Клітинна інженерія в біології

Размещено на http://www.allbest.ru/

План

1. Клітинна інженерія

2. Гібридні клітини

3. Основні методи злиття клітин

4. Нові методи злиття

5. Гібридома

6. Застосування моноклональних антитіл

7. Гібридизація тваринних клітин. Історія методу

8. Гібридизація клітин у культурі

Список використаних джерел

1.Клітинна інженерія

Завдяки бурхливому розвитку та значній кількості досліджень, які проводяться з використанням методу клітинної інженерії, він трансформувався в окрему галузь біотехнології і біологічної науки в цілому. Клітинна інженерія -- це самостійна галузь біологічних та медичних наук, в завдання входить створення нових, не існуючих раніше в природі клітин із заданими властивостями. До недавнього часу клітинну інженерію вважали галуззю генетичної інженерії, однак, за останнє десятиліття, враховуючи наявність власних методів, конкретних цілей та завдань, вона виділилась як самостійна область біологічних та медичних наук.

Історично клітинна інженерія пройшла наступні етапи:

1. розробка методів штучного злиття клітин, що ростуть в культурі;

2. отримання реконструйованих клітин шляхом злиття - об'єднання ядра та цитоплазми від різних клітин у раніше невідомих комбінаціях;

3. ефективна трансфекція соматичних та статевих клітин.

У завдання клітинної інженерії входить створення визначеними методами гібридних клітин.

2.Гібридні клітини

Типові гібридні клітини:

· Гетерокаріон - це гібридна клітина, яка містить у своїй цитоплазмі два або декілька різних чи однакових ядер;

· Cинкаріон - це гібридна клітина, в якій пройшло об'єднання хромосом різних клітин в одне ядро.

Особливі типи гібридних клітин:

· Гібридна клітина, що включає в себе каріопласт (ядро, оточене тонким шаром цитоплазми) + цитопласт (без'ядерна цитоплазма);

· Цибрид -- гібридна клітина, що включає в себе цілу клітину + цитопласт іншої клітини;

· Каріобрид -- гібридна клітина, що включає в себе цілу клітину + каріопласт іншої клітини.

3.Основні методи злиття клітин

1. Використання інактивного вірусу Сендай, який відноситься до групи вірусів парагрипу, який інактивований УФ-випромінюванням. Цей метод вже майже не використовується (лише у тих випадках, коли клітини іншими методами не зливаються -- при роботі з ядерними еритроцитами птахів).

2. Основний метод -- використання поліетиленгліколю (ПЕГ). Це стандартний спосіб, який використовується при злитті клітин тварин та рослин, між собою та один з одним. При отриманні гібридом.

3. Злиття клітин з використанням лазерного та нейтронного опромінення.

4. Електрозлиття -- клітини попередньо зближені між собою, піддають впливу електричного поля; спочатку проходить об'єднання мембран, потім об'єднуються цитоплазми і формується гібридна клітина.

4.Нові методи злиття

1. Авдин - біоновий метод. Клітини одного типу (мієлома) з'єднують з авдином, клітини іншого типу (імунні лімфоцити) безпосередньо або через антитіла з'єднують з біотином (вітамін Н). Такі мічені клітини у суспензії з'єднуються попарно і в результаті дії електричного поля, в яке їх поміщають, утворюються гібридомні клітини.

2. Метод проточної цитометрії. Цей метод застосовують:

· для виділення клітин, що знаходяться на певній стадії клітинного циклу та їх синхронізації. Отримані таким шляхом клони життєздатні і дають початок клітинним клонам;

· для відбору (селекції гібридних клітин). Не всі клітини, що піддаються різним впливам для злиття, зливаються. Для видалення клітин, що не злилися, суміш гібридних і клітин, що не злилися, вирощують на селективному середовищі, де виживають лише гібридні клітини.

Досягнення клітинної інженерії: отримання довгоживучих гібридних клітин, у тому числі, клонів, що розмножуються; встановлення правила комплементації генів у гібридних соматичних клітинах; формулювання поняття про гени “розкоші” і гени “необхідності” та встановлення правила пригнічення функцій генів “розкоші” у гібридах; встановлення факту вибіркової втрати хромосом (сегрегації) у міжвидових гібридах та розробка підходів координування даного процесу; реконструкція клітин, створення реконструюваних клітин (гібридів та каріогібридів); отримання фактів про позитивний та негативний контроль проліферації гібридних клітин; отримання гібридних клітин між віддаленими організмами різних видів, класів та царств (наприклад, гібридів клітин рослин і тварин; гібридів тварин та дріжджів).

Першим практичним застосування досягнень клітинної інженерії стала розробка гібридомної технології та отримання з її допомогою моноклональних антитіл. Другим практичним застосуванням досягнень клітинної інженерії є доказ можливості направленої генетичної трансформації соматичних та статевих клітин тварин і рослин та отримання таким шляхом клітин-продуцентів заданих білкових продуктів.

5.Гібридома

Гібридні клітини, отримані злиттям пухлинних і секретуючих імуноглобулін клітин імунної системи -- гібридоми, поєднують у собі здатність до тривалого розмноження в культурі зі здатністю біосинтезу моноклональних антитіл. Уперше гібридоми були отримані шляхом злиття антитілоутворюючих клітин селезінки (спленоцитів) миші, імунізованої баранячими еритроцитами, з мієломними клітинами, у яких була відсутня гіпоксантинфосфорибозилтрансфераза (фермент, що бере участь у реакціях метаболізму пуринів). Щоб збільшити імовірність злиття батьківських клітин і підвищити вихід гібридом, як допоміжний засіб використовують віруси з аглютинуючими властивостями. Вірусні частки накопичуються на поверхні батьківських клітин, що вступають у контакт; на поверхні контактуючих клітин з'являється велика кількість мікроворсинок, що у місцях дотику зливаються, утворюючи цитоплазматичні містки. Зони злиття поступово розширюються, заповнюючи всю площу мембрани в ділянці клітинного контакту.

Мілетейн та його працівник Келер лабораторії молекулярної біології Медичної науково-дослідної ради Кембріджського університету першими запропонували спосіб отримання гібридом. Келер запропонував злити мієломну клітину з лімфоцитами із популяції, яка б мала попередній контакт з певним антигеном. За його розрахунками, отримана таким чином клітина повинна синтезувати антитіла відповідної специфічності, і одночасно володіти здатністю до необмеженого росту, як це характерно для злоякісної мієломної батьківської клітини. У 1974 р. Келеру вдалось отримати гібридому, що мала здатність продукувати антитіла певної специфічності -- моноклональні антитіла -- внаслідок злиття клітин мієломи та лімфоцитів селезінки миші, яка була імунізована еритроцитами барана у присутності поліетиленгліколю.

6.Застосування моноклональних антитіл

Гібридома - це один із варіантів використання культури клітин в цілях біотехнології. З допомогою гібридомної біотехнології стає можливою регуляція імунної відповіді завдяки отриманню моноклональних антитіл заданої специфічності. Гібридоми можна зберігати у замороженому стані. У деяких інститутах та лабораторіях для наукових цілей створені гібридомні банки.

Моноклональні антитіла використовують:

1) для ідентифікації певного гормону, вірусних або бактеріальних антигенів, антигенів групи крові та тканниних антигенів;

2) для визначення доз ліків;

3) для «впізнавання» злоякісних пухлин товстої та прямої кишки, діагностики деяких форм раку щитовидної залози, епітеліальної форми раку.

4) для виділення біологічно активних речовин (білків, гормонів, токсинів) із складних сумішей;

5) для нейтралізації дії лімфоцитів, що відповідають за відторгнення трансплантанту, а також аутоантитіл, які утворюються при аутоімунних захворюваннях (деякі форми діабету, розсіяний склероз, ревматичні хвороби).

6) у поєднанні з лікарськими препаратами моноклональні антитіла можуть значно посилювати ефективність дії останніх на клітини-мішені, дозволяючи при цьому уникати серйозних побічних явищ, які, як правило, супроводжують хіміотерапію раку.

7) для діагностики та лікування захворювань, які викликаються патогенами, перш за все мікроорганізмами та їх токсинами.

8) для діагностики вагітності, виявлення схильності до діабету, ревматоїдного артриту, спадкових захворювань.

7.Гібридизація тваринних клітин. Історія методу

Гібриди соматичних клітин були відкриті лише в 60-х роках ХХ століття. У 1960 р. Панський зі співробітниками повідомили про виділення лінії гібридних клітин. Гібридні клітини були отримані шляхом змішування двох ліній, виділених раніше з 1 клітини мишачої саркоми. Вихідні лінії відрізнялися за числом й морфологією хромосом, а також за здатністю до утворення пухлини при введенні їх мишам. Гібридні клітини містили число хромосом, що відрізнялося від вихідних клітинних ліній, а також містили поверхневі антигени клітин обох батьківських ліній. Далі було встановлено, що клітинні гібриди можна одержати, використовуючи клітини різних видів тварин. Як агент, індукуючого злиття виступав інактивований вірус HVJ, названий також вірусом Сендай. Із цього часу вірус Сендай став широко використовуватися в експериментах по злиттю клітин.

При вивченні міжвидових гібридних клітин, здатних до проліферації було зроблено два дуже важливих спостереження:

- у гібридах можуть виявитися обидва геноми;

- у довгоживучих міжвидових гібридах елімінуються хромосоми одного виду.

Злиття клітин не обов'язково повинно чимось стимулюватися. Як in vivo, так й in vitro воно може проходити й без додавання спеціальних агентів. Незважаючи на те, що всі злиття такого роду можна вважати спонтанними, деякі з них постійно відбуваються в процесі онтогенезу, а отже, еволюційно запрограмовані. Дотепер невирішеною залишається одна із найважчих загадок біології, що полягає в тому, що мембрани, які перебувають усередині клітини зливаються часто, тоді як мембрани, що розмежовують клітини, зливаються рідко. Наприклад, пухирці апарата Гольджи зливаються один з одним, утворюючи клітинні пластинки при цитокінезі в рослин, мембрани ендоплазматичного ретикулуму - з елементами апарата Гольджі при переносі тільки що синтезованих білків і т.д.

8.Гібридизація клітин у культурі

У I960 р. було показано, що при спільному культивуванні клітин двох різних ліній вони можуть зливатися, утворювати гібриди, які містять геноми обох батьківських форм. Перші гібридні клітини були отримані при злитті клітин різних ліній мишей, які культивувались. Крім внутрішньовидових отримані і міжвидові гібриди, наприклад, між клітинами людини і миші, миші і хом'ячка і навіть миші і курчати.

У 1965 англійський вчений м. Харріс уперше отримав гетерокаріони, утворені клітками миші і людини. Таку штучну гібридизації можна здійснювати між соматичними клітками, що належать далеким в систематичному відношенні організмам і навіть між рослинними і тваринними клітками. Гібридизація соматических кліток тваринних зіграла важливу роль в дослідженні механізмів реактивації генома нерухомої клітки і ступеня фенотипичного вияву (експресивності) окремих генів, клітинного розподілу, в картируванні генів в хромосомах людини, в аналізі причин злоякісного переродження кліток. За допомогою цього методу створені гібридоми, що використовуються для отримання моноклональних (однорідних) антитіл.

Перший міжвидовий гібрид при злитті протопластів з кліток різних видів тютюну був отриманий в 1972 П. Карлсоном (США). Гібриди, отримані при злитті протопластів, мають важливі відмінності від статевих гібридів оскільки несуть цитоплазму обох батьків. Можливе створення цибридів, що успадковують ядерні гени одного з батьків нарівні з цитоплазматичними генами обох батьків. Особливий інтерес уявляють цибриди рослин, несучі цитоплазматичні гени стійкості до різним патогенам і стресорним чинникам від дикорослих видів або цитоплазматичні гени чоловічої стерильності. Злиття протопластів використовують також для отримання гібридів з цінними в господарському відношенні властивостями між віддаленими видами, які погано або взагалі не схрещуються звичним шляхом. Вдалося, наприклад, «ресинтезувати» рапс, що є природним амфідиплоїдом між турнепсом і капустою, отримати соматичний гібрид картоплі з томатами і т. д. Прі злитті протопластів створюють і нові клітинні лінії-продуценти важливих сполук.

Використання методу гібридизації соматичних клітин дає можливість вивчати механізми первинної дії і взаємодію генів. Культури соматичних клітин використовуються для визначення мутагенної дії факторів навколишнього середовища. Розширюються можливості точної діагностики хвороб на біохімічному рівні у дорослих і до народження у плодів (пренатальна діагностика). Для подальшого удосконалення цих методів необхідно нагромаджувати лінії клітин з генними і хромосомними мутаціями. Вже організовані "банки" клітинних ліній.

Список використаних джерел

клітинна інженерія гібридизація

1) https://studopedia.su/3_29458_gibridizatsiya-tvarinnih-klitin-Istoriya-metodu.html

2) http://wikipage.com.ua/1x92c3.html

3) http://www.grandbiology.com/biols-618-1.html

4) https://lifelib.info/microbiology/biotechnology_1/16.html

5) https://veterinarua.ru/lektsii/2458-klitinna-inzheneriya.html

Размещено на Allbest.ru