1.4.Гибридизация соматических клеток

Разработка методов индуцированного слияния протопластов, а также развитие техники культивировании растительных клеток in vitro, обеспечивающей возможность получения изолированных протопластов, их выращивания с образованием каллуса и в последующем целого растения, обеспечила формирование нового весьма перспективного метода гибридизации растений, получившего название соматической (парасексуальной) гибридизации. Сущность данного приема состоит в том, что в качестве гибридизуемых клеток используют не гаметы (репродукционные клетки), а клетки тела растений (соматические), из которых получаются протопласты. Слияние протопластов обеспечивает объединение не только клеточных геномов, но и двух различных цитоплазм. В большинстве описанных (известных) случаев слияние протопластов высших растений приводит к образованию либо гибрида, либо цибрида. Цибридное растение содержит цитоплазму обоих партнеров, а ядро – одного. Важным моментом при индуцированном слиянии гетерологичных (неродственных) протопластов является наличие подходящего селективного маркера, позволяющего идентифицировать нужный продукт слияния, поскольку индуктор в своем воздействии неспецифичен и способствует агрегации и слиянию протопластов как одинаковых, так и гетерологичных видов. Одним из таких маркеров могут быть пластиды и, в частности, хлоропласты. Конечно, помимо пластид можно использовать (и, по-видимому, с не меньшим успехом) биохимические или генетические маркеры: например, изоэнзимный состав, особенности нуклеиновых кислот, устойчивость к антибиотикам, количество хромосом. Протопласты являются весьма лабильными образованиями и могут служить объектами для введения в клетку чужеродных материалов не только путем соматической гибридизации за счет слияния протопластов, но и посредством переноса в них изолированных ДНК или органелл других клеток. Удалось трансплантировать ядра, хлоропласты, что позволяет рассматривать данный прием в качестве достаточно перспективного для целей клеточной инженерии. Таким образом, в настоящее время уже существуют методы, позволяющие осуществлять конструирование клеток растений с новыми свойствами с последующим получением из них не только клеточных систем, но и целых растений, соответствующих насущным потребностям человека.

Аналогичные подходы используются и для работы с протопластами и клетками микроорганизмов, животных и человека (гибридомная технология).

2.Генетические основы совершенствования биообъектов.

2.1.Селекция микроорганизмов – продуцентов практически важных веществ.

Любые продукты биосинтеза для того, чтобы стать “объектом" рентабельного промышленного производства, должны выделяться клеткой в питательную среду и накапливаться в среде в количествах, которые оправдывали бы сырьевые и энергетические затраты на культивирование продуцента и выделение продукта в необходимой для дальнейшего исполь­зования форме. В большинстве случаев выбор биотехнологиче­ского способа получения того или иного вещества обусловлен полным отсутствием или весьма ограниченной возможностью по­лучения его другими способами, в первую очередь путем химиче­ского синтеза. Многие антибиотики, ферменты, биологически активные изомеры ряда аминокислот, пуриновые нуклеотиды, токсины, факторы роста растений в настоящее время возможно или по крайней мере гораздо проще получать с помощью микро­организмов или клеточных культур из доступного и дешевого сырья, чем осуществлять сложный, многоэтапный химический синтез, или даже один - два этапа ферментативного синтеза, но на основе сложного и часто малодоступного сырья.

Постоянное повышение уровня продукции того или иного вещества у микроорганизма - это наиболее эффективный способ интенси­фикации биотехнологического производства, не требующий значительных дополнительных капиталовложений в оборудование.

Однако природные штаммы микроорганизмов, как правило, не обладают способностью выделять и накапливать в питатель­ной среде, т. е. продуцировать, такое количество нужного продук­та, которое обеспечило бы достаточно низкую его стоимость и требуемый промышленности или медицине объем производ­ства. Это относится как к вторичным метаболитам, так и к первичным, за исключением некоторых конечных продуктов метаболизма (этанол, молочная кислота). Природные штаммы микроорганизмов (несовершенные грибы, актиномицеты, бациллы) способны выделять в окружающую среду сравнительно небольшие количества антибиотиков, токсинов или гидролитических фермен­тов. Первичные метаболиты, как правило, микроорганизмами в значительном количестве не выделяются (синтезируемое коли­чество этих веществ строго ограничено и рассчитано на потреб­ности самой клетки). Исключение из этого правила - выделение глутаминовой кислоты природными штаммами (так называемой группы глутаматпродуцирующих коринебактерий) не распростра­няется на подавляющее большинство других аминокислот.

На протяжении всей истории человечества, основным путем повышения продуктивности используемых человеком живых организмов, как высших многоклеточных (животные и растения) так и микроорганизмов является селекция, т.е. целенаправленный отбор организмов со скачко­образным изменением полезных свойств. Именно используя методы селекции, человек получил все основные виды домашних животных и растений. В микробиологии классические методы селекции, базирующиеся на отборе спонтанно возникающих измененных вариантов, характеризующихся нужными полезными признаками не потеряли своего значения до сих пор.