ПМ-21 біологія 09.06.22
Виконані завдання надіслати на електронну пошту
09.06.2022
Лекція (2 год.)
Тема 7.3. Клонування організмів.
Опрацювати: Біологія 11 клас (за посиланням «Підручники»), с.180-183, §48, лекційний матеріал
Виконати (письмово):
1. Що таке клітинна інженерія і які проблеми вона вирішує?
2. Що таке клонування? Які є методи клонування?
3. Які клітини називаються стовбуровими? Де їх використовують?
4. Що таке генетично модифіковані організми? Як їх отримують?
5*. Наведіть приклади природних процесів, які є аналогами генетичної модифікації організмів у лабораторних умовах. Поясніть значення таких процесів у природі.
6*. Які екологічні проблеми сучасного людства можна вирішити (хоча б частково) за допомогою методів клітинної і генної інженерії?
Клітинна інженерія
Клітинна інженерія — це галузь біотехнології, яка розробляє й використовує технології культивування клітин і тканин поза організмом у штучних умовах. Окрім того, у межах клітинної інженерії розробляють і використовують технології гібридизації клітин.
Одним із напрямів клітинної інженерії є клонування тварин і рослин. Клонування рослин, наприклад, дозволяє дуже швидко розмножувати найбільш цінні особини рослин, які характеризуються високою врожайністю, підвищеною стійкістю до захворювань або іншими якостями. Часто клонування використовують для розмноження унікальних декоративних форм рослин.
Клонування тварин.
Протягом декількох останніх років проблема клонування ссавців стала однією з найактуальніших в світовій біології. З'явилася маса перспектив - можливість прогодувати постійно зростаюче населення планети генетично модифікованими продуктами, створювати принципово нові лікарські препарати і трансплантувати органи, вирішити проблему безпліддя, тощо. З іншого боку, виникають моральні проблеми, пов'язані з етичністю клонування людини.
Клонування - це метод створення генетично ідентичних організмів. Нині існує два види клонування: репродуктивне і терапевтичне. В результаті репродуктивного клонування утворюється новий цілісний організм, який є генетичною копією іншого організму – клон. Для цього із соматичної клітини того організму, який дослідник хоче клонувати, вилучають ядро (воно містить геномну ДНК) та переносять його в «порожню» (позбавлену власного ядра) незапліднену яйцеклітину самиці того самого виду. Отже, в яйцеклітині замість ядра з половинним набором хромосом опиняється ядро з повним набором хромосом. Після цього зародок деякий час розвивається в пробірці, а потім його імплантують в матку сурогатної матері для виношування. Терапевтичне клонування припускає собою розвиток ембріона тільки впродовж чотирнадцяти днів, після чого ембріон використовується, як продукт для отримання стовбурових клітин.
.jpg)
Виникає низка питань, через які люди можуть бути за чи проти цього процесу. Одним із тверджень проти клонування є те, що на даний час ця технологія недосконала, в процесі створення клонів гине значна кількість ембріонів, у клонованих тварин спостерігаються вроджені дефекти. Клонування людини взагалі може спричинити виникнення соціальної нерівності, поділ людей на «оригінали» і «копії», використання клонів як рабів і джерело органів для трансплантації. Найбільшою морально-етичною проблемою терапевтичного клонування люди вважають те, що для отримання необхідних стовбурових клітин з ембріона, його треба вбити, тобто, людське життя з легкої руки вчених перетворюється на сировинний матеріал.
Проте, якщо відволіктися від філософських і етичних питань, у клонування є і плюси. Наприклад, якщо говорити про терапевтичне клонування, то отримання ембріональних стовбурових клітин допоможе в лікуванні хвороб. Крім цього, клонування можна використовувати для збереження вимираючих або відновлення вимерлих видів тварин.
Біорізноманіття планети вже давно знаходиться під загрозою збіднення та зникнення. Випадання лише одного виду може призвести до колапсу цілої екосистеми. До того ж, втрата біорізноманіття підриває процес глобального розвитку людства, негативно позначається на продовольчій безпеці та стані здоров'я населення, включаючи нинішнє і майбутні покоління.
Збереження «ex-situ» означає збереження компонентів біологічного різноманіття поза їх природних місць мешкання, тобто йдеться про збереження видів у зоопарках і в лабораторіях, зокрема пропонується створення генетичних банків вимираючих видів, щоб надалі мати можливість відновити втрачене шляхом клонування.
5 липня 1996 року відбулась унікальна подія — на світ з’явилася клонована овечка Доллі, яка отримала ім’я на честь американської співачки Доллі Партон, яка славилася не тільки своїм голосом, але і значним розміром грудей. А вівця Доллі була отримана з клітини вимені. До Яна Вілмута і Кита Кемпбелла («батьків» Доллі) були й інші вчені, які успішно провели подібний експеримент. Наприклад, в 1984 році датський вчений Стін Вилладсен вперше клонував вівцю з ембріональних клітин. Але унікальність вівці Доллі полягає в тому, що для клонування використовували клітини дорослої особини.
На даний час клонування зробило гігантський крок вперед. Успішно клоновано багато видів тварин. В результаті першої спроби клонування вимираючого виду на світ з’явився Ной, представник рідкісного виду буйволів-гаурів, клонований в США в 2001 році. Кумуліна — миша звичайна бура будинкова — була клонована з клітин дорослої особини в Гавайському університеті в 1997 році. Вона дожила до дорослого віку і двічі приносила потомство. Перша клонована лошиця народилась в Італії в травні 2003 року. Клонована кішка на ім'я Копікет народилася в 2002 році в Техасі. У 2006 році вона завагітніла природним шляхом і у вересні того ж року народила трьох кошенят. Снуппі - собака, народжена в Південній Кореї. Аналізи ДНК розвіяли сумніви в достовірності цього клона. З останнього — в кінці січня 2018 року стало відомо, що китайські вчені клонували мавпу за тим же методом, яким була створена вівця Доллі.
Вчені з успіхом використовують клонування і для збереження зникаючих видів тварин. Успішно клоновані зникаючі європейські муфлони, бики гаури і бантенга. Клонований зразок останнього навіть живе в зоопарку Сан-Дієго. У 2009 році іспанські вчені клонували пиренійську козу, яка як вид зникла за дев’ять років до цього. Група вчених з Оксфорда працює над поверненням птиці Додо, яка зникла з лиця Землі наприкінці XVII століття. Кілька років тому Гарвардський біолог Джордж Черч заявив про можливість відродження мамонтів. У вічній мерзлоті збереглося безліч останків, що містять ДНК мамонтів. Правда, деякі вчені вважають, що відродження мамонтів призведе до порушення балансу в живій природі. Що стосується динозаврів, то науковому співтовариству вже здається нереальним сценарій з їх клонуванням. У 2012 році австралійські вчені довели, що клонувати динозаврів не можна із-за зменшення кількості ДНК кісткової тканини.
Збереження біологічного різноманіття шляхом клонування дозволить вирішити і таку глобальну проблему людства, як голод. Кількість недоїдаючих за останні два роки зросла на 17 мільйонів чоловік, склавши 821 мільйон. Про це сказано в доповіді Продовольчої і сільськогосподарської організації (ФАО). Клонування можна використати для створення генетично-модифікованих ідентичних тварин із певними властивостями, корисними для медицини та сільського господарства. У такий спосіб можна отримувати худобу, молоко або м’ясо якої містить цінні білки, або, навпаки, не містить якихось алергенних компонентів. Так, китайські вчені отримали вже три покоління генетично-модифікованих корів, що дають «людське» молоко. Провідний автор дослідження Нін Лі, директор Головної державної агробіотехнологічної лабораторії Китайського аграрного університету, стверджує, що його продукт, створений за участю пекінської біотехнологічної компанії GenProtein, абсолютно безпечний і до того ж смачніший за звичайне коров'яче молоко. Щоправда, ГМО-молоко якщо й потрапить у чашки дітей, то лише років через десять, пише The Telegraph.
Також можна на клонах випробовувати лікарські засоби та нові методи лікування. Ще в 2008 р. у FDA після низки досліджень заявили, що молоко та м’ясо клонованих тварин щодо безпеки не відрізняється від такого звичайних. Але поки що технологія клонування залишається надто дорогою, і мине багато років перш ніж такі продукти з’являться на полицях супермаркетів.
Цікаво знати:
Коли в компанії «BioArts International» вирішили провести експеримент з клонування собаки, то вибір пав на німецьку вівчарку Трекер. Про цю героїчну собаку не раз писали ЗМІ. 11 вересня 2001 року цей пес майже дві доби без відпочинку працював на руїнах нью-йоркського торгового центру в пошуках постраждалих. У червні 2009 року на світ з’явилися п’ять здорових цуценят – клонів Трекера.
Команда вчених з Південної Кореї створила три клони кішки з модифікованими ДНК. Шкіра цих тварин світиться червоним світлом під впливом ультрафіолетових променів. Корейські дослідники вважають, що їх робота допоможе в лікуванні генетичних захворювань людей і тварин.
Красень мейн-кун Літл Ніки (Little Nicky) - клон, що з’явився на світ у вересні 2004 року після смерті сімнадцятирічного кота Ніки-старшого. Господиня старого кота дуже любила свого домашнього вихованця, тому і зважилася на клонування, заплативши за нього 50000 доларів. Це було перше клонування в комерційних цілях.
У корейській митниці служать шість клонованих собак – шукачів. Їх клонування обійшлося державі у 240 тисяч доларів. Цей експеримент викликаний тим, що з усіх собак тільки у 35 відсотків спостерігається чудовий нюх і здатність до пошуку наркотиків. Серед клонів вже натренованих собак цей відсоток набагато вище і досягає позначки 90.
Біолог – генетик з Кореї Хван Усок в 2011 році продемонстрував всьому світу вісім клонованих щенят дикого койота. Цей вид тварин знаходиться на межі зникнення.
У Дубаї в 2009 році з’явився перший клонований верблюденя Инжас. Вчений — репродуктолог Лулу Скідмо називає цю роботу справжнім проривом. На думку вченого, його дослідження допоможуть відтворити найбільш продуктивних верблюдиць дійних та найшвидших спортивних верблюдів.
В 2008 році в Японії отримали клони волів із заморожених клітин двох волів, померлих в 1993 році.
У Ветеринарному коледжі Техасу 22 грудня 2001 року народилася короткошерста кішечка – клон Сісі. По забарвленню маля зовсім не схожа на свою матір. Вчені пояснюють це інактивацією X-хромосоми. У 2006 році Сісі сама стала мамою, народивши чотирьох крихітних кошенят, зачатих природним шляхом. Це перша клонована тварина, яка дала повноцінне потомство.
У 2009 році іспанські вчені клонували пиренейску козу, яка як вид зникла за дев’ять років до цього. Однак, клон кози загинув через сім хвилин після народження.
Стовбурові клітини
Одним із досягнень клітинної інженерії стала розробка методів використання стовбурових клітин у лікуванні людини. Здатність до необмеженого поділу і до перетворення на різні типи клітин (так звана плюрипотентність) робить їх ідеальним матеріалом для трансплантаційних методів терапії. Найбільш доступними вважаються стовбурові клітини дорослого організму. Однак реальний потенціал їх диференціювання ще слабо вивчений. Надзвичайно привабливі для використання в медицині є ембріональні стовбурові клітини людини: з них можна отримувати будь-які типи клітин організму.
Потрапляючи в організм під час трансплантації, стовбурові клітини продовжують ділитися й самі знаходять місце, де їхня допомога найпотрібніша. Ця здатність стовбурових клітин отримала назву хоумінг.
Цікаво знати : генетичні химери!
На третину коза, на третину лев і ще трохи змії – таке зображення химери можна побачити на давній грецькій кераміці. У науці ж термін «химера» використовують як визначення для організму, що складається з тканин чи клітин із різним генотипом (сукупністю всіх генів). І такі створіння не міфічні, а реальні й поширені у біологічному світі, а особливо серед рослин.
А чи бувають люди-химери? Бувають. Ось вам цікава історія. У 2002 році у США Лідія Фаірхід, мати двох дітей, розлучалась зі своїм чоловіком. Тоді вона була вагітна вже третьою дитиною. Під час процесу та розгляду права опіки над дітьми і Лідія, і її чоловік Джемі Тоунсенд пройшли обов’язкову процедуру – аналіз ДНК. Цей аналіз підтвердив батьківство Джемі, але заперечив те, що Лідія була матір’ю своїх дітей.
Зважаючи на те, що Лідія вже мала скоро народжувати втретє, суддя постановив: на пологах має бути спостерігач, який повинен прослідкувати, щоб і в породіллі, і в немовляти відразу ж після пологів узяли зразки крові для аналізу ДНК. Яким же був подив усіх, коли з’ясувалося, що немовля, яке народила Лідія, не є її генетичною дитиною! Важко уявити, чим могла би закінчитися ця історія, якби адвокат Лідії, Алан Тіндел, не читав новин. Проте він читав, і згадав інший випадок – історію місіс Кіган. Її син мав захворювання нирок і потребував негайної трансплантації. Жінка вирішила стати донором для свого сина, але у результаті рутинних аналізів на сумісність та аналізу ДНК виявилося, що місіс Кіган не є генетичною матір’ю свого сина. Додаткові, більш детальні, обстеження (аналіз ДНК із різних тканин) показали, що кров місіс Кіган мала один набір генів, а от решта тканин була міксом двох різних осіб. Жінка виявилась справжньою химерою! Те саме сталось і з Лідією.
Але як же так могло трапитися? Ви, мабуть, знаєте, як з’являються на світ однояйцеві близнюки. Але буває навпаки: не одна запліднена яйцеклітина ділиться, даючи початок двом життям, а дві запліднені яйцеклітини зливаються ще до того, як імплантуються в стінку матки, і дають початок одному організму. Такий індивід буде складатися з клітин і тканини двох братів чи сестер або брата та сестри.
Нині відомо понад сто випадків химеризму. Але кількість химер є куди більшою. Просто ми знаємо про себе далеко не всю правду. Адже виявляють химер, здебільшого, коли йдеться про розслідування кримінальних справ, позовів про батьківство та про донорство органів.
Генетична інженерія
Генетична (генна) інженерія — це галузь біотехнології, яка розробляє й використовує технології виділення генів з організмів і окремих клітин, їх видозмінення й уведення в інші клітини або організми.
Суть генетичної інженерії полягає в штучному створенні генів із потрібними властивостями і введення їх у відповідну клітину. Перенесення гена здійснює вектор (рекомбінантна ДНК) — спеціальна молекула ДНК, сконструйована на основі ДНК вірусів або плазмід, яка містить потрібний ген і здатна транспортувати його до клітини та забезпечити його вбудовування в її генетичний апарат. Генетична інженерія широко використовується як у наукових дослідженнях, так і в новітніх методах селекції.
Використання генної інженерії в галузі селекції стало причиною активних суперечок. Різні вчені та активісти громадських організацій наводили аргументи як «за», так і «проти» застосування цієї технології. Серед позитивних аргументів — підвищена врожайність, екологічні переваги, захист від шкідників. З іншого боку — невпевненість частини споживачів у безпечності нових технологій.
Теоретично, негативний вплив, наприклад, рослин, які отримані за допомогою технології генетичної інженерії, на інші організми можливий через наявність в організмі рослин біологічно активних речовин (інсектициди, фунгіциди та ін.). Вплив цих речовин може бути прямий або опосередкований через трофічні ланцюги. Однак до сьогодні достовірних експериментальних даних про негативний вплив таких організмів на нецільові види не отримано.
У Європі використовувати змінені за допомогою методів генної інженерії рослини сої та кукурудзи для виготовлення харчових продуктів дозволено з 1997 року, а харчові ферменти, добавки, одержані в результаті генної інженерії, використовують понад двадцять років. Проте в багатьох європейських країнах законодавчі акти з харчових продуктів містять вимоги щодо безпечності продуктів такого походження.
Генетично модифіковані організми
Генетично модифіковані організми (ГМО) — це організми, генотип яких було змінено за допомогою методів генетичної інженерії з використанням технології рекомбінантних ДНК. Інша назва генетично модифікованих організмів — трансгенні організми. Для створення генетично модифікованих організмів часто використовують такі методи перенесення генів, як створення вектора на основі бактеріальної плазміди та обстріл клітин із генної гармати.
Як ви вже знаєте, вектор є молекулою ДНК, яка здатна вбудовуватися в геном клітини і містить сторонній для цієї клітини ген. Такі вектори можна створювати на основі бактеріальних плазмід бактерії з роду Agrobacterium. Це зумовлено тим, що такі бактерії в природних умовах виробили здатність активно здійснювати горизонтальне перенесення генів між своїми клітинами і клітинами рослини, на якій вони паразитують. Якщо помістити в одну культуру бактерії та клітини рослин, то вектори на основі бактеріальних плазмід перенесуть ген у геном клітин рослини.
Генна гармата використовує для внесення в геном клітин дуже дрібні частки важких металів (золота, срібла, вольфраму), на які наноситься ДНК. Ці частки вистрілюють по культурі клітин за допомогою стисненого повітря. Частина клітин у цьому випадку гине, але частина залишається живою й отримує чужий ген.
Використання ГМО
Такі організми можуть мати велике значення для підвищення ефективності сільського господарства та під час досліджень у галузі молекулярної біології. Перші генетично модифіковані організми, які одержали за допомогою методів молекулярної біології, з’явилися у світі лише у 80-х роках XX століття.
Зараз у різних галузях господарства широко використовуються генетично модифіковані організми, які належать до мікроорганізмів, тварин і рослин. Мікроорганізми використовують для синтезу людських білків (інсуліну, гормону росту тощо), які застосовують у медицині. Прикладом генетично модифікованих тварин є лосось (вбудований у геном ген забезпечив високу швидкість росту риби) та кози (новий ген забезпечує вироблення її молочними залозами молока з цінними для здоров’я речовинами). Генетично модифіковані рослини (соя, кукурудза тощо) мають підвищену стійкість до дії шкідників, захворювань і несприятливих погодних умов.
Комментарии
Отправить комментарий