Урок 11. Застосування методів генної та клітинної інженерії в сучасній селекції.

Урок 11

Тема: Застосування методів генної та клітинної інженерії в сучасній селекції.

1. Застосування методів генної інженерії

   Генна інженерія – це сукупність методик для цілеспрямованоо переносу потрібних генів від одного виду живих організмів до іншого. Організм, в геном яких введено «чужі» гени, називаються трансгенними (рослини та тварини) або трансформованими (бактерії та гриби).

Трансгенні рослини створюють з такими цілями:

1) Підвищення загальної продуктивності

2) Підвищення стійкості до комах-шкідників (за рахунок уведення у геном рослин генів. Які контролюють синтез речовин, токсичних для комах і безпечних для людини та тварини)

3) Підвищення стійкості до гербіцидів

4) Підвищення стійкості до стресових факторів (наприклад гени, що дають стійкість до заморозків та нестачі вологи)

5) Продукування білків, антитіл (інтерферон, імуноглобулін)

6) Отримання чоловічих стерильних рослин

7) Зміна забарвлення у декоративних культур

Транс генні тварини створюються з такою метою:

1) Тварини, які виробляють медичні продукти (корови з отриманням у молоці певних речовин)

2) Тварини, які б давали важливу інформацію для провадження генної терапії у людей (транс генні миші для вивчення пухлинних хвороб)

Різні види трансформованих бактерій використовують для:

1) Бактеріального синтезу речовин

2) Захисту рослин від морозів (запобігають утворенню в клітинах кришталиків льоду)

3) Поїдання нафти після техногенних катастроф

4) Використання у складі миючих засобів замість фосфатів

   Генна інженерія є перспективним напрямком, який у майбутньому дозволить цілеспрямовано поліпшувати спадкові якості організмів, отримувати в необмеженій кількості цінні біологічно активні речовини. Однак, деякі вчені застерігають, що неконтрольовані роботи у галузі генної інженерії можуть призвести до створення небезпечних для людини організмів.

Досягненнями генної інженерії на сьогодні є:

1) Створено високопродуктивні штами мікроорганізмів, які синтезують інсулін, інтерферони, соматотропні (гормон росту), різноманітні ферменти та вітаміни

2) Створено банк генів (колекції генів різних організмів), що є необхідним для подальших досліджень і розвитку генної інженерії

3) Розвиток гемотерапії (лікування спадкових, онкологічних та деяких вірусних захворювань шляхом введення генів у соматичні клітини хворих людей)

2. Застосування методів клітинної інженерії

   Клітинна інженерія – це конструювання клітин нового типу на основі їхнього культивування, гібридизації та реконструкції. Заснована на культивуванні окремих клітин або тканин на штучних поживних середовищах (білковий бульйон або агар-агар). Такі клітинні культури використовують для синтезу цінних речовин, виготовлення посадкового матеріалу, отримання клітинних гібридів.

   Якщо взяти клітини різних органів і тканин або клітини різних організмів, об’єднати їх за допомогою спеціальних прийомів у одну, то утворюється нова гібридна клітина. Властивості цієї клітини істотно різняться від властивостей батьківських клітин. Таким шляхом можна отримувати клітини, що виробляють необхідні людині ліки.

Вирощування клітинних (тканинних) культур 

   Окремі клітини вирощують на поживних середовищах, в результаті чого утворюються клітинні культури. Клітини тварин і рослин., за їх переміщення на поживне середовище, здатні до поділу. Окрім цього клітини рослин є ще й тотипотентними, тобто за певних умов здатні утворити повноцінну рослину. Це надає можливість отримувати цінні речовини. Наприклад, культура клітин женьшеню, так само як і ціла рослина, здатна утворювати біологічно активні речовини. Також можна розмножувати цінні і рідкісні рослини в пробірках. Таким чином створюються безвірусні сорти картоплі та інших рослин.

Гібридизація соматичних клітин

   На сьогодні розроблена методика гібридизації протопластів соматичних клітин. При цьому видаляються клітинні оболонки і зливаються протопласти клітин організмів, що належать до різних видів – картоплі та томату, яблуні та вишні. Отримані гібридні клітини можуть бути основою для створення нових гібридних форм рослин.

   Соматичні клітини містять увесь об'єм генетичної інформації. Це дає можливість вивчати багато питань генетики людини, які неможливо досліджувати на цілому організмі. Соматичні клітини людини отримують із різних органів (шкіра, кістковий мозок, клітини крові, тканини ембріонів). Найчастіше використовують клітини сполучної тканини (фібробласти) і лімфоцити крові. Культивування клітин поза організмом дозволяє отримувати достатню кількість матеріалу для дослідження, який не завжди можна взяти в людини без шкоди для здоров'я.

   Культури соматичних клітин використовуються для визначення мутагенної дії факторів навколишнього середовища. Розширюються можливості точної діагностики хвороб на біохімічному рівні у дорослих і до народження у плодів (пренатальна діагностика). Для подальшого удосконалення цих методів необхідно нагромаджувати лінії клітин з генними і хромосомними мутаціями. Вже організовані "банки" клітинних ліній.

   Перспективним є створення клітин різних типів. Наприклад, за гібридизації лімфоцитів, що здатні виробляти антитіла, з раковими клітинами, утворюються гібриди, які здатні виробляти антитіла як лімфоцити і можуть необмежено розмножуватися в культурі, як ракові клітини.

Створення химерних тварин

    Термін «химера», або генетичний мозаїк, використовується головним чином для одержання організмів, які складаються із генетично різних клітинних популяцій більше ніж від однієї заплідненої яйцеклітини. З вузькогенетичної точки зору химери – це продукти об'єднання двох і більше ембріонів, внаслідок чого вони мають складний комбінований генотип. Є можливим завдяки злиттю ембріонів на ранніх стадіях. 

    Химери можуть поєднувати цінні в господарськім відношенні ознаки, які відсутні у звичайних тварин або слабко виражені. Це стосується антагоністичних ознак, як, наприклад, молочна й м'ясна продуктивність великої рогатої худоби, якість вовни й м'ясна продуктивність овець і т.д. Створення ін'єкційних химер методом введення в ранній ембріон певних ліній клітин дозволить поліпшити імунну систему й підвищити резистентність тварин до хвороб.

   Найбільш часто химери трапляються серед рослин, причому як в природних умовах (під час мутації соматичних клітин), так і в експериментальних умовах (внаслідок оброблення мутагенами, поліплоїдогенами, колхіцином, інших впливів). Рослини, отримані щепленням, теж являють собою химери.

   Найчастіше химеризм трапляється в рослин, що розмножаються вегетативним способом — оскільки лише в цьому разі ознаки химерності зберігаються досить довго. При статевому розмноженні можливо спадкування химерності, яка виникає через настабільність алелей. У цьому випадку спадкування ознак не підкоряється менделевським законам і вважається нестабільною мутациєю. У природі вони рідкісні: утворюються, як правило, лише в результаті випадкової гібридизації або механічних пошкоджень

   Химери тварин — організми, що розвиваються не з одної, а з двох і більше зигот. Зоологічні химери можуть також з'являтися внаслідок трансплантації.

   Прикладом химеризму тварин є фримартинізм — вид аномального гермафродитизму, при якому в самиць розвиваються і яєчники і сіменники. Він супроводжується стерильністю, трапляється у корів та деяких інших тварин — у телят жіночої статі з пар різностатевих близнюків. Відбувається внаслідок формування анастомозів кровоносних судин між різностатевими зародками, через що між ними стається обмін статевими гормонами і попередниками статевих клітин. 

У тваринному світі химеризм може мати різну природу:

1) Ембріональну або онтогенестичну — коли організм формується не з двох, як належить, а з чотирьох гамет. Це стається внаслідок злиття в одну двох запліднених яйцеклітин на ранніх стадіях внутрішньоутробного розвитку.

2) Наслідок трансплантації — виникає після пересаджування органа або тканини (наприклад, кісткового мозку, переливання крові).

   У 1980-х роках була отримана перша штучна міжвидова химера — химера вівці й кози.

   Законодавство США і Євросоюзу виключає можливість проведення будь-яких експериментів з використанням людських клітин. Разом з тим, використання генетичного матеріалу людиноподібних мавп (зокрема, шимпанзе) ніяк не регулюється законодавчо. Оскільки генетична близькість цих мавп з людьми розмиває грань між твариною і людиною, не уявляється чимось фантистичним поява в перспективі людей-химер, тобто хромосомних химер-гібридів між людиною і твариною. Наступним етапом юридичних суперечок може бути питання прав цих химер, окрім того, деякі вже висловлюють занепокоєння, чи не зачепить людської гідності створення химер.

   У травні 2008 року у Палаті громад Великої Британії тривали дебати щодо моральних засад використання людських стовбурових клітин. Вони закінчилися ухваленням рішення, що людські зарідки можуть бути використані в біологічних дослідах, але по закінченні 14 діб вони мають бути знищені.

   11 липня 2005 року законопроект «Про заборону людських химер» був висунутий в Конгресі США сенатором С. Браунбеком, де був «похований» наступного року. Він засновувався на припущеннях, що наука вже сягла рівня, де організм людини і нелюдини можуть бути злиті у нову форму життя. Оскільки це одразу зітре межу між людиною і твариною, це чревате зневагою людської гідності. Окрім того, там містилося зауваження, що химери, будучи сполучною ланкою між людьми й тваринами, сприятимуть поширенню зоонотичних хвороб. Більше спроб якось вплинути на правове регулювання досліджень з химеризації в США не було вчинено.

3. Клонування

   Клонування — це метод розмноження статевороздільних істот (тварин і людей), з допомогою якого в нестатевий спосіб можна отри¬мати новий організм, який буде генетично ідентичним до організ¬му, що передбачається клонувати. 

   Клонування є відомим явищем у рослинному світі. Перші спроби клонування тварин здійснювали¬ся в 30-х pp. XX ст. Но¬вий етап у клонуванні визначають експерименти шотландських уче¬них, які завершилися народженням вівці Доллі (27 лютого 1997 p.). Це досягнення відкриває шлях до клонування людини.

Існують два різні шляхи, з допомогою яких можна досягнути клонування.

1. Перенесення ядра клітини суб’єкта, якого хочуть клонувати (дублювати). Ядро вводять у запліднену або незапліднену яйце¬клітину після видалення або нейтралізації існуючого в ній ядра. Ядро клітини має повний генетичний код певного організму, що дозволяє «відтворити» генетично ідентичний організм. Така техніка передбачає два моменти: видалення ядра з яйцеклітини або одноклітинного ембріона (зиготи) і злиття клітини, з якої береться ядро, з указаною яйцеклітиною або одноклітинним ембріоном з допомогою електричного шоку. Це дає змогу при¬вести в дію процес поділу нового отриманого індивіда, якого по¬тім переносять у матку особини жіночої статі.

2. Розщеплення ембріонів, тобто штучне проведення природного процесу формування ідентичних близнюків (або монозигот), який полягає в мікрохірургічному поділі ембріональних клітин на перших стадіях їхнього розвитку (до 14 днів після запліднен¬ня) на два або більше ідентичних ембріонів. Після цього розді¬лені організми здатні незалежно розвиватися завдяки клітин¬ній поліпотенції — властивості однієї клітини давати початок різним тканинам, що формують організм.

   Напевно, жодне з досягнень науки не викликало у XX столітті більш бурхливих дискусій, ніж клонування. Можливість створювати генетичні копії людини фактично розділила світ на дві частини: тих, хто «за», і тих, хто «проти». 

   Учені-психологи — противники клонування — стверджують: створення людей з ідентичним генетичним кодом протиприродне й аморальне. На це генетики — прихильники ідеї відповідають, що сьогодні у світі живе 150 мільйонів людей, чий генетичний код не є унікальним. Це — близнюки, у яких набагато більше спільного, ніж у клону та його донора, оскільки близнюки найчастіше ростуть у схожих умовах. 

   Наступне заперечення: клонування зменшує генетичну різноманітність і робить людство більш уразливим у випадку епідемій. Однак прихильники ідеї вважають, що загальна кількість клонів буде дуже незначною через високу вартість процедури клонування й небажання більшості жінок виношувати клонів.

   Клонування людини перетинається з моральними проблемами сурогатного материнства. У багатьох випадках сурогатне материнство пов’язане з глибокими переживаннями, воно не може не впливати на плід, що розвивається, почуття й особливості поведінки сурогатної матері. Тим часом статистика стверджує, що із 42 мільйонів родин 47 відсотків бездітні. Клонування й сурогатне материнство сьогодні й у майбутньому — це єдиний вихід для мільйонів людей, які бажають мати власну дитину.

  Клонування може призвести до створення людей-монстрів як у генетичному, так і в моральному сенсі, заперечують педагоги й психологи. Прихильники стверджують, що в такому розумінні набагато небезпечнішою є генна інженерія, оскільки в цьому випадку ДНК не копіюється, а модифікується. 

  Клонування прирівнюється до прийняття на себе ролі Бога, вважають представники релігійної опозиції. Прихильники ідеї відповідають, що святі тексти не містять явної заборони на клонування й нагадують, що будь-яке відкриття в галузі медицини спочатку викликало аналогічні заперечення з боку релігійних діячів. 

   Прихильники клонування стверджують, що переваги, які дає людству це досягнення науки, при розумному регулюванні значно переважать негативні наслідки. Людський клон — це всього-на-всього близнюк донора ДНК, відстрочений за часом. Клоновану людину протягом 9 місяців буде виношувати жінка, вона буде народжуватися й виховуватися в прийомній родині, досягне повноліття через 18 років, тому небезпека появи двійників неможлива. 

   Клонування можна проводити тільки за згодою донора. Жінка, яка має виношувати клоновану людину, робить це добровільно, з нею підписують контракт. Прихильники ідеї вважають, що клонування дасть змогу бездітним родинам мати дітей, а суспільству — відтворювати генетичну інформацію видатних особистостей: акторів, учених, спортсменів, композиторів, музикантів. 

   На думку юристів, клони людини можуть зробити великий внесок у науковий прогрес й культурний розвиток. В окремих випадках, коли передбачаються можливі зловживання, їм можна запобігти за допомогою вузькоспрямованого спеціалізованого законодавства. Спираючись на здоровий глузд і розумне законодавство, клонування людини не є, на думку деяких юристів, тим, чого треба боятися. Прихильники клонування людини пропонують підтримувати наукові дослідження, що прискорять рішення проблеми. Геніальні люди — це найбільша цінність світу. Клонування людини дозволить нам зберегти генетичну інформацію цих людей.

   Результатом цих дискусій стала законодавча заборона експериментів з ембріональними клітинами в більшості країн світу.

3. Домашнє завдання
1) Зробити конспект
2) Виконати тести

Код доступу 633888

посилання
join.naurok.ua

Увага!!! Тест активний до 02 травня до 17.00