Клонирование в биотехнологии кратко

Обновлено: 07.07.2024

Возможности биотехнологии необычайно велики благодаря тому, что ее методы выгоднее обычных: они используются при оптимальных условиях (температуре и давлении), более производительны, экологически чисты и не требуют химических реактивов, отравляющих среду и др.

Объекты биотехнологии: многочисленные представители групп живых организмов — микроорганизмы (вирусы, бактерии, протисты, дрожжи и др.>, растения, животные, а также изолированные из них клетки и субклеточные структуры (органеллы). Биотехнология базируется на протекающих в живых системах физиолого-биохимических процессах, в результате которых осуществляются выделение энергии, синтез и расщепление продуктов метаболизма, формирование химических и структурных компонентов клетки.

Главные направления биотехнологии:

1) производство с помощью микроорганизмов и культивируемых эукариотических клеток биологически активных соединений (ферментов, витаминов, гормональных препаратов), лекарственных препаратов (антибиотиков, вакцин, сывороток, высокоспецифичных антител и др.), а также белков, аминокислот, используемых в качестве кормовых добавок;

2) применение биологических методов борьбы с загрязнением окружающей среды (биологическая очистка сточных вод, загрязнений почвы и т. и.) и для защиты растений от вредителей и болезней;

3) создание новых полезных штаммов микроорганизмов, сортов растений, пород животных и т. п.

Человечеству необходимо научиться эффективно изменять наследственную природу живых организмов, чтобы обеспечить себя доброкачественной пищей и сырьем и при этом не привести планету к экологической катастрофе. Поэтому не случайно главной задачей селекционеров в наше время стало решение проблемы создания новых форм растений, животных и микроорганизмов, хорошо приспособленных к индустриальным способам производства, устойчиво переносящих неблагоприятные условия, эффективно использующих солнечную энергию и, что особенно важно, позволяющих получать биологически чистую продукцию без чрезмерного загрязнения окружающей среды. Принципиально новыми подходами к решению этой фундаментальной проблемы является использование в селекции генной и клеточной инженерии.

раздел молекулярной генетики, связанный с целенаправленным созданием новых молекул ДНК, способных размножаться в клетке-хозяине и осуществлять контроль за синтезом необходимых метаболитов клетки.

Возникнув на стыке химии нуклеиновых кислот и генетики микроорганизмов, генная инженерия занимается расшифровкой структуры генов, их синтезом и клонированием, вставкой выделенных из клеток живых организмов или вновь синтезированных генов в клетки растений и животных с целью направленного изменения их наследственных свойств.

Для осуществления переноса генов (или трансгенеза) от одного вида организмов в другой, часто очень далекий по своему происхождению, необходимо выполнить несколько сложных операций:

выделение генов (отдельных фрагментов ДНК) из клеток бактерий, растений или животных. В отдельных случаях эту операцию заменяют искусственным синтезом нужных генов;

соединение (сшивание) отдельных фрагментов ДНК любого происхождения в единую молекулу в составе плазмиды;

введение гибридной плазмидной ДНК, содержащей нужный ген, в клетки хозяина;

копирование (клонирование) этого гена в новом хозяине с обеспечением его работы.

Клонированные гены путем микроинъекции вводят в яйцеклетку млекопитающих или протопласты растений (изолированные клетки, лишенные клеточной стенки) и из них выращивают целых животных или растения, в геном которых встроены (интегрированы) клонированные гены. Растения и животные, геном которых изменен путем генноинженерных операций, получили название трансгенных растений или трансгенных животных.

Уже получены трансгенные мыши, кролики, свиньи, овцы, в геноме которых работают чужеродные гены различного происхождения, в том числе гены бактерий, дрожжей, млекопитающих, человека, а также трансгенные растения с генами других, неродственных видов. Трансгенные организмы свидетельствуют о больших возможностях генной инженерии как прикладной ветви молекулярной генетики (например, получено новое поколение трансгенных растений, для которых характерны такие ценные признаки, как устойчивость к гербицидам, к насекомым и др.).

На сегодняшний день методы генной инженерии позволили осуществить синтез в промышленных количествах таких гормонов, как инсулин, интерферон и соматотропин (гормон роста), которые необходимы для лечения ряда генетических болезней человека — сахарного диабета, некоторых видов злокачественных образований, карликовости,

С помощью генетических методов были получены также штаммы микроогранизмов (Ashbya gossypii, Pseudomonas denitrificans и др.), которые производят в десятки тысяч раз больше витаминов (С, В₃, В₁₃, и др.), чем исходные формы.

В основе клеточной инженерии лежит использование методов культивирования изолированных клеток и тканей на искусственной питательной среде в регулируемых условиях. Это стало возможным благодаря способности растительных клеток в результате регенерации формировать целое растение из единичной клетки. Условия регенерации разработаны для многих культурных растений — картофеля, пшеницы, ячменя, кукурузы, томатов и др. Работа с этими объектами делает возможным использование в селекции нетрадиционных методов клеточной инженерии — соматической гибридизации, гаплоидии, клеточной селекции, преодоления нескрещиваемости в культуре и др.

метод получения нескольких идентичных организмов путем бесполого (в том числе вегетативного) размножения. Таким способом на протяжении миллионов лет размножаются в природе многие виды растений и животных. Однако сейчас термин "клонирование" обычно используется в более узком смысле и означает копирование клеток, генов, антител и даже многоклеточных организмов в лабораторных условиях. Появившиеся в результате бесполого размножения экземпляры по определению генетически одинаковы, однако и у них можно наблюдать наследственную изменчивость, обусловленную случайными мутациями или создаваемую искусственно лабораторными методами.

Тематические задания

А1. Производством лекарств, гормонов и других биологических веществ занимается такое направление, как

1) генная инженерия

2) биотехнологическое производство

3) сельскохозяйственная промышленность

А2. В каком случае метод культуры тканей окажется наиболее полезным?

1) при получении гибрида яблони и груши

2) при выведении чистых линий гладкосемянного гороха

3) при необходимости пересадить кожу человеку при ожоге

4) при получении полиплоидных форм капусты и редьки

А3. Для того чтобы искусственно получать человеческий инсулин методами генной инженерии в промышленных масштабах, необходимо

1) ввести ген, отвечающий за синтез инсулина в бактерии, которые начнут синтезировать человеческий инсулин

2) ввести бактериальный инсулин в организм человека

3) искусственно синтезировать инсулин в биохимической лаборатории

4) выращивать культуру клеток поджелудочной железы человека, отвечающей за синтез инсулина.

Клонирование — процесс создания идентичных копий (тиражирование) организмов или других объектов в биологии.

Молекулярное клонирование

Молекулярное клонирование — группа методов в молекулярной биологии и биотехнологии, связанных с созданием рекомбинантных молекул ДНК и получением многих копий этой молекулы in vivo. Термин "клонирование" в данном случае означает, что из одной клетки, содержащий рекомбинантную молекулу ДНК, путем митотического деления образуется большое количество идентичных по генетической информации клеток — клонов.

Клеточное клонирование

Клеточное клонирование — клонирование, при котором происходит вывод популяции клеток из одной клетки. В случае простых одноклеточных организмов, то бактерий, то дрожжей, этот процесс достаточно простым. Однако, для клонирования клеток многоклеточных организмов нужно приложить гораздо больше усилий — это гораздо более трудная задача, кроме того, такие клетки развиваются очень медленно в обычных условиях.

Клонирование организмов

Первым клонированным организмом была овца Долли, которая была создана с помощью пересадки ядер соматических клеток.

Обзор

Автор

Редакторы

Спонсором приза зрительских симпатий выступила компания BioVitrum.

Сегодня существует ряд этических преград для дальнейшего развития клонирования, тем более в отношении человека. Некоторые мировые религии считают клонирование человека недопустимым. В некоторых странах клонирование запрещено вообще. В части стран запрещено клонирование, при котором воспроизводится целый многоклеточный организм [3].

Клонирование в биологии — это появление естественным или искусственным путем нескольких генетически идентичных живых организмов. Термин в том же смысле нередко применяют по отношению к одноклеточным организмам и клеткам многоклеточных организмов.

Естественное клонирование

В действительности, клонирование свойственно и растительному, и животному мирам. Например, вегетативное размножение растений, деление бактерий, клональное размножение ящериц. В том числе рождение близнецов у людей — тоже пример естественного клонирования.

Искусственное клонирование

Это группа методов, при которых целенаправленно создаются клоны молекул, клеток, многоклеточных организмов.

Бактериальное клонирование — это целенаправленное создание и выращивание бактериальных клонов для биотехнологий.

Молекулярное клонирование, при котором получают клоны фрагмента ДНК, а затем вставляют в необходимые клетки.

Искусственное клонирование многоклеточных организмов. При этом виде клонирования можно создать клоны клеток, тканей, целого органа или даже организма. Именно искусственное клонирование многоклеточных организмов является предметом споров и разногласий научного сообщества, религии, и предметом этой статьи.

Немного о биологии размножения многоклеточных организмов

Совокупность наследственного материала клетки называется геномом. Многоклеточные организмы — эукариоты. Одной из особенностей эукариотических клеток является то, что наследственный материал находится в ядре клетки в виде хромосом, а также в виде кольцевидной ДНК в митохондриях.

Хромосома — нитевидная структура, состоящая из ДНК и белков. Именно ДНК несет генетическую информацию. Например, в ядре клеток человека содержится 23 пары хромосом (то есть всего 46) [4]. В половых клетках человека содержится половина — 23 хромосомы. При соединении двух половых клеток — маминой и папиной — получается клетка зигота с 46-ю хромосомами (рис. 1). Зигота дает начало всем будущем клеткам и тканям организма. Таким образом, в естественных условиях все клетки многоклеточного организма несут генетическую информацию от своих отца (мужской гаметы) и матери (женской гаметы) [5]. Клетки, содержащие 23 хромосомы, называются гаплоидными, а содержащие все 46 хромосом — диплоидными. В организме млекопитающих все клетки, кроме половых, являются диплоидными соматическими [4], [6].

Рисунок 1. Результат оплодотворения — зигота человека

У разных млекопитающих — разное количество хромосом (см. табл.).

Название млекопитающего	Количество хромосом диплоидного набора	Количество хромосом гаплоидного набора
Человек	46	23
Шимпанзе	48	24
Овца	54	27

Немного истории клонирования

У клонирования сложный и тернистый путь.

В 40-х годах прошлого века советский ученый-эмбриолог Г.В. Лопашов проводил эксперименты по переносу клеточных ядер в энуклеированную (лишенную ядра) яйцеклетку земноводных. Аналогичные работы с земноводными проводили эмбриологи Т. Кинг и Р. Бриггс в США. В 50-х годах английский эмбриолог Д. Гордон пересаживал ядра соматических клеток в яйцеклетки лягушки. В 1963 году Тонг Дизхоу получал клоны карпа. В 1975 году были опубликованы результаты успешной работы Д. Бромхола по клонирования кроликов. В 1983 году Л.А. Слепцова и ее коллеги клонировали костистых рыб (вьюнов). В 80-х годах прошлого столетия ученый С. Вилладсен провел серию успешных опытов по клонированию сельскохозяйственных животных путем переноса в яйцеклетку ядра зародыша. В 1997 году Йэн Уилмат и Кейт Кэмпбелл из Шотландии объявили о прорыве: проведено клонирование овцы с использованием соматической, не зародышевой, клетки [1], [7]!

Долли — самка овцы, первое млекопитающее, которое смогли клонировать из зрелой соматической клетки путем замещения ядра. Технология получения этого клона была следующей.

Рисунок 2. Схема клонирования овцы Долли

Например, клонирование может помочь получить животных и растения с необходимыми параметрами, такими как плодовитость, устойчивость к болезням. Опыты с клонированием могут помочь в лечении болезней. Очень интересной является перспектива использования клонирования для восстановления популяции вымерших или вымирающих видов. Отдельного внимания заслуживают опыты терапевтического клонирования — получение культуры стволовых клеток для разработки новых методов терапии тяжелых заболеваний, например, онкологических [7].

Клоны — кто они — чудо или чудовища? Некоторые ученые считают клонирование панацеей в избавлении от генетических болезней, кто-то видит в этой технологии вселенское зло, ибо кто есть клон — искусственный человек без души? Мы постараемся ответить на эти и другие вопросы о таком противоречивом явлении.

САМАЯ ЗНАМЕНИТАЯ ОВЦА В МИРЕ

Клонирование человека — вопрос этики, а не технологии.

Клонирование — тоже часть биотехнологий. Это создание точной копии объекта: человека, животного или растения. Растения часто создают своих клонов, размножаясь вегетативным способом. Клонирование человека вызывает мощный резонанс в обществе. В большинстве своем он связан с нарушением этических норм. А вот клонирование животных — вещь вполне реальная и даже неоднократно опробованная учеными.

Самый известный из четвероногих клонов — овца Долли. Пятого июля 1996 года на свет появилось первое официально клонированное животное. Мир узнал о мощном прорыве в генетике лишь спустя семь месяцев после рождения овцы.

Долли стала одной из многочисленных попыток ученых получить клон живого организма. До нее эта же группа ученых безуспешно пыталась клонировать еще двух овец, однако они почти сразу умерли.

Эксперимент поставила группа генетиков под руководством Яна Вилмута и Кита Кэмпбелла в Рослинском институте в Шотландии. В процессе создания Долли в 277 овечьих яйцеклеток были подселены ядра из неполовых клеток животного. В результате подсадки образовалось 29 эмбрионов, из которых выжил лишь единственный — зародыш Долли.

Долли прожила всего 6 лет, хотя средний возраст овец — 10-12 лет. Она умерла 14 февраля 2003 года. Причиной смерти стало прогрессирующее заболевание легких, вызванное ретровирусом. От таких болезней чаще страдают старые овцы. Однако ученые так и не доказали, что проблемы с легкими вызвало именно преждевременное старение подопытной. Вероятно, Долли заболела из-за безвылазного пребывания в помещении. Ее практически не выгуливали, а солнце, зеленая трава и свежий воздух — залог здоровья и долголетия овец. Овечку также долгое время мучил артрит, вызванный избыточным весом тела. Ученые поняли, что обе болезни медленно убивают несчастное животное. После этого было принято решение усыпить овцу.

За свою недолгую по овечьим меркам жизнь Долли успела родить шесть ягнят и стать любимицей многих ученых и людей во всем мире.

ДОЛЛИ — ТЕЗКА АМЕРИКАНКОЙ ПЕВИЦЫ

Новорожденному ягненку-клону присвоили идентификационный код 6LL3. Свое имя Долли получила лишь через несколько месяцев, когда ученые убедились, что животное жизнеспособно. Овцу назвали в честь американской кантри-певицы Долли Партон.

После успеха с Долли ученые вошли в кураж и опробовали эксперимент с клонированием на других млекопитающих: мышах, лошадях, быках, кошках и собаках. Проводились опыты по клонированию замороженных мертвых животных. Это дало ученым надежду возродить вымершие виды животных.

Ученые верят: однажды путем клонирования им удастся воссоздать вымершие виды животных. Однажды им удалось клонировать вымершее животное. Пиренейский каменный козел исчез в 2000 году. Используя замороженные клетки последнего представителя этого вида, генетики применяли ту же технику, что и с Долли. Клонирование прошло успешно, но родившийся козленок умер из-за патологии легких через несколько минут после рождения.

Ученые дали миру понять, что клонирование может спасти вымирающие виды, а также дать жизнь искусственным видам и породам. Но такие простые методы, как в случае с Долли, не в силах решить проблему генетического разнообразия. Для ее решения нужны более дорогие и гибкие подходы.

Появление Долли вызвало у общества ряд этических и философских вопросов. Начались разговоры о клонировании человека, к которым религиозные деятели отнеслись критически. Правительства некоторых стран ограничили финансирование исследований по клонированию. А парламенты запретили разработки, нацеленные на клонирование человека.

ВИДЫ КЛОНИРОВАННЫХ ЖИВОТНЫХ

Помимо Долли в разные времена ученым удалось клонировать и других животных. Хронология клонирования животных:

1970 — успешное клонирование лягушки;
1985 — клонирование костных рыб;
1987 — мышь;
1996 — овца Долли;
1998 — корова;
1999 — козел;
2001 — кошка;
2002 — кролик;
2003 — бык, мул, олень;
2005 — собака (афганская борзая по кличке Снуппи);
2006 — хорек;
2007 — вторая собака;
2008 — третья собака (лабрадор по кличке Чейс). Клонирована по государственному заказу;
2009 — первое успешное клонирование верблюда. Также впервые в Иране была успешно клонирована коза;
2011 — восемь клонированных щенков койота.

Благодаря достижениям ученых-генетиков мир узнал о том, что такое клонирование. Техника клонирования открывает множество возможностей. Хочется верить, что такие опыты служат лишь полезным целям, таким как спасение жизни, сохранение вымирающих видов и восстановление вымерших видов животных.

А как же обстоят дела с клонированием людей? До сих пор нет никаких доказательств того, что клонирование людей когда-либо осуществлялось. До сих пор наука не ответила на массу любопытных вопросов. Например, если вы клонируете себя и сможете украсть органы своего клона, будете ли вы виновным? Или если начнется работа с генами человека, получится ли у ученых создать идеальный генофонд? А главное: что будет, если клонировать клона?

НЕ ТАКИЕ УЖ МЫ И РАЗНЫЕ

ДНК всех людей совпадает на 99,9%. Лишь 0,1% есть то, что делает нас разными.

Читайте также: