Отримання знань

«Мікроорганізм, це гидке каченя перших років епідеміології, завдяки успіхам науки і техніки, досягненням людського генія, перетворилась у чудового лебедя генної інженерії, сучасної біотехнології і індустрії живих клітин».

Б.Я. Нейман

Як могло статися таке диво?!

Пригадайте:

1. Що таке ген?
2. Які ви знаєте особливості будови і життєдіяльності вірусів?
3. Які особливості будови і процесів життєдіяльності бактерій?
4. Що таке транскрипція?
5. Що таке редуплікація?
6. Як відбувається транскрипція та редуплікація ДНК?
7. Які основні принципи структурно-функціональної організації багатоклітинних організмів?

Зміст, завдання і методи сучасної  гістотехнології як одного з напрямків біотехнології

Остання чверть ХХ століття ознаменувалась бурхливим розвитком нової галузі біології -  біотехнології. Біотехнологія - це наука що роз'язує біологічні проблеми за допомогою технічних засобів.  Біотехнологія  - це сукупність промислових методів, які застосовують для виробництва різних речовин із використанням живих організмів, біологічних процесів або явищ.

До таких виробництв належать стародавня біотехнологія сироваріння, виноробства, пивоваріння, хлібопечення, приготування молочних продуктів, квашення овочів, силосування.

У свою чергу ця дисципліна складається з великої кількості різних підрозділів.

Методи генної інженерії

Роком народження генної інженерії вважають 1972 рік, коли група дослідників у США під керівництвом П. Бергера отримала першу штучно створену рекомбінантну молекулу ДНК.

Виконання будь-якої генноінженерної програми передбачає

• необхідність виділення фрагментів ДНК, які несуть необхідний ген;
• поєднання їх «in vitro» з векторними молекулами, здатними переносити цей ген у реціпієнтні клітини;
• створення умов для стабільного успадкування і ефективної експресії перенесеного гену у чужому генотиповому середовищі;

Успішне вирішення цих проблем стало можливим завдяки:

1. Відкриттю явища рестрикції - модифікації ДНК і виділенню специфічних ферментів - рестріктаз, необхідних для отримання фрагментів ДНК з однаковими кінцевими послідовностями;
2. Упровадженню в практику генної інженерії методів хімічного і хімікоферментативного синтезу генів;
3. Виявленню природних і створенню штучних векторних молекул ДНК, здатних переносити в реціпієнтну клітину фрагменти чужорідної ДНК, забезпечити включення їх у відповідний геном та їх експресії;
4. Розробці методів поєднання фрагментів ДНК різного походження з утворенням рекомбінантних молекул;
5. Розробці методів клонування молекул ДНК та створення бази даних генів (банк генів);
6. Розробці методів трансформації і трансдукції для різних організмів і добору клонів, що несуть рекомбінантні молекули ДНК.

Будь-які фрагменти ДНК можна клонувати (розмножувати) введенням вектора у реціпієнтну клітину (як правило це E. Coli). Це досягається шляхом трансформації, якщо в ролі вектора виступає бактеріофаг або інші віруси (наприклад вірус мавп SV40), то проникнення чужорідної ДНК у клітину здійснюється шляхом трансдукції. Реципієнтні клітини та організми з властивими їм ознаками, що виникли завдяки проникненню чужорідної ДНК називають трансформованими.

Зараз сконструйовано спеціальні вектори для переносу (трангенозу) чужорідних генів у клітини рослин і тварин.

Існуючи та потенціальні вектори для рослин можна розділити на декілька категорій:

1. Вектори, отримані на основі бактеріальних векторів здатних інтегруватись у геном рослини -реципієнта - це Ті-плазміди та Рі-плазміди.
2. Вектори, сконструйовані на основі ДНК вірусних та віроїдних патогенів рослин;
3. Вектори, які можуть існувати в рослинних клітинах як незалежні реплікони (мітохондріальна та хлоропластна ДНК);
4. Вектори, отримані на основі нестабільних компонентів геному рослин (так званих транспозибельних елементів);

Клітинна (тканинна) інженерія

Сучасна клітинна, тканинна інженерія почала оформлюватись у самостійну дисципліну після праці Д.Г. Вольтера та Ф.Р. Майера. Вони у 1984 році за допомогою пластичного матеріалу, штучно вирощеного з клітин узятих у пацієнта відновили ушкоджену рогівку ока.

 Із 1987 року тканинну інженерію почали вважати новим науковим напрямом у медицині, що ґрунтується на використанні сучасних гістотехнології.

Клітинна інженерія - розробка методів ембріонального клонування і клонування організмів, органів, тканин, з окремих клітин; це методи роботи з різними клітинами з найрізноманітнішою метою; від їх культивування і до створення клонів людей. Ця ідея викликала багато різних тлумачень: від негайного застосування на практиці до заборони будь-яких досліджень в цій галузі. Така реакція пов'язана з недостатньою кількістю експериментальних даних, оскільки серійних клонів тварин не отримано. Створення клонів базується на простому перенесенні соматичного ядра в незапліднену яйцеклітину, в якій власне ядро інактивовано. Надалі така яйцеклітина пересаджується сурогатній матері і всі процеси проходять природнім шляхом. Оскільки генотип ядра соматичної клітини тотипотентний, розвивається новий організм, який повністю відповідає за своїми особливостями, властивостями і ознаками тому, від якого взято соматичне ядро. Практично це його копія, але тільки молодша - на той час, який прожив донор. Крім того, цей метод дозволяє розмножувати тварин з корисними мутаціями  в соматичних клітинах, чого не можливо досягти ніякими іншими методами. Метод клонування дозволяє зберегти рідкісні популяції тварин занесених  нині у Червону книгу.

Досягнення і завдання клітинної інженерії.

Завдяки гістотехнологіям були отримані:

• культурні клітини (тканини для отримання цінних речовин);
• штучна печінкова тканина;
• відбувається реконструкція сполучної тканини, особливо кісткової;
• гладка м'язова тканина, яка використовується для відтворення сечоводів, сечового міхура, кишкової трубки;
• створення штучних клапанів серця і капілярних сіток;
• найбільш важливим напрямком є виготовлення еквівалентів шкіри;
• клонування організмів - перспективний напрямок клітинної інженерії;
• гібридизація соматичних клітин;
• ембріональна індукція - займається штучною зміною організму  уході зародкового розвитку.

Методи тканинної інженерії їх суть.

• виділення клітин з організму або відбір клітин з донорського матеріалу;
• перенесення їх на штучні поживні середовища;
• виділення тканинно-специфічних клітин та їх подальше культивування;
• нанесення отриманої культури клітин на матрицю з наступною культивацією;
• матриці можуть бути виготовлені з різних біоматеріалів і повинні легко руйнуватися в оргазмі або заміщатись на тканини власного організму.

Проблеми тканинної інженерії

• клітини під час культивування можуть змінювати свої властивості й перетворюються з нормальних на близькі за характеристиками до пухлинних;
• причиною перероджень можуть бути стимулятори розмноження клітин;
• процес культивування може приводити до зараження клітин;
• джерелом інфекції можуть бути живильні середовища, сироватка, порушення регламенту роботи
• багато проблем виникає в середині організму після пересадження штучних тканин.
• Незважаючи на це, тканинна інженерія є найбільш перспективним напрямом у біотехнологіях, який швидко розвивається.