Клеточная инженерия. Области практического применения достижений клеточной инженерии. Конструирование новых продуцентов с помощью методов клеточной инженерии.

Клеточная инженерия– способ создания новых объектов – технология обмена фрагментов ДНК, участками хромосом (у прокариот) или любыми участками (у эукариот), независимо от того, где этот организм стоит в эволюционном плане.
Клеточная инженерия осуществляет обмен генетическим материалом м/у организмами, которые в обычной жизни не вступают в половой процесс. Т.о. можно создавать межвидовые гибриды или межродовые культуры.

Техника клеточной инженерии основана на протопластировании. Протопласт – это клетка без клеточной стенки, окруженная цитоплазматической мембраной. Протопласт получают, обрабатывая клетку ферментами, которые гидролизуют полимеры в клеточной стенке.

Этапы протопластировании:

1. Получение клеток, лишенных клеточной стенки

2. Осуществляется слияние протопластов с образованием диплоидных клеток. Инкубирование диплоидных клеток с целью осуществления ломки и воссоединения хромосом в разных вариантов. Высаживание протопластов на твёрдую питательную среду, при этом часть клеток переходит в гаплоидные, которые способны размножаться и образуют колонии.

3. Исследования полученных гибридных клеток.

У прокариот клеточная стенка состоит из жесткого пептидокликана. Он поддерживает форму и защищает от перепада давления. Пептидогликан мб расщеплён с помощью гидролитических ферментов, одним из которых является фермент лизоцин.

Разрушение клеточной стенки в обычных условиях сразу же приведет к гибели бактерий из-за разности давлений, так как цитоплазматическая мембрана (ЦМ) не может защищать клетку от их перепадов.

Чтобы сохранить целостность ЦМ, необходимо выровнять внешнее и внутреннее давления. Для этого ферментативную обработку проводят в определённой среде. Это может быть 20% раствор сахарозы, раствор повареной соли (10%). При добавлении в среду детергента (полиэтиленгликоль) происходит объединение суспензий 2-х протопластов.
Его добавление повышает частоту слияния препаратов. Т.е., приводит к образованию диплоидных клеток. Протопласту высеивают на твёрдую питательную среду. За это время, внутри диплоидных клеток может происходить обмен фрагментами хромосом с образованием нормальных клеток, содержащие гибридные хромосомы. Для того, чтобы отличить гибридные клетки от негибридных, используется еще 1 протопласт, несущий в себе определённый маркер – ген, кодирующий синтез фермента – бетталактоза.

В твёрдую питательную среду, на которую высеивают протопласт, добавляют пенициллин и цефалоспорин.

Методы клеточной инженерии:

Выращивание клеточных культур. Метод связан с культивированием отдельных клеток в питательных средах, где они образуют клеточные культуры. Оказалось, что клетки растений и животных, помещенных в питательную среду, содержащую все необходимые для жизнедеятельности вещества, способны делиться. Клетки растений обладают еще и свойством тотипотентности, то есть при определенных условиях они способны сформировать полноценное растение. Это дает возможность с помощью клеточных культур получать ценные вещества. Например, культура клеток женьшеня нарабатывает биологически активные вещества. С другой стороны, можно размножить эти растения в пробирках, помещая клетки в определенные питательные среды. Так можно размножать редкие и ценные растения. Это позволяет создавать безвирусные сорта картофеля и других растений.

Гибридизация клеток. Например, разработана методика гибридизации протопластов соматических клеток. Удаляются клеточные оболочки и сливаются протопласты клеток организмов, относящихся к разным видам — картофеля и томата, яблони и вишни. Перспективно создание гибридом, при котором осуществляется гибридизация различных клеток. Например, лимфоциты, образующие антитела, гибридизируются с раковыми клетками. В результате гибридомы нарабатывают антитела, как лимфоциты, и «бессмертны», как раковые клетки. Следовательно, они обладают возможностью неограниченного размножения в культуре.

Клонирование. Интересен метод пересадки ядер соматических клеток в яйцеклетки. Таким способом возможно клонирование животных, получение генетических копий от одного организма. В настоящее время получены клонированные лягушки, получены первые результаты клонирования млекопитающих.

Создание химерных животных. Возможно слияние эмбрионов на ранних стадиях, таким способом были получены химерные мыши при слиянии эмбрионов белых и черных мышей, химерное животное овца-коза.

Основные направления использования достижений клеточной инженерии.

1. В области селекции с переходом на клеточный уровень стало возможным вести клеточную и гаметную селекцию на устойчивость к биотическим и абиотическим стрессам, преодолевать барьеры нескрещиваемости и создавать принципиально новые формы, несущие различные наборы ядерных и цитоплазматических генов в результате соматической гибридизации, изменять уровень плоидности и ускорять селекционный процесс путем использования гаплоидов, сохранять генофонд в виде культуры клеток посредством криосохранения в жидком азоте. Следует также отметить, что технологии создания трансгенных растений, как правило, включают и культивирование клеток и тканей in vitro.

2.В области семеноводства создана индустрия производства оздоровленного от вирусов и других патогенов посадочного материала вегетативно размножаемых культур (картофель, плодовые, ягодные, овощные, декоративные растения)

3. В области защиты растений получены на основе достижений генной и клеточной инженерии растения, устойчивые к насекомым, вирусам, болезням, и другим патогенам; созданы новые средства защиты растений путем культивирования бактерий и грибов (антагонистов патогенов), биологически активных веществ, полученных при культивировании организмов и т.д.

4. Путем клеточной инженерии созданы новые штаммы микроорганизмов, повышающие усвоение азота и фосфора, подавляющие развитие вредной микрофлоры, что позволяет конструировать микробоценоз, достигая повышения плодородия почвы и продуктивности растения.

5. Принципиально новые возможности открываются в области защиты окружающей среды. Новые штаммы микроорганизмов позволяют решить экологически безопасным путем проблему утилизации отходов промышленности и сельского хозяйства, получая при этом энергию. Этот же подход позволяет уменьшить действие поллютантов (тяжелые металлы, нефтепродукты, пестициды и др.) на экосистемы и человека.

Создание на основе генной и клеточной инженерии растений с максимальным накоплением поллютантов позволит извлекать их из загрязненного субстрата (почва, вода), а растения с минимальным накоплением дадут возможность получать экологически безопасную продукцию.

6.Культивирование новых микроорганизмов и растений-суперпродуцентов

биологически активных веществ позволит более эффективно решить проблему создания и производства новых лекарств и препаратов для медицины и ветеринарии. Важным направлением практического применения клеточной инженерии является микробиологический синтез белка и незаменимых аминокислот.

Что будет с Землей, если ось ее сместится на 6666 км? Что будет с Землей? - задался я вопросом...

ЧТО ПРОИСХОДИТ ВО ВЗРОСЛОЙ ЖИЗНИ? Если вы все еще «неправильно» связаны с матерью, вы избегаете отделения и независимого взрослого существования...

Что вызывает тренды на фондовых и товарных рынках Объяснение теории грузового поезда Первые 17 лет моих рыночных исследований сводились к попыткам вычис­лить, когда этот...

ЧТО И КАК ПИСАЛИ О МОДЕ В ЖУРНАЛАХ НАЧАЛА XX ВЕКА Первый номер журнала «Аполлон» за 1909 г. начинался, по сути, с программного заявления редакции журнала...

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте: