Підручник Біологія 9 клас - В. І. Соболь - Абетка 2017

Тема 9. БІОЛОГІЯ ЯК ОСНОВА БІОТЕХНОЛОГІЇ ТА МЕДИЦИНИ

§ 66. КЛІТИННА ІНЖЕНЕРІЯ

Інженерія - галузь інтелектуальної діяльності із застосування досягнень науки в розв'язуванні проблем людства.

З енциклопедії

Основні поняття й ключові терміни: КЛІТИННА ІНЖЕНЕРІЯ. Клонування організмів.

Пригадайте! Що таке біотехнологія?

Новини науки

Вирощення кісток із стовбурових клітин - результат дослідницької роботи лікарів і біологів Донецького інституту невідкладної і відновної хірургії ім. В. К. Гусака. На сьогодні команда спеціалістів працює в Києві, ставлячи на ноги поранених бійців. Методику, що ґрунтується на клітинний інженерії, розробив В. Оксимець спільно з Д. Зубовим та Р. Васильєвим. Що ж таке клітинна інженерія?

ЗМІСТ

Чим займається клітинна інженерія?

КЛІТИННА ІНЖЕНЕРІЯ - це галузь науки, завданням якої є створення нових клітин та отримання тканин, органів й організмів з клітинного матеріалу. «Клітинна», тому що маніпуляції здійснюються з окремими клітинами, а «інженерія» - конструюються нові клітини на основі їхньої гібридизації, реконструкції та культивування. Перевагами клітинної інженерії є те, що вона дає змогу експериментувати з клітинами, а не з цілими організмами, і навіть отримувати з клітин тканини та організми із заданими властивостями. Так, у вищезгаданому прикладі кісткову тканину й кістки вирощують зі стовбурових клітин, виділених із кісткового мозку чи жирової тканини.

До недавнього часу клітинну інженерію вважали лише методом біотехнології чи галуззю генетичної інженерії. Початок стрімкого розвитку клітинної інженерії відносять до 1960-х років, коли було створено перші гібридні клітини (Б. Ефруссі, Г. Харріс, П. Карлсон) та перші методи конструювання клітин нового типу.

Основними методами сучасної клітинної інженерії є:

• метод гібридизації соматичних клітин - поєднання соматичних клітин різних тканин або організмів для отримання нових комбінацій ознак;

• метод культури клітин (тканин) - виділення й перенесення клітин з організму на поживні середовища для отримання культури клітин.

Іл. 180. Схема створення химерних мишей методом злиття ембріонів

Клітинні культури - це генетично однорідні популяції клітин, що ростуть у сталих умовах середовища. Метод використовується для визначення мутагенної дії чинників довкілля, діагностики захворювань, картування хромосом, вирощування стовбурових клітин, отримання калюсних культур;

• метод злиття ембріонів на ранніх стадіях - для створення химерних організмів (наприклад, химерних мишей) (іл. 180);

• метод клонування організмів - отримання із застосуванням нестатевих способів розмноження клонів, що складаються з генетично однорідних клітин.

Отже, клітинна інженерія як наукова галузь займається конструюванням клітин і організмів із заданими властивостями.

Які досягнення клітинної інженерії?

Найвідомішим досягненням клітинної інженерії є технології моноклональних антитіл. Поєднують пухлинні клітини і лімфоцити та отримують гібридоми, що мають властивості обох батьківських клітинних ліній: подібно до ракових клітин вони здатні необмежений час ділитися, подібно до лімфоцитів - синтезувати моноклональні антитіла певної специфічності, що їх застосовують у медицині.

Основною метою сучасних досліджень клітинної інженерії є технологія вирощування органів людини. В Україні розроблено й застосовуються в повсякденній практиці технології відновлення судин, вирощування шкіри, кісток, хрящів на основі застосування стовбурових клітин пуповинної крові.

Поєднання клітин різних видів чи різних зародків на ранніх стадіях їхнього розвитку є основою технології отримання химерних клітин і химерних організмів. Отримання та дослідження химерних клітин (наприклад, гібридних клітин миші й курки, людини й миші) використовують для картування генів, вивчення сумісності тканин у разі трансплантації органів, розуміння причин виникнення пухлин тощо. Химерні організми (химери) - організми, в яких тканини складаються зі спадково неоднакових клітин або клітинних систем. У природі химерні організми зазвичай виникають унаслідок соматичних мутацій чи порушення мітозу (природні химери, що їх називають мозаїками). Штучні химери отримують завдяки тканинній трансплантації у тварин або щеплення у рослин.

У фармацевтичній промисловості широкого поширення набула технологія рослинних клітинних культур (іл. 181). Для цього групу клітин з рослини (бруньки, стебла тощо) поміщають у стерильне поживне середовище, де вони «омолоджуються» і починають посилено розмножуватися й рости. Внаслідок поділу клітин виникає своєрідна тканина, яка називається калюсною. З неї, наприклад, можна виростити на живильному середовищі велику кількість клітин женьшеню, родіоли рожевої, діоскореї, які є джерелом лікарських речовин.

Іл. 181. Отримання моркви методом культури тканин

У селекції рослин застосовується технологія клонального мікророзмноження рослин. Цим способом із невеликих частин рослини отримують до 1 млн рослин на рік. Клональне мікророзмноження використовують для оздоровлення та швидкого розмноження рідкісних, цінних та новостворених сортів культурних рослин. Таким шляхом вже отримують картоплю, грецький горіх, виноград, садові суниці, ремонтантні сорти малини, ожини.

Отже, досягнення клітинної інженерії використовують для розв'язування широкого кола теоретичних й практичних проблем біології, медицини, сільського господарства, селекції.

Чому клонування організмів є методом клітинної інженерії?

Клонування організмів (від грец. клон - гілка) - отримання багатьох ідентичних за формою і функціями генетично однакових нащадків однієї клітини або одного організму. У випадку одноклітинних організмів цей процес є достатньо простим. Однак для клонування багатоклітинних організмів потрібно докласти значно більше зусиль - це набагато важче завдання. Крім того, такі клітини розвиваються дуже повільно у звичайних умовах. Основою клонування є явище тотипотентності - здатність однієї клітини багатоклітинного організму давати початок цілому новому організму шляхом поділу. Технологія пересаджування ядер соматичних клітин в яйцеклітину, з якої власне ядро було вилучене, й наступні вирощування та отримання організму набула широкого застосування як соматичне клонування. У 1996 р. генетикам з Рослінського інституту, що біля Единбурга (Шотландія), вдалося створити першу в світі тварину шляхом клонування - легендарну вівцю Доллі. При цьому вчені використали клітину молочної залози дорослої вівці як донора ядра, з яйцеклітини вилучили власне ядро і замінили ядром клітини молочної залози однієї і тієї самої вівці. Потім виростили бластоцисту і пересадили її до матки тієї самої вівці. І ця вівця народила «доньку» на ім’я Доллі, яка була клоном материнського організму (іл. 182). Була також клонована трансгенна вівця Поллі з активним геном одного з чинників зсідання крові людини, при цьому продукт цього гена виділявся з молоком. Під час клонування кіз було створено ГМО, у яких активно працював ген людського тромбіну. Таким чином, клоновані трансгенні організми можуть слугувати живим «фармацевтичним заводом», який природним шляхом виробляє ті чи інші речовини, що їх використовують для лікування захворювань людини.

Іл. 182. Послідовність етапів клонування вівці Доллі

У клітинній інженерії розрізняють ще ембріональне клонування. Великий науковий інтерес становлять дослідження з утворенням химерних ембріонів шляхом поєднання бластомерів, взятих із зародків різних організмів. Вчені вже виростили перші в світі ембріони-химери, що складаються з клітин людини й свині. Ці ембріони можуть допомогти створити технологію вирощування людських органів всередині тварин.

Отже, клонування організмів пов'язане з маніпуляціями на рівні клітин для отримання нащадків однієї клітини або одного організму.

ДІЯЛЬНІСТЬ

Завдання на застосування знань

Наведіть приклади найпоширеніших на сьогодні цитотехнологій, галузей діяльності людини та проблем, на розв’язування яких націлено ці досягнення клітинної інженерії. Заповніть таблицю в робочому зошиті.

Цитотехнологія

Галузь

Проблеми

1.

2.

Біологія + Практика

Як показує життя, в природі можливо все. Наприклад, ось таке миле й симпатичне створіння на прізвисько Венера. Забарвлення шерсті Венери створено самою природою. Однак крім забарвлення мордочки у Венери ще й різні очі! Одне око рудувате, а інше - небесно-блакитне. Як могло виникнути в природі таке створіння?

СТАВЛЕННЯ

Біологія + Наука

Доктор Мічіо Кайку в своїй праці «Фізика майбутнього» писав: «У майбутньому продовження тривалості життя не залежатиме від легендарного фонтану молодості. Імовірніше, цього досягатимуть, поєднуючи такі методи: вирощування нових органів на заміну старим, що зносилися чи захворіли, за допомогою клітинної інженерії і стовбурових клітин». Застосуйте знання та оцініть перспективи та наслідки розвитку клітинної інженерії.

РЕЗУЛЬТАТ

Оцінка

Завдання для самоконтролю

1 - 6

1. Що таке клітинна інженерія? 2. Назвіть методи клітинної інженерії. 3. Наведіть приклади цитотехнології. 4. Хто такі химерні організми? 5. Що таке клонування? 6. Наведіть приклади клонованих організмів.

7 - 9

7. Чим займається клітинна інженерія? 8. Які досягнення клітинної інженерії? 9. Чому клонування організмів є методом клітинної інженерії?

10 - 12

10. Які перспективи розвитку клітинної інженерії?

Самоконтроль знань

Тест-оцінювання 9. БІОЛОГІЯ ЯК ОСНОВА БІОТЕХНОЛОГІЇ ТА МЕДИЦИНИ

І. Виберіть один правильний варіант відповіді (1 бал за правильну відповідь).

1. Хто із науковців є автором виразу: «Селекція - це еволюція, яка спрямовується волею людини»?

А Ч. Дарвін

Б М. І. Вавилов

В Г. Д. Карпеченко

Г І. В. Мічурін

2. Що відбувається з плодючістю віддалених гібридів?

А збільшується

Б не змінюється

В зменшується

Г вони, зазвичай, безплідні

3. Чому біологічним наслідком спорідненого схрещування є послаблення або навіть виродження нащадків?

А у гомозиготних організмів зростає ймовірність прояву домінантних алелів

Б у гомозиготних організмів збільшується ймовірність прояву летальних алелів

В зменшення резерву спадкової мінливості

Г посилення генетичного потоку генів

4. Який термін запропонував в 1917 р. угорський інженер К. Ерекі, коли описував процес виробництва свинини?

А генотерапія

Б біотехнологія

В генна інженерія

Г химерний організм

5. Назвіть ферменти для поєднання (зшивання) нуклеотидних послідовностей.

А лігази

Б ліази

В ревертази

Г рестриктази

6. Технологія штучного запліднення для подолання безпліддя належить до

А цитотехнології

Б гістотехнології

В ембріотехнології

Г технології клонування

7. Чим відрізняються трансгенні організми від химерних?

А містять генетично різнорідні клітини

Б містять чужорідні для цього виду гени

В містять генетично однорідні клітини

Г містять модифіковані клітини організму

8. Чим відрізняється клітинна інженерія від генної?

А припускає втручання в генетичний апарат і створює реДНК

Б не припускає втручання в генетичний апарат і створює рекомбінантні клітини

В не припускає втручання в генетичний апарат і створює реДНК

Г припускає втручання в генетичний апарат і створює рекомбінантні клітини

ІІ. Установіть відповідність (2 бали):

9.

Центр походження рослин

Види рослин

1

Середземноморський

А

Вишня, яблуня, соя

2

Передньоазійський

Б

Груша, абрикос, горох

3

Середньоазійський

В

Диня, виноград, інжир

4

Китайський

Г

Маслини, буряк, цибуля

Д

Гарбуз, квасоля, кукурудза

10.

Назва міжвидового гібрида

Вид, який їх утворив

1 бістер

А гібрид між левом-самцем і тигром-самкою

2 лігр

Б гібрид між самкою осла і самцем коня

3 мул

В гібрид білуги і стерляді

4 ішак

Г гібрид яка і великої рогатої худоби Д гібрид між самкою коня і ослом-самцем



Відвідайте наш новий сайт - Матеріали для Нової української школи - планування, розробки уроків, дидактичні та методичні матеріали, підручники та зошити