Kaj je celični inženiring? Genetski in celični inženiring

Že dolgo je človek sanjal, da so živali, ki jih je vzgajal, večje, močnejše in bolj produktivne. Da bi pridelki, ki jih goji, zorili v najkrajšem možnem času, ne bi bili prizadeti s škodljivci in boleznimi, rasli bi tudi v pogojih nižjih temperatur okolja in odsotnosti rednih dežev.

Do neke mere bi se lahko vsi ti načrti izvajali z izbiro, vendar je ta proces zelo dolg in nihče ne more zagotoviti, da bo popolnoma uspešen. Poleg tega ta metoda ne pomaga, da se v enem organizmu združijo značilnosti več vrst hkrati. Seveda, če se lahko naravno križajo, je to mogoče, v drugih primerih pa lahko sanjamo le o potrebnih dednih lastnostih.

Osnovna tehnologija

Glavni način za doseganje takšnih rezultatov je celični inženiring. Najbolj podrobne tehnike so delale na nekaterih mikroorganizmih. Na splošno so nadaljnje možnosti in obeti v tej smeri preprosto ogromni. Trenutno poteka poglobljen razvoj za izolacijo posameznih genov, ki jih lahko vstavimo v telo. Preprosto povedano, mogoče bo ustvariti hišne ljubljenčke in rastline, ki bodo imele strogo določen atribut in želen videz.

Ne pozabite, da je celično inženirstvo mikroorganizmov omogočilo pridobivanje "večnamenskih" bakterij, ki lahko na primer razgradijo polietilen biološko. Poleg tega so modificirane bakterije idealni material za proizvodnjo cepiva. Lahko so povsem varni (kar omogoča uporabo "živih" zdravil) zaradi popolnoma odsotne virulence, vendar imajo celoten spekter antigenov njihovih "divjih" prednikov.

Končno je bil celični inženiring rastlin dovoljen slavni kvadratne lubenice in limonine. Njemu dolgujemo videz krompirja, ki ga ličinke in odrasli krompirjevega hrošča ne jedo. Zaradi genetskih raziskav se je pojavila pšenica, ki z lahkoto prinese odličen pridelek na slano (!) Tleh!

Metode inženiringa celic

Vsi rastlinske celice lastnost totipotence je neločljivo povezana (takrat, ko se posamezna celica lahko razvije v cel organizem). V kmetijstvu to daje neomejene možnosti v poskusih za razvoj novih vrst pridelkov, ki so koristni za človeka. Celični inženiring v živinoreji je zelo obetaven. Trenutno imajo znanstveniki veliko izkušenj pri zbiranju in shranjevanju somatske celice Različne pasme živali in vitro. Predvsem gre za shranjevanje materiala v nizkih temperaturnih pogojih.

Mimogrede, kakšne so metode inženiringa živalskih celic? Pogovorimo se o njih.

Zgodnja ločitev zarodkov

Danes je metoda ločevanja zgodnjih zarodkov še posebej obetavna. Prvo spodbudo tej smeri je dala transplantologija, ki se je začela razvijati, katere metode so omogočile shranjevanje velikega števila pridobljenih zarodkov. Na splošno je prvi uspešen poskus pri ločevanju embrionalnega materiala na stopnjah 2–8 izvedel Willard (v angleščini, Cambridge). Pomanjkljivost te metode je njena zapletenost, zato je to delovanje mogoče izvesti le v dobro opremljeni zdravstveni ustanovi.

Preprosto povedano, to je izjemno kompleksna biotehnologija. Celični inženiring v našem času uporablja precej enostavnejše metode.

Kasna ločitev klic

Znanstveniki so tako začeli manipulirati z zarodnim materialom le v kasnejših fazah (morula, blastocista). Bistvo metode je, da se najprej odpre prosojno območje (pellucida), po katerem je zarodek skrbno razdeljen na dva dela. Ena polovica ostane na istem mestu, drugi del pa v prej pripravljeno cono.

Že pred nekaj leti je stopnja preživetja zarodkov s to tehniko dosegla 50-60%, danes pa se ta številka približuje 80%. Glavni uporabljeni učinek je znatno povečanje števila telet, prejetih od enega proizvajalca. Ni presenetljivo, da je inženiring celičnih živali industrija, ki ji primanjkuje sredstev.

Prvi v teh poskusih so bili ameriški znanstveniki. Pravzaprav so sklenili, da če je zarodek prikrajšan za transparentno membrano, potem preživi v največ 15% primerov, če pa se ohrani sijoča ​​plast, se stopnja preživetja takoj poveča na 35% primerov. Najboljši rezultati so doseženi, če ima vsaka polovica razdeljenega zarodka prozorno lupino in vsak del je vnesen v ločen maternični rog: do 75% zarodkov preživi v sodobnih pogojih.

Toda v kakšne namene se v praksi uporablja celični inženiring? Katere rezultate dobite z njim?

Vrednost celičnega inženiringa pri vzreji

Do danes se ta tehnika vedno bolj uporablja v mednarodnih plemenskih zadevah. Relativno nedavno smo uspešno testirali metodo pridobivanja in uvajanja zarodkov pri prašičih. Raziskovalci verjamejo, da lahko celični inženiring omogoči povečanje števila potomcev ene živali za vsaj 30–35%. Vendar ne pozabite na možnost pridobitve genetskih kopij.

Takšne živali so v zlatu skoraj vredne teže za tiste znanstvenike, ki preučujejo interakcijo okolja in genotipa. Dejstvo je, da prisotnost dveh popolnoma enakih posameznikov omogoča, da se pri proučevanju vpliva zunanjega okolja na organizem zmanjša vpliv notranjih dejavnikov. Poleg tega je možno zakol ene živali iz para, če so za študijo potrebni podatki o notranjem stanju telesa.

Vsi ti dogodki so osnovni načini celičnega inženiringa. Vendar smo pozabili povedati o najpomembnejši smeri te veje znanosti, ki je povezana z umetno regulacijo spola domačih živali. Čas je, da popravimo to napako.

Metode regulacije tal

Zagotovo nihče ne bi bil presenečen, če bi izvedel za izjemen pomen razvoja na področju umetne regulacije spola na domačih živalih. Trenutno znanstveniki ne morejo urediti števila živali istega spola, in celo s priznavanjem spola posameznika v zgodnjih fazah njegovega razvoja, obstajajo velike težave. Doslej je bil napredek pri umetni regulaciji tega kazalnika dosežen le zelo nepomembno: celo celično inženirstvo in kloniranje tega problema v celoti ne rešita.

Seveda bi bilo idealno, če bi preprosto razdelili celice semenčic, ki nosijo kromosome X in Y. V tej smeri se morajo razvijati raziskave. Drugi pristop (ki je veliko enostavnejši in zato uporabljen) je, da iz zgodnjih zarodkov iz ženskega reproduktivnega sistema izvlečemo zgodnje zarodek, določimo njihov spol in jih nato presadimo.

Toda kako se celični inženiring nanaša na vse to? Vse je zelo preprosto.

Gre za citološko metodo, s katero se določi tip zarodka XX ali XY. To se naredi s preučevanjem kromatina ali spolnih kromosomov. V zadnjih letih je bilo tudi ugotovljeno, da je spol mogoče ugotoviti s preučevanjem specifičnih protiteles, ki so popolnoma različni pri ženskah in moških. Obstajajo tudi mnenja nekaterih strokovnjakov, ki jih vzpostavljajo spol s preučevanjem aktivnosti glukoza-6-fosfat dehidrogenaze. Vendar so trenutno najbolj učinkovite citološke in imunološke (protitelesne) metode.

Genski inženiring

V naslovu tega članka ni naključje, da se uporablja izraz "genski in celični inženiring". Ne glede na to, kako učinkovite so metode za popravljanje celičnega materiala, bo delo z geni vedno bolj učinkovito.

Trenutno genetske metode postopoma pridobivajo vodilno vlogo v živinoreji in pridelavi poljščin po vsem svetu. Zahvaljujoč jim je plemensko delo doseglo bistveno drugačno raven: od zdaj naprej znanstveniki ne morejo samo uganiti, katere kvalitete bodo imeli posamezniki, ampak zagotovo vedo.

Treba je takoj ugotoviti, da vse ni tako dobro. Obstajajo nekatere omejitve. Dejstvo je, da je za genetsko manipulacijo dovoljen le genski material bikov, ki lahko izboljša njihovo potomstvo (izboljševalce). Edini problem je, da so takšne živali danes zelo majhne. Poleg tega so podani programi, katerih cilj je izkoreninjenje istega mastitisa. Preprosto povedano, genski in celični inženiring še zdaleč ni rešitev.

Inženirske metode so se začele pojavljati v enotnem sistemu šele od 50. let prejšnjega stoletja. Tako je eno od glavnih del, ki so postavili temelje te veje znanosti, postali poskusi na presaditvi celičnih jeder po metodi Briggsa in Kinga. Prvič, uspešno izvesti to operacijo je bila pridobljena izključno na žabe. Trenutno potekajo uspešni poskusi presaditve genskega materiala tudi pri miših in večjih sesalcih.

Nedavno so znanstveniki ustvarili metodo za prenos jedra po zlitju karioplastov. Poleg tega metode genetskega in celičnega inženiringa zdaj omogočajo nastanek himernih organizmov, ki temeljijo na različnih vrstah mekopitata.

Gardner je kmalu razvil popolnoma novo metodo, v kateri je izvedena vsaditev blastomer v blastociste prejemnika. Ta tehnika je bila uspešno razvita pri laboratorijskih miših. Na podlagi tega razvoja smo prvič pridobili kimere, ki temeljijo na telesu ovac.

Vsa zgoraj opisana dela postopoma pripravljajo svetovno kmetijsko znanost za širšo uvedbo metod genskega inženiringa. Danes je najpogostejša metoda prenos genskega materiala v gojene celice in njihovo kasnejše vnašanje v blastocista.

Toda preden razumemo nekatere vidike te tehnologije, je vredno odgovoriti na pomembno vprašanje. Natančneje, razpravljati o razliki med genetskim inženirstvom in celičnim. Na splošno je tukaj vse precej preprosto: če v prvem primeru znanstveniki delujejo neposredno z genetskim materialom, potem pri uporabi "celičnih" metod se za delo uporabijo celostni organoidi in deli celic, ki se vsadijo v material prejemnika.

Razširjena opredelitev

Kaj je torej bistvo genskega inženiringa? Sredi 70. let prejšnjega stoletja so znanstveniki izvedli senzacionalno odkritje. Ugotovili so, da se lahko zmanjšajo nekateri mikrobni encimi Molekula DNA na pravem mestu. Preprosto povedano, obstajala je edinstvena priložnost za pridobitev genskega materiala s strogo določenimi lastnostmi.

Končno so raziskovalci z največjo natančnostjo določili določene gene in jih po potrebi tudi klonirali. Katera načela znanstveniki vodijo pri svojem delu? Na splošno sta samo dve:

• Gen mora imeti jasno opredelitev, ki jo je treba odkriti.
• Izbrani genski material mora biti pritrjen na nosilca (npr. Virus), ki bo presadil.

Preprosto povedano, izbrani gen iz telesa darovalca mora biti prenesen v telo prejemnika, za katerega je tujec. Glavna stvar pri delu raziskovalcev ni le doseganje posega, temveč tudi ustvarjanje pogojev, pod katerimi se bo običajno ponavljala.

Delo z zigoto

Vendar pa je bila v zadnjih letih ta tehnika nič manj razširjena, kjer so tujski geni injicirani v pronukleus živalskih zigotov. Prvič je bila ta metoda testirana na jajčnih celicah jezerskih žab: najprej so uvedli določeno DNK, znanstveniki pa so takoj opazili integracijo in transkripcijo. Leta 1981 je bil prvič izveden zanimiv eksperiment, med katerim je bil v zygote miši uveden gen za kunčjo gama globulin.

V tem primeru je gen imel dolg genomski tandem, ki je vseboval stabilne regije. Zanimivo je, da so bili pravilno transkribirani le pod pogojem, da sploh niso vsebovali nobenih plazmidnih komponent. Manifestacija genov, ki so bili vstavljeni s to metodo, je bila podrobno proučena v laboratorijskih miših.

Eno leto pred poskusi z mišjim zigotom smo leta 1980 na plazmid pBR322, ki je vseboval fragmente virusov SK40 in HSV, dali pronukleus iste mišične zigote. Posledično smo virusno DNA našli pri treh miših od 78 posameznikov, ki so sodelovali v poskusu. Zelo čudno, toda z injekcijo gama humanega gamaglobulina je bila njegova integracija opažena že pri petih miših od 33 posameznikov (več kot 15%). Ta izkušnja je celo takrat dokazala, da je ustvarjanje himernih organizmov, ki bi združili značilnosti več vrst naenkrat, precej realistično.

Brinster in njegovi privrženci s študenti so presadili v pronukle zigot miši posebej pripravljenega konstrukta, ki je vključeval mišji metalotionein, kot tudi gen timidinske kinaze. V tem primeru je bila popolna integracija zabeležena že pri 17% laboratorijskih živali.

Glavne ugotovitve

Trenutno je genetski inženiring končno postal obetavna, obravnavana veja znanosti. Skoraj vsi vedo za to. Toda kakšne so naloge celičnega inženiringa in dela z genetskim materialom? Oh, zelo so raznoliki.

Prvič, znanstveniki celega sveta se soočajo z nalogo pomirjanja, zmanjševanja lakote na celotnem planetu. Metode genetskega in celičnega inženirstva omogočajo, da se ustvarijo takšne sorte rastlinskih in živalskih vrst, katerih produktivnost bo desetkrat višja kot pri divjih prednikih.

Drugič, ta znanstvena veja bo morda premagala probleme prezgodnjega staranja in drugih genetskih bolezni, za katere danes ni nobenega zdravila. Končno, genetski inženiring nam bo zagotovo omogočil, da podaljšamo življenje v veliki meri!

Strokovnjaki pravijo, da metode genskega inženiringa v bližnji prihodnosti ne bodo le diagnosticirale genetskih bolezni (na primer Down sindroma, na primer) v zelo zgodnji nosečnosti, temveč jih tudi učinkovito zdravili!