Клеточная инженерия

Гимназия №4Реферат на тему: Клеточная инженерия Выполнил: Вантеев А. Проверил: Л.А. Ващенко Новосибирск 1999 Содержание1) Клетка а) Введение б) Строение и функции оболочки клетки в) Химический состав клетки г) Содержание химических элементов д) Биология опухолевой клетки2) Клонирование клеток животных а) Введение б) А была ли Долли? в) Клонирование - ключ к вечной молодости?3) Культивирование клеток растений а) Каллюсная культура б) Суспензионная культура в) Культура протопластов г) Культура пыльников д) Регенерация Клетка Введение Цитология - наука о клетке. Наука о клетке называется цитологией (греч.«цитос" - клетка, «логос" - наука). Предмет цитологии - клеткимногоклеточных животных и растений, а также одноклеточных организмов, кчислу которых относятся бактерии, простейшие и одноклеточные водоросли.Цитология изучает строение и химический состав клеток, функциивнутриклеточных структур, функции клеток в организме животных и растений,размножение и развитие клеток, приспособления клеток к условиям окружающейсреды. Современная цитология - наука комплексная. Она имеет самые тесныесвязи с другими биологическими науками, например с ботаникой, зоологией,физиологией, учением об эволюции органического мира, а также с молекулярнойбиологией, химией, физикой, математикой. Цитология - одна из относительномолодых биологических наук, ее возраст около 100 лет. Возраст же термина“клетка” насчитывает свыше 300 лет. Впервые название «клетка» в серединеXVII в. применил Р. Гук. Рассматривая тонкий срез пробки с помощьюмикроскопа, Гук увидел, что пробка состоит из ячеек - клеток. Клеточная теория. В середине XIX столетия на основе уже многочисленныхзнаний о клетке Т. Шванн сформулировал клеточную теорию (1838). Он обобщилимевшиеся знания о клетке и показал, что клетка представляет основнуюединицу строения всех живых организмов, что клетки животных и растенийсходны по своему строению. Эти положения явились важнейшимидоказательствами единства происхождения всех живых организмов, единствовсего органического мира. Т. Шван внес в науку правильное понимание клеткикак самостоятельной единицы жизни, наименьшей единицы живого: вне клеткинет жизни. Изучение химической организации клетки привело к выводу, что именнохимические процессы лежат в основе ее жизни, что клетки всех организмовсходны по химическому составу, у них однотипно протекают основные процессыобмена веществ. Данные о сходстве химического состава клеток еще разподтвердили единство всего органического мира. Современная клеточная - теория включает следующие положения: клетка - основная единица строения и развития всех живых организмов,наименьшая единица живого; клетки всех одноклеточных и многоклеточных организмов сходны (гомологичны ) по своему строению, химическому составу, основным проявлениямжизнедеятельности и обмену веществ; размножение клеток происходит путем их деления, и каждая новая клеткаобразуется в результате деления исходной (материнской) клетки; в сложных многоклеточных организмах клетки специализированы повыполняемой ими функции и образуют ткани; из тканей состоят органы, которыетесно связаны между собой и подчинены нервным и гуморальным системамрегуляции. Исследования клетки имеют большое значение для разгадки заболеваний.Именно в клетках начинают развиваться патологические изменения, приводящиек возникновению заболеваний. Чтобы понять роль клеток в развитиизаболеваний, приведем несколько примеров. Одно из серьезных заболеванийчеловека - сахарный диабет. Причина этого заболевания - недостаточнаядеятельность группы клеток поджелудочной железы, вырабатывающих гормонинсулин, который участвует в регуляции сахарного обмена организма.Злокачественные изменения, приводящие к развитию раковых опухолей,возникают также на уровне клеток. Возбудители кокцидиоза - опасногозаболевания кроликов, кур, гусей и уток - паразитические простейшие -кокцидии проникают в клетки кишечного эпителия и печени, растут иразмножаются в них, полностью нарушают обмен веществ, а затем разрушают этиклетки. У больных кокцидиозом животных сильно нарушается деятельностьпищеварительной системы, и при отсутствии лечения животные погибают. Вотпочему изучение строения, химического состава, обмена веществ и всехпроявлений жизнедеятельности клеток необходимо не только в биологии, нотакже в медицине и ветеринарии. Изучение клеток разнообразных одноклеточных и многоклеточных организмов спомощью светооптического и электронного микроскопов показало, что по своемустроению они разделяются на две группы. Одну группу составляют бактерии исине-зеленые водоросли. Эти организмы имеют наиболее простое строениеклеток. Их называют доеденными (прокариотами), так как у них нетоформленного ядра (греч. «картон»-ядро) и нет многих структур, которыеназывают органоидами. Другую группу составляют все остальные организмы: отодноклеточных зеленых водорослей и простейших до высших цветковых растений,млекопитающих, в том числе и человека. Они имеют сложно устроенные клетки,которые называют ядерными (эукариотическими). Эти клетки имеют ядро иорганоиды, выполняющие специфические функции. Особую, неклеточную форму жизни составляют вирусы, изучением которыхзанимается вирусология. Строение и функции оболочки клетки Клетка любого организма, представляет собой целостную живую систему. Онасостоит из трех неразрывно связанных между собой частей: оболочки,цитоплазмы и ядра. Оболочка клетка осуществляет непосредственноевзаимодействие с внешней средой и взаимодействие с соседними клетками (вмногоклеточных организмах). Оболочка клеток. Оболочка клеток имеет сложное строение. Она состоит изнаружного слоя и расположенной под ним плазматической мембраны. Клеткиживотных и растений различаются по строению их наружного слоя. У растений,а также у бактерий, сине-зеленых водорослей и грибов на поверхности клетокрасположена плотная оболочка, или клеточная стенка. У большинства растенийона состоит из клетчатки. Клеточная стенка играет исключительно важнуюроль: она представляет собой внешний каркас, защитную оболочку,обеспечивает тургор растительных клеток: через клеточную стенку проходитвода, соли, молекулы многих органических веществ. Наружный слой поверхности клеток животных в отличие от клеточных стенокрастений очень тонкий, эластичный. Он не виден в световой микроскоп исостоит из разнообразных полисахаридов и белков. Поверхностный слойживотных клеток получил название гликокаликс. Гликокаликс выполняет прежде всего функцию непосредственной связи клетокживотных с внешней средой, со всеми окружающими ее веществами. Имеянезначительную толщину (меньше 1 мкм), наружный слой клетки животных невыполняет опорной роли, какая свойственна клеточным стенкам растений.Образование гликокаликса, так же как и клеточных стенок растений,происходит благодаря жизнедеятельности самих клеток. Плазматическая мембрана. Под гликокаликсом и клеточной стенкой растенийрасположена плазматическая мембрана (лат. “мембрана»-кожица, пленка),граничащая непосредственно с цитоплазмой. Толщина плазматической мембраныоколо 10 нм, изучение ее строения и функций возможно только с помощьюэлектронного микроскопа. В состав плазматической мембраны входят белки и липиды. Они упорядоченорасположены и соединены друг с другом химическими взаимодействиями. Посовременным представлениям молекулы липидов в плазматической мембранерасположены в два ряда и образуют сплошной слой. Молекулы белков необразуют сплошного слоя, они располагаются в слое липидов, погружаясь внего на разную глубину. Молекулы белка и липидов подвижны, что обеспечивает динамичностьплазматической мембраны. Плазматическая мембрана выполняет много важных функций, от которыхзавидят жизнедеятельность клеток. Одна из таких функций заключается в том,что она образует барьер, отграничивающий внутреннее содержимое клетки отвнешней среды. Но между клетками и внешней средой постоянно происходитобмен веществ. Из внешней среды в клетку поступает вода, разнообразные солив форме отдельных ионов, неорганические и органические молекулы. Онипроникают в клетку через очень тонкие каналы плазматической мембраны. Вовнешнюю среду выводятся продукты, образованные в клетке. Транспорт веществ-одна из главных функций плазматической мембраны. Через плазматическуюмембрану из клети выводятся продукты обмена, а также вещества,синтезированные в клетке. К числу их относятся разнообразные белки,углеводы, гормоны, которые вырабатываются в клетках различных желез ивыводятся во внеклеточную среду в форме мелких капель. Клетки, образующие у многоклеточных животных разнообразные ткани(эпителиальную, мышечную и др.), соединяются друг с другом плазматическоймембраной. В местах соединения двух клеток мембрана каждой из них можетобразовывать складки или выросты, которые придают соединениям особуюпрочность. Соединение клеток растений обеспечивается путем образования тонкихканалов, которые заполнены цитоплазмой и ограничены плазматическоймембраной. По таким каналам, проходящим через клеточные оболочки, из однойклетки в другую поступают питательные вещества, ионы, углеводы и другиесоединения. На поверхности многих клеток животных, например, различных эпителиев,находятся очень мелкие тонкие выросты цитоплазмы, покрытые плазматическоймембраной, - микроворсинки. Наибольшее количество микроворсинок находитсяна поверхности клеток кишечника, где происходит интенсивное переваривание ивсасывание переваренной пищи. Фагоцитоз. Крупные молекулы органических веществ, например белков иполисахаридов, частицы пищи, бактерии поступают в клетку путем фагоцита(греч. “фагео” - пожирать). В фагоците непосредственное участие принимаетплазматическая мембрана. В том месте, где поверхность клетки соприкасаетсяс частицей какого-либо плотного вещества, мембрана прогибается, образуетуглубление и окружает частицу, которая в “мембранной упаковке” погружаетсявнутрь клетки. Образуется пищеварительная вакуоль и в ней перевариваютсяпоступившие в клетку органические вещества. Цитоплазма. Отграниченная от внешней среды плазматической мембраной,цитоплазма представляет собой внутреннюю полужидкую среду клеток. Вцитоплазму эукариотических клеток располагаются ядро и различные органоиды.Ядро располагается в центральной части цитоплазмы. В ней сосредоточены иразнообразные включения - продукты клеточной деятельности, вакуоли, а такжемельчайшие трубочки и нити, образующие скелет клетки. В составе основноговещества цитоплазмы преобладают белки. В цитоплазме протекают основныепроцессы обмена веществ, она объединяет в одно целое ядро и все органоиды,обеспечивает их взаимодействие, деятельность клетки как единой целостнойживой системы. Эндоплазматическая сеть. Вся внутренняя зона цитоплазмы заполненамногочисленными мелкими каналами и полостями, стенки которых представляютсобой мембраны, сходные по своей структуре с плазматической мембраной. Этиканалы ветвятся, соединяются друг с другом и образуют сеть, получившуюназвание эндоплазматической сети. Эндоплазматическая сеть неоднородна по своему строению. Известны два еетипа - гранулярная и гладкая. На мембранах каналов и полостей гранулярнойсети располагается множество мелких округлых телец - рибосом, которыепридают мембранам шероховатый вид. Мембраны гладкой эндоплазматической сетине несут рибосом на своей поверхности. Эндоплазматическая сеть выполняет много разнообразных функций. Основнаяфункция гранулярной эндоплазматической сети - участие в синтезе белка,который осуществляется в рибосомах. На мембранах гладкой эндоплазматической сети происходит синтез липидов иуглеводов. Все эти продукты синтеза накапливаются в каналах и полостях, азатем транспортируются к различным органоидам клетки, где потребляются илинакапливаются в цитоплазме в качестве клеточных включений.Эндоплазматическая сеть связывает между собой основные органоиды клетки. Рибосомы. Рибосомы обнаружены в клетках всех организмов. Этомикроскопические тельца округлой формы диаметром 15-20 нм. Каждая рибосомасостоит из двух неодинаковых по размерам частиц, малой и большой. В одной клетке содержится много тысяч рибосом, они располагаются либо намембранах гранулярной эндоплазматической сети, либо свободно лежат вцитоплазме. В состав рибосом входят белки и РНК. Функция рибосом - этосинтез белка. Синтез белка - сложный процесс, который осуществляется неодной рибосомой, а целой группой, включающей до нескольких десятковобъединенных рибосом. Такую группу рибосом называют полисомой.Синтезированные белки сначала накапливаются в каналах и полостяхэндоплазматической сети, а затем транспортируются к органоидам и участкамклетки, где они потребляются. Эндоплазматическая сеть и рибосомы,расположенные на ее мембранах, представляют собой единый аппарат биосинтезаи транспортировки белков. Митохондрии. В цитоплазме большинства клеток животных и растенийсодержатся мелкие тельца (0,2-7 мкм) - митохондрии (греч. «митос» - нить,«хондрион» - зерно, гранула). Митохондрии хорошо видны в световой микроскоп, с помощью которого можнорассмотреть их форму, расположение, сосчитать количество. Внутреннеестроение митохондрий изучено с помощью электронного микроскопа. Оболочкамитохондрии состоит из двух мембран - наружной и внутренней. Наружнаямембрана гладкая, она не образует никаких складок и выростов. Внутренняямембрана, напротив, образует многочисленные складки, которые направлены вполость митохондрии. Складки внутренней мембраны называют кристами (лат.«криста» - гребень, вырост) Число крист неодинаково в митохондриях разныхклеток. Их может быть от нескольких десятков до нескольких сотен, причемособенно много крист в митохондриях активно функционирующих клеток,например мышечных. Митохондрии называют «силовыми станциями» клеток» так как их основнаяфункция - синтез аденозинтрифосфорной кислоты (АТФ). Эта кислотасинтезируется в митохондриях клеток всех организмов и представляет собойуниверсальный источник энергии, необходимый для осуществления процессовжизнедеятельности клетки и целого организма. Новые митохондрии образуются делением уже существующих в клеткемитохондрий. Пластиды. В цитоплазме клеток всех растений находятся пластиды. В клеткахживотных пластиды отсутствуют. Различают три основных типа пластид: зеленые- хлоропласты; красные, оранжевые и желтые - хромопласты; бесцветные -лейкопласты. Хлоропласт. Эти органоиды содержатся в клетках листьев и других зеленыхорганов растений, а также у разнообразных водорослей. Размеры хлоропластов4-6 мкм, наиболее часто они имеют овальную форму. У высших растений в однойклетке обычно бывает несколько десятков хлоропластов. Зеленый цветхлоропластов зависит от содержания в них пигмента хлорофилла. Хлоропласт -основной органоид клеток растений, в котором происходит фотосинтез, т. е.образование органических веществ (углеводов) из неорганических (СО2 и Н2О)при использовании энергии солнечного света. По строению хлоропласты сходны с митохондриями. От цитоплазмы хлоропластотграничен двумя мембранами - наружной и внутренней. Наружная мембранагладкая, без складок и выростов, а внутренняя образует много складчатыхвыростов, направленных внутрь хлоропласта. Поэтому внутри хлоропластасосредоточено большое количество мембран, образующих особые структуры -граны. Они сложены наподобие стопки монет. В мембранах гран располагаются молекулы хлорофилла, потому именно здесьпроисходит фотосинтез. В хлоропластах синтезируется и АТФ. Междувнутренними мембранами хлоропласта содержатся ДНК, РНК и рибосомы.Следовательно, в хлоропластах, так же как и в митохондриях, происходитсинтез белка, необходимого для деятельности этих органоидов. Хлоропластыразмножаются делением. Хромопласты находятся в цитоплазме клеток разных частей растений: вцветках, плодах, стеблях, листьях. Присутствием хромопластов объясняетсяжелтая, оранжевая и красная окраска венчиков цветков, плодов, осеннихлистьев. Лейкопласты. находятся в цитоплазме клеток неокрашенных частей растений,например в стеблях, корнях, клубнях. Форма лейкопластов разнообразна. Хлоропласты, хромопласты и лейкопласты способны клетка взаимномупереходу. Так при созревании плодов или изменении окраски листьев осеньюхлоропласты превращаются в хромопласты, а лейкопласты могут превращаться вхлоропласты, например, при позеленении клубней картофеля. Аппарат Гольджи. Во многих клетках животных, например в нервных, он имеетформу сложной сети, расположенной вокруг ядра. В клетках растений ипростейших аппарат Гольджи представлен отдельными тельцами серповидной илипалочковидной формы. Строение этого органоида сходно в клетках растительныхи животных организмов, несмотря на разнообразие его формы. В состав аппарата Гольджи входят: полости, ограниченные мембранами ирасположенные группами (по 5-10); крупные и мелкие пузырьки, расположенныена концах полостей . Все эти элементы составляют единый комплекс. Аппарат Гольджи выполняет много важных функций. По каналамэндоплазматической сети к нему транспортируются продукты синтетическойдеятельности клетки - белки, углеводы и жиры. Все эти вещества сначаланакапливаются, а затем в виде крупных и мелких пузырьков поступают вцитоплазму и либо используются в самой клетке в процессе еежизнедеятельности, либо выводятся из нее и используются в организме.Например, в клетках поджелудочной железы млекопитающих синтезируютсяпищеварительные ферменты, которые накапливаются в полостях органоида. Затемобразуются пузырьки, наполненные ферментами. Они выводятся из клеток впроток поджелудочной железы, откуда перетекают в полость кишечника. Ещеодна важная функция этого органоида заключается в том, что на его мембранахпроисходит синтез жиров и углеводов (полисахаридов), которые используются вклетке и которые входят в состав мембран. Благодаря деятельности аппаратаГольджи происходят обновление и рост плазматической мембраны. Лизосомы. Представляют собой небольшие округлые тельца. От Цитоплазмыкаждая лизосома отграничена мембраной. Внутри лизосомы находятся ферменты,расщепляющие белки, жиры, углеводы, нуклеиновые кислоты. К пищевой частице, поступившей в цитоплазму, подходят лизосомы, сливаютсяс ней, и образуется одна пищеварительная вакуоль , внутри которой находитсяпищевая частица, окруженная ферментами лизосом. Вещества, образовавшиеся врезультате переваривания пищевой частицы, поступают в цитоплазму ииспользуются клеткой. Обладая способностью к активному перевариванию пищевых веществ, лизосомыучаствуют в удалении отмирающих в процессе жизнедеятельности частей клеток,целых клеток и органов. Образование новых лизосом происходит в клеткепостоянно. Ферменты, содержащиеся в лизосомах, как и всякие другие белкисинтезируются на рибосомах цитоплазмы. Затем эти ферменты поступают поканалам эндоплазматической сети к аппарату Гольджи, в полостях которогоформируются лизосомы. В таком виде лизосомы поступают в цитоплазму. Клеточный центр. В клетках животных вблизи ядра находится органоид,который называют клеточным центром. Основную часть клеточного центрасоставляют два маленьких тельца - центриоли, расположенные в небольшомучастке уплотненной цитоплазмы. Каждая центриоль имеет форму цилиндрадлиной до 1 мкм. Центриоли играют важную роль при делении клетки; ониучаствуют в образовании веретена деления. Клеточные включения. К клеточным включениям относятся углеводы, жиры ибелки. Все эти вещества накапливаются в цитоплазме клетки в виде капель изерен различной величины и формы. Они периодически синтезируются в клетке ииспользуются в процессе обмена веществ. Ядро. Каждая клетка одноклеточных и многоклеточных животных, а такжерастений содержит ядро. Форма и размеры ядра зависят от формы и размераклеток. В большинстве клеток имеется одно ядро, и такие клетки называютодноядерными. Существуют также клетки с двумя, тремя, с несколькимидесятками и даже сотнями ядер. Это - многоядерные клетки. Ядерный сок - полужидкое вещество, которое находится под ядернойоболочкой и представляет внутреннюю среду ядра. Химический состав клетки. Неорганические вещества Атомный и молекулярный состав клетки. В микроскопической клеткесодержится несколько тысяч веществ, которые участвуют в разнообразныххимических реакциях. Химические процессы, протекающие в клетке,- одно изосновных условий ее жизни, развития и функционирования. Все клетки животных и растительных организмов, а также микроорганизмовсходны по химическому составу, что свидетельствует о единстве органическогомира. Содержание химических элементов в клеткеЭлементы Количество (в %) Элементы Количество (в %)Кислород 65-75 Кальций 0,04-2,00Углерод 15-16 Магний 0,02-0,03Водород 8-10 Натрий 0,02-0,03Азот 1,5-3,0 Железо 0,01-0,015Фосфор 0,2-1,0 Цинк 0,0003Калий 0,15-0,4 Медь 0,0002Сера 0,15-0,2 Йод 0,0001Хлор 0,05-0,1 Фтор 0,0001 В таблице приведены данные об атомном составе клеток. Из 109 элементовпериодической системы Менделеева в клетках обнаружено значительное ихбольшинство. Особенно велико содержание в клетке четырех элементов -кислорода, углерода, азота и водорода. В сумме они составляют почти 98%всего содержимого клетки. Следующую группу составляют восемь элементов,содержание которых в клетке исчисляется десятыми и сотыми долями процента.Это сера, фосфор, хлор, калий, магний, натрий, кальций, железо. В сумме онисоставляют 1.9%. Все остальные элементы содержатся в клетке в исключительномалых количествах (меньше 0,01%) Таким образом, в клетке нет каких-нибудь особенных элементов, характерныхтолько для живой природы. Это указывает на связь и единство живой и неживойприроды. На атомном уровне различий между химическим составом органическогои не органического мира нет. Различия обнаруживаются на более высокомуровне организации - молекулярном. Биология опухолевой клетки Клетка многоклеточного организма может существовать в двух состояниях:нормальном и трансформированном, т.е. опухолевом. Для исследовательскихцелей во многих случаях более удобна культура опухолевых клеток. Опухолевая клетка по многим биохимическим признакам отличается отнормальной. Её наиболее характерным отличительным свойством являетсяспособность к непрерывному делению, которое не подчиняется регуляторнымсигналам организма. В результате деления из одной клетки образуются две,также способные к бесконтрольному делению, т.е. способность кнерегулируемому делению передается по наследству. Увеличение размераопухоли происходит за счет размножения исходной опухолевой клетки, а непревращения новых нормальных клеток в опухолевые. Отсюда следует, что изодной опухолевой клетки в организме может возникнуть опухолевой узел. Имеются прямые доказательства того, что опухоли человека имеютмоноклональное происхождение (клон - некоторое количество клеток,произошедших от одной родительской клетки в результате ее деления). Помимо способности к бесконтрольному росту еще два свойства опухолейопределяют их опасность для жизни организма: способность к инвазии иметастазированию. Инвазия - явление прорастания опухоли в нормальные ткани, нарушая ихпитание, функционирование, что приводит их к гибели. Метастазирование - это способность злокачественной опухолиобразовывать опухолевые узлы в отдаленных от первичной опухоли частяхорганизма. Опухолевые клетки, в отличие от нормальных, плохо скрепленымежду собой. Отрываясь от основного узла, одиночные опухолевые клетки токомкрови или лимфы разносятся по всему организму. В некоторых органах онимогут задержаться и начать делиться, что приведет к образованию новыхопухолевых узлов, способных к инвазии, таким образом, даже если опухольпоражен не жизненно важный орган, то и в этом случае способность опухоли кметастазированию делает ее опасной для жизни. Особый интерес представляет вопрос, может ли идти обратный процесс,т.е. может ли из опухолевой клетки образоваться нормальная? Датьположительный ответ, разумеется, никто не решится, но в то же время имеютсяданные, свидетельствующие о теоретической возможности перерождения -нормализации опухолевых клеток. Было отмечено, что при введении некоторых веществ (масляной кислоты,диметилсульфоксида, витамина А и др.) в клеточную культуру опухоли, клеткипо некоторым биохимическим признакам становились похожими на нормальные,однако при удалении этих веществ клетки вновь приобретали опухолевые черты. Беатриса Минц, одна из исследователей рака, пересаживала клеткутератомы - опухоли семенников черной мыши в полость бластулы (этап развитияоплодотворенной яйцеклетки) белой мыши. Через положенный срок рождалисьмышата, которые отличались от контрольных только тем, что они были пестрыми- на белой шкурке были черные полосы. Следовательно, в окружении нормальныхклеток опухолевая клетка включилась в процессы развития организма какнормальная клетка. Наконец, каждый из нас слышал о чудесных случаях исчезновенияопухолей и выздоровления больных раком. Анализ историй болезней людей,болевших в стадии, когда медицина была бессильна им помочь и никакоголечения не проводилось, показывает, что очень малая доля больных посовершенно непонятным причинам выздоравливала. Погибали ли опухолевыеклетки в организме в результате изменений в функционировании всегоорганизма, превращались ли они в нормальные клетки - совершенно неизвестно. Итак, рак это с одной стороны генетическое заболевание, когдаломается заранее заданная программа клеточного деления и клетка переходит врежим безостановочного самовоспроизводства, а с другой стороны - иммунноезаболевание, поскольку происходит нарушение координации в системе надзораза тем, чтобы клетки, нарушившие закон о строгом выполнении программыразвития, уничтожались. Клонирование Введение Термин "клонирование" стремительно вошел в широкий лексикон околодвух лет назад: тогда специалисты Рослинского института в Шотландиисообщили и существовании овечки Долли, появившейся на свет методомбесполого размножения. Кейт Кемпбелл и его сотрудники брали клетки изгрудной железы шестилетней беременной овцы ( в таком случае эти клеткилучше могут делиться), извлекали из полученной культуры ядра и внедряли ихв предварительно очищенные от собственных ядер яйцеклетки других овечек.После нескольких сотен опытов одна из подобных манипуляций удалась: такимпутем на свет появилась Долли - овечка, генетический код которой тождественкоду овцы-донора. В воздухе запахло сенсацией: если таким методом удается создатьмлекопитающую овечку, то почему нельзя тем же путем произвести и не менеемлекопитающего человека? А была ли Долли? Возможно, что споры юристов и политиков вокруг допустимостиклонирования человека получат неожиданное завершение. Видные биологинедавно высказали серьезные сомнения в чистоте эксперимента с овцой Долли.Заявления скептиков стали темой горячих дебатов среди генетиков. Критикеподвергнут научный отчет, опубликованный Яном Уилмутом и его коллегами изРослинского института в Шотландии, где появилась на свет Долли. Оппоненты утверждают, что авторы отчета не сумели доказать, что Доллии ее "мать" обладают одинаковой генетической структурой. А без этогоневозможно установить, действительно ли Долли является клоном взрослогоживотного. В стане скептиков оказался и нобелевский лауреат профессорУолтер Гилберт из Гарвардского университета США. Его сомнения основываютсяна том, что клетки, которые использовались для создания Долли, были взяты уовцы, умершей за 3 года до ее рождения. Клетки были заморожены для другихцелей, поэтому невозможно напрямую сравнить наследственный материал Долли сее живым клоном. Профессор Нортон Зиндер, специалист в области молекулярной генетикииз университета Рокфеллера в Нью-Йорке, не исключает, что родительницейзнаменитой овцы стала "заблудившаяся" клетка зародыша. Известны случаи,когда эмбриональные клетки попадали в кровь беременных животных."Клонирование Долли было единственной удачей из 400 попыток. Это анекдот, ане результат. Во время эксперимента могли произойти любые вообразимые иневообразимые ошибки", - утверждает Зиндер. Высказывают сомнения и более основательные. Хотя каждая отдельнаяклетка несет в себе полную наследственную информацию о нем, большинствогенов быстро "отключается". Клетки специализируются, так что, например, изклетки печени не сможет получиться клетка мозга. Доказательство происхождения Долли, считают, профессор Клаус Раевски,директор Института генетики Кельнского университета, и его коллега ВернерМюллер, не обладает стопроцентной генетической достоверностью. Нельзяисключить и путаницу с исходными клетками. В целом, шотландские создателиДолли в течение нескольких месяцев проделали 834 опыта по клонированию,используя три различных типа клеток, размеры которых составляют всегонесколько тысячных долей миллиметра. Возможно и "загрязнение" клетоквымени. В чашке Петри, очевидно, могли плавать и другие вещества, чтопризнает даже сам "автор" Долли Ян Уилмут. Сомнения могла бы устранитьтолько вторая Долли, то есть успешное повторение шотландского эксперимента. Клонирование - ключ к вечной молодости? Немало спекуляций и домыслов появилось в последнее время относительнонового способа "изготовления" людей путем клонирования. Тут и страхипоявления нового Гитлера и ему подобных, и рассуждения в духе апокалипсисао том, что в будущем клоны вытеснят и уничтожат "нормальных людей", идругие тому подобные ужасы. За всю историю человечество сотворило немало глупостей, но возможныйзапрет клонирования рискует побить все рекорды. Ибо оно, клонирование, непросто гуманно по своей сути, но способно кардинально решить такиепроблемы, как трансплантация органов, возможность иметь детей при самыхтяжелых случаях бесплодия и одиноким людям, а также шанс потерявшим ребенкародителям хоть немного смягчить свое горе, воспитывая двойника. Трансплантация клонируемых органов способна спасти миллионы людей,умирающих по всему свету из-за дефицита органов, который создается, кстати,из-за всевозможных ограничений, навязанных "моралистами": целостность трупаи его неприкосновенность после смерти. Вторым важным следствием трансплантации клонируемых частей тела можетстать пересадка утраченных органов: рук, ног, глаз и т.д. Лишить людейнадежды забыть про инвалидность и стать нормальными людьми - разве это не ввысшей степени негуманно? Культивирование клеток растений Полемика, вызванная успешным клонированием ряда животных, почему-тооставила в тени успехи, связанные с клонированием растений. Ведь ужедостаточно давно мы имеем дело либо непосредственно с растениями,разводимыми на основе клонирования, либо с веществами, полученными изкультивируемых растительных клеток и тканей. Так, с помощью культивированиямеристемы, гарантирующего безвирусность растения, были выведены всюдупродаваемые гвоздики, хризантемы, герберы и другие декоративные растения.Также можно купить и цветки экзотических орхидных растений, производствоклонов которых уже имеет промышленную основу. Некоторые сорта клубники,малины, цитрусовых выведены с использованием техники клонирования. Преждедля выведения нового сорта требовалось 10-30 лет, теперь же, благодаряприменению методов культивирования тканей этот период сокращен донескольких месяцев. Весьма перспективными признаются работы, связанные спроизводством на основе культивирования тканей растений лекарственных итехнических веществ, которые невозможно получить путем синтеза. Так, ужеполучают подобным способом из клеточных структур барбариса изохинолиновыйалкалоид берберин, а из женьшеня - гинсеносид. Основу культивирования растительных клеток и тканей составляютсодержащаяся в каждой клетке информация о всех свойствах и возможностяхорганизма и способность клетки к самостоятельному обмену веществ. Длякультивирования подходят различные органы растений. Как правило, используютмолодые листья и осевые побеги верхних мутовок, а также столоны, клубни,пыльники, кончики корней, пазушные почки и другие части растения.Меристемные ткани верхушек ростовых побегов и корней имеют особое значениедля получения безвирусных клонов. Отобранный материал стерилизуетсяразличными веществами. При этом необходимо соблюсти баланс времени, чтобы,с одной стороны, его продолжительность обеспечила уничтожениемикроорганизмов, с другой - не повредила бы клетки самой растительнойткани. Подготовка материала к культивированию завершается многократнымобмывом стерильной водой, после чего его помещают в стерильную рабочуюбанку на питательную среду и растят обязательно в стерильных условиях. Свойство питательной среды определяются поставленными целямикультивирования растительного материала, поскольку именно от заданныхусловий зависит конечный продукт. Питательная среда бывает жидкой илитвердой. Она, как правило, состоит из большого числа синтетических веществс заданной концентрацией. Поскольку изолированные растительные клетки иткани большей частью являются гетеротрофными, в ней должен содержатьсяорганически связанный углерод, источником которого обычно служат глюкозаили сахароза. Азот добавляется в форме нитратов, используемых клетками спомощью нитратредуктазы. Применяют также фосфор, калий, кальций, магний,сульфаты. Необходимым компонентом являются витамины, в особенности группы В(В1, В2, В6), миоинозит, биотин, а также аминокислоты и органические соли.К безусловно необходимым микроэлементам относятся бор, марганец, иод, медь,кобальт, молибден. Так, недостаток марганца препятствует синтезу белков,уменьшает количество РНК и приводит к увеличению содержания свободныхаминокислот. Железо имеет значение для деления ядра и для деятельностидыхательных ферментов. Наконец, необходимо наличие в питательной среде рядафитогормонов. Манипулируя концентрациями различных веществ в питательныхсредах, кислотностью последних, температурой, освещенностью и влажностью вкамерах для культивирования, можно получить растения и вещества стребуемыми свойствами. В зависимости от используемых растительных клеток итканей, способов культивирования различают следующие основные типыструктур: каллюсные, суспензионные, протопластов, меристематические,пыльников. Каллюсные структуры Для каллюсных структур исходным материалом является каллюс - этоткань, образующаяся у растений на местах ранений и способствующая ихзаживлению. Она состоит из более или менее однородных паренхимных клеток,начало которым дает раневая меристема. Элементы каллюса малодифференцированы, однако вблизи его поверхности наблюдается рост,обусловленный активностью меристематических клеток. Впоследствии в каллюсевозможна дифференцировка его элементов и образование флоэмы, ксилемы идругих тканей. Наружные клетки каллюса опробковевают. Для культивирования на выбранном органе делают надрез, на всейповерхности которого развивается ткань, состоящая из неорганизованнорастущих клеток. Эта образовавшаяся ткань и культивируется в заданныхусловиях. В зависимости от вида растения и поставленной цели предварительнонеобходимо установить состав питательных сред и концентрации фитогормонов,требуемых для оптимального роста. Каллюсы могут выглядеть очень различно.Они бывают рыхлыми или плотными. Окраска каллюса позволяет судить обобразовании вторичных веществ. Если каллюс содержать в полной темноте, онбеловато-желтый. На свету он образует хлорофилл и становится зеленым.Красный свет указывает на наличие антоциана и бетациана. Чтобы ослабить илиустранить эти эффекты, в питательную среду добавляют поливинилпирролидон,глутатион или аскорбиновую кислоту. Коричневые клетки образуются передотмиранием, поэтому такую ткань необходимо поместить в свежую среду. Придлительном культивировании каллюсы могут терять свой морфогенетическийпотенциал. После нескольких смен питательных сред и при добавлении ростовыхгормонов каллюс дифференцирует и регенерирует, образует осевые побеги,корни и, наконец, все растение целиком, способное к размножению ивыращиванию в грунте. Однако большей частью каллюсы используются в качествеисходного материала для клеточного или суспензионного культивирования. Суспензионная культура Для суспензионных культур исходным материалом могут быть какаизолированные целые клетки выбранного органа растения, так и измельченныйкаллюс. Образовавшиеся клетки помещают в жидкую питательную среду икультивируют при постояном перемешивании. Рост суспензионной культурыпроисходит во многих случаях существенно быстрее, чем каллюсной культуры,поскольку скопления клеток поглощают питательные вещества значительнобольшей общей поверхностью, а у каллюса это происходит лишь в той егочасти, которая лежит на субстрате. При этом происходит деление клеток,новые клетки не отделяются, и их скопление увеличивается. С помощью особыхприемов суспензионную культуру можно перенести на твердую питательнуюсреду. Здесь из клеток или комплексов клеток может образоваться способный кжизни каллюс. В суспензии могут возникнуть также и зародыши, которы послеих переноса на агар образуют новое растение. Культура протопластов. Культуры протопластов получают главным образом из приготовленной измезофила суспензии, обрабатывая ее ферментами, разрушающими клеточныестенки. В результате этого может произойти присоединение чужих органелл, атакже чужой ДНК, которая встраивается в генетический материал ядра, чтоможет выразиться в экспрессивности. Поскольку поверхности протопластовимеют отрицательный заряд, необходимо нейтрализовать их отталкивание другот друга, после чего они соединяются. После слияния происходит регенерацияклеточной стенки. Она образуется менее чем за сутки, после чего клеткиначинают делиться и регенерируют новые растения. Во многих случаяхудавались слияния протопластов разных родительских растений и последующаярегенерация через культуру каллюса нового растения с заданными свойствами.Оказалось возможным скрещивать представителей разных видов и родов, чтопрежде не удавалось. Слиянием протопластов вырастили, например, гибридкартофеля и томата, "томофель". Этот способ имеет коммерческое значение привыведении новых сортов соевых бобов, цитрусовых, сахарного тростника,кукурузы, пшеницы и картофеля. Получен также гибрид двух видов дурмана,содержащий на 25% больше алкалоида тропана в сравнении с родительскимирастениями. Меристематическая культура. Для меристематической культуры используют меристему - образовательнуюткань растений, долго сохраняющую способность к делению и образованию новыхклеток и отличающуюся высокой метаболической активностью. Длякультивирования изолируют конусы нарастания побегов, корней, а такжепазушные почки. Меристематические культуры более известны в садоводстве,так как они дают возможность получить безвирусные клоны. Из этого можносделать вывод, что распределение вирусов в различных частях растениянеравномерное, а меристема их лишена. Из безвирусной меристемы в большомколичестве могут регенерировать генетически идентичные безвирусныерастения. Этот способ используют для выведения сортов картофеля, винограда,а также декоративных растений и в лесоводстве. Культура пыльников. Культура пыльников используется для получения галлоидных растений.Как правило, растение является диплоидным, т.е. в его клетках содержитсядва гомологичных набора хромосом. Только зародышевые клетки являютсягаплоидными. Для получения гаплоидной культуры наиболее удобны незрелыепыльники, в которых пыльцевые зерна находятся еще в стадии, предшествующейпервому делению микроспор на вегетативное и генеративное зерна. Послепереноса стерильных пыльников на питательную среду пыльцевые клеткиначинают делиться. Развивается промежуточный каллюс или сразу образуетсягаплоидный зародыш, который позднее дифференцируется в гаплоидное растение.Такие гаплоидные растения стерильны, но они могут перейти в диплоиды послевоздействия колхицина или слияния протопластов. Так образуются плодовитыегомозиготные чистые линии растений, имеющие большое значение для селекции,поскольку в последующих поколениях всегда встречаются те же заданныепризнаки. Благодаря этому методу выведены новые сорта зерновых и табака, атакже получены многочисленные лекарственные растения с улучшеннымисвойствами. Регенерация Регенерация - явление восстановления целого организма из его части.При культивировании регенерация может происходить разными путями: прямаярегенерация из культур меристемы, верхушечных побегов, пазушных почек иузлов, причем дифференциация управляется фитогормонами, и косвенная, спромежуточной стадией каллюса. В последнем случае возможны также возможныдва пути: при органогенезе определенными концентрациями и соотношениямифитогормонов вызывают образование придаточных побегов и корней; присоматическом эмбриогенезе в каллюсе образуются зародыши, из которыхвырастает растение, затем переносимое в грунт. Список использованной литературы.1) "Биология" - еженедельное приложение к газете "Первое сентября" (№21 1998)2) "Биология" - еженедельное приложение к газете "Первое сентября" (№21 1997)3) "Биология" - еженедельное приложение к газете "Первое сентября" (№7 1998)4) Медицинская газета №34-35 (29 апреля 1998 г.)5) Энциклопедия "Биология"