чем занимается клеточная инженерия
Клеточная инженерия
Клеточная инженерия
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.
КЛЕТОЧНАЯ ИНЖЕНЕРИЯ, совокупность методов, используемых для конструирования новых клеток. Включает культивирование и клонирование клеток на специально подобранных средах|средах, гибридизацию клеток, пересадку клеточных ядер и другие микрохирургические операции по «разборке» и «сборке» (реконструкции) жизнеспособных клеток из отдельных фрагментов.
Начало|Начало клеточной инженерии относят к 1960-м гг., когда возник метод|метод гибридизации соматических клеток. К этому времени были усовершенствованы способы культивирования животных клеток и появились способы выращивания в культуре клеток и тканей растений. Соматическую гибридизацию, т. е. получение гибридов без участия полового процесса, проводят, культивируя совместно клетки различных линий одного вида или клетки различных видов. При определённых условиях происходит слияние двух разных клеток в одну гибридную, содержащую оба генома объединившихся клеток. Удалось получить гибриды между клетками животных, далёких по систематическому положению, напр. мыши и курицы. Соматиче-ские гибриды нашли широкое применение как в научных исследованиях, так и в биотехнологии. С помощью гибридных клеток, полученных от клеток человека и мыши и человека и китайского хомячка, была проделана важная для медицины работа по картированию генов в хромосомах человека. Гибриды между опухолевыми клетками и нормальными клетками иммунной системы (лимфоцитами) – т. н. гибридомы – обладают свойствами обеих родительских клеточных линий. Подобно раковым клеткам, они способны неограниченно долго делиться на искусственных питательных средах|средах (т. е. они «бессмертны») и, подобно лимфоцитам, могут вырабатывать моноклональные (однородные) антитела|антитела определённой специфичности. Такие антитела|антитела применяют в лечебных и диагностических целях, в качестве чувствительных реагентов на различные органические вещества и т. п.
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).
По некоторым данным, геном|геном обыкновенной мухи и человека совпадают на три четверти. Ничего удивительного в этом нет. Основа генов — дезоксирибонуклеиновая кислота — ДНК — несёт всю информацию о построении всех белков и биохимии данного организма, а на долю «внешнего вида», размеров и веса|веса экземпляра биологического вида, по-видимому, отводится не так уж много. Короче говоря, Дарвин абсолютно прав, и эволюция на определённом узловом этапе связывает и муху и человека. И религии это нисколько не противоречит, поскольку она утверждает только факт создания жизни Богом, но никак не регламентирует саму технологию.
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.
Получив нужный ген (трансген), собранный из упомянутых фрагментов, встраивают его в молекулу ДНК, называемую вектором, и переносят её в клетку, где она реплицируется (размножается) самостоятельно или после объединения с «родной» хромосомой. Здесь возникают большие|большие сложности с аппаратурой, так как материал нужно ввести в микроскопическую клетку принудительно, но не нарушая её целостности. Для этого существует множество весьма изощрённых методов, поскольку естественными путями сделать этого нельзя. Разумеется, здесь нет никакой мистики, просто эволюция ничего такого не предусмотрела, напротив, поставила кучу препятствий в рамках естественного отбора.
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 действительности же клеточная инженерия это — палка о двух концах — она может дать человеку столько лет жизни, сколько он сам захочет, но может и посеять страшные несчастья для всего живого. Не спорьте, обратное не доказано, а «цена вопроса» известна. Всё|Все зависит от того, в чьих чистых или грязных руках находится клеточная инженерия. И по объективным причинам её нельзя ни запретить, ни подтолкнуть вперёд. Развитие науки подчиняется своим внутренним законам.
Клеточная инженерия
Клеточная инженерия – это синтез инженерии с миром стволовых клеток, который стал за последнее десятилетие важной областью исследований и применения. Виды деятельности, которые являются частью этой сферы, варьируются от базовых исследований стволовых клеток до разработки моделей, инструментов, соответствующих технологий, продвижения биопродукции стволовых клеток и разработки продуктов и приложений на их основе. Таким образом, существует множество методов клеточной инженерии, с помощью которых инженеры и инженерные подходы могут внести вклад, как в развитие исследований стволовых клеток, так и в перевод базовой биологии стволовых клеток в терапию и коммерческое применение. В 2008 году в Коронадо, Калифорния, состоялась первая Международная конференция по разработке технологий стволовых клеток. Кроме того, в результате растущей важности этой темы (стимулируемой Международной конференцией по инженерии стволовых клеток 2010 года), Национальный научный фонд (NSF) при дополнительной поддержке со стороны Национального института стандартов и технологий, Национального института рака и Национальных институтов здравоохранения, профинансировал глобальную оценку разработки стволовых клеток. Это исследование проводилось Всемирным центром оценки технологий (WTEC), его цель состояла в том, чтобы сравнить НИОКР с деятельностью в этой сфере в глобальном масштабе, и в качестве первого шага – выявить пробелы и барьеры, основные инновации, возникающие в глобальном масштабе, и проанализировать возможности для глобального сотрудничества. Основная цель всего этого – направлять будущие инвестиции в те агентства, которые финансировали это исследование.
Клеточная тканевая инженерия
Вслед за исследованием WTEC, в июле 2013 года был проведен семинар в Сономе, Калифорния, который также финансировался NSF. Его тема – «Новые направления в тканевой инженерии и регенеративной медицине»; тем не менее, акцент здесь также был на разработке стволовых клеток. В дополнение к отчету, представленному NSF, в журнале Science Translational Medicine была опубликована редакционная статья с изложением рекомендаций, вытекающих из этого семинара. В этой редакционной статье авторы отмечают, что привлечение инженеров и инженерных подходов приведет к следующим результатам:
Эти результаты будут способствовать росту биоэкономики 21-го века во всем мире.
Клеточная инженерия: применение
Когда мы смотрим в будущее, мы понимаем, что клеточная инженерия включает в себя много способов, с помощью которых инженеры и инженерные подходы могут способствовать общему прогрессу в наших знаниях о стволовых клетках и разработке приложений на их основе. В контексте фундаментальных исследований, как уже отмечалось, инженерия приносит необходимую информацию по количественному анализу изучения стволовых клеток и их функциях. Инжиниринг также дает системную перспективу и возможность проводить как анализ, так и синтез. Кроме того, в настоящее время признано, что не только микросреда стволовых клеток является очень сложной, но в дополнение к сигналам, которые являются биохимическими по природе, существуют не менее важные биофизические сигналы. Абсолютно важной проблемой является понимание возникающего поведения интегрированных сотовых систем, начиная с популяции стволовых клеток, которые могут стать интегрированной клеточной системой с различными типами клеток, необходимыми для формирования ткани или органа, заканчивая интегрированной клеточной системой, которой даже не существует в природе.
Применение такого понимания поможет в разработке так называемых моделей «орган-на-чипе», основанных на клетках человека. Это революционизирует разработку новых лекарств, предоставляя клеточную систему человека для исследований, начиная от токсичности до предварительной оценки эффективности. Понимание возникающего поведения интегрированных клеточных систем также может привести к появлению биологических машин, тех, которые даже не существуют в природе (например, область клеточной инженерии и клонирования), и тех, которые будут основаны на стволовых клетках и могут выполнять значимую полезную функцию.
Технологии клеточной инженерии
Принимая во внимание необходимость привлечения инженеров и инженерные подходы практически во всех областях применения стволовых клеток, можно прогнозировать увеличение числа людей, работающих в этой сфере. Несмотря на то, что в этой дискуссии были выделены некоторые области для будущих исследований и разработок в области инженерии стволовых клеток, несомненно, будет много других областей, которые будут исследованы следующими поколениями в области тканевой инженерии и регенеративной медицины.
Вы можете обсудить эту статью на нашем форуме, достаточно нажать на кнопку ниже.