12. Генна інженерія і біотехнологія. Культура ізольованих тканин і клітин. Соматична гібридизація

Генна інженерія - галузь молекулярної біології і генетики, завдання якої - конструювання генетичних структур за заздалегідь наміченим планом, створення організмів із новою генетичною програмою. Виникнення генної інженерії стало можливим завдяки синтезу ідей і методів молекулярної біології, генетики, біохімії і мікробіології. Основні принципи генної інженерії були розроблені в 60-70-х роках XX сторіччя. Вони включали три основних етапи: а) отримання генетичного матеріалу (штучний синтез або виділення природних генів); б) включення цих генів у генетичну структуру, яка реплікується автономно (векторну молекулу ДНК), тобто створення рекомбінантної молекули ДНК; в) введення векторної молекули (з включеним у неї геном) у клітину-реципієнта, де вона вмонтовується в хромосомний апарат.

Експериментальне перенесення генів в інший геном називається трансгенезом. Він грунтується на технології рекомбінантної ДНК. В основі генної інженерії лежать різні методи маніпуляцій із молекуламиДНК.

Отримання генетичного матеріалу. У сучасній генетиці використовуються два способи синтезу генів поза організмом - хімічний і ферментативний. Для хімічного синтезу необхідно мати повністю розшифровану послідовність нуклеотидів ДНК. Вперше штучний ген синтезував індійський вчений Г. Корана (1970) Це був ген аланінової тРНК дріжджів, який складався з 77 нуклеотидів. У перших дослідах він не виявляв функціональної активності, бо не мав регуляторних ділянок. У 1976 р. вдалося синтезувати ген тирозинової тРНК кишкової палички, який складається не тільки із структурної ділянки (126 нуклеотидних пар), а й регуляторних частин - промотора і термінатора. Цей штучно створений за спеціальною програмою ген був трансплантований у бактеріальну клітину і функціонував як природний.

Клітинні культури — це генетично однорідні популяції клітин, що ростуть у постійних умовах оточуючого середовища. Це можуть бути штами нормальних клітин людини, тварин, рослин або тканин злоякісних пухлин.

Клітини звичайно поміщають у скляні посудини, звідси і дослідження отримали назву вивчення in vitro (від лат. in — в, vitro — скло), хоча тепер частіше культури вирощують у пластмасових посудинах. Виділені з тканин клітини інкубують при температурі +38 °C +39 °C (для клітин тваринного і людського організмів) та при +22 °C +28 °C (для рослинних клітин) у живильному середовищі відповідного складу. Клітини тоді ростуть у вигляді суспензії або моношару. Суспензійна культура — це вирощування окремих клітин або невеликих їх груп у завислому стані у рідкому живильному середовищі з використанням апаратури, що забезпечує їх аерацію і перемішування. Характерною особливістю суспензійних культур є їх морфологічна та біохімічна гетерогенність. Клітинна популяція містить клітини, які відрізняються за розміром і формою.

Специфічні культури клітин є цінним джерелом гормонів та інших біологічно активних речовин. Вже зараз вони застосовуються для виробництва противірусного білку інтерферону.

Вперше ізольовані клітини рослин (моркви) було отримано в лабораторії Р.Готре (Франція) в середині минулого століття.

Для отримання культури клітин вищих рослин достатньо в асептичних умовах взяти шматочок рослинної тканини (експлантат) і розмістити його на спеціальне середовище. Через деякий час відбудеться дедиференціація клітин - тобто, клітини втратять свою вихідну спеціалізацію. Клітинна маса буде швидко збільшуватися утворюючи калюс. Калюс - це особливий тип тканини, що є накопиченням недиференційованих клітин (рис. 1). Якщо шматочки калюсу періодично пересаджувати на нове поживне середовище (пасувати), вони можуть рости необмежений час.

У генетиці здатність клітин до росту у культурі використовується у наступних напрямках:

• Клонування

• Зберігання клітин

• Отримання мутантних клітин та робота з ними

СОМАТИЧНА ГІБРИДИЗАЦІЯ (грец. so­ma — тіло) — злиття двох або кількох соматичних клітин (нестатевих) в одну загальну клітину. Може відбуватися у живому орга­нізмі або при штучному культивуванні клітин. Експериментальним шляхом можна сполучити в одній клітині різні геноми, що належать до найвіддаленіших у систематичному відношенні організмів, між якими статева гібридизація неможлива. Одержано віддалені гібриди соматичних клітин: людини і кроля, людини і комара, людини і моркви, корови і норки. Гібридні клітини можна виділити в процесі селекції й підтримувати у вигляді чистої культури.