Шта је целуларни инжењеринг? Генетски и целуларни инжењеринг

Дуго времена, човек је сањао да су животиње које је узгајала биле веће, теже и продуктивније. Да би усеви које је он узгајао сазрели у најкраћем могућем року, не би били погођени штеточинама и болестима, расли би чак иу условима нижих температура околине и одсуства редовних киша.

У одређеној мјери, сви ови планови би се могли провести кроз селекцију, али овај процес је веома дуг и нитко не може јамчити да ће бити потпуно успјешан. Осим тога, овај метод не помаже да се у једном организму комбинују карактеристике неколико типова одједном. Наравно, ако се могу природно укрштати, онда је то могуће, али у другим случајевима може се само сањати о потребним насљедним особинама.

Цоре тецхнологи

Главни метод постизања таквих резултата је целуларни инжењеринг. Најдетаљније све његове технике радиле су на неким микроорганизмима. Опћенито, даљње могућности и перспективе овог правца су једноставно огромне. У овом тренутку, у току је дубоки развој како би се изоловали поједини гени који се могу убацити у тело. Једноставно речено, биће могуће створити кућне љубимце и биљке које ће имати строго дефинисан скуп атрибута и имати жељени изглед.

Не заборавите да је станични инжењеринг микроорганизама омогућио добијање "мултифункционалних" бактерија, које, на пример, могу биолошки разградити полиетилен. Поред тога, модификоване бактерије су идеалан материјал за производњу вакцина. Они могу бити потпуно сигурни (што омогућава употребу "живих" дрога) због потпуно одсутне вируленције, али имају цијели спектар антигена њихових "дивљих" предака.

Коначно, то је био станични инжењеринг биљака које су омогућавале чувеном квадратне лубенице и без коштица лимуна. Њој дугујемо појаву кромпира које личинке и одрасли кромпирићи не једу. Захваљујући генетичким истраживањима појавила се пшеница, која лако даје одличну жетву на сланим (!) Тлима!

Методе инжењерства ћелија

Сви биљне ћелије својство тотипотенције је инхерентно (то је када се појединачна ћелија може развити у читав организам). У пољопривреди, то даје неограничене могућности у експериментима за развој нових врста усева који су корисни за човека. Ћелијски инжењеринг у сточарству је веома обећавајући. Тренутно, научници имају велико искуство у сакупљању и складиштењу соматске ћелије различите врсте животиња ин витро. Посебно се односи на складиштење материјала у условима ниских температура.

Успут, које су методе инжењеринга животињских ћелија? Хајде да их расправимо.

Рана сепарација ембриона

Данас је метода издвајања раних ембриона посебно обећавајућа. Први потицај овом правцу дала је трансплантологија, која је почела да се развија, методама које су омогућиле да се сачува велики број добијених ембриона. Генерално, први успешан експеримент у раздвајању ембрионалног материјала у фазама 2–8 спровео је Виллард (на енглеском језику, Цамбридге). Недостатак овог метода је његова сложеност, због чега се ова операција може обавити само у добро опремљеној здравственој установи.

Једноставно речено, то је изузетно комплексна биотехнологија. Ћелијски инжењеринг у нашем времену користи много једноставније методе.

Касна сепарација клица

Тако су научници почели да манипулишу материјалом клица само у каснијим фазама (морула, бластоциста). Суштина методе је да се транспарентна зона (пеллуцида) прво отвори, након чега се ембрион пажљиво подели на два дела. Једна половина остаје на истом мјесту, док се други дио преноси у претходно припремљену зону.

Чак и пре неколико година, стопа преживљавања ембриона користећи ову технику достигла је 50-60%, док је данас та цифра близу 80%. Главни примењени ефекат је значајно повећање броја телади које је примљено од једног произвођача. Није изненађујуће да је инжењерство ћелијских животиња индустрија којој недостаје средстава.

Први у тим експериментима били су амерички научници. Управо су они закључили да ако је ембрион лишен прозирне мембране, онда преживи у не више од 15% случајева, али ако се очува прозирни слој, стопа преживљавања се одмах повећава на 35% случајева. Најбољи резултати се добијају ако свака половина подељеног ембриона има прозирну љуску и сваки део се уводи у посебан рог материце: до 75% ембриона преживи у савременим условима.

Али у коју сврху се инжењерство ћелија користи у пракси? Какве резултате добијате с тим?

Вредност инжењерства ћелија у оплемењивању

До данас ова техника све више почиње да се користи у међународним племенским пословима. Релативно недавно, метод за добијање и увођење ембриона у свиње је успешно тестиран. Истраживачи верују да ћелијски инжењеринг може дозволити повећање броја потомака једне животиње за најмање 30–35%. Али не заборавите на могућност добијања генетских копија.

Такве животиње су готово вредне своје тежине у злату за оне научнике који проучавају интеракцију околине и генотипа. Чињеница је да присуство два апсолутно идентична појединца омогућава да се минимизира утицај унутрашњих фактора при проучавању утицаја спољашњег окружења на организам. Поред тога, могуће је произвести клање једне животиње из пара у случају да су за студију потребни подаци о унутрашњем стању организма.

Сви ови развоји су основне методе инжењерства ћелија. Али заборавили смо да кажемо о најважнијем правцу ове гране науке у вези са вештачком регулацијом пола домаћих животиња. Време је да се исправи овај недостатак.

Методе регулације пода

Сигурно нико не би био изненађен да сазна о невероватном значају развоја у области вештачког регулисања пола код домаћих животиња. Тренутно, научници не могу да регулишу број животиња истог пола, па чак и уз препознавање пола појединца у раним фазама његовог развоја, постоје велики проблеми. До сада је напредак у вештачкој регулацији овог индикатора постигнут само веома безначајно: чак и ћелијски инжењеринг и клонирање не решавају овај проблем у потпуности.

Наравно, у идеалном случају, било би корисно једноставно поделити сперматозоиде који носе Кс и И хромозоме. У том правцу треба да се развијају истраживања. Други приступ (који је много једноставнији и стога се користи) је екстракција раних ембриона из женског репродуктивног система, одређивање њиховог пола, а затим трансплантација.

Али како се целуларни инжењеринг односи на све ово? Све је врло једноставно.

Ради се само о цитолошкој методи којом се одређује тип ембриона КСКС или КСИ. То се постиже проучавањем хроматина или полних хромозома. Последњих година, такође је утврђено да се пол може утврдити испитивањем специфичних антитела која су потпуно различита код жена и мушкараца. Постоје и мишљења неких научника који успостављају род испитивањем активности глукоза-6-фосфат дехидрогеназе. Међутим, тренутно су најефикаснији цитолошки и имунолошки (студије антитела).

Генетски инжењеринг

У наслову овог чланка није случајно да се користи израз "генски и ћелијски инжењеринг". Без обзира колико ефикасне методе корекције ћелијског материјала могу бити, рад директно са генима ће увек бити много ефикаснији.

Тренутно, генетске методе постепено добијају водећу улогу у сточарству и ратарству широм свијета. Захваљујући њима, оплемењивачки рад је достигао фундаментално другачији ниво: од сада, научници не могу само нагађати какве ће квалитете имати појединац који стварају, већ сигурно знати.

Треба одмах напоменути да све није тако добро. Постоје нека ограничења. Чињеница је да је за генетску манипулацију дозвољен само генетски материјал бикова, који може побољшати њихово потомство (побољшавачи). Једини проблем је што су такве животиње данас изузетно мале. Осим тога, програми који имају за циљ искорјењивање истог маститиса, до сада нису дали видљиве резултате. Једноставно речено, инжењеринг гена и ћелија је далеко од панацеје.

Сами методи инжењеринга почели су да се појављују у јединственом систему тек од 50-их година прошлог века. Дакле, један од главних радова, који су поставили темеље ове гране науке, постали су експерименти о трансплантацији ћелијских језгара према методи Бригса и Кинга. Прво, ова операција је успјешно обављена искључиво на жабама. Тренутно се успјешно изводе експерименти на трансплантацији генетског материјала чак и код мишева и већих сисара.

У новије време, научници су креирали метод за пренос језгра након фузије кариопласта. Осим тога, методе генетског и ћелијског инжењеринга сада дозвољавају стварање химерних организама заснованих на различитим типовима мекопитата.

Гарднер је убрзо развио суштински нову методу у којој се врши имплантација бластомера у бластоцисте реципијента. Бутлер-ова техника је успешно развијена код лабораторијских мишева. На основу ових кретања, први пут су добијене химере засноване на телу оваца.

Сви горе описани радови постепено припремају светску пољопривредну науку за широко увођење метода генетског инжењеринга. Најчешћи метод данас је трансфер генског материјала у култивисане ћелије и њихово накнадно уношење у бластоцисту.

Али пре него што схватимо неке аспекте ове технологије, вреди одговорити на важно питање. Прецизније, да се дискутује разлика између генетског инжењеринга и ћелијског. Генерално, овде је све сасвим једноставно: ако у првом случају научници раде директно са генетским материјалом, онда када се користе „ћелијске“ методе, целокупни органоиди и делови ћелија се узимају за рад, који се уграђују у материјал примаоца.

Проширена дефиниција

Дакле, која је суштина генетског инжењеринга? Средином седамдесетих година прошлог века научници су направили сензационално откриће. Открили су да се неки микробни ензими могу смањити ДНА молецуле на правом месту. Једноставно речено, постојала је јединствена прилика да се добије генетски материјал са строго одређеним својствима.

Коначно, истраживачи су били у могућности да идентификују одређене гене са највећом тачношћу, као и да их клонирају ако је то потребно. Који су принципи научници вођени у свом раду? У принципу, постоје само два:

• Ген мора имати јасну карактеризацију, коју треба детектовати.
• Изабрани генетски материјал је потребан да се причврсти за носиоца (вирус, на пример), који ће произвести његову трансплантацију.

Једноставно речено, изабрани ген из тела донора мора да се пренесе у тело примаоца, за који је странац. Главна ствар у раду истраживача није само постизање усађености, већ и стварање услова под којима ће се нормално реплицирати.

Рад са зиготом

Међутим, последњих година техника није била мање распрострањена у којој се ванземаљски гени убризгавају у пронуклеус животињских зигота. Први пут је овај метод тестиран на ооцитима језерских жаба: прво, увели су одређени ДНК, а научници су одмах приметили интеграцију и транскрипцију. Године 1981. по први пут је спроведен занимљив експеримент, током којег је у зиготу миша уведен ген за глобус кунића.

У овом случају, ген је имао појаву дугог геномског тандема који садржи стабилне регионе. Занимљиво је да су они били исправно транскрибовани само под условом да уопште нису садржали никакве компоненте плазмида. Манифестација гена који су уметнути коришћењем ове методе је детаљно проучавана у лабораторијским мишевима.

Годину дана пре експеримента са мишјим зиготом, 1980, пронуклеус исте мишје зиготе је стављен на плазмид пБР322, који је садржао фрагменте СК40 и ХСВ вируса. Као резултат, ДНК вируса је нађена у три мишева од 78 појединаца који су учествовали у експерименту. Чудно, али са ињекцијом гама хуманог гамаглобулина, његова интеграција је већ уочена у пет мишева од 33 јединке (више од 15%). Ово искуство је чак и тада показало да је стварање химеричних организама који би комбиновали одлике неколико типова одједном прилично реално.

Бринстер и његови сљедбеници са студентима трансплантирали су се у пронуклеус зигота мишева специјално припремљеног конструкта, који је укључивао мишји металотионеин, као и ген за тимидин киназу. У овом случају, пуна интеграција је уочена већ у 17% лабораторијских животиња.

Главни налази

Тренутно је генетски инжењеринг коначно постао обећавајућа, дискутована грана науке. Скоро сви знају за ово. Али који су задаци инжењерства ћелија и рада са генетским материјалом? Ох, веома су разноврсни.

Прво, научници читавог света суочавају се са задатком смиривања, смањујући глад на целој планети. Методе генетског и целуларног инжењеринга омогућавају да се створе такве сорте биљних и животињских врста, чија ће продуктивност бити десет пута већа него код дивљих предака.

Друго, ова научна грана ће можда бити у стању да превазиђе проблеме прераног старења и других генетских болести, за које данас не постоји ни један лек. Коначно, генетски инжењеринг ће нам сигурно омогућити да продужимо живот у великој мери!

Стручњаци кажу да методе генетског инжењеринга у блиској будућности неће само дијагностицирати генетске болести (на примјер, Довнов синдром, на примјер) у екстремно раној трудноћи, већ их и учинковито третирати!