Улучшение растений и животных на основе клеточных технологий

Обновлено: 05.10.2024

Клеточная инженерия – методика конструирования клеток нового типа на основе их культивирования, гибридизации и реконструкции.

Задачи — клеточной инженерии:

получение и применение культур клеток животных, человека, растений и бактерий для культивирования вирусов с целью создания вакцин, сывороток, диагностических препаратов.
культивирование культур клеток для получения биологически активных веществ.
получение моноклональных антител (гибридом) для использования в медицине и ветеринарии.
генно-инженерные манипуляции с клетками для получения новых форм, новых культур клеток, биопрепаратов и др.

Важную роль в животноводстве сыграла разработка методов длительного хранения спермы в замороженном состоянии и искусственного осеменения. Реально же развернулись исследования по клеточной и генной инженерии на млекопитающих только с освоением техники оплодотворения, обеспечившей получение достаточного количества зародышей на ранних стадиях развития. Генетическое улучшение животных связано с разработкой технологии трансплантации эмбрионов и методов микроманипуляций с ними (получение однояйцевых близнецов, межвидовые пересадки эмбрионов и получение химерных животных, клонирование животных при пересадке ядер эмбриональных клеток в энуклеированные, т. е. с удаленным ядром, яйцеклетки). В 1996 шотландским ученым из Эдинбурга впервые удалось получить овцу из энуклеированной яйцеклетки, в которую было пересажено ядро соматической клетки (вымени) взрослого животного. Эта работа открывает широкие перспективы в области клонирования животных и принципиальную возможность клонирования в будущем и человека. В этой же лаборатории было получено еще пять клонированных ягнят, в ген одного из которых был встроен ген белка человека. Клеточная инженерия позволяет конструировать клетки нового типа с помощью мутационного процесса гибридизации и, более того, комбинировать отдельные фрагменты разных клеток, клетки различных видов относящиеся не только к разным родам, семействам, но и царствам. Это облегчает решение многих теоретических проблем и имеет практическое значение.

Генная инженерия и ее практические результаты

Генетическая инженерия — это раздел молекулярной генетики, связанный с целенаправленным созданием новых комбинаций генетического материала. Основа прикладной генетической инженерии — теория гена. Созданный генетический материал способен размножаться в клетке-хозяине и синтезировать конечные продукты обмена.

Генетическая инженерия возникла в 1972 году, в Станфордском университете, в США. Тогда лаборатория П. Берга получила первую рекомбинатную (гибридную) ДНК или (рекДНК). Она соединяла в себе фрагменты ДНК фага лямбда, кишечной палочки и обезьяньего вируса SV40

Генная инженерия — направление исследований в молекулярной биологии и генетике, конечной целью которых является получение с помощью лабораторных приемов организмов с новыми, в том числе и не встречающимися в природе, комбинациями наследственных свойств. В основе генной инженерии лежит обусловленная последними достижениями молекулярной биологии и генетики возможность целенаправленного манипулирования с фрагментами нуклеиновых кислот. К этим достижениям следует отнести установление универсальности генетического кода, то есть факта, что у всех живых организмов включение одних и тех же аминокислот в белковую молекулу кодируются одними и теми же последовательностями нуклеотидов в цепи ДНК; успехи генетической энзимологии, предоставившей в распоряжение исследователя набор ферментов, позволяющих получить в изолированном виде отдельные гены или фрагменты нуклеиновой кислоты. Таким образом, изменение наследственных свойств организма с помощью генной инженерии сводится к конструированию из различных фрагментов нового генетического материала, введение этого материала в рецепиентный организм, создания условий для его функционирования и стабильного наследования.

В результате интенсивного развития методов генетической инженерии получены клоны множества генов рибосомальной, транспортной и 5S РНК, гистонов, глобина мыши, кролика, человека, коллагена, овальбумина, инсулина человека и др. пептидных гормонов, интерферона человека и прочее. Это позволило создавать штаммы бактерий, производящих многие биологически активные вещества, используемые в медицине, сельском хозяйстве и микробиологической промышленности.

На основе генетической инженерии возникла отрасль фармацевтической промышленности, названная “индустрией ДНК”. Это одна из современных ветвей биотехнологии.

Нужна помощь в написании доклада?

Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Наша система гарантирует сдачу работы к сроку без плагиата. Правки вносим бесплатно.

Для лечебного применения допущен инсулин человека (хумулин), полученный посредством рек ДНК. Кроме того, на основе многочисленных мутантов по отдельным генам, получаемых при их изучении, созданы высокоэффективные тест-системы для выявления генетической активности факторов среды, в том числе для выявления канцерогенных соединений. Генная инженерия может дать в неограниченном количестве гормоны и другие белки человека, необходимые для лечения генетических болезней (например, инсулин, гормон роста и др.). Усилия генной инженерии направлены на получение бактерий с высокоактивной нитрогеназой, способных в больших количествах связывать и накапливать азот. Еще более интересны попытки биологов включить ген нитрогеназы в растительную клетку. В генной инженерии бактериофаги используются для переноса генетического материала, т. е. В качестве векторов . Задача генной инженерии – активная и целенаправленная перестройка генов живых существ и их конструирование, т.е. управление наследственностью. Разработаны методы, позволяющие выращивать организмы из отдельных клеток и тканей. Благодаря генетической инженерии и слиянию клеток, теперь становится возможным производить биотехнологическим методом в промышленных масштабах синтезируемые живыми организмами в ничтожных количествах. Это интерферон, гормон роста человека или некоторые антитела. Так ген для гормона роста переносят в бактерию таким образом, чтобы она была способна производить его. Генетика способствует изучению закономерностей развития организма человека и появление его наследственных особенностей, в том числе индивидуальных, творческих, физических и интеллектуальных особенностей. Очевидна роль генетики и в изучении наследственных болезней человека и способов их профилактики, лечения, а так же путем предотвращения вредного воздействия на наследственность физических и химических факторов окружающей среды.

За короткий срок генная инженерия оказала огромное влияние на развитие молекулярно-генетических методов и позволила существенно продвинуться по пути познания строения и функционирования генетического аппарата. Значительный прогресс достигнут в практической области создания новых продуктов для медицинской промышленности и лечения болезней человека.

В настоящее время фармацевтическая промышленность завоевала лидирующие позиции в мире, что нашло отражение не только в объёмах промышленного производства, но и в финансовых средствах, вкладываемых в эту промышленность (по оценкам экономистов, она вошла в лидирующую группу по объёму купли-продажи акций на рынках ценных бумаг). Важной новинкой стало и то, что фармацевтические компании включили в свою сферу выведение новых сортов сельскохозяйственных растений и животных, и тратят на это десятки миллионов долларов в год, они же мобилизировали выпуск химических веществ для быта. Добавок к продукции строительной индустрии и так далее. Уже не десятки тысяч, а возможно, несколько сот тысяч высококвалифицированных специалистов заняты в исследовательских и промышленных секторах фарминдустрии, и именно в этих областях интерес к геномным и генно-инженерным исследованиям исключительно высок. Очевидно, поэтому любой прогресс биотехнологий растений будет зависеть от разработки генетических систем и инструментов, которые позволят более эффективно управлять трансгенами.

Кроме этого учёные занимаются поиском генов, кодирующих новые полезные признаки. Ситуация в этой области меняется радикальным образом, прежде всего, существованию публичных баз данных, которые содержат информацию о большинстве генов, бактерий, дрожжей, человека и растений, а также в следствии разработки методов, позволяющих одновременно анализировать экспрессию большого количества генов с очень высокой пропускной способностью. Применяемые на практике методы можно разделить на две категории:

б) позиционное клонирование, заключается в создании за счет инсерционного мутагенеза мутантов с нарушениями в интересующем нас признаке или свойстве, с последующим клонированием соответствующего гена как такового, который заведомо содержит известную последовательность (инсерция).

Заключение

В ходе выполнения данной работы, я выяснила, что генная и клеточная инженерия очень важны для развития огромного количества направлений. Например, в медицине биотехнологические приемы и методы играют ведущую роль при создании новых биологически активных веществ и лекарственных препаратов, предназначенных для ранней диагностики и лечения различных заболеваний.

Клеточная инженерия — КЛЕТОЧНАЯ ИНЖЕНЕРИЯ, конструирование специальными методами клеток нового типа. Клеточная инженерия включает реконструкцию жизнеспособной клетки из отдельных фрагментов разных клеток, объединение двух целых клеток, принадлежащих различным видам

Клеточная инженерия связана с культивированием отдельных клеток или тканей на специальных искусственных средах|средах. Доказано, что если взять кусочки ткани и отдельные клетки из разных органов|органов, допустим|допустим, растений, хотя это возможно и у животных, и пересадить их на специальные среды|среды, содержащие минеральные соли|соли и другие вещества, то они способны расти. Это значит, что в таких изолированных от организма тканях и клетках продолжаются клеточные деления.

Новейшим методом клеточной селекции у растений, уже давшим огромный эффект, является метод|метод гаплоидов. Гаплоидные клетки имеют половинный набор хромосом. Пыльцевые зерна|зёрна (пыльца) имеют гаплоидный набор хромосом. Сейчас разработан метод|метод проращивания пыльцевых зёрен на искусственных средах|средах в пробирках и получения из них полноценных гаплоидных растений. Какое это имеет отношение к селекции? У полученных гибридов берут пыльцу, на питательных средах|средах в пробирках регенерируют из неё гаплоидные растения, а затем удваивают у них число хромосом и сразу получают полностью гомозиготные диплоидные растения. Так как мы берём пыльцу из гибридных растений и получаем через гаплоидные растения сразу гомозиготные диплоидные, то остаётся только оценить их и затем размножить лучшие.

При гибридизации соматических клеток растений их предварительно освобождают от плотной клеточной оболочки, а затем проводят слияние изолированных протопластов. В этом случае, как и при гибридизации клеток животных, также удаётся преодолевать барьеры нескрещиваемости, которые существуют при обычной (половой|половой) гибридизации растений разных видов и родов|родов. Из гибридной растительной клетки на специальной среде можно вырастить клеточную массу – каллюс, дифференцирующуюся в нормальное целое растение с корнями, стеблями|стеблями и т. д. Такое гибридное растение можно высадить в землю и выращивать и размножать обычными способами. Эти методы, в отличие от традиционных, позволяют сравнительно легко и быстро получать достаточное количество генетически разнообразного исходного материала для селекции. Их применение привело, напр., к увеличению урожайности ряда культур – картофеля, цитрусовых и др.

Другое направление клеточной инженерии – манипуляции с безъядерными клетками, свободными ядрами и другими фрагментами, сводящиеся к комбинированию разнородных частей клетки. Эти эксперименты, а также микроинъекции в клетку хромосом, красителей и т. п. проводят для выяснения взаимных влияний ядра|ядра и цитоплазмы, факторов, регулирующих активность генов, и т. п.

Путём соединения клеток разных зародышей на ранних стадиях их развития выращивают мозаичных животных, или химер, состоящих из двух различающихся генотипами видов клеток. С помощью таких экспериментов изучают процессы дифференцировки клеток и тканей в ходе развития организма.

Ведущиеся уже не одно десятилетие опыты по пересадке ядер соматических клеток в лишённые ядра|ядра (энуклеированные) яйцеклетки животных с последующим выращиванием зародыша во взрослый организм с кон. 20 в. получили широкую известность как клонирование животных.

Преимущество клеточной инженерии в том, что она позволяет экспериментировать с клетками, а не с целыми организмами. Последнее гораздо сложнее, а иногда и невозможно, особенно в случае млекопитающих животных и человека или при получении отдалённых гибридов. Методы клеточной инженерии в медицине, сельском хозяйстве или биотехнологии часто применяют в сочетании с генной инженерией.

Видео по теме : Клеточная инженерия

Каждый живой организм состоит из клеток: начиная от бактерии, заканчивая высшими млекопитающими. Высшие организмы состоят из органов|органов, органы|органы состоят из тканей, ткани состоят из клеток. Всё|Все свойства любого организма определяются его геномом, который находится в клетке (в любой|любой из клеток данного организма).

Генная и клеточная инженерия (это одно понятие) занимается вопросами связи между устройством ДНК и наследственными свойствами организмов. Конечно, она вооружена такими методами, о которых раньше, например, во времена Менделя, и мечтать не смели|смели.

Метод|Метод клеточной инженерии заключается на современном этапе в том, что специалисты получают фрагменты ДНК различных организмов и встраивают их в ДНК организма, выбранного как объект исследования. Этот метод|метод на языке учёных, обожающих специальные термины, называется экспрессией рекомбинантных ДНК. В качестве инструмента берутся рестриктазы — особые бактериальные ферменты, способные расщеплять ДНК. Их и называют образно — биологическими ножами.

Цель, которую несёт в себе клеточная инженерия: получение лекарств, выведение качественных сортов культурных растений, создание новых пород животных, и как высшая точка — избавление нашей цивилизации от всех болезней. Те, кто спорит (не хочется называть их мракобесами) должны иметь в виду, что один только синтетический инсулин спас и спасает миллионы диабетиков и продлевает им жизнь на десятки лет!

Опасения по поводу генной инженерии берут начало|начало с момента её рождения в 1972-ом году, когда группа П. Берга (США) синтезировала первую рекомбинантную ДНК из онкогенного вируса обезьян SV40 и E.coli. Последнее — это кишечная палочка, без которой человек не может жить. И в неё встроен вирус, вызывающий рак. Учёные в прямом смысле испугались, и даже не стали продолжать работы в тот момент. Наступил долгий период постановки исследований под строжайший контроль государства, сравнимый с контролем над работами по ядерному оружию.

К счастью, сложность и стоимость биологических генных работ сопоставима по сложности и стоимости с атомными исследованиями, и поэтому не по карману потенциальным террористам.

В середине XIX столетия Теодор Шванн сформулировал клеточную теорию (1838). Он обобщил имевшиеся знания о клетке и показал, что клетка представляет основную единицу строения всех живых организмов, что клетки животных и растений сходны по своему строению. Т . Шванн внес в науку правильное понимание клетки как самостоятельной единицы жизни, наименьшей единицы живого: вне клетки нет жизни.

Выращиваемые на искусственных питательных средах клетки и ткани растений составляют основу разнообразных технологий в сельском хозяйстве. Одни из них направлены на получение идентичных исходной форме растений. Другие — на создание растений, генетически отличных от исходных, путем или облегчения и ускорения традиционного селекционного процесса или создания генетического разнообразия и поиска и отбора генотипов с ценными признаками. Улучшение растений и животных на основе клеточных технологий

Генетическое улучшение животных связано с разработкой технологии трансплантации эмбрионов и методов микро-манипуляций с ними (получение однояйцевых близнецов, межвидовые пересадки эмбрионов и получение химерных животных, клонирование животных при пересадке ядер эмбриональных клеток в энуклеированные, т. е. с удаленным ядром, яйцеклетки). В 1996 шотландским ученым из Эдинбурга впервые удалось получить овцу из энуклеированной яйцеклетки, в которую было пересажено ядро соматической клетки (вымени) взрослого животного.

Генная инженерия основана на получении гибридных молекул ДНК и введении этих молекул в клетки других организмов, а также на молекулярно-биологических, иммунохимических и биохимических методах. Генная инженерия

Генная инженерия начала развиваться с 1973 года, когда американские исследователи Стэнли Коэн и Энли Чанг встроили бактериальную плазмиду в ДНК лягушки. Затем эту трансформированную плазмиду вернули в клетку бактерии, которая стала синтезировать белки лягушки, а также передавать лягушачью ДНК своим потомкам. Таким образом был найден метод, позволяющий встраивать чужеродные гены в геном определенного организма.

Генная инженерия находит широкое практическое применение в отраслях народного хозяйства, таких как микробиологическая промышленность, фармакологическая промышленность, пищевая промышленность и сельское хозяйство.

Улучшение растений и животных на основе клеточных технологий Выведены невиданные раньше сорта картофеля, кукурузы, сои, риса, рапса, огурцов. Количество видов растений, к которым успешно применены методы генной инженерии, превышает цифру 50. Трансгенные плоды имеют более длительный срок созревания, чем обычные культуры. Этот фактор прекрасно сказывается при транспортировке, когда не надо бояться, что продукт перезреет. Генная инженерия может скрещивать помидоры с картошкой, огурцы с луком, виноград с арбузами – возможности здесь просто потрясающие. Размеры и аппетитный свежий вид полученного продукта могут приятно удивить любого.

Животноводство также находится в зоне интересов генной инженерии. Исследования по созданию трансгенных овец, свиней, коров, кроликов, уток, гусей, кур считаются в наши дни приоритетными. Здесь большое внимание уделяется именно животным, которые могли бы синтезировать лекарственные препараты: инсулин, гормоны, интерферон, аминокислоты. Так генетически модифицированные коровы и козы могли бы давать молоко, в котором содержались бы необходимые составляющие для лечения такого страшного заболевания, как гемофилия. Не надо сбрасывать со счетов и борьбу с опасными вирусами. Генетически устойчивая к различным заразным заболеваниям живность уже существует и очень комфортно чувствует себя в окружающей среде. Но самое наверное перспективное в генной инженерии – это клонирование животных. Под этим термином понимается (в узком смысле этого слова) копирование клеток, генов, антител и многоклеточных организмов в лабораторных условиях. Такие экземпляры генетически одинаковы. Наследственная изменчивость возможна только в случае случайных мутаций или, если создана искусственно.

Примеры генной инженерии

Г ибридная порода кошек. Выведена в США в 2006 году, на основе генов африканского сервала, азиатской леопардовой кошки и обычной домашней кошки. Самая крупная из домашних кошек, может достигать веса 14 кг и в длину 1 метра. Одна из самых дорогих пород кошек (цена котёнка $22000 - 28000). Покладистый характер и собачья преданность

В 2007 году южнокорейский ученый изменил ДНК кота, чтобы заставить его светиться в темноте, а затем взял эту ДНК и клонировал из нее других котов, создав целую группу пушистых флуоресцирующих кошачьих. И вот, как он это сделал: исследователь взял кожные клетки мужских особей турецкой ангоры и, используя вирус, ввел генетические инструкции по производству красного флуоресцентного белка. Затем он поместил генетически измененные ядра в яйцеклетки для клонирования, и эмбрионы были имплантированы назад донорским котам, что сделало их суррогатными матерями для собственных клонов. Светящиеся в темноте коты

Ученые Вашингтонского университета работают над созданием тополей, которые могут очищать загрязненные места при помощи впитывания через корневую систему загрязняющих веществ, содержащихся в подземных водах. После этого растения разлагают загрязнители на безвредные побочные продукты, которые впитываются корнями, стволом и листьями или высвобождаются в воздух. Борющиеся с загрязнениями растения

Клеточная инженерия – создание клеток нового типа на основе их (1) гибридизации, (2) реконструкции и (3) клонирования (культивирования). Реконструкция жизнеспособной клетки из отдельных фрагментов разных клеток, объединение целых клеток, принадлежащих разным видам (и даже относящихся к разным царствам – растениям и животным) с образованием клетки, несущей генетический материал обеих клеток.

Клеточная инженерия как раздел биотехнологии: решение теоретических проблем и один из основных методов создания новых форм растений и животных.

Улучшение растений и животных на основе клеточных технологий.

Выращивание на искусственных питательных средах клеток и тканей – основа современных биотехнологий.

1) создание идентичных исходных форм организмов;

2) создание организмов, генетически отличающихся от исходных форм.

Первое направление: использование искусственного оплодотворения, культуры незрелых гибридных семяпочек и зародышей, регенерации растений из тканей летальных гибридов, гаплоидных растений, полученных при культивировании пыльников или микроспор. Второе направление: создание новых форм организмов на основе мутантов.

1) облегчение и ускорение традиционного процесса селекции;

2) создание генетического разнообразия;

3) поиск и отбор генотипов с целевыми признаками.

Животноводство. Методы длительного хранения и искусственного осеменения. Получение необходимого числа зародышей на ранних стадиях развития. Технология трансплантации эмбрионов. Методы микроманипуляций с эмбрионами. Получение однояйцевых близнецов, получение химерных животных. Пересадка ядер эмбриона в экупмированные яйцеклетки и клонирование животных. Конструирование клеток нового типа с помощью мутационного процесса гибритизации.

Растениеводство. Мутагенез и селекция. Гибридизация. Растения –регенеранты. Целевые признаки. Эксперименты в пробирке, пересадка в почву, размножение. Устойчивость растений к патогенам и гербицидам, защита от насекомых – вредителей, холодоустойчивость, улучшенный аминокислотный состав, изменение состава фитогормонов.

Реконструкция клеток. Клеточная инженерия: реконструкция жизнеспособной клетки из отдельных фрагментов разных клеток или объединение целых клеток. Способы модификации клетки:

1) введение в нее индивидуальных генов;

2) введение клеточных органелл, хлоропластов из одних клеток в протопласты других клеток. Искусственные ассоциации растительных клеток с микроорганизмами – моделирование на клеточном уровне природных симбиотических отношений. Обеспечение растений азотным питанием в природных экосистемах. Введение азотофиксирующих микроорганизмов и формирование у растений способности к фиксации молекулярного азота.

3) слияние клеточных ферментов друг с другом или с интактными клетками. Цибриды.

Методы. Микрохирургия. Микроманипулятор. Операции на клетках и ее органоидах. Извлечение и трансплантация ядер, ядрышек. Метод электростимулируемого слияния (1) слияние клеточных мембран (2) при реконструкции животных и растительных клеток. Реконструкция клеток как прием решения многих задач биологии. Реконструкция эмбриональных клеток. Проблемы биологии развития. Механизмы реализации генетической информации. Исследование реальной тотипотентности генома клеток разного уровня дифференцировки. Способность геномов к репрограммированию. Создание реконструированных зигот и ранних эмбрионов.

Реконструкция клеток и реализация генетической информации криоконсервированных геномов и исчезающих видов животных.

Реконструкция клетки и проблемы (1) производства биологически активных веществ с использованием микроорганизмов; (2) растениеводства; (3) животноводства.

Создание клеточных культур. Способы культивирования клеток (1) поверхностный, (2) в жидкой питательной среде. Культура клеток тканей.

Культура растений. Каллус. Степень дифференциации ткани. Меристема, паренхима, флоэма, гаплоидные ткани пыльников. Степень специализации ткани (ксилема). Использование обоих способов культивирования. Состав питательной среды, температурный режим, кислотность, газовый состав.

Культуры клеток животных. Опухолевые клетки миеломы или саркомы. Индуцирование образования опухолей. Использование в основном поверхностного способа культивирования. Однослойные пласты различных тканей. Гибридомы. Соматическая гибридизация.

Типы клеточных культур. Первичные, эмбриональные и перевиваемые клеточные культуры. Пассаж.

Гибридизация. Половая и соматическая гибридизация. Комбинаторная изменчивость. Объединение генетического материала разных клеток в одной клетке. Внутревидовая гибридизация. Первое поколение гибридов и гетерозис (приспособляемость, плодовитость, жизнеспособность). Гетезиготность по многим парам параллельных генов. Отдаленная гибридизация (разные систематические группы).

Частота неплодовитости. Формирование ядра. Синкарионы. Методы увеличения частоты гибридизации in vitro. Селективные среды и выделение гибридов соматических клеток. Протопласты. Гибридомы.

Гибридизация и биоинженерия. Гибридизация клеток как основа клеточной инженерии. Генная инженерия и гибридные (рекомбинантные) ДНК. Молекулярная гибридизация. Комплементарные нуклеотиды. Идентификация микроорганизмов. Изучение процессов онтогенеза, опухолеобразования. Гибридологический анализ. Картирование генов. Исследование механизмов реактивации генома и степени фенотипического проявления (экспрессивности) отдельных генов.

Соматическая гибридизация. Гибридные клеточные линии. Повышение выхода целевого продукта: микроорганизмы, растения.

Клонирование. Генотип и фенотип. Идентичность потомков. Бесполое размножение. Задачи:

1) получение целевых признаков;

2) создание органов и их трансплантация.

Читайте также: