Среда, 28 Сентября 2022, 22:27

Биология в лицее

 Сайт учителей биологии МБОУ Лицей № 2 г. Воронежа, РФ               

                               Site biology teachers lyceum № 2 Voronezh city, Russian Federation 









Вы вошли как Гость | Группа "Гости"Приветствую Вас Гость | RSS | Главная | Клонирование | Мой профиль | Регистрация | Выход | Вход

Клонирование
 
Как известно, у растений из отдельных групп соматических клеток тканей взрослого организма можно получить целое растение. Возможность образования у позвоночных животных большого числа клонов связана с поиском небольшого количества недифференцированных или дифференцированных обратимо клеток, способных дать начало новому организму.
 
Клоном называют совокупность клеток или организмов, произошедших от общего предка путём митотического деления, которые имеют одинаковый набор хромосом и абсолютно идентичный генотип. Клонами являются все организмы, возникшие в результате бесполого размножения, например гидры, отпочковавшиеся от одной материнской особи.
 
Этапы клонирования растений. Новое растение (внизу) развивается в результате митотического деления и последующей дифференцировки соматических клеток корня. Вследствие этого оно генетически идентично исходному растению (вверху)
 
Клоны человека это однояйцовые близнецы с идентичными генотипами, рождение которых — не очень большая редкость. Они формируются из одной оплодотворённой яйцеклетки зиготы. Идентичных близнецов у человека может быть более двух, но такие случаи нечасты.
 
Получение идентичных особей у животных при половом размножении представляет большой интерес. Опыты по получению искусственных близнецов — клонов — у животных начались давно. Так, в конце XIX в. немецкий учёный Г. Дриш получил близнецов от морского ежа, разделив двухклеточный зародыш, и вырастил из каждой клетки две идентичные копии.
 
Во время эмбриогенеза клетки животных сохраняют тотипотентность недолго, а с её утратой исчезает и возможность получения идентичных организмов. Было установлено, что у лягушки тотипотентность исчезает после третьего деления зиготы, когда зародыш становится восьмиклеточным.
 
Почти через сто лет датчанин Стин Вилладсен в 1979 г. разработал метод получения близнецов млекопитающих путём разделения эмбрионов ранних стадий развития. Исследователь работал по получению клоновблизнецов овец и коров, получая однояйцовых близнецов из половинок и четвертинок эмбрионов овец и коров на стадии бластоцисты.
 
В 1988 г. в павильоне «Животноводство» на Выставке достижений народного хозяйства СССР демонстрировалась схема получения четырёхпородного химерного быка-производителя Ералаша 8720. На основе четырёх пород был создан гибрид, обладающий ценными качествами, устойчивый к различным заболеваниям.
 
В результате микрохирургических манипуляций с эмбрионами можно получить особей, развивающихся из клеток двух или большего числа животных. Такие гибриды были названы химерными, так как они сочетают в себе признаки нескольких организмов, пород и даже видов. Имеются сведения о рождении химерных телят, ягнят, межвидовых гибридов — овцекоз.
 
В 1952 г. учёные Р. Бриггс и Т. Кинг (США) удачно завершили опыты по пересадке ядер соматических клеток в яйцеклетки.
 
Учёные имплантировали ядра клеток зародышей на ранних стадиях развития в яйцеклетки, освобождённые от собственных ядер. Для подобных операций у позвоночных животных и в настоящее время используются лишь бластомеры на различных стадиях дробления и стволовые клетки, так как соматические клетки сформированного организма животного необратимо дифференцированы и не способны обеспечить полное развитие организма.
 

Англичанин Джон Гёрдон для разрушения ядер в яйцеклетках шпорцевых лягушек использовал облучение большими дозами ультрафиолетовых лучей. Потом в каждую яйцеклетку шпорцевой лягушки, имеющей белую окраску, вводил ядро из соматической клетки кишечного эпителия головастика с тёмной окраской покровов тела, который в данном случае выступал донором ядер. Из реконструированных зигот, образовавшихся на основе яйцеклетки и генетического материала головастика, в некоторых случаях развились взрослые особи. Интересно, что все они имели тёмную окраску кожи, что свидетельствовало о проявлении признака, закодированного в имплантированном ядре головастика.

Схема опытов Д. Гёрдона по пересадке ядер соматических клеток в лишённую ядра яйцеклетку

Этот пример доказал, что наследственный материал соматических клеток способен сохраняться полным в функциональном отношении, а дифференцировка клеток является результатом активизации и блокировки определённых генов. При использовании этого метода созданы клоны не только некоторых амфибий, но и рыб, имеющих хозяйственное значение. В 1981 г. удалось клонировать мышей, а позже кроликов и других животных.

 
Схема клонирования кроликов
 
Стволовые клетки, как уже отмечалось, обладают тотипотентностью, участвуют в обновлении и восстановлении организма животного. 
 
Они находятся в красном костном мозге, селезёнке, эпидермисе, эпителии кишечника и других тканях и органах. Стволовые клетки способны к делению в «аварийных» ситуациях, при естественной возрастной или физиологической гибели специализированных клеток. Они индивидуальны для каждого типа тканей, но в их пределах могут развиваться в разных направлениях. Например, делящиеся клетки кроветворной ткани млекопитающих (костный мозг) дифференцируются в различные клетки крови — эритроциты, лейкоциты (лимфоциты, гранулоциты и т. п.), тромбоциты и др. Причём при делении стволовых клеток происходит их самоподдерживание: одна из дочерних клеток остаётся стволовой, а другая дифференцируется в специализированную клетку. При выделении стволовых клеток и переносе их в другой орган они продуцируют клетки этого органа. В этом случае специализацию стволовых клеток определяют окружающие их клетки. На искусственной питательной среде из стволовых клеток в будущем станут выращивать ткани и органы человека, что решит проблему донорских органов. Первые попытки терапевтического клонирования предпринимаются уже в настоящее время.
 
 
Терапевтическое клонирование. Использование дифференцирующих факторов для получения из эмбриональных стволовых клеток компонентов разных тканей
 
Уникален опыт по получению овцы Долли методом реконструкции клеток. Это животное стало научной сенсацией конца прошедшего тысячелетия. Овечка появилась на свет в результате многочисленных манипуляций с клетками, подбором питательных сред для их культивирования и суррогатных животных для развития эмбрионов. Термины «суррогатная мать», «суррогатная самка» появились не так давно и связаны с вынашиванием в матке генетически чужого плода. Родилась овца Долли в феврале 1997 г.
 
Для получения клонированного животного на искусственных питательных средах были подготовлены культуры трёх типов клеток разных пород овец: клетки молочной железы беременной овцы породы финский дорсет, фибробласты соединительной ткани плода породы чёрная уэльская, эмбриональные клетки породы безрогая дорсет. Эти клетки выращивались с целью получения донорного генома. В дальнейшем ядра клеток-доноров имплантировались в яйцеклетки с энуклеированными (удалёнными) ядрами.

Рекомбинированные диплоидные зиготы стимулировали к дроблению импульсами электрического тока. В дальнейшем их культивировали в перевязанных яйцеводах овец, а также на искусственных питательных средах. Большинство реконструированных клеток делились и успешно достигли стадии бластоцисты. По истечении шести дней подготовленные так эмбрионы имплантировались в матки суррогатных самок овец. В матку каждой овцы-реципиента было пересажено от одного до трёх эмбрионов.

Все эмбрионы с ядрами фибробластных клеток овец породы чёрная уэльская и эмбриональных клеток овец породы безрогая дорсет погибали. Для получения одной рекомбинированной овечки Долли учёными было проведено слияние 277 яйцеклеток с удалёнными ядрами из клеток молочной железы, а из образовавшихся 29 эмбрионов только один развился до жизнеспособного плода. Все остальные трансплантированные эмбрионы погибли на поздних стадиях беременности (в основном из-за аномалий в развитии печени).

Долли родилась через 148 дней после трансплантации эмбриона в матку реципиентной матери. Нормально сформированная овечка весила 6,6 кг.  Долли не имела отца, зато в её появлении на свет принимали участие сразу три матери. Назовём их условно: первая, вторая, третья. Первая — донор генетического материала (ядро получено из клетки молочной железы), вторая овца — клеточный реципиент для пересаженного ядра, донор яйцеклетки, третья — реципиент для вынашивания эмбриона.

Опыт по клонированию овечки Долли

Дедифференциация соматических ядер в реконструированных клетках. Каково же теоретическое обоснование этого явления? Клонирование Долли удалось осуществить благодаря выдерживанию дифференцированных ядер соматических клеток на стадии покоя, специфичности самих ядер клеток молочных желёз беременных овец, а также, как предполагают эмбриологи и биотехнологи, особенностям эмбриогенеза овец. Зигота (реконструированная яйцеклетка) овцы в течение нескольких суток три раза делится. Учёные предполагают, что ДНК ядра клетки молочной железы, введённая в клетку (реципиент), за это время освобождается от специфических для неё регуляторных белков, а гены эмбрионального развития связываются с инициаторными факторами цитоплазмы яйцеклетки. Таким образом, геном клетки переориентировался на обеспечение полного цикла развития организма. Имплантированные в  яйцеклетки соматические ядра из клеток, утративших тотипотентность, приобретали это свойство заново только на некоторое время. Надо полагать, дедифференцировка генома донорского соматического ядра была неполной. Долли отличалась злобным характером и очень быстро умерла.

Однако не исключена возможность, что донорское ядро было имплантировано не из дифференцированной клетки молочной железы, а из эпителиальной стволовой клетки той же молочной железы. Такой поворот событий, если он в действительности имел место, несколько облегчает теоретическую обоснованность и механизмы получения клонированного животного.
 
Клеточные технологии
 
Итак, создание клонированных животных с помощью переноса соматических ядер в яйцеклетки в любом случае стало реальным событием. Можно ли эти процессы поставить на поток и превратить в обыденное дело получения не только овец, но и других домашних животных и межвидовых гибридов? Можно ли создать непрерывную культуру яйцеклеток с соматическими тотипотентными ядрами, которые будут использоваться для трансплантации, а в дальнейшем для получения эмбрионов и молодняка? На все эти вопросы однозначных ответов ещё нет, но возможности их появления в дальнейшем несомненны.
 
Развитие любого организма происходит очень сложно и отличается во многом от развития даже родственного ему, не говоря уже о полученных гибридах методом реконструкции совершенно разных организмов. Проблема осложнена недостаточной изученностью тонких механизмов регуляции процессов транскрипции в клетках на различных стадиях эмбрионального развития, влияния на ДНК инициирующих факторов цитоплазмы клетки, соответствия протекания процессов в ядре и цитоплазме. В этой области клеточной инженерии на данном этапе её развития вопросов больше, чем ответов. К сожалению, овечка Долли через несколько лет умерла. В ходе наблюдений за Долли было установлено, что она быстро старела и её физическое состояние перед смертью было таким же, как у старой особи.
  • Значительные успехи достигнуты в области районирования культурных растений в различных климатических условиях.
  • Размножение гибридных — мичуринских — сортов осуществляется вегетативным путём.
  • В условиях непрерывного роста населения актуальным является выведение новых высокопродуктивных пород животных и сортов растений.
 
Следующая страница "Генетическая инженерия" >
 

Меню сайта

Календарь

«  Сентябрь 2022  »
ПнВтСрЧтПтСбВс
   1234
567891011
12131415161718
19202122232425
2627282930

Статистика


Онлайн всего: 5
Гостей: 5
Пользователей: 0

Наш опрос

Как часто вы посещаете сайт "Биология в лицее"?
Всего ответов: 11342

Мини-чат



Поиск