Co je buněčné inženýrství? Genetické a buněčné inženýrství

Po dlouhou dobu se člověk snil, že zvířata, která chovala, byly větší, tvrdší a produktivnější. Aby dospělé plodiny dospěly v co nejkratší době, nebyly by postiženy škůdci a nemocemi, rostly by dokonce i v podmínkách snížené teploty okolí a nepřítomnosti pravidelných dešťů.

Do jisté míry by se všechny tyto plány mohly provádět prostřednictvím výběru, ale tento proces je velmi dlouhý a nikdo nemůže zaručit, že bude zcela úspěšný. Navíc tato metoda nepomáhá kombinovat v jednom organismu vlastnosti několika typů najednou. Samozřejmě, pokud se mohou přirozeně provázat, je to možné, avšak v jiných případech lze jen snít o požadovaných dědičných vlastnostech.

Technologie jádra

Hlavním způsobem dosažení takových výsledků je buněčné inženýrství. Nejpodrobnější byly všechny jeho techniky na některých mikroorganismech. Obecně platí, že další možnosti a vyhlídky tohoto směru jsou prostě nesmírné. V současné době probíhá hluboký vývoj izolací jednotlivých genů, které mohou být vloženy do těla. Jednoduše řečeno, bude možné vytvořit domácí zvířata a rostliny, které by měly přísně definovaný atribut a mít požadovaný vzhled.

Nezapomeňte, že buněčné inženýrství mikroorganismů umožnilo získat "multifunkční" bakterie, které například mohou biologicky rozkládat polyethylen. Modifikované bakterie jsou navíc ideálním materiálem pro produkci vakcín. Mohou být zcela bezpečné (což umožňuje použití "živých" léčiv) kvůli úplné absenci virulence, ale mají plný rozsah antigenů svých "divokých" předků.

Konečně, to bylo celulární inženýrství rostlin, které povolené slavné čtvercové vodní melouny a pitonky citrony. Je jí to, že dlužíme vzhledu brambor, který larvy a dospělí bramborový brambor Colorado nejí. Díky genetickému výzkumu se objevila pšenice, která snadno poskytuje vynikající sklizeň na solném (!) Půdě!

Metody buněčného inženýrství

Všichni rostlinné buňky vlastnost totipotency je inherentní (to je, když se jednotlivé buňky mohou vyvinout do celého organismu). V zemědělství to poskytuje neomezené vyhlídky v experimentech na vývoj nových druhů plodin, které jsou užitečné pro člověka. Buněčné inženýrství v chovu zvířat je velmi slibné. V současné době mají vědci bohaté zkušenosti s hromaděním a skladováním somatických buněk různých plemen zvířat in vitro. Zvláště se jedná o skladování materiálu v podmínkách s nízkými teplotami.

Mimochodem, jaké jsou metody inženýrství buněčných buněk? Promluvme si o nich.

Časné oddělení embryí

Dnes je zvláště slibná metoda oddělení časných embryí. První impuls pro tento směr byl dán transplantologií, která se začala rozvíjet a jejíž metody umožnily zachovat velké množství embryí. Obecně se první úspešný experiment při separaci embryonálního materiálu ve stupních 2-8 uskutečnil Willard (v angličtině, Cambridge). Nevýhodou této metody je její složitost, a proto lze tuto operaci provádět pouze v dobře vybavené zdravotnické instituci.

Jednoduše řečeno, je to extrémně složitá biotechnologie. Mobilní inženýrství v naší době používá mnohem jednodušší metody.

Pozdní klíčení

Vědci tak začali manipulovat se zárodečným materiálem až v pozdějších fázích (morula, blastocyst). Podstatou metody je, že se nejprve otevře průhledná zóna (pellucida) a potom se embryo pečlivě rozdělí na dvě. Jedna polovina zůstává na stejném místě, zatímco druhá část je převedena do dříve připravené zóny.

Dokonce před několika lety míra přežití embryí pomocí této techniky dosáhla 50-60%, zatímco dnes se tato hodnota blíží k 80%. Hlavním aplikovaným účinkem je výrazné zvýšení počtu telat, které obdrželo od jednoho producenta. Není divu, že inženýrství buněčných zvířat je odvětví, které nemá financování.

Prvním z těchto experimentů byli americkí vědci. Právě oni dospěli k závěru, že pokud je embryo zbaveno průhledné membrány, přežije to v ne více než 15% případů, ale pokud se zachová hladina vrstvy, pak se míra přežití okamžitě zvýší na 35% případů. Nejlepších výsledků získáme, pokud každá polovina rozděleného embrya má průhlednou skořápku a každá část je zavedena do samostatné děložní rohy: v moderních podmínkách přežívá až 75% embryí.

Ale pro jaké účely se používá buněčné inženýrství v praxi? Jaké výsledky máte s tím?

Hodnota buněčného inženýrství v chovu

K dnešnímu dni se tato technika stále více začíná používat v mezinárodních domorodých záležitostech. Relativně nedávno byl úspěšně testován způsob získávání a zavádění embryí u prasat. Vědci se domnívají, že celulární inženýrství může umožnit zvýšení počtu potomků jednoho zvířete alespoň o 30-35%. Ale nezapomeňte na možnost získání genetických kopií.

Taková zvířata si téměř věnují svou váhu ve zlatě pro ty vědce, kteří studují interakci prostředí a genotypu. Faktem je, že přítomnost dvou zcela identických jedinců umožňuje minimalizovat vliv vnitřních faktorů při studiu vlivu vnějšího prostředí na organismus. Navíc je možné vyrobit porážku jednoho zvířete z páru v případě, že pro studium jsou požadovány údaje o vnitřním stavu těla.

Všechny tyto vývojy jsou základními metodami buněčného inženýrství. Ale zapomněli jsme na to, abychom vyprávěli o nejdůležitějším směru této vědní oblasti týkající se umělé regulace pohlaví hospodářských zvířat. Je na čase tuto chybu opravit.

Metody regulace podlahy

Určitě nikdo nebude překvapen, že se dozví o neuvěřitelném významu vývoje v oblasti umělé regulace pohlaví u hospodářských zvířat. V současné době vědci nemohou regulovat počet zvířat stejného pohlaví, a dokonce i s uznáním pohlaví jedince v počátečních fázích jeho vývoje existují velké problémy. Dosavadní pokrok v umělé regulaci tohoto ukazatele byl dosud dosažen jen velmi nevýznamný: dokonce i buněčné inženýrství a klonování tento problém zcela nevyřeší.

Samozřejmě, že by bylo vhodné jednoduše rozdělit spermie, které nesou chromozomy X a Y. V tomto směru by se výzkum měl rozvíjet. Jiný přístup (který je mnohem jednodušší, a proto používán) je extrahovat časné embrya ze ženského reprodukčního systému, určit jejich pohlaví a poté je transplantovat.

Ale jak se na tohle vztahuje celulární inženýrství? Všechno je docela jednoduché.

Jedná se o cytologickou metodu, kterou je určen typ embrya XX nebo XY. To se provádí studiem chromatinu nebo pohlavních chromozomů. V posledních letech bylo také zjištěno, že pohlaví může být zjištěno vyšetřením specifických protilátek, které jsou zcela odlišné u žen a mužů. Tam jsou také názory některých učenců, které založily pohlaví vyšetřením aktivity glukóza-6-fosfátdehydrogenázy. V současné době jsou však nejúčinnějšími cytologickými a imunologickými metodami (studie protilátek).

Genetické inženýrství

V názvu tohoto článku není náhoda, že se používá výraz "genové a buněčné inženýrství". Bez ohledu na to, jak efektivní jsou metody pro opravu buněčného materiálu, pracovat přímo s geny bude vždy mnohem efektivnější.

V současné době se jedná o genetické metody, které postupně získávají vedoucí úlohu v chovu zvířat a rostlinné produkci po celém světě. Díky nim se rozmnožovací práce dostala do zcela odlišné úrovně: od té doby vědci nemohou jen hádat, jaké vlastnosti jednotlivce, které vytvoří, budou mít, ale určitě vědí.

Je třeba okamžitě poznamenat, že všechno není tak dobré. Existují určitá omezení. Faktem je, že pro genetickou manipulaci je povolen pouze genetický materiál býků, které mohou zlepšit své potomky (zlepšovače). Jediným problémem je, že tato zvířata jsou dnes extrémně malá. Kromě toho programy zaměřené na eradikaci stejné mastitidy, zatím nejsou uvedeny žádné viditelné výsledky. Jednoduše řečeno, genové a buněčné inženýrství je daleko od všeléka.

Metody inženýrství se začaly objevovat v jediném systému až od 50. let minulého století. Takže jedna z hlavních prací, která položila základ této vědecké vědy, se stala pokusy o transplantaci buněčných jader podle metody Brigse a Kinga. Za prvé, úspěšně tuto operaci získal výhradně žáby. V současné době se provádějí úspěšné pokusy o transplantaci genetického materiálu i u myší a větších savců.

V poslední době vědci vytvořili metodu přenosu jádra po fúzi karyoplastů. Kromě toho metody genetického a buněčného inženýrství umožňují vytvářet chimérické organismy založené na různých typech mecopytate.

Gardner brzy vyvinul zásadně novou metodu, při které se provádí implantace blastomerů do blastocystů příjemce. Butler tato technika byla úspěšně rozvíjena u laboratorních myší. Na základě tohoto vývoje byly poprvé získány chiméry založené na těle ovcí.

Všechny popsané práce postupně připravily světovou zemědělskou vědu pro rozsáhlé zavádění metod genetického inženýrství. Nejčastější metodou dnes je přenos genového materiálu do kultivovaných buněk a jejich následné zavedení do blastocysty.

Než pochopíme některé aspekty této technologie, stojí za to odpovědět na důležitou otázku. Přesněji řečeno, abychom diskutovali o rozdílu mezi genetickým inženýrstvím a buněčným. Obecně platí, že vše je docela jednoduché: pokud v prvním případě vědci pracují přímo s genetickým materiálem, pak při použití "buněčných" metod se celé organoidy a části buněk převádějí do práce, které jsou implantovány do materiálu příjemce.

Rozšířená definice

Tak jaká je podstata genetického inženýrství? V polovině 70. let minulého století vědci provedli senzační objev. Zjistili, že některé mikrobiální enzymy mohou snížit DNA molekula na správném místě. Jednoduše řečeno, existovala jedinečná příležitost získat genetický materiál s přísně specifikovanými vlastnostmi.

Nakonec vědci dokázali identifikovat některé geny s nejvyšší přesností a v případě potřeby je klonovat. V jakých zásadách se vědci řídí ve své práci? Obecně platí, že existují pouze dva z nich:

• Tento gen musí mít jasnou charakterizaci, která má být detekována.
• Zvolený genetický materiál je nutný k připojení k nosiči (například viru), který bude produkovat jeho transplantaci.

Jednoduše řečeno, vybraný gen z těla dárce musí být přenesen do těla příjemce, pro který je cizinec. Hlavní věcí v práci výzkumných pracovníků není jen dosažení přilnavosti, ale také vytváření podmínek, za kterých se bude běžně replikovat.

Práce se zygotem

Nicméně v posledních letech nebyla tato technika méně rozšířená, ve které jsou cizí geny vstřikovány do pronukleu zvířecích zygotů. Poprvé byla tato metoda testována na oocytech žabích jezer: nejprve zavedli určitou DNA a vědci okamžitě zaznamenali integraci a transkripci. V roce 1981 se poprvé objevil zajímavý experiment, během kterého byl gen z králičího gama globulinu zaveden do myší zygoty.

V tomto případě měl gen vzhled dlouhého genomického tandemu obsahujícího stabilní oblasti. Je zajímavé, že byly správně přepisovány pouze za předpokladu, že vůbec neobsahovaly žádné součásti plazmidu. Prokázání genů, které byly vloženy za použití této metody, bylo podrobně studováno u laboratorních myší.

Jeden rok před pokusy s myší zygote byl v roce 1980 prodák stejného myšího zygota umístěn na plasmid pBR322, který obsahoval fragmenty viru SK40 a HSV. V důsledku toho byla DNA viru nalezena ve třech myších ze 78 jedinců, kteří se zúčastnili experimentu. Je to dost zvláštní, ale při injekci lidského gamaglobulinového genu byla jeho integrace již pozorována u pěti myší ze 33 jedinců (více než 15%). Tato zkušenost dokonce dokázala, že vytvoření chimérických organismů, které by kombinují rysy několika typů najednou, je docela realistické.

Brinster a jeho následovníci se studenty transplantovali do pronuclei zygotů myší speciálně připraveného konstruktu, který zahrnoval myší metalothionein, stejně jako thymidin kinázový gen. V tomto případě byla plná integrace zaznamenána již u 17% laboratorních zvířat.

Hlavní zjištění

V současnosti se genetické inženýrství nakonec stalo slibným, diskutovaným oborem vědy. Téměř každý o tom ví. Ale jaké jsou úkoly buněčného inženýrství a práce s genetickým materiálem? Oh, jsou velmi rozmanité.

Za prvé, vědci z celého světa čelí úkolu pacifikovat a omezit hlad po celé planetě. Metody genetického a buněčného inženýrství umožňují vytvoření takových odrůd rostlin a živočišných druhů, jejichž produktivita bude desetkrát vyšší než produkce jejich divokých předků.

Za druhé, tato vědecká obnova bude možná schopna překonat problémy předčasného stárnutí a dalších genetických onemocnění, pro které dnes neexistuje jediný lék. Konečně je to genetické inženýrství, které nám jistě dovolí prodloužit život do značné míry!

Odborníci říkají, že metody genetického inženýrství v blízké budoucnosti budou nejen diagnostikovat genetické onemocnění (například Downův syndrom), například v extrémně brzkém těhotenství, ale také je léčit!