Презентація "БІОТЕХНОЛОГІЯ ТА ГЕННА ІНЖЕНЕРІЯ РОСЛИН І ТВАРИН"

БІОТЕХНОЛОГІЯ ТА ГЕННА ІНЖЕНЕРІЯ РОСЛИН І ТВАРИН

Основні напрями сучасної біотехнології рослин: біотехнологія і мікроклональне розмноження рослин; створення культур клітин і тканин рослин; генна інженерія; клітинна інженерія; банки клітинних культур та їхня кріоконсервація для збереження генофонду рослин. Усі вони базуються на загальній властивості клітинної біології - соматичні (нестатеві) клітини є тотипотентними, завдяки чому з однієї соматичної клітини можна регенерувати цілісну рослину. Запам'ятаємо. Тотипотентність (від лат. тотус - весь, цілий, потентіа - сила, можливість) - здатність однієї клітини багатоклітинного організму внаслідок поділу давати початок цілому новому організму. У тварин тотипотентними є зигота, у деяких видів - її прямі нащадки (наприклад, клітини морули). У рослин соматичні клітини можуть ставати тотипотентними внаслідок впливу великих доз певних фітогормонів (як-от, ауксинів).

Мікроклональне розмноження - метод вегетативного розмноження рослин «у пробірці». Шматочки тканин вихідної рослини розміром 0,1 мм переносять на поживне середовище, у яке добавлено фітогормони, що стимулюють поділ клітин та утворення пагонів або подібних до них структур, які формуються у зародків. Далі новоутворені рослини розвиваються і ростуть на штучному середовищі в пробірці, потім їх переносять у ґрунт

Культури клітин і тканин рослин. Рослинні регулятори росту, які містить поживне середовище, стимулюють необмежене розмноження клітин і утворення недиференційованої клітинної маси - калюсу. Якщо потім калюс розділити на окремі клітини і продовжити культивувати ізольовані клітини на поживних середовищах, то з окремих клітин можна отримати повноцінні рослини. Культури клітин і тканин рослин використовують для отримання цінних речовин. Так, у культурі клітин раувольфії зміїної активно синтезуються алкалоїди, які використовують як ліки проти гіпертонії. З культур клітин женьшеню виділяють біологічно активні речовини. Це дає змогу отримувати рослинні лікарські препарати, не винищуючи рідкісні рослини. До отримання повноцінної рослини в культурі можна здійснювати попередню клітинну селекцію. Відбирають клітини, стійкі до гербіцидів, засолення, дії екстремальних температур, патогенів, а також ті, для яких характерний підвищений синтез корисних для людини речовин.

Клітинна інженерія - це сукупність методів і підходів, які використовують для конструювання клітин нового типу. За допомогою методів клітинної інженерії отримують гібриди соматичних клітин неспоріднених і еволюційно віддалених видів або вносять у соматичну клітину окремі клітинні органели, ядро, цитоплазму. Для проведення гібридизації або реконструкції спочатку за допомогою спеціальних ферментів рослинні клітини позбавляють клітинної стінки - отримують протопласти. Їх переносять у поживне середовище для подальшого використання. Під час гібридизації здійснюють повне злиття протопластів клітин, отриманих від різних рослин. Так утворюється двоядерна клітина, у якій ядра згодом зливаються і виникає одноядерна гібридна клітина. Цікаво знати. В Україні фундаментальні дослідження в галузі клітинної та генетичної інженерії рослин започаткував академік Ю. Ю. Глеба.

Методи генної інженерії використовують для отримання трансгенних рослин, у яких усі клітини несуть чужорідний ген. Часто для цього використовують ґрунтових бактерій з родини агробактерій. Крім ДНК ядерної зони (нуклеоїду), вони містять великі плазміди із так званою Т-ДНК - ділянкою, що може вбудовуватись у ядерний геном рослинної клітини. Для отримання трансгенних рослин використовують плазміди зі зміненою Т-ДНК, у якій її власні гени замінені на будь-який ген, який бажано ввести в рослину. Таку плазміду конструюють генно-інженерними методами, а потім уводять в агробактерію, якою потім інфікують рослини

Трансгенні рослини отримують також методами мікроін’єкції та «бомбардування» клітин. Мікроін’єкцію проводять під мікроскопом за допомогою скляної голки, уводячи через неї ДНК у ядро клітини. Під час «бомбардування» клітин золоті кульки діаметром 0,4-1,2 мкм укривають шаром ДНК і «вистрілюють» у суспензію клітин зі спеціальної «генної гармати». Цей метод дає змогу вбудовувати потрібні гени не тільки в хромосоми рослин, але і в геном їхніх пластид, наприклад хлоропластів. Генетичну трансформацію рослин використовують для: поліпшення харчових якостей рослин, їхньої стійкості до факторів довкілля, синтезування білків, які використовують у фармакології тощо.

БІОТЕХНОЛОГІЯ ТА ГЕННА ІНЖЕНЕРІЯ ТВАРИНОсновні напрями біотехнології сільськогосподарських тварин пов’язані з підвищенням їхньої плодючості (репродуктивні технології); клонуванням і генною інженерією. Клонування тварин. На малюнку 59.1 зображено схему клонування ягняти Доллі. Так, за допомогою пересаджування ядер соматичних клітин у яйцеклітини, які перед тим позбавляють ядер, отримують особину, генетично повністю ідентичну самці, від якої взято і яйцеклітину, і соматичну клітину (тобто її клон). Ця методика має неабиякий науковий інтерес, але вона ще недосконала і потребує великих витрат.

Генетично модифікованих тварин отримують: за допомогою мікроін’єкції ДНК у запліднену яйцеклітину; уведенням генетично модифікованих ембріональних стовбурових клітин в ембріон на ранніх стадіях його розвитку; пересаджуванням генетично модифікованих ядер соматичних клітин в яйцеклітину; застосуванням векторів, створених на основі ретровірусів. Після введення ДНК яйцеклітини чи бластоцити імплантують у «сурогатну матір». Після народження тварин ідентифікують на наявність трансгену (у середньому на 100 вагітностей отримують одну трансгенну тварину). Для цього трансгенну тварину схрещують із звичайними. Далі можна схрещувати нащадків такої тварини між собою для отримання чистих трансгенних ліній.

Чималим успіхом є отримання, розведення та офіційний продаж у Канаді та США генномодифікованої сьомги. У її геном додали ген гормону росту іншого, більшого за розмірами представника лососевих - чавичі. У результаті трансгенна риба росте і набирає масу значно швидше, на її розведення потрібно півтора року, а не три, як для звичайної сьомги. Трансгенних тварин (кіз, овець, свиней, кролів) використовують для синтезу білків, які застосовують у фармакології. Вони виділяються прямо в молоко. Це, наприклад, фактори зсідання крові, фібриноген, колаген, інтерферони та багато інших. Отримано модифікованих птахів, які відкладають яйця, що містять деякі білки людини, наприклад інтерферони. Важливим напрямом є використання трансгенних тварин як генетичних моделей спадкових захворювань людини. Так, створюють два типи модельних тварин: трансгенні миші, у геном яких уведено ген людини, відповідальний за конкретне захворювання, і миші, у яких утрачено функцію цього гена. Якщо схильність до захворювання залежить від наявності в геномі одного з багатьох алелів, то створюються лінії трансгенних мишей, що несуть різні алелі цього гена. На цих моделях можна досліджувати вплив кількості копій гена та рівня його експресії на прояв захворювання, а також розробляти нові методи лікування. На моделі, у якої ген, що спричиняє захворювання у людини, неактивний, досліджують конкретні функції генів. Це важливо для аналізу причин генних захворювань людини.