетиків. Критиці піддано науковий звіт, опублікований Яном Уїлмут і його колегами з Рослінського інституту в Шотландії, де з'явилася на світ Доллі.
Опоненти стверджують, що автори звіту не зуміли довести, що Доллі і її "мати" володіють однаковою генетичною структурою. А без цього неможливо встановити, чи дійсно Доллі є клоном дорослої тварини. У стані скептиків опинився і нобелівський лауреат професор Уолтер Гілберт з Гарвардського університету США. Його сумніви грунтуються на тому, що клітини, які використовувалися для створення Доллі, були взяті у вівці, померлої за 3 роки до її народження. Клітини були заморожені для інших цілей, тому неможливо прямо порівняти спадковий матеріал Доллі з її живим клоном.
Професор Нортон Зіндер, фахівець у галузі молекулярної генетики з університету Рокфеллера у Нью-Йорку, не виключає, що матір'ю знаменитої вівці стала "заблукала" клітина зародка. Відомі випадки, коли ембріональні клітини потрапляли в кров вагітних тварин. "Клонування Доллі було єдиною удачею з 400 спроб. Це анекдот, а не результат. Під час експерименту могли статися будь-які вообразімие і неймовірні помилки", - стверджує Зіндер.
Висловлюють сумніви і більш грунтовні. Хоча кожна окрема клітина несе в собі повну спадкову інформацію про нього, більшість генів швидко "відключається". Клітини спеціалізуються, так що, наприклад, з клітки печінки не зможе вийти клітина мозку.
Доказ походження Доллі, вважають, професор Клаус Раєвський, директор Інституту генетики Кельнського університету, і його колега Вернер Мюллер, не володіє стовідсотковою генетичної достовірністю. Не можна виключити і плутанину з вихідними клітинами. У цілому, шотландські творці Доллі протягом декількох місяців виконали 834 досвіду клонування, використовуючи три різних типи клітин, розміри яких складають всього кілька тисячних часток міліметра. Можливо і "забруднення" клітин вимені. У чашці Петрі, очевидно, могли плавати і інші речовини, що визнає навіть сам "автор" Доллі Ян Уїлмут. Сумніви могла б усунути тільки друга Доллі, тобто успішне повторення шотландського експерименту.
Клонування - ключ до вічної молодості?
Чимало спекуляцій і домислів з'явилося останнім часом щодо нового способу "виготовлення" людей шляхом клонування. Тут і страхи появи нового Гітлера і йому подібних, і міркування на кшталт апокаліпсису про те, що в майбутньому клони витіснять і знищать "нормальних людей", і інші тому подібні жахи.
За всю історію людство створило чимало дурниць, але можлива заборона клонування ризикує побити всі рекорди. Бо воно, клонування, не просто гуманно по своїй суті, але може кардинально розв'язати такі проблеми, як трансплантація органів, можливість мати дітей при найважчих випадках безпліддя та одиноким людям, а також шанс втратили дитини батькам хоч трохи пом'якшити своє горе, виховуючи двійника.
Трансплантація клонованої органів здатна врятувати мільйони людей, вмираючих по всьому світу через дефіцит органів, який створюється, до речі, через різноманітних обмежень, нав'язаних "моралістами": цілісність трупа і його недоторканність після смерті.
Другим важливим наслідком трансплантації клонованого частин тіла може стати пересадка втрачених органів: рук, ніг, очей і т.д. Позбавити людей надії забути про інвалідність і стати нормальними людьми - хіба це не у вищій мірі негуманно?
Культивування клітин рослин
Полеміка, викликана успішним клонуванням ряду тварин, чомусь залишила в тіні успіхи, пов'язані з клонуванням рослин. Адже вже досить давно ми маємо справу або безпосередньо з рослинами, що розводяться на основі клонування, або з речовинами, отриманими із культивованих рослинних клітин і тканин. Так, за допомогою культивування меристеми, що гарантує безвірусного рослини, були виведені всюди продавані гвоздики, хризантеми, гербери та інші декоративні рослини. Також можна купити і квітки екзотичних орхідних рослин, виробництво клонів яких вже має промислову основу. Деякі сорти полуниці, малини, цитрусових виведені з використанням техніки клонування. Раніше для виведення нового сорту було потрібно 10-30 років, тепер же, завдяки застосуванню методів культивування тканин цей період скорочено до кількох місяців. Вельми перспективними визнаються роботи, пов'язані з виробництвом на основі культивування тканин рослин лікарських і технічних речовин, які неможливо отримати шляхом синтезу. Так, вже отримують подібним способом з клітинних структур барбарису ізохіноліновий алкалоїд берберин, а з женьшеню - гінсеносід.
Основу культивування рослинних клітин і тканин складають міститься в кожній клітині інформація про всі властивості та можливості організму і здатність клітини до самостійного обміну речовин. Для культивування підходять різні органи рослин. Як правило, використовують молоді листя і осьові пагони верхніх мутовок, а також столони, бульби, пильовики, кінчики коренів, пазушні бруньки й інші частини рослини. Меристемних тканини верхівок ростових пагонів і коренів мають особливе значення для отримання безвірусних клонів. Відібраний матеріал стерилізується різними речовинами. При цьому необхідно дотримати баланс 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 обмив стерильною водою, після чого його поміщають в стерильну робочу банку на живильне середовище і ростять обов'язково в стерильних умовах.
Властивість живильного середовища визначаються поставленими цілями культивування рослинного матеріалу, оскільки саме від заданих умов залежить кінцевий продукт. Живильне середовище буває рідкої або твердої. Вона, як правило, складається з великої кількості синтетичних речовин із заданою концентрацією. Оскільки ізольовані рослинні клітини і тканини здебільшого є гетеротрофних, в ній має міститися органічно пов'язаний вуглець, джерелом якого звичайно служать глюкоза або сахароза. Азот додається у формі нітратів, які використовуються клітинами за допомогою нітратредуктази. Застосовують також фосфор, калій, кальцій, магній, сульфати. Необхідним компонентом є вітаміни, особливо групи В (В 1, В 2, В 6), міоінозіт, біотин, а також амінокислоти і органічні солі. До безумовно необхідним мікроелементів належать бор, марганець, йод, мідь, кобальт, молібден. Так, нестача марганцю перешкоджає синтезу білків, зменшує кількість РНК і призводить до збільшення вмісту вільних амінокислот. Залізо має значення для поділу ядра і для діяльності дихальних ферментів. Нарешті, необхідно наявність у живильному середовищі ряду фітогормонів. Маніпулюючи концентраціями різних речовин у поживних середовищах, кислотністю останніх, температурою, освітленістю і вологістю в камерах для культивування, можна отримати рослини і речовини з необхідними властивостями. У залежності від використовуваних рослинних клітин і тканин, способів культивування розрізняють такі основні типи структур: калюсної, суспензійні, протопластів, меристематические, пиляків.
Калюсної структури
Для калюсної структур вихідним матеріалом є каллюс - це тканина, що утворюється у рослин на місцях поранень і сприяє їх загоєнню. Вона складається з більш-менш однорідних паренхімних клітин, початок яким дає ранова меристема. Елементи каллюса мало диференційовані, проте поблизу його поверхні спостерігається зростання, обумовлене активністю меристематичних клітин. Згодом у каллюс можлива диференціювання його елементів та освіта флоеми, ксилеми та інших тканин. Зовнішні клітини каллюса опробковевают.
Для культивування на обраному органі роблять надріз, на всій поверхні якого розвивається тканину, що складається з неорганізовано зростаючих клітин. Ця утворилася тканину і культивується в заданих умовах. У залежності від виду рослини та поставленої мети попередньо необхідно встановити склад поживних середовищ та концентрації фітогормонів, необхідних для оптимального росту. Каллюс можуть виглядати дуже по-різному. Вони бувають пухкими або щільними. Забарвлення каллюса дозволяє судити про освіту вторинних речовин. Якщо каллюс утримувати в повній темряві, він білувато-жовтий. На світлі він утворює хлорофіл і стає зеленим. Червоне світло вказує на наявність антоціану і бетаціана. Щоб послабити або усунути ці ефекти, в живильне середовище додають полівінілпіролідон, глутатіон або аскорбінову кислоту. Коричневі клітини утворюються перед відмиранням, тому таку тканину необхідно помістити в свіжу середу. При тривалому культивуванні каллюс можуть втрачати свій морфогенетический потенціал. Після декількох змін поживних середовищ і при додаванні ростових гормонів каллюс диференціює і регенерує, утворює осьові пагони, коріння і, нарешті, вся рослина цілком, здатне до розмноження і вирощування в грунті. Проте переважно каллюс використовуються як вихідний матеріал для клітинного або суспензійного культивування.
Суспензійна культура
Для суспензійних культур вихідним матеріалом можуть бути кака ізольовані цілі клітини обраного органу рослини, так і подрібнений каллюс. Утворилися клітини поміщають в рідку живильне середовище і культивують при постояном перемішуванні. Зростання суспензійної культури відбувається в багатьох випадках істотно швидше, ніж калюсної культури, оскільки скупчення клітин поглинають поживні речовини значно більшою загальною поверхнею, а у каллюса це відбувається лише в тій його частині, яка лежить на субстраті. При цьому відбувається поділ клітин, нові клітини не відокремлюються, і їх скупчення збільшується. За допомогою особливих прийомів суспензійну культуру можна перенести на тверду живильне середовище. Тут з клітин або комплексів клітин може утворитися здатний до життя каллюс. У суспензії можуть виникнути також і зародки, які після їх перенесення на агар утворюють нову рослину.
Культура протопластів.
Культури протопластів отримують головним чином з приготовленою з мезофілі суспензії, обробляючи її ферментами, які руйнують клітинні стінки. У результаті цього може відбутися приєднання чужих органел, а також чужої ДНК, яка вбудовується в генетичний матеріал ядра, що може виразитися в експресивності. Оскільки поверхні протопластів мають негативний заряд, необхідно нейтралізувати їх відштовхування один від одного, після чого вони з'єднуються. Після злиття відбувається регенерація клітинної стінки. Вона утворюється менш ніж за добу, після чого клітини починають ділитися і регенерують нові рослини. У багатьох випадках вдавалися злиття протопластів різних батьківських рослин і наступна регенерація через культуру каллюса нової рослини із заданими властивостями. Виявилося можливим схрещувати представників різних видів і родів, що раніше не вдавалося. Злиттям протопластів виростили, наприклад, гібрид картоплі та томата, "томофель". Цей спосіб має комерційне значення при виведенні нових сортів соєвих бобів, цитрусових, цукрового очерету, кукурудзи, пшениці і картоплі. Отримано також гібрид двох видів дурману, який містить на 25% більше алкалоїду тропана в порівнянні з батьківськими рослинами.
Меристематичних культура.
Для мерістематічеськой культури використовують меристему - освітню тканина рослин, довго зберігає здатність до поділу і утворення нових клітин і відрізняється високою метаболічною активністю. Для культивування ізолюють конуси наростання пагонів, коренів, а також пазушні бруньки. Меристематические культури більш відомі в садівництві, так як вони дають можливість отримати безвірусні клони. З цього можна зробити висновок, що розподіл вірусів у різних частинах рослини нерівномірне, а меристема їх позбавлена. З безвірусній меристеми у великій кількості можуть регенерувати генетично ідентичні безвірусні рослини. Цей спосіб використовують для виведення сортів картоплі, винограду, а також декоративних рослин і в лісництві.
Культура пиляків.
Культура пиляків використовується для отримання галоїдного рослин. Як правило, рослина є диплоїдним, тобто в його клітинах міститься два гомологічних набору хромосом. Тільки зародкові клітини є гаплоїдними. Для отримання гаплоїдної культури найбільш зручні незрілі пильовики, в яких пилкові зерна знаходяться ще в стадії, що передує першому діленню мікроспор на вегетативне і генеративний зерна. Після перенесення стерильних пильовиків на живильне середовище пилкові клітини починають ділитися. Розвивається проміжний каллюс або відразу утворюється гаплоїдний зародок, який пізніше диференціюється в гаплоидное рослина. Такі гаплоїдні рослини стерильні, але вони можуть перейти в Диплоїди після впливу колхіцину або злиття протопластів. Так утворюються плодовиті гомозиготні чисті лінії рослин, що мають велике значення для селекції, оскільки в наступних поколіннях завжди зустрічаються ті ж задані ознаки. Завдяки цьому методу виведені нові сорти зернових і тютюну, а також отримані численні лікарські рослини з поліпшеними властивостями.
Регенерація
Регенерація - явище відновлення цілого організму з його частини. При культивуванні регенерація може відбуватися різними шляхами: пряма регенерація з культур меристеми, верхівкових пагонів, пазушних бруньок і вузлів, причому диференціація управляється фітогормонами, і непряма, з проміжною стадією каллюса. В останньому випадку можливі також можливі два шляхи: при органогенезе певними концентраціями і співвідношеннями фітогормонів викликають утворення придаткових пагонів і коренів; при соматичному ембріогенезі в каллюс утворюються зародки, з яких виростає рослина, потім переноситься в грунт.
Список використаної літератури.
1) & nb