Животная клетка – объект биотехнологии

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное автономное образовательное  учреждение высшего профессионального  образования «Уральский федеральный  университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина»

Химико-технологический  институт

Кафедра технологии органического синтеза

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Реферат

Животная клетка – объект биотехнологии

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Преподаватель М.А.Безматерных

 

Студент Е.Р.Газизуллина

гр. Х-300702

 

 

 

 

 

 

 

Екатеринбург

2013

Содержание

1. Введение
2. Строение животной клетки, основные различия в строении.
1. Строение животной клетки
2. Строение растительной клетки
3. Основные отличия между животной и растительными клетками
3. Клонирование
1. История развития клонирования
2. Генетическая инженерия
4. Стволовые клетки
1. Характеристика стволовых клеток
2. Виды стволовых клеток
5. Заключение
6. Список используемой литературы

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

Клетка является элементарной самовоспроизводящейся единицей структуры и функции абсолютно всех живых существ, обитающих на планете Земля. Клеточная организация присуща одноклеточным микроорганизмам и многоклеточным макрообъектам. Несмотря на существование определенных отличий между клетками различных систематических групп организмов, в каждой из них возможно выделить основные структурно-функциональные подсистемы, имеющие сходную молекулярную организацию.

Целью моей работы является рассмотрение животной клетки как объекта биотехнологии.

Задачи:

1. Рассмотреть основные отличия в строении животной и растительной клетки.
2. Рассмотреть применение животной клетки в клонировании.
3. Определить основные виды и функции стволовых клеток.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Строение животной клетки, основные различия в строении

Строение животной клетки

 

Рисунок 1 – Строение животной клетки.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Строение растительной клетки

Рисунок 2 – Строение растительной клетки.

 

Основные различия между  животной и растительными клетками

Таблица 1. Сравнение клеток растений и животных

Признаки	Клетка растений	Клетка животных
Способ питания Клеточная стенка   Пластиды   Вакуоли           Синтез АТФ   Запасной углевод Способ хранения питательных веществ   Центриоли Деление	Автотрофный Есть. Клетка не меняет свою форму Хлоропласты, хромопласты, лейкопласты Немногочисленные крупные  полости, заполненные клеточным  соком. Содержат запас питательных  веществ. Обеспечивают тургорное давление В пластидах и митохондриях Крахмал Чаще располагаются в  клеточном соке   Нет Образуется перегородка  между дочерними клетками	Гетеротрофный Нет. Клетка может менять свою форму Нет   Многочисленные мелкие пищеварительные.         В митохондриях   Гликоген Располагаются в цитоплазме в виде клеточных включений Есть Образуется перетяжка  между дочерними клетками

.

Клонирование

Клонирование (в биологии) — появление естественным путем или получение нескольких генетически идентичных организмов путем бесполого (в том числе вегетативного) размножения.

История развития клонирования

Впервые трансплантацию ядер соматических клеток зародышей в  энуклеированные клетки лягушки осуществили американские исследователи Р. Бриггс и Т. Кинг в 1952 году. Ученые, пользуясь микропипеткой, удаляли ядра из яйцеклеток шпорцевой лягушки, а вместо них пересаживали ядра клеток эмбрионов, находящихся на разных стадиях развития. Проведенные исследования показали, что ядра ранних эмбрионов в стадии поздней бластулы и даже ранней гаструлы обладают тотипотентностью и обеспечивают нормальное развитие эмбрионов. Если брать ядра из клеток зародыша на ранней стадии его развития - бластуле, то примерно в 80% случаев зародыш благополучно развивается дальше и превращается в нормального головастика. Если же развитие зародыша, донора ядра, продвинулось на следующую стадию - гаструлу, то лишь менее чем в 20% случаев оперированные яйцеклетки развивались нормально. При пересадке ядер из более дифференцированных клеток (мезодермы и средней кишки) поздней гаструлы у эмбрионов наблюдалось недоразвитие и даже отсутствие нервной системы. После пересадки ядра из клеток более позднего развития яйцеклетки вообще не развивались.

Более широкие исследования, охватывающие не только амфибий, но и  рыб, а также дрозофил, в 1962 г. были начаты английским биологом Дж. Гордоном. Он первым в опытах с южноафриканскими жабами (Xenopus laevis) в качестве донора ядер использовал не зародышевые клетки, а уже вполне специализировавшиеся клетки эпителия кишечника плавающего головастика. Ядра яйцеклеток реципиентов он не удалял хирургическим путем, а разрушал ультрафиолетовыми лучами. В большинстве случаев реконструированные яйцеклетки не развивались, но примерно десятая часть их них образовывала эмбрионы. 6,5% из этих эмбрионов достигали стадии бластулы, 2,5% - стадии головастика и только 1% развился в половозрелых особей. Однако появление нескольких взрослых особей в таких условиях могло быть связано с тем, что среди клеток эпителия кишечника развивающегося головастика довольно длительное время присутствуют первичные половые клетки, ядра которых могли быть использованы для пересадки. В последующих работах как сам автор, так и многие другие исследователи не смогли подтвердить данные этих первых опытов.

Позже Гордон модифицировал  эксперимент. Поскольку большинство  реконструированных яйцеклеток (с ядром  клетки кишечного эпителия) погибают до завершения стадии гаструлы, он попробовал извлечь из них ядра на стадии бластулы и снова пересадить их в новые  энуклеированные яйцеклетки (такая процедура называется "серийной пересадкой" в отличие от "первичной пересадки"). Число зародышей с нормальным развитием после этого увеличивалось, и они развивались до более поздних стадий по сравнению с зародышами, полученными в результате первичной пересадки ядер.

Затем Гердон вместе с Ласки (1970) стали культивировать in vitro (вне организма в питательной среде) клетки почки, легкого и кожи взрослых животных и использовать уже эти клетки в качестве доноров ядер. Примерно 25% первично реконструированных яйцеклеток развивались до стадии бластулы. При серийных пересадках они развивались до стадии плавающего головастика. Таким образом было показано, что клетки трех разных тканей взрослого позвоночного (X. laevis) содержат ядра, которые могут обеспечить развитие по крайней мере до стадии головастика.

В свою очередь Ди Берардино и Хофнер (1983) использовали для трансплантации ядра неделящихся и полностью дифференцированных клеток крови - эритроцитов лягушки Rana pipiens. После серийной пересадки таких ядер 10% реконструированных яйцеклеток достигали стадии плавающего головастика. Эти эксперименты показали, что некоторые ядра соматических клеток способны сохранять тотипотентность.

В 1985 г. была описана технология клонирования костных рыб, разработанная  советскими учеными Л.А. Слепцовой, Н.В. Дабагян и К.Г.Газарян. Зародыши на стадии бластулы отделяли от желтка. Ядра клеток зародышей впрыскивали в цитоплазму неоплодотворенных икринок, которые начинали дробиться и развивались в личинки. Эти эксперименты показали, что потеря ядром тотипотентности в процессе онтогенеза связана не с утерей генов, а их репрессией. При культивировании соматических клеток in vitro частота тотипотентности ядер увеличивается. Генетический механизм стабильной репрессии генома дифференцированных клеток не выяснен, способы восстановления тотипотентности не разработаны, поэтому в основном ведется клонирование путем трансплантации ядер эмбриональных клеток.

Пересадки ядер у млекопитающих  начались позднее, в 80-х годах. Это  было связано с техническими трудностями, так как зигота млекопитающих  имеет небольшие размеры. Например, диаметр зиготы мыши приблизительно 60 мкм, а диаметр оплодотворенной  яйцеклетки лягушки около 1200 мкм, т.е. в 20 раз больше.

Несмотря на перечисленные  трудности, первые сообщения о получении  клонов мышей, идентичных донору, появились  уже в 1981 году. В качестве донора были использованы эмбриональные клетки одной из линий мышей, взятые на стадии бластоцисты. Достоверность полученных данных вначале была поставлены под сомнение, так как воспроизвести результаты проведенных экспериментов в других лабораториях не удавалось, однако пару лет спустя Дж. Мак Грат и Д. Солтер также достигли успеха. В этих экспериментах клоны мышей удавалось получить лишь в том случае, если трансплантировали ядра эмбрионов на стадии не позднее 2 бластомеров. Было показано, что ядра 8-клеточных зародышей и клеток внутренней клеточной массы бластоцисты не обеспечивают развитие in vitro реконструированных яйцеклеток даже до стадии морулы, которая предшествует стадии бластоцисты. Небольшая часть (5%) ядер 4-клеточных зародышей дает возможность развиваться только до стадии морулы. Эти и многие другие данные показывают, что в эмбриогенезе у мышей клеточные ядра рано теряют тотипотентность, что связано очевидно, с очень ранней активацией генома зародыша - уже на стадии 2-х клеток. У других млекопитающих, в частности, у кроликов, овец и крупного рогатого скота, активация первой группы генов в эмбриогенезе происходит позднее, на 8-16-клеточной стадии. Возможно поэтому первые значительные успехи в клонировании эмбрионов были достигнуты на других видах млекопитающих, а не на мышах. Тем не менее, работы с мышами, несмотря на их непростую судьбу, значительно расширили наши представления о методологии клонирования млекопитающих.

Генетическая инженерия

Генетическая инженерия — это методы получения рекомбинантных ДНК, объединяющих последовательности разного происхождения.

В основу генноинженерных методов заложена способность ферментов — рестриктаз расщеплять ДНК на отдельные нуклеотидные последовательности, которые могут быть использованы для встраивания их в геномы бактериальных плазмид и фагов с целью получения гибридных, или химерных форм, состоящих из собственной ДНК и дополнительных встроенных фрагментов несвойственной им ДНК. Поэтому методами генетической инженерии добиваются клонирования генов, когда выделяют нужный отрезок ДНК из какого-либо биообъекта и затем получают любое количество его, выращивая колонии генетически идентичных клеток, содержащих заданный участок ДНК. Другими словами клонирование ДНК— это получение ее генетически идентичных копий.

Генетическую инженерию  подразделяют на генную инженерию, геномную инженерию и хромосомную инженерию. Сущность первой состоит в целенаправленном использовании перестроек естественного генома, осуществляемых in vivo или in vitro, для изменения генетических характеристик известных вирусов и клеток. В качестве примеров генной инженерии in vivo можно назвать: транслокацию (перемещение) в вирусные геномы некоторых клеточных генов, придающих вирусам свойства онкогенности; трансдукцию (перенос) клеточных генов от клеток-доноров в клетки-реципиенты с помощью фагов и др. Примером генной инженерии in vitro является создание молекулярных химер из фрагментов ДНК разного происхождения, включение их в реципиентные клетки Е. coli, Вас. subtilis и др. с последующим культивированием этих организмов в целях получения необходимых белковых продуктов (пептидных гормонов, ферментов и т. д.).

Сущность геномной инженерии  заключается в целенаправленной глубокой перестройке генома акариот, прокариот или эукариот, вплоть до создания новых видов. При геномной инженерии добиваются внесения большого количества дополнительной генетической информации и в результате получают гибридный организм, отличающийся от исходного по многим признакам. Гибриды оказываются жизнеспособными лишь в тех случаях, когда они содержат все безусловно необходимые (облигатные) гены, когда у них налажены и взаимно согласованы регуляторные связи между совмещенными генами, и, наконец, когда имеется структурное соответствие между продуктами матричного синтеза (белками).

При геномной инженерии возможно получение половых (слияние гамет) или соматических (слияние неполовых клеток) гибридов. Половые гибриды получают либо в естественных, либо в искусственных (экспериментальных) условиях. Соматические гибриды способны формироваться лишь в искусственных условиях у клеточных форм (клеточная инженерия).

Клеточные стенки обычно у  молодых клеток частично или тотально лизируют с помощью гидролитических ферментов. Возникающие протопласты затем подвергаются слиянию в среде с полиэтиленгликолем и соответствующими стабилизаторами протопластов, либо используют электрическое или температурное воздействие в целях деполяризации мембраны. Таким образом можно создавать межвидовые и, даже, межродовые гетерокариотические гибриды. Другими словами, таким путем удается совмещать в одной клетке геномы клеток (организмов) с половой несовместимостью. Например, удается слить протопласты клеток мыши и моркови, мыши и человека. Однако в большинстве случаев такие гибридные клетки не развиваются в полноценные организмы. К тому же стабильность (жизнеспособность) гибридов находится в обратно-пропорциональной зависимости от эволюционной отдаленности гибридизуемых видов, то есть эволюционно далекие виды менее жизнеспособны в гибридном состоянии, чем близкородственные виды. Жизнеспособные гибриды сохраняют большую часть генома одного из слившихся партнеров. Поэтому соматическая гибридизация практически реализуется пока на ограниченном числе видов и родов.