Гимназия №4

Реферат на тему:
Клеточная инженерия

Выполнил: Вантеев А.
Проверил: Л.А. Ващенко

Новосибирск 1999
Содержание
1) Клетка
а) Введение
б) Строение и функции оболочки клетки
в) Химический состав клетки
г) Содержание химических элементов
д) Биология опухолевой клетки
2) Клонирование клеток животных
а) Введение
б) А была ли Долли?
в) Клонирование - ключ к вечной молодости?
3) Культивирование клеток растений
а) Каллюсная культура
б) Суспензионная культура
в) Культура протопластов
г) Культура пыльников
д) Регенерация

Клетка

Введение

Цитология - наука о клетке. Наука о клетке называется цитоло-гией (греч. «цитос" - клетка, «логос" - наука). Предмет цитоло-гии - клетки многоклеточных животных и растений, а также одно-клеточных организмов, к числу которых относятся бактерии, про-стейшие и одноклеточные водоросли. Цитология изучает строение и химический состав клеток, функции внутриклеточных структур, функции клеток в организме животных и растений, размножение и развитие клеток, приспособления клеток к условиям окружающей среды. Современная цитология - наука комплексная. Она имеет са-мые тесные связи с другими биологическими науками, например с ботаникой, зоологией, физиологией, учением об эволюции органи-ческого мира, а также с молекулярной биологией, химией, физи-кой, математикой. Цитология - одна из относительно молодых био-логических наук, ее возраст около 100 лет. Возраст же термина “клетка” насчитывает свыше 300 лет. Впервые название «клетка» в середине XVII в. применил Р. Гук. Рассматривая тонкий срез пробки с помощью микроскопа, Гук увидел, что пробка состоит из ячеек - клеток.
Клеточная теория. В середине XIX столетия на основе уже мно-гочисленных знаний о клетке Т. 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. Эти положения явились важнейшими доказательствами единства происхождения всех живых организмов, единство всего органического мира. Т. Шван внес в науку правильное понимание клетки как самостоятельной единицы жизни, наименьшей единицы живого: вне клетки нет жизни.
Изучение химической организации клетки привело к выводу, что именно химические процессы лежат в основе ее жизни, что клетки всех организмов сходны по химическому составу, у них однотипно протекают основные процессы обмена веществ. Данные о сходстве химического состава клеток еще раз подтвердили единство всего органического мира.
Современная клеточная - теория включает следующие положения:
клетка - основная единица строения и развития всех живых ор-ганизмов, наименьшая единица живого;
клетки всех одноклеточных и многоклеточных организмов сходны ( гомологичны ) по своему строению, химическому составу, основ-ным проявлениям жизнедеятельности и обмену веществ;
размножение клеток происходит путем их деления, и каждая но-вая клетка образуется в результате деления исходной (материн-ской) клетки;
в сложных многоклеточных организмах клетки специализированы по выполняемой ими функции и образуют ткани; из тканей состоят органы, которые тесно связаны между собой и подчинены нервным и гуморальным системам регуляции.
Исследования клетки имеют большое значение для разгадки забо-леваний. Именно в клетках начинают развиваться патологические изменения, приводящие к возникновению заболеваний. Чтобы понять роль клеток в развитии заболеваний, приведем несколько приме-ров. Одно из серьезных заболеваний человека - сахарный диабет. Причина этого заболевания - недостаточная деятельность группы клеток поджелудочной железы, вырабатывающих гормон инсулин, ко-торый участвует в регуляции сахарного обмена организма. Злока-чественные изменения, приводящие к развитию раковых опухолей, возникают также на уровне клеток. Возбудители кокцидиоза - опасного заболевания кроликов, кур, гусей и уток - паразитиче-ские простейшие - кокцидии проникают в клетки кишечного эпите-лия и печени, растут и размножаются в них, полностью нарушают обмен веществ, а затем разрушают эти клетки. У больных кокци-диозом животных сильно нарушается деятельность пищеварительной системы, и при отсутствии лечения животные погибают. Вот почему изучение строения, химического состава, обмена веществ и всех проявлений жизнедеятельности клеток необходимо не только в био-логии, но также в медицине и ветеринарии.
Изучение клеток разнообразных одноклеточных и многоклеточных организмов с помощью светооптического и электронного микроско-пов показало, что по своему строению они разделяются на две группы. Одну группу составляют бактерии и сине-зеленые водорос-ли. Эти организмы имеют наиболее простое строение клеток. Их называют доеденными (прокариотами), так как у них нет оформлен-ного ядра (греч. «картон»-ядро) и нет многих структур, которые называют органоидами. Другую группу составляют все остальные организмы: от одноклеточных зеленых водорослей и простейших до высших цветковых растений, млекопитающих, в том числе и челове-ка. Они имеют сложно устроенные клетки, которые называют ядер-ными (эукариотическими). Эти клетки имеют ядро и органоиды, вы-полняющие специфические функции.
Особую, неклеточную форму жизни составляют вирусы, изучением которых занимается вирусология.

Строение и функции оболочки клетки

Клетка любого организма, представляет собой целостную живую систему. Она состоит из трех неразрывно связанных между собой частей: оболочки, цитоплазмы и ядра. Оболочка клетка осуществ-ляет непосредственное взаимодействие с внешней средой и взаимо-действие с соседними клетками (в многоклеточных организмах).
Оболочка клеток. Оболочка клеток имеет сложное строение. Она со-стоит из наружного слоя и расположенной под ним плазматической мембраны. Клетки животных и растений различаются по строению их наружного слоя. У растений, а также у бактерий, сине-зеленых водорослей и грибов на поверхности клеток расположена плотная оболочка, или клеточная стенка. У большинства растений она со-стоит из клетчатки. Клеточная стенка играет исключительно важ-ную роль: она представляет собой внешний каркас, защитную обо-лочку, обеспечивает тургор растительных клеток: через клеточную стенку проходит вода, соли, молекулы многих органических ве-ществ.
Наружный слой поверхности клеток животных в отличие от кле-точных стенок растений очень тонкий, эластичный. Он не виден в световой микроскоп и состоит из разнообразных полисахаридов и белков. Поверхностный слой животных клеток получил название гликокаликс.
Гликокаликс выполняет прежде всего функцию непосредственной связи клеток животных с внешней средой, со всеми окружающими ее веществами. Имея незначительную толщину (меньше 1 мкм), наруж-ный слой клетки животных не выполняет опорной роли, какая свой-ственна клеточным стенкам растений. Образование гликокаликса, так же как и клеточных стенок растений, происходит благодаря жизнедеятельности самих клеток.
Плазматическая мембрана. Под гликокаликсом и клеточной стенкой растений расположена плазматическая мембрана (лат. “мембрана»-кожица, пленка), граничащая непосредственно с цитоплазмой. Тол-щина плазматической мембраны около 10 нм, изучение ее строения и функций возможно только с помощью электронного микроскопа.
В состав плазматической мембраны входят белки и липиды. Они упорядочено расположены и соединены друг с другом химическими взаимодействиями. По современным представлениям молекулы липи-дов в плазматической мембране расположены в два ряда и образуют сплошной слой. Молекулы белков не образуют сплошного слоя, они располагаются в слое липидов, погружаясь в него на разную глу-бину.
Молекулы белка и липидов подвижны, что обеспечивает динамич-ность плазматической мембраны.
Плазматическая мембрана выполняет много важных функций, от которых завидят жизнедеятельность клеток. Одна из таких функций заключается в том, что она образует барьер, отграничивающий внутреннее содержимое клетки от внешней среды. Но между клетка-ми и внешней средой постоянно происходит обмен веществ. Из внешней среды в клетку поступает вода, разнообразные соли в форме отдельных ионов, неорганические и органические молекулы. Они проникают в клетку через очень тонкие каналы плазматической мембраны. Во внешнюю среду выводятся продукты, образованные в клетке. Транспорт веществ- одна из главных функций плазматиче-ской мембраны. Через плазматическую мембрану из клети выводятся продукты обмена, а также вещества, синтезированные в клетке. К числу их относятся разнообразные белки, углеводы, гормоны, ко-торые вырабатываются в клетках различных желез и выводятся во внеклеточную среду в форме мелких капель.
Клетки, образующие у многоклеточных животных разнообразные ткани (эпителиальную, мышечную и др.), соединяются друг с дру-гом плазматической мембраной. В местах соединения двух клеток мембрана каждой из них может образовывать складки или выросты, которые придают соединениям особую прочность.
Соединение клеток растений обеспечивается путем образования тонких каналов, которые заполнены цитоплазмой и ограничены плазматической мембраной. По таким каналам, проходящим через клеточные оболочки, из одной клетки в другую поступают пита-тельные вещества, ионы, углеводы и другие соединения.
На поверхности многих клеток животных, например, различных эпителиев, находятся очень мелкие тонкие выросты цитоплазмы, покрытые плазматической мембраной, - микроворсинки. Наибольшее количество микроворсинок находится на поверхности клеток кишеч-ника, где происходит интенсивное переваривание и всасывание пе-реваренной пищи.
Фагоцитоз. Крупные молекулы органических веществ, например белков и полисахаридов, частицы пищи, бактерии поступают в клетку путем фагоцита (греч. “фагео” - пожирать). В фагоците непосредственное участие принимает плазматическая мембрана. В том месте, где поверхность клетки соприкасается с частицей ка-кого-либо плотного вещества, мембрана прогибается, образует уг-лубление и окружает частицу, которая в “мембранной упаковке” погружается внутрь клетки. Образуется пищеварительная вакуоль и в ней перевариваются поступившие в клетку органические вещест-ва.

Цитоплазма. Отграниченная от внешней среды плазматической мем-браной, цитоплазма представляет собой внутреннюю полужидкую среду клеток. В цитоплазму эукариотических клеток располагаются ядро и различные органоиды. Ядро располагается в центральной части цитоплазмы. В ней сосредоточены и разнообразные включения - продукты клеточной деятельности, вакуоли, а также мельчайшие трубочки и нити, образующие скелет клетки. В составе основного вещества цитоплазмы преобладают белки. В цитоплазме протекают основные процессы обмена веществ, она объединяет в одно целое ядро и все органоиды, обеспечивает их взаимодействие, деятель-ность клетки как единой целостной живой системы.
Эндоплазматическая сеть. Вся внутренняя зона цитоплазмы заполнена многочисленными мелкими каналами и полостями, стенки которых представляют собой мембраны, сходные по своей структуре с плаз-матической мембраной. Эти каналы ветвятся, соединяются друг с другом и образуют сеть, получившую название эндоплазматической сети.
Эндоплазматическая сеть неоднородна по своему строению. Из-вестны два ее типа - гранулярная и гладкая. На мембранах кана-лов и полостей гранулярной сети располагается множество мелких округлых телец - рибосом, которые придают мембранам шероховатый вид. Мембраны гладкой эндоплазматической сети не несут рибосом на своей поверхности.
Эндоплазматическая сеть выполняет много разнообразных функ-ций. Основная функция гранулярной эндоплазматической сети - участие в синтезе белка, который осуществляется в рибосомах.
На мембранах гладкой эндоплазматической сети происходит син-тез липидов и углеводов. Все эти продукты синтеза накапливаются в каналах и полостях, а затем транспортируются к различным ор-ганоидам клетки, где потребляются или накапливаются в цитоплаз-ме в качестве клеточных включений. Эндоплазматическая сеть свя-зывает между собой основные органоиды клетки.
Рибосомы. Рибосомы обнаружены в клетках всех организмов. Это микроскопические тельца округлой формы диаметром 15-20 нм. Каж-дая рибосома состоит из двух неодинаковых по размерам частиц, малой и большой.
В одной клетке содержится много тысяч рибосом, они располага-ются либо на мембранах гранулярной эндоплазматической сети, ли-бо свободно лежат в цитоплазме. В состав рибосом входят белки и РНК. Функция рибосом - это синтез белка. Синтез белка - сложный процесс, который осуществляется не одной рибосомой, а целой группой, включающей до нескольких десятков объединенных рибо-сом. Такую группу рибосом называют полисомой. Синтезированные белки сначала накапливаются в каналах и полостях эндоплазмати-ческой сети, а затем транспортируются к органоидам и участкам клетки, где они потребляются. Эндоплазматическая сеть и рибосо-мы, расположенные на ее мембранах, представляют собой единый аппарат биосинтеза и транспортировки белков.
Митохондрии. В цитоплазме большинства клеток животных и расте-ний содержатся мелкие тельца (0,2-7 мкм) - митохондрии (греч. «митос» - нить, «хондрион» - зерно, гранула).
Митохондрии хорошо видны в световой микроскоп, с помощью кото-рого можно рассмотреть их форму, расположение, сосчитать коли-чество. Внутреннее строение митохондрий изучено с помощью элек-тронного микроскопа. Оболочка митохондрии состоит из двух мем-бран - наружной и внутренней. Наружная мембрана гладкая, она не образует никаких складок и выростов. Внутренняя мембрана, на-против, образует многочисленные складки, которые направлены в полость митохондрии. Складки внутренней мембраны называют кри-стами (лат. «криста» - гребень, вырост) Число крист неодинаково в митохондриях разных клеток. Их может быть от нескольких де-сятков до нескольких сотен, причем особенно много крист в мито-хондриях активно функционирующих клеток, например мышечных.
Митохондрии называют «силовыми станциями» клеток» так как их основная функция - синтез аденозинтрифосфорной кислоты (АТФ). Эта кислота синтезируется в митохондриях клеток всех организмов и представляет собой универсальный источник энергии, необходи-мый для осуществления процессов жизнедеятельности клетки и це-лого организма.
Новые митохондрии образуются делением уже существующих в клетке митохондрий.
Пластиды. В цитоплазме клеток всех растений находятся пласти-ды. В клетках животных пластиды отсутствуют. Различают три ос-новных типа пластид: зеленые - хлоропласты; красные, оранжевые и желтые - хромопласты; бесцветные - лейкопласты.
Хлоропласт. Эти органоиды содержатся в клетках листьев и других зеленых органов растений, а также у разнообразных водорослей. Размеры хлоропластов 4-6 мкм, наиболее часто они имеют овальную форму. У высших растений в одной клетке обычно бывает несколько десятков хлоропластов. Зеленый цвет хлоропластов зависит от со-держания в них пигмента хлорофилла. Хлоропласт - основной орга-ноид клеток растений, в котором происходит фотосинтез, т. е. образование органических веществ (углеводов) из неорганических (СО2 и Н2О) при использовании энергии солнечного света.
По строению хлоропласты сходны с митохондриями. От цитоплазмы хлоропласт отграничен двумя мембранами - наружной и внутренней. Наружная мембрана гладкая, без складок и выростов, а внутренняя образует много складчатых выростов, направленных внутрь хлоро-пласта. Поэтому внутри хлоропласта сосредоточено большое коли-чество мембран, образующих особые структуры - граны. Они сложе-ны наподобие стопки монет.
В мембранах гран располагаются молекулы хлорофилла, потому именно здесь происходит фотосинтез. В хлоропластах синтезирует-ся и АТФ. Между внутренними мембранами хлоропласта содержатся ДНК, РНК и рибосомы. Следовательно, в хлоропластах, так же как и в митохондриях, происходит синтез белка, необходимого для деятельности этих органоидов. Хлоропласты размножаются делени-ем.
Хромопласты находятся в цитоплазме клеток разных частей расте-ний: в цветках, плодах, стеблях, листьях. Присутствием хромо-пластов объясняется желтая, оранжевая и красная окраска венчи-ков цветков, плодов, осенних листьев.
Лейкопласты. находятся в цитоплазме клеток неокрашенных частей растений, например в стеблях, корнях, клубнях. Форма лейкопла-стов разнообразна.
Хлоропласты, хромопласты и лейкопласты способны клетка взаим-ному переходу. Так при созревании плодов или изменении окраски листьев осенью хлоропласты превращаются в хромопласты, а лейко-пласты могут превращаться в хлоропласты, например, при позеле-нении клубней картофеля.
Аппарат Гольджи. Во многих клетках животных, например в нервных, он имеет форму сложной сети, расположенной вокруг ядра. В клет-ках растений и простейших аппарат Гольджи представлен отдельны-ми тельцами серповидной или палочковидной формы. Строение этого органоида сходно в клетках растительных и животных организмов, несмотря на разнообразие его формы.
В состав аппарата Гольджи входят: полости, ограниченные мем-бранами и расположенные группами (по 5-10); крупные и мелкие пузырьки, расположенные на концах полостей . Все эти элементы составляют единый комплекс.
Аппарат Гольджи выполняет много важных функций. По каналам эн-доплазматической сети к нему транспортируются продукты синтети-ческой деятельности клетки - белки, углеводы и жиры. Все эти вещества сначала накапливаются, а затем в виде крупных и мелких пузырьков поступают в цитоплазму и либо используются в самой клетке в процессе ее жизнедеятельности, либо выводятся из нее и используются в организме. Например, в клетках поджелудочной же-лезы млекопитающих синтезируются пищеварительные ферменты, ко-торые накапливаются в полостях органоида. Затем образуются пу-зырьки, наполненные ферментами. Они выводятся из клеток в про-ток поджелудочной железы, откуда перетекают в полость кишечни-ка. Еще одна важная функция этого органоида заключается в том, что на его мембранах происходит синтез жиров и углеводов (поли-сахаридов), которые используются в клетке и которые входят в состав мембран. Благодаря деятельности аппарата Гольджи проис-ходят обновление и рост плазматической мембраны.
Лизосомы. Представляют собой небольшие округлые тельца. От Ци-топлазмы каждая лизосома отграничена мембраной. Внутри лизосомы находятся ферменты, расщепляющие белки, жиры, углеводы, нуклеи-новые кислоты.
К пищевой частице, поступившей в цитоплазму, подходят лизосо-мы, сливаются с ней, и образуется одна пищеварительная вакуоль , внутри которой находится пищевая частица, окруженная фермен-тами лизосом. Вещества, образовавшиеся в результате переварива-ния пищевой частицы, поступают в цитоплазму и используются клеткой.
Обладая способностью к активному перевариванию пищевых ве-ществ, лизосомы участвуют в удалении отмирающих в процессе жиз-недеятельности частей клеток, целых клеток и органов. Образова-ние новых лизосом происходит в клетке постоянно. Ферменты, со-держащиеся в лизосомах, как и всякие другие белки синтезируются на рибосомах цитоплазмы. Затем эти ферменты поступают по кана-лам эндоплазматической сети к аппарату Гольджи, в полостях ко-торого формируются лизосомы. В таком виде лизосомы поступают в цитоплазму.
Клеточный центр. В клетках животных вблизи ядра находится орга-ноид, который называют клеточным центром. Основную часть кле-точного центра составляют два маленьких тельца - центриоли, расположенные в небольшом участке уплотненной цитоплазмы. Каж-дая центриоль имеет форму цилиндра длиной до 1 мкм. Центриоли играют важную роль при делении клетки; они участвуют в образо-вании веретена деления.
Клеточные включения. К клеточным включениям относятся углеводы, жиры и белки. Все эти вещества накапливаются в цитоплазме клет-ки в виде капель и зерен различной величины и формы. Они перио-дически синтезируются в клетке и используются в процессе обмена веществ.
Ядро. Каждая клетка одноклеточных и многоклеточных животных, а также растений содержит ядро. Форма и размеры ядра зависят от формы и размера клеток. В большинстве клеток имеется одно ядро, и такие клетки называют одноядерными. Существуют также клетки с двумя, тремя, с несколькими десятками и даже сотнями ядер. Это - многоядерные клетки.
Ядерный сок - полужидкое вещество, которое находится под ядер-ной оболочкой и представляет внутреннюю среду ядра.

Химический состав клетки. Неорганические вещества

Атомный и молекулярный состав клетки. В микроскопической клетке со-держится несколько тысяч веществ, которые участвуют в разнооб-разных химических реакциях. Химические процессы, протекающие в клетке,- одно из основных условий ее жизни, развития и функцио-нирования.
Все клетки животных и растительных организмов, а также микро-организмов сходны по химическому составу, что свидетельствует о единстве органического мира.

Содержание химических элементов в клетке

Элементы Количество (в %) Элементы Количество (в %)

Кислород 65-75 Кальций 0,04-2,00
Углерод 15-16 Магний 0,02-0,03
Водород 8-10 Натрий 0,02-0,03
Азот 1,5-3,0 Железо 0,01-0,015
Фосфор 0,2-1,0 Цинк 0,0003
Калий 0,15-0,4 Медь 0,0002
Сера 0,15-0,2 Йод 0,0001
Хлор 0,05-0,1 Фтор 0,0001

В таблице приведены данные об атомном составе клеток. Из 109 элементов периодической системы Менделеева в клетках обнаружено значительное их большинство. Особенно велико содержание в клет-ке четырех элементов - кислорода, углерода, азота и водорода. В сумме они составляют почти 98% всего содержимого клетки. Сле-дующую группу составляют восемь элементов, содержание которых в клетке исчисляется десятыми и сотыми долями процента. Это сера, фосфор, хлор, калий, магний, натрий, кальций, железо. В сумме они составляют 1.9%. Все остальные элементы содержатся в клетке в исключительно малых количествах (меньше 0,01%)
Таким образом, в клетке нет каких-нибудь особенных элементов, характерных только для живой природы. Это указывает на связь и единство живой и неживой природы. На атомном уровне различий между химическим составом органического и не органического мира нет. Различия обнаруживаются на более высоком уровне организа-ции - молекулярном.

Биология опухолевой клетки

Клетка многоклеточного организма может существовать в двух состояниях: нормальном и трансформированном, т.е. опухолевом. Для исследовательских целей во многих случаях более удобна культура опухолевых клеток.
Опухолевая клетка по многим биохимическим признакам отли-чается от нормальной. Её наиболее характерным отличительным свойством является способность к непрерывному делению, которое не подчиняется регуляторным сигналам организма. В результате деления из одной клетки образуются две, также способные к бес-контрольному делению, т.е. способность к нерегулируемому деле-нию передается по наследству. Увеличение размера опухоли проис-ходит за счет размножения исходной опухолевой клетки, а не пре-вращения новых нормальных клеток в опухолевые. Отсюда следует, что из одной опухолевой клетки в организме может возникнуть опухолевой узел.
Имеются прямые доказательства того, что опухоли человека имеют моноклональное происхождение (клон - некоторое количество клеток, произошедших от одной родительской клетки в результате ее деления).
Помимо способности к бесконтрольному росту еще два свойст-ва опухолей определяют их опасность для жизни организма: спо-собность к инвазии и метастазированию.
Инвазия - явление прорастания опухоли в нормальные ткани, нарушая их питание, функционирование, что приводит их к гибели.
Метастазирование - это способность злокачественной опухоли образовывать опухолевые узлы в отдаленных от первичной опухоли частях организма. Опухолевые клетки, в отличие от нормальных, плохо скреплены между собой. Отрываясь от основного узла, оди-ночные опухолевые клетки током крови или лимфы разносятся по всему организму. В некоторых органах они могут задержаться и начать делиться, что приведет к образованию новых опухолевых узлов, способных к инвазии, таким образом, даже если опухоль поражен не жизненно важный орган, то и в этом случае способ-ность опухоли к метастазированию делает ее опасной для жизни.
Особый интерес представляет вопрос, может ли идти обратный процесс, т.е. может ли из опухолевой клетки образоваться нор-мальная? Дать положительный ответ, разумеется, никто не решит-ся, но в то же время имеются данные, свидетельствующие о теоре-тической возможности перерождения - нормализации опухолевых клеток.
Было отмечено, что при введении некоторых веществ (масля-ной кислоты, диметилсульфоксида, витамина А и др.) в клеточную культуру опухоли, клетки по некоторым биохимическим признакам становились похожими на нормальные, однако при удалении этих веществ клетки вновь приобретали опухолевые черты.
Беатриса Минц, одна из исследователей рака, пересаживала клетку тератомы - опухоли семенников черной мыши в полость бла-стулы (этап развития оплодотворенной яйцеклетки) белой мыши. Через положенный срок рождались мышата, которые отличались от контрольных только тем, что они были пестрыми - на белой шкурке были черные полосы. Следовательно, в окружении нормальных кле-ток опухолевая клетка включилась в процессы развития организма как нормальная клетка.
Наконец, каждый из нас слышал о чудесных случаях исчезно-вения опухолей и выздоровления больных раком. Анализ историй болезней людей, болевших в стадии, когда медицина была бессиль-на им помочь и никакого лечения не проводилось, показывает, что очень малая доля больных по совершенно непонятным причинам вы-здоравливала. Погибали ли опухолевые клетки в организме в ре-зультате изменений в функционировании всего организма, превра-щались ли они в нормальные клетки - совершенно неизвестно.
Итак, рак это с одной стороны генетическое заболевание, когда ломается заранее заданная программа клеточного деления и клетка переходит в режим безостановочного самовоспроизводства, а с другой стороны - иммунное заболевание, поскольку происходит нарушение координации в системе надзора за тем, чтобы клетки, нарушившие закон о строгом выполнении программы развития, унич-тожались.

Клонирование
Введение

Термин "клонирование" стремительно вошел в широкий лекси-кон около двух лет назад: тогда специалисты Рослинского инсти-тута в Шотландии сообщили и существовании овечки Долли, появив-шейся на свет методом бесполого размножения. Кейт Кемпбелл и его сотрудники брали клетки из грудной железы шестилетней бере-менной овцы ( в таком случае эти клетки лучше могут делиться), извлекали из полученной культуры ядра и внедряли их в предвари-тельно очищенные от собственных ядер яйцеклетки других овечек. После нескольких сотен опытов одна из подобных манипуляций уда-лась: таким путем на свет появилась Долли - овечка, генетиче-ский код которой тождествен коду овцы-донора.
В воздухе запахло сенсацией: если таким методом удается создать млекопитающую овечку, то почему нельзя тем же путем произвести и не менее млекопитающего человека?

А была ли Долли?

Возможно, что споры юристов и политиков вокруг допустимости клонирования человека получат неожиданное завершение. Видные биологи недавно высказали серьезные сомнения в чистоте экспери-мента с овцой Долли. Заявления скептиков стали темой горячих дебатов среди генетиков. Критике подвергнут научный отчет, опубликованный Яном Уилмутом и его коллегами из Рослинского ин-ститута в Шотландии, где появилась на свет Долли.
Оппоненты утверждают, что авторы отчета не сумели дока-зать, что Долли и ее "мать" обладают одинаковой генетической структурой. А без этого невозможно установить, действительно ли Долли является клоном взрослого животного. В стане скептиков оказался и нобелевский лауреат профессор Уолтер Гилберт из Гар-вардского университета США. Его сомнения основываются на том, что клетки, которые использовались для создания Долли, были взяты у овцы, умершей за 3 года до ее рождения. Клетки были за-морожены для других целей, поэтому невозможно напрямую сравнить наследственный материал Долли с ее живым клоном.
Профессор Нортон Зиндер, специалист в области молекулярной генетики из университета Рокфеллера в Нью-Йорке, не исключает, что родительницей знаменитой овцы стала "заблудившаяся" клетка зародыша. Известны случаи, когда эмбриональные клетки попадали в кровь беременных животных. "Клонирование Долли было единст-венной удачей из 400 попыток. Это анекдот, а не результат. Во время эксперимента могли произойти любые вообразимые и невооб-разимые ошибки", - утверждает Зиндер.
Высказывают сомнения и более основательные. Хотя каждая отдельная клетка несет в себе полную наследственную информацию о нем, большинство генов быстро "отключается". Клетки специали-зируются, так что, например, из клетки печени не сможет полу-читься клетка мозга.
Доказательство происхождения Долли, считают, профессор Клаус Раевски, директор Института генетики Кельнского универси-тета, и его коллега Вернер Мюллер, не обладает стопроцентной генетической достоверностью. Нельзя исключить и путаницу с ис-ходными клетками. В целом, шотландские создатели Долли в тече-ние нескольких месяцев проделали 834 опыта по клонированию, ис-пользуя три различных типа клеток, размеры которых составляют всего несколько тысячных долей миллиметра. Возможно и "загряз-нение" клеток вымени. В чашке Петри, очевидно, могли плавать и другие вещества, что признает даже сам "автор" Долли Ян Уилмут. Сомнения могла бы устранить только вторая Долли, то есть успеш-ное повторение шотландского эксперимента.

Клонирование - ключ к вечной молодости?

Немало спекуляций и домыслов появилось в последнее время относительно нового способа "изготовления" людей путем клониро-вания. Тут и страхи появления нового Гитлера и ему подобных, и рассуждения в духе апокалипсиса о том, что в будущем клоны вы-теснят и уничтожат "нормальных людей", и другие тому подобные ужасы.
За всю историю человечество сотворило немало глупостей, но возможный запрет клонирования рискует побить все рекорды. Ибо оно, клонирование, не просто гуманно по своей сути, но способно кардинально решить такие проблемы, как трансплантация органов, возможность иметь детей при самых тяжелых случаях бесплодия и одиноким людям, а также шанс потерявшим ребенка родителям хоть немного смягчить свое горе, воспитывая двойника.
Трансплантация клонируемых органов способна спасти миллио-ны людей, умирающих по всему свету из-за дефицита органов, ко-торый создается, кстати, из-за всевозможных ограничений, навя-занных "моралистами": целостность трупа и его неприкосновен-ность после смерти.
Вторым важным следствием трансплантации клонируемых частей тела может стать пересадка утраченных органов: рук, ног, глаз и т.д. Лишить людей надежды забыть про инвалидность и стать нор-мальными людьми - разве это не в высшей степени негуманно?

Культивирование клеток растений

Полемика, вызванная успешным клонированием ряда животных, почему-то оставила в тени успехи, связанные с клонированием растений. Ведь уже достаточно давно мы имеем дело либо непо-средственно с растениями, разводимыми на основе клонирования, либо с веществами, полученными из культивируемых растительных клеток и тканей. Так, с помощью культивирования меристемы, га-рантирующего безвирусность растения, были выведены всюду прода-ваемые гвоздики, хризантемы, герберы и другие декоративные рас-тения. Также можно купить и цветки экзотических орхидных расте-ний, производство клонов которых уже имеет промышленную основу. Некоторые сорта клубники, малины, цитрусовых выведены с исполь-зованием техники клонирования. Прежде для выведения нового сор-та требовалось 10-30 лет, теперь же, благодаря применению мето-дов культивирования тканей этот период сокращен до нескольких месяцев. Весьма перспективными признаются работы, связанные с производством на основе культивирования тканей растений лекар-ственных и технических веществ, которые невозможно получить пу-тем синтеза. Так, уже получают подобным способом из клеточных структур барбариса изохинолиновый алкалоид берберин, а из жень-шеня - гинсеносид.
Основу культивирования растительных клеток и тканей со-ставляют содержащаяся в каждой клетке информация о всех свойст-вах и возможностях организма и способность клетки к самостоя-тельному обмену веществ. Для культивирования подходят различные органы растений. Как правило, используют молодые листья и осе-вые побеги верхних мутовок, а также столоны, клубни, пыльники, кончики корней, пазушные почки и другие части растения. Мери-стемные ткани верхушек ростовых побегов и корней имеют особое значение для получения безвирусных клонов. Отобранный материал стерилизуется различными веществами. При этом необходимо соблю-сти баланс времени, чтобы, с одной стороны, его продолжитель-ность обеспечила уничтожение микроорганизмов, с другой - не по-вредила бы клетки самой растительной ткани. Подготовка материа-ла к культивированию завершается многократным обмывом стериль-ной водой, после чего его помещают в стерильную рабочую банку на питательную среду и растят обязательно в стерильных услови-ях.
Свойство питательной среды определяются поставленными це-лями культивирования растительного материала, поскольку именно от заданных условий зависит конечный продукт. Питательная среда бывает жидкой или твердой. Она, как правило, состоит из большо-го числа синтетических веществ с заданной концентрацией. По-скольку изолированные растительные клетки и ткани большей ча-стью являются гетеротрофными, в ней должен содержаться органи-чески связанный углерод, источником которого обычно служат глю-коза или сахароза. Азот добавляется в форме нитратов, исполь-зуемых клетками с помощью нитратредуктазы. Применяют также фос-фор, калий, кальций, магний, сульфаты. Необходимым компонентом являются витамины, в особенности группы В (В1, В2, В6), миоино-зит, биотин, а также аминокислоты и органические соли. К безус-ловно необходимым микроэлементам относятся бор, марганец, иод, медь, кобальт, молибден. Так, недостаток марганца препятствует синтезу белков, уменьшает количество РНК и приводит к увеличе-нию содержания свободных аминокислот. Железо имеет значение для деления ядра и для деятельности дыхательных ферментов. Наконец, необходимо наличие в питательной среде ряда фитогормонов. Мани-пулируя концентрациями различных веществ в питательных средах, кислотностью последних, температурой, освещенностью и влажно-стью в камерах для культивирования, можно получить растения и вещества с требуемыми свойствами. В зависимости от используемых растительных клеток и тканей, способов культивирования различа-ют следующие основные типы структур: каллюсные, суспензионные, протопластов, меристематические, пыльников.

Каллюсные структуры

Для каллюсных структур исходным материалом является каллюс - это ткань, образующаяся у растений на местах ранений и спо-собствующая их заживлению. Она состоит из более или менее одно-родных паренхимных клеток, начало которым дает раневая меристе-ма. Элементы каллюса мало дифференцированы, однако вблизи его поверхности наблюдается рост, обусловленный активностью мери-стематических клеток. Впоследствии в каллюсе возможна дифферен-цировка его элементов и образование флоэмы, ксилемы и других тканей. Наружные клетки каллюса опробковевают.
Для культивирования на выбранном органе делают надрез, на всей поверхности которого развивается ткань, состоящая из неор-ганизованно растущих клеток. Эта образовавшаяся ткань и культи-вируется в заданных условиях. В зависимости от вида растения и поставленной цели предварительно необходимо установить состав питательных сред и концентрации фитогормонов, требуемых для оп-тимального роста. Каллюсы могут выглядеть очень различно. Они бывают рыхлыми или плотными. Окраска каллюса позволяет судить об образовании вторичных веществ. Если каллюс содержать в пол-ной темноте, он беловато-желтый. На свету он образует хлорофилл и становится зеленым. Красный свет указывает на наличие анто-циана и бетациана. Чтобы ослабить или устранить эти эффекты, в питательную среду добавляют поливинилпирролидон, глутатион или аскорбиновую кислоту. Коричневые клетки образуются перед отми-ранием, поэтому такую ткань необходимо поместить в свежую сре-ду. При длительном культивировании каллюсы могут терять свой морфогенетический потенциал. После нескольких смен питательных сред и при добавлении ростовых гормонов каллюс дифференцирует и регенерирует, образует осевые побеги, корни и, наконец, все растение целиком, способное к размножению и выращиванию в грун-те. Однако большей частью каллюсы используются в качестве ис-ходного материала для клеточного или суспензионного культивиро-вания.

Суспензионная культура

Для суспензионных культур исходным материалом могут быть кака изолированные целые клетки выбранного органа растения, так и измельченный каллюс. Образовавшиеся клетки помещают в жидкую питательную среду и культивируют при постояном перемешивании. Рост суспензионной культуры происходит во многих случаях суще-ственно быстрее, чем каллюсной культуры, поскольку скопления клеток поглощают питательные вещества значительно большей общей поверхностью, а у каллюса это происходит лишь в той его части, которая лежит на субстрате. При этом происходит деление клеток, новые клетки не отделяются, и их скопление увеличивается. С по-мощью особых приемов суспензионную культуру можно перенести на твердую питательную среду. Здесь из клеток или комплексов кле-ток может образоваться способный к жизни каллюс. В суспензии могут возникнуть также и зародыши, которы после их переноса на агар образуют новое растение.

Культура протопластов.

Культуры протопластов получают главным образом из приго-товленной из мезофила суспензии, обрабатывая ее ферментами, разрушающими клеточные стенки. В результате этого может про-изойти присоединение чужих органелл, а также чужой ДНК, которая встраивается в генетический материал ядра, что может выразиться в экспрессивности. Поскольку поверхности протопластов имеют от-рицательный заряд, необходимо нейтрализовать их отталкивание друг от друга, после чего они соединяются. После слияния проис-ходит регенерация клеточной стенки. Она образуется менее чем за сутки, после чего клетки начинают делиться и регенерируют новые растения. Во многих случаях удавались слияния протопластов раз-ных родительских растений и последующая регенерация через куль-туру каллюса нового растения с заданными свойствами. Оказалось возможным скрещивать представителей разных видов и родов, что прежде не удавалось. Слиянием протопластов вырастили, например, гибрид картофеля и томата, "томофель". Этот способ имеет ком-мерческое значение при выведении новых сортов соевых бобов, цитрусовых, сахарного тростника, кукурузы, пшеницы и картофеля. Получен также гибрид двух видов дурмана, содержащий на 25% больше алкалоида тропана в сравнении с родительскими растения-ми.
Меристематическая культура.

Для меристематической культуры используют меристему - об-разовательную ткань растений, долго сохраняющую способность к делению и образованию новых клеток и отличающуюся высокой мета-болической активностью. Для культивирования изолируют конусы нарастания побегов, корней, а также пазушные почки. Меристема-тические культуры более известны в садоводстве, так как они да-ют возможность получить безвирусные клоны. Из этого можно сде-лать вывод, что распределение вирусов в различных частях рас-тения неравномерное, а меристема их лишена. Из безвирусной ме-ристемы в большом количестве могут регенерировать генетически идентичные безвирусные растения. Этот способ используют для вы-ведения сортов картофеля, винограда, а также декоративных рас-тений и в лесоводстве.

Культура пыльников.

Культура пыльников используется для получения галлоидных растений. Как правило, растение является диплоидным, т.е. в его клетках содержится два гомологичных набора хромосом. Только за-родышевые клетки являются гаплоидными. Для получения гаплоидной культуры наиболее удобны незрелые пыльники, в которых пыльцевые зерна находятся еще в стадии, предшествующей первому делению микроспор на вегетативное и генеративное зерна. После переноса стерильных пыльников на питательную среду пыльцевые клетки на-чинают делиться. Развивается промежуточный каллюс или сразу об-разуется гаплоидный зародыш, который позднее дифференцируется в гаплоидное растение. Такие гаплоидные растения стерильны, но они могут перейти в диплоиды после воздействия колхицина или слияния протопластов. Так образуются плодовитые гомозиготные чистые линии растений, имеющие большое значение для селекции, поскольку в последующих поколениях всегда встречаются те же за-данные признаки. Благодаря этому методу выведены новые сорта зерновых и табака, а также получены многочисленные лекарствен-ные растения с улучшенными свойствами.

Регенерация

Регенерация - явление восстановления целого организма из его части. При культивировании регенерация может происходить разными путями: прямая регенерация из культур меристемы, верху-шечных побегов, пазушных почек и узлов, причем дифференциация управляется фитогормонами, и косвенная, с промежуточной стадией каллюса. В последнем случае возможны также возможны два пути: при органогенезе определенными концентрациями и соотношениями фитогормонов вызывают образование придаточных побегов и корней; при соматическом эмбриогенезе в каллюсе образуются зародыши, из которых вырастает растение, затем переносимое в грунт.

Список использованной литературы.

1) "Биология" - еженедельное приложение к газете "Первое сентября" (№21 1998)
2) "Биология" - еженедельное приложение к газете "Первое сентября" (№21 1997)
3) "Биология" - еженедельное приложение к газете "Первое сентября" (№7 1998)
4) Медицинская газета №34-35 (29 апреля 1998 г.)
5) Энциклопедия "Биология"