Клонирование как раздел клеточной инженерии

Комитет общего и профессионального образования Ленинградской области

Автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования

_________________________________________________________________

«ЛЕНИНГРАДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

имени А.С.ПУШКИНА»

 

Лужский институт (филиал)

 

Кафедра биотехнологии

 

 

Реферат

по дисциплине

«Клеточная инжинерия»

 

Тема: «Клонирование как раздел клеточной инженерии»

 

 

 

 

                                    Выполнила студентка  5 курса

            группы БТ5 - 09

                                           биотехнологического факультета

              Невкипелая Е.С.

                                                                                                                                                     

 

 

 

 

 

 

 

 

Луга

2014

 

 

 

 

Введение           3

1.Способы клонирования        4

2.Клонирование – ключ к вечной  молодости     7

3.Перспективы клонирования животных      8

4.Задачи стоящие перед клонированием      11

5.Клонирование умерших        13

6.Хронология клонирования        15

Заключение          18

Список литературы         19

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

Клонирование – «получение идентичных потомков при помощи бесполого размножения». По-другому определение клонирования звучит так «Клонирование – это процесс изготовления генетически идентичных копий отдельной клетки или организма». То есть, эти организмы похожи не только внешне, но и генетический код, заложенный в них, одинаков.

Возможности клонирования открывают новые перспективы для садоводов-огородников, фермеров-животноводов, а также для его медицинского применения. Одной из главных задач в данной области является создание коров, в молоке которых будет содержаться сыворотка человеческого алгаомина. Эта сыворотка используется для лечения ожогов и иных травм, и мировая потребность в ней составляет от 500 до 600 тонн в год. Это одно направление. Второе – создание органов животных, которые можно будет использовать для трансплантации человеку. Во всех странах существует серьезный недостаток донорских органов – почек, сердец, поджелудочных желез, печени. Поэтому идея, что можно создать практически конвейерное производство трансгенетических свиней, по графику поставляющих такие органы для пациентов, специально подготовленных для приема этих органов, вместо того, чтобы отчаянно пытаться найти подходящую ткань у донора-человека – такая идея является волнующей перспективой. Путем клонирования можно получать животных с высокой продуктивностью яиц, молока, шерсти или таких животных, которые выделяют нужные человеку ферменты (инсулин, интерферон, химозин). Человеческие ферменты можно получать и более простым способом: взяв нужную клетку крови человека, клонировать её и вырастить клеточную культуру, которая в лабораторных условиях будет производить нужный фермент. Комбинируя методы генной инженерии с клонированием, можно вывести трансгенные сельскохозяйственные растения, которые смогут сами себя защищать от вредителей или будут устойчивы к определенным болезням.

1.Способы клонирования.

Как уже говорилось выше, получение идентичных потомков при помощи бесполого размножения называется клонированием. Этот метод возник в результате попыток доказать, что ядра зрелых клеток, которые закончили свое развитие, содержат всю информацию, необходимую для кодирования всех признаков организма, специализация каждой клетки обусловлена включением определенных генов или их выключением, а не утратой некоторых из них. Первый успех был достигнут профессором Корнельского университета Стюардом. Он доказал, что выращивая отдельные клетки съедобной части моркови в среде, содержащей нужные вещества и гормоны, можно индуцировать процессы клеточного деления, приводящие к образованию новых клеток моркови.

Первым, кто доказал возможность искусственного получения близнецов, был немецкий эмбриолог Дриш. Разделив клетки двуклеточного зародыша морского ежа, он получил два генетически идентичных организма. Первые успешные опыты по трансплантации ядер клеток тела в яйцеклетку осуществили в 1952 году Бриге и Кинг, проводившие опыты с амебами. А в 1979 году англичанин Виладсен разработал метод получения однояйцовых близнецов из эмбрионов овцы и коровы. Однако развития эмбрионов добиться не удалось. А в 1976 году Дж. Гердон доказал возможность клонирования на лягушках. Однако лишь в 1983 году ученым удалось получить серийные клоны взрослых амфибий.

Как же вопреки строгой закономерности, можно заставить клетку развиваться только с материнским диплоидным набором хромосом? Теоретически решение этой проблемы возможно двумя способами: хирургическим и терапевтическим.

Хронологически второй способ изобретен намного раньше. Сто лет назад зоолог Московского университета А.А. Тихомиров открыл, что яйца тутового шелкопряда под воздействием различных химических и физических реакций могут развиваться без оплодотворения. Такое развитие было названо партеногенезом. Но оно рано останавливалось: партеногенетические эмбрионы погибали еще до вылупления личинок из яиц.

Б.Л. Астауров в 30-е годы в результате длительных исследований подобрал термическое воздействие, которое одновременно блокировало стадию мейоза, то есть превращение диплоидного ядра яйцеклетки в гаплоидный, и активировало неоплодотворенное яйцо к развитию. С ядром, оставшимся диплоидным, развитие заканчивалось вылуплением личинок, повторяющих генотип матери, включая пол.

Клонировать млекопитающих можно, как упоминалось, и другим способом – хирургическим. Он основан на замене гаплоидного ядра яйцеклетки на диплоидное ядро, взятое из клеток эмбрионов. Эти клетки еще не дифференцированы, то есть не началась закладка органов, поэтому их ядра легко заменяют функцию диплоидного ядра только что оплодотворенной клетки. Таким методом в США в 1952 году и в Англии в 1960 получили генетические копии лягушки, а в 1997 году шотландец Уилмут получает хирургическим путем знаменитую овцу Долли – генетическую копию матери. Для этого из клеток её вымени было взято ядро для пересадки в яйцеклетку другой овцы. Успеху способствовало то, что взамен инъецирования нового ядра применялись воздействия, приводящие к слиянию лишенной ядра яйцеклетки с обычной неполовой клеткой. После этого яйцеклетка с заменённым ядром развивалась как оплодотворенная. Очень важно, что этот метод позволяет взять ядро клонируемой особи в зрелом возрасте, когда уже известны её важные для человека хозяйственные признаки. Но у Долли были не слишком удачные предшественники. Её создатель, Ян Уилмут, произвел 277 ядерных трансплантаций: получил 277 эмбрионов, из которых только 29 прожили дольше шести дней, и один из которых развился в полноценного ягненка, названного Долли.

Профессор Нейфах и его коллеги из Института биологии развития Российской недавно скопировали каспийского осетра. Технология тут примерно такова. В клетке осетра убивают ядро, на его место вводят два сперматозоида и тепловым ударом заставляют их слиться воедино. Процесс слияния был необходим затем, чтобы удвоить набор хромосом в спермии. Далее уже все определяется умением задействовать сложные внутренние связи и, в конце концов, «выходить» зародыш, создав ему благоприятные условия. Основной аргумент российских биологов – они пытаются спасти каспийского осетра как вид. По размерам искусственные осетры, правда, пока не дотягивают до нормы, но, как утверждают исследователи, это уже технические трудности.

А ученые из университета штата Висконсин опробовали новую методику клонирования млекопитающих, отличную от той, что применялась учеными из Рослингского института, вырастившими Долли. В качестве основного исходного материала новаторы использовали яйцеклетку коровы. Её лишали так называемого генетического кода и имплантировали молекулы ДНК других клонируемых животных – свиньи, крысы, овцы, обезьяны. При этом источником наследственного материала служили клетки тканей взрослых особей, взятые, например, из свиного или крысиного уха. После искусственного оплодотворения из коровьей яйцеклетки, получившей новую генетическую информацию, развивался зародыш другого млекопитающего – копия генетического донора. Таким образом, ученым удалось благополучно вырастить в лабораторных условиях эмбрионы свиньи, крысы, овцы, обезьяны, да и самой коровы. Специалисты из Висконсинского университета уверены, что их исследования имеют важное значение для развития генной инженерии и изучения возможностей генетического донорства. Руководители этих работ Нил Ферст, одним из первых в США приступивший к опытам по клонированию коров, и Таня Доминко полагают, что использованная ими методика в будущем сможет помочь сохранению исчезающих и редких видов животных. Учтя опыт шотландцев, американцы несколько изменили метод клонирования, использовав ядра эмбриональных (зародышевых) фибробластов – клеток, дающих соединительную ткань, взятых из взрослого организма. Таким образом, они резко увеличили эффективность метода, а также облегчили задачу введения «чужого» гена, так как в культуре фибробластов это сделать значительно легче.

Сейчас перед людьми не стоит вопроса «клонировать или нет?». Конечно, клонировать. Благодаря этому открываются новые возможности. Например, в сельском хозяйстве можно получить высоко продуктивных животных или животных с человеческими генами. А также клонирование органов и тканей – задача номер один в трансплантологии. Стоит другой вопрос «Разрешить ли клонирование человека?». С одной стороны это возможность бездетных людей иметь своих собственных детей, а с другой – возможность получения новых Наполеонов и Гитлеров, а также получение клонов для последующего использования их в качестве доноров необходимых органов. Вопрос клонирования человека остается открытым.

2.Клонирование – ключ  к вечной молодости.

Не мало спекуляций и домыслов появилось в последнее время относительно нового способа «изготовления» людей путем клонирования. Тут и страхи появления нового Гитлера и ему подобных, и рассуждения в духе апокалипсиса о том, что в будущем клоны вытеснят и уничтожат «нормальных людей», и другие тому подобные ужасы.

За всю историю человечество сотворило не мало глупостей, но возможный запрет клонирования рискует побить все рекорды. Ибо оно, клонирование, не просто гуманно по своей сути, но способно кардинально решить такие проблемы, как трансплантация органов, возможность иметь детей при самых сложных случаях бесплодия и одиноким людям, а также шанс потерявшим ребенка родителям хоть немного смягчить свое горе, воспитывая двойника.

Трансплантация клонируемых органов способна спасти миллионы людей, умирающих по всему свету из-за дефицита органов, который создается, кстати, из-за невозможных ограничений, навязанных «моралистами»: целостность трупа и его неприкосновенность после смерти.

Вторым важным следствием трансплантации клонируемых частей тела может стать пересадка потерянных органов: рук, ног, глаз и т.д. Лишить людей надежды забыть про инвалидность и стать нормальными людьми – разве это не в высшей степени не гуманно?

3.Перспективы клонирования  животных.

Идея клонирования животных, т.е. получение генетически идентичных копий, родилась благодаря успешным экспериментам по пересадке ядер дифференцированных клеток в энуклеированные яйцеклетки или ооциты, выполненным на амфибиях. Цель этих экспериментов была сугубо теоретическая – выяснить вопрос, способно ли ядро (геном) дифференцированной клетки к репрограммированию и восстановлению тотипотентности, т.е., будучи помещенным в цитоплазму яйца, способно ли оно обеспечить полное развитие подобно оплодотворенной яйцеклетке. Фактически речь шла о возможности эмбриональной дифференцировки и выяснении вопроса: претерпевает ли геном в процессе развития необратимые изменения или модификации? Успешные опыты J.Gurdon и его сотрудников, показавшие возможность развития взрослых амфибий из реконструированных яйцеклеток после трансплантации в них ядер из клеток эпителия кишечника плавающей личинки (головастика), были интерпретированы как убедительное доказательство, что геном дифференцированных клеток способен к репрограммированию в цитоплазме яйцеклетки и восстановлению тотипотентности, подобно оплодотворенному яйцу. Из этих результатов логично вытекало, что использую технику трансплантации ядер из соматических клеток взрослых особей в энуклеированные яйцеклетки или ооциты, можно получать генетические копии животного, служившего донором ядер дифференцированных клеток, Безусловно, клонирование животных открывало бы заманчивые перспективы для генетического копирования животных, прежде всего сельскохозяйственных, тех, которые имеют те или иные выдающиеся показатели продуктивности.

Однако первые попытки применить описанный выше подход для клонирования млекопитающих были безуспешными и даже скандальными. Сенсационные результаты Illmensee по рождению мышей, развившихся после пересадки кариопластов из разных частей предымплантанционных эмбрионов мыши в энуклеированные яйца, не были подтверждены другими исследователями. Эти результаты вызвали еще большие сомнения после заявления лаборанта Illmensee, что результаты опытов Illmensee были фальсифицированы. В начале 80-х годов эксперименты по трансплантации ядер дифференцированных клеток в энуклеированные яйца или ооциты показали, что у мышей тотипотентность утрачивается после второго дробления. Другой экспериментальный подход для изучения тотипотентности эмбрионов был основан на разделении бластомеров на ранних стадиях развития (до 16-клеточной стадии) и независимой их трансплантации приемным матерям. Результаты этих экспериментов показали, что у мышей тотипотентность утрачивается после 4-клеточной стадии, хотя у овец такая потеря происходит на более поздней стадии развития (после 16-клеточной). Открытие импринтинга и его существенной роли в развитии млекопитающих сделало еще более проблематичной возможность клонирования млекопитающих, поскольку выяснилось, что материнский и отцовский геномы имеют разный вклад в нормальное развитие эмбриона, причем эти функциональные различия родительских геномов формируются в процессе овогенеза и сперматогенеза, импринтируются и реализуются в течение всего онтогенеза.

Тем не менее, исследования тотипотентности и плюрипотентности в эмбриональном развитии продолжались с использованием новых экспериментальных подходов. Уже в конце 80-х годов стало очевидным, что ооцит на стадии М2 (второе мейотическое деление) обладает факторами, способными репрограммировать геном клеток, полученных из внутренней массы бластоцисты после их трансплантации в энуклеированный ооцит М2. здесь следует отметить значительный вклад в разработку этой техники шотландской группы исследователей под руководством Яна Вилмута и американских исследователей Кейфера, Метьюса и Ферст. В 1996 году вышли две публикации по успешному рождению ягнят и развитию эмбрионов коров до 80-85 дней беременности в экспериментах по трансплантации кариопластов, полученных из клеток культуры эмбриональных стволовых клеток, в энуклеированные ооциты. По-видимому, эти успехи подтолкнули Яна Вилмута и его коллег попытаться использовать в качестве доноров ядра (кариопласты) дифференцированных клеток, взятых от эмбрионов или взрослых животных. Результатом этих экспериментов явилось рождение Долли, овцы, развившейся из ооцита М2, у которого было заменено ядро на ядро клетки из культуры эпителиальных клеток, полученной из молочной железы взрослой лактирующей овцы. Вне всяких сомнений, это выдающийся успех в клонировании животных. Впервые предложен, хотя и сложный в техническом отношении, способ получения генетических копий млекопитающих. Несомненно также и то, что клонирование станет сильнейшим стимулом для развития нового направления в биотехнологии животных и откроет широкие возможности в селекции сельскохозяйственных животных.