Вспомогательные репродуктивные технологии

⇐ ПредыдущаяСтр 6 из 11Следующая ⇒

В последние десятилетия получила широкое развитие техника экстракорпорального оплодотворения (ЭКО) – это вспомогательная репродуктивная технология, основанная на оплодотворении in vitro. Процедура состоит из нескольких этапов:

1) инициация суперовуляции – гормональная инициация созревания нескольких яйцеклеток;

2) хирургическое извлечение созревших яйцеклеток из фолликулов яичника;

3) забор семени;

4) оплодотворение in vitro;

5) отбор эмбрионов;

6) введение эмбриона в матку;

7) контроль за имплантацией эмбриона.

В случае высокого риска наследственных заболеваний технология ЭКО позволяет проводить отбор нормальных эмбрионов.

Клонирование животных

Создание животных и растений с заданными качествами всегда было чрезвычайно заманчивым потому, что это означало создать организмы устойчивые к болезням, климатическим условиям, дающие достаточный приплод, необходимое количество мяса, молока, плодов, овощей и прочих продуктов. Однако клонирование целых высокоорганизованных организмов - процесс гораздо более сложный. Животные клетки, в отличие от растений не обладают тотипотентностью, поэтому вырастить целый организм из нескольких соматических клеток невозможно. Для клонирования животных приходится использовать процедуру переноса ядер:

1) из яйцеклетки микропипеткой удаляют собственное ядро и на его место помещают ядро соматической клетки;

2) затем индуцируют деление получившейся «зиготы» вне организма, либо в организме промежуточного (первого) реципиента (в перевязанном яйцеводе овцы);

3) полученный эмбрион на стадии бластоцисты помещают в матку суррогатной матери (окончательного, второго реципиента), где их развитие происходит до рождения детеныша.

Первый опыт клонирования земноводных датируется 1952. Впоследствии удалось клонировать также мышей, кроликов, овец, свиней, коров и обезьян. Одним из первых успех сопутствовал советским ученым Пущинского НЦ - в 1987г. появилось первое клонированное животное – мышь. Для этого из яйцеклетки мыши удаляли ядро, а затем вводили в яйцеклетку ядро из эмбриональной мышиной клетки. Т. е. был использован генетический материал соматической, но недифференцированной (неспециализированной) эмбриональной клетки.

В начале же 1990-х годов исследования ученых обратились и к крупным млекопитающим. В 1996 г. группой Вильмута было первое млекопитающее, полученное из ядра взрослой соматической клетки - овца по кличке Долли. Она прожила шесть с половиной лет и оставила после себя 6 ягнят, что вполне может говорить об успехе этого эксперимента. В дальнейшем были проведены успешные эксперименты по клонированию различных млекопитающих (козы, свиньи, коровы, бычков) с использованием ядер, взятых из взрослых соматических клеток животных, а также взятых у мёртвых, замороженных на несколько лет животных.

Надо сказать, что эксперименты, в которых использовали клетки эмбриона, изолированные на ранних стадиях развития до начала их дифференцировки, были более успешными. Дело в том, что по мере роста и развития животного соответствующие его гены " включаются" и " выключаются" в строго определенное время, что обеспечивает гармоничное формирование и функционирование всех частей сложного организма. У взрослой особи гены, регулирующие процессы в специализированных (дифференцированных) клетках, должны работать без сбоев, выполняя характерную именно для этой части тела программу: малейшие нарушения могут привести к болезни и даже гибели особи. Таким образом, клонирование животных из их взрослых клеток путем перепрограммирования последних на нормальное эмбриональное развитие представляет собой хотя и выполнимую, но крайне сложную задачу, которую многие специалисты считали неразрешимой.

Процедура переноса ядер часто сопровождается повреждением внутриклеточных структур, что приводит к гибели большинства зародышей: выход потомства не превышает 10-15 % от количества полученных «зигот». Кроме того, из-за отсутствия среди исследователей однозначного мнения о влиянии переноса ядер на здоровье и продолжительность жизни животных, в настоящее время действует мораторий на эксперименты по клонированию человека. В некоторых странах (США, Великобритания) на законодательном уровне разрешено терапевтическое клонирование человека, когда развитие человеческого эмбриона останавливается в срок не позднее 14 дней, после чего эмбрион используется для получения стволовых клеток. Однако законодатели многих стран опасаются, что легализация даже терапевтического клонирования может привести к его переходу в репродуктивное.

Сама идея клонирования Homo sapiens ставит перед человечеством ряд нерешенных проблем:

·технологические: невозможность достичь стопроцентной чистоты опыта (полного повторения) обуславливает некоторую не идентичность клонов, по этой причине снижается практическая ценность клонирования. Точное воспроизведение организма, даже при естественном клонировании, невозможно, поскольку при клонировании копируется генотип, а не фенотип. Кроме того, даже при развитии в одинаковых условиях клонированные организмы не будут полностью идентичными, так как существуют случайные отклонения в развитии. Это доказывает пример естественных клонов человека - монозиготных близнецов, которые обычно развиваются в весьма сходных условиях. Родители и друзья могут различать их по расположению родинок, небольшим различиям в чертах лица, голосу и другим признакам. Они не имеют идентичного ветвления кровеносных сосудов, также далеко не полностью идентичны их папиллярные линии. Хотя конкордантность многих признаков (в том числе связанных с интеллектом и чертами характера) у монозиготных близнецов обычно гораздо выше, чем у дизиготных, она далеко не всегда стопроцентная. Клонированный организм будет отличаться от материнского за счет:

- соматических мутаций,

- влияния окружающей среды на фенотип

- случайных отклонений, возникающих в ходе онтогенеза.

Из экспериментов с клеточными культурами известно, что у всех позвоночных животных число циклов деления клеток ограничено. Это значит, что если взять клетку взрослого человека, уже прошедшую какую-то часть циклов размножения, то эта клетка и донор закончат свою жизнь ровно с той же скоростью.

· социально-этические: возможные неудачи приведут к созданию неполноценных людей. Как поступать с ними? Имеет ли человек право уничтожать неполноценный клон и как это расценивать (как убийство? ). При терапевтическом клонировании проблемой является создание человека лишь для немедленного умерщвления, так же практически неизбежное при современных методиках, например при ЭКО, создание сразу нескольких идентичных клонов, которые практически всегда уничтожаются. Использование клонирования для получения отдельных органов с целью пересадки, предполагает необходимость вырастить весь организм, а не его часть, т.к. в организме существует динамика сложнейших взаимосвязей, индукционных процессов.

· этико-религиозные: клонирование - создание жизни искусственным, противоестественным способом. Проблема в возможности потери уникальности личности.

· социально-правовые: вопросы отцовства, материнства, наследования, брака и др.

· биологические: долгосрочная непредсказуемость генетических изменений. Нет необходимой информации о последствиях для человечества.

Генная терапия

Генная терапия (генотерапия) – это лечение наследственных болезней путем введения пациенту здоровых генов, помимо или вместо дефектных. При этом " маневрированиие" с генетической информацией в живом организме человека требует решения множества сложных технических задач:

- ввести чужеродный ген в клетку и добиться его встраивания в подходящий участок хромосомы

- добиться последующей экспрессии(" включения" ) нормального гена путем введения химических стимуляторов

- «выключить» дефектный ген или вызвать его обратную мутацию

- этиологическое лечение какого-либо наследственного заболевания предполагает изменение структуры ДНК не в одной клетке, а во всех функционирующих клетках (и не только функционирующих).

Сложности этой задачи очевидны, хотя методы для их решения уже имеются в настоящее время.

Первая успешная попытка применения генотерапии в клинической практике была предпринята в 1990 г. в США: ребенку, страдающему тяжелым комбинированным иммунодефицитом, вместо дефектного гена, аденозиндезаминазы ввели его неповрежденную копию. К сожалению, полного излечения достичь не удалось, т.к. требовались повторные введения того же гена в новые клоны лимфоцитов. Сегодня на различных стадиях разработки находится более двухсот различных проектов генной терапии, направленных на лечение моногенные заболеваний (фенилкетонурии, гемофилии, талассемии, муковисцидоза, лизосомных болезней накопления и других).

В лечение генами существуют несколько подходов и технологий. Гены можно вводить в половые клетки, в клетки эмбриона на ранних стадиях развития, либо в соматические клетки.

При работе с половыми и эмбриональными клетками предполагается, что «здоровый» ген попадет во все клетки реципиента. Тем самым происходит исправление его собственного генотипа, и, что важно, создадутся условия для оздоровления генофонда будущих поколений. Однако в настоящее время подобные исследования находятся под запретом по этическим причинам.

Генотерапия соматических клеток получила большее развитие, она затрагивает только организм самого пациента. Генетическая модификация может производиться:

· in vivo - непосредственно в организме больного. В этом случае предусмотрено прямое введение последовательностей ДНК в ткани больного, что сопряжено с техническими трудностями по целенаправленной доставке ДНК к определенным типам клеток. Пока заметные успехи достигнуты только в разработке аэрозольных вакцин для лечения легочных заболеваний.

· ex vivo – вне организма больного, что предполагает выделение и культивирование специфических типов клеток пациента, введение в них чужеродных генов, отбор трансформированных клеток и их возвращение в организм больного.

Все перечисленные методы используются для так называемой заместительной терапии - когда дефектный ген в геноме сохраняется, а внесенная копия заменяет его по функциям. Вероятно, в будущем станет возможно проведение корректирующей терапии, направленной на исправление дефектов «больного» гена.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ ПО ТЕМЕ ЗАНЯТИЯ

1. Биотехнология как наука. Предмет и задачи биотехнологии.

2. Клонирование – основной принцип биологических технологий, его виды. Примеры естественного клонирования.

3. Культуры клеток. Условия и способы культивирования.

4. Основные направления использования клеточных культур. Продуценты - способы усовершенствования.

5. Культуры бактериальных клеток и их использование.

6. Культуры растительных клеток, их применение. Тотипотентность растительных клеток.

7. Культуры животных клеток. Трудности, связанные с переводом животных клеток в культуру.

8. Использование культур животных клеток для получения продуктов медицинского назначения.

9. Применение культур животных клеток в травматологии.

10. Технологии, основанные на стволовых клетках: клеточная терапия, тканевая или органная терапия.

11. Репродуктивные технологии. Технология экстракорпорального оплодотворения.

12. Клонирование животных: технологии и проблемы.

13. Проблема клонирования человека.

14. Генная терапия: успехи и сложности.

15. Методы генотерапии.

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
К ВЫПОЛНЕНИЮ ПРАКТИЧЕСКОЙ РАБОТЫ

1. Совершите виртуальную прогулку по лаборатории культур животных клеток (http: //www.ksu.ru/nilkto/cell/index.html) и ответьте на вопросы.

1) Что такое ламинар? Зачем он используется?

2) Для чего проводят стерилизацию посуды?

3) Какие компоненты входят в состав питательных сред для культивирования животных клеток?

4) С какой целью проводят пересев клеточных культур?

5) Как можно оценить количество клеток в культуре?

2. Решите ситуационные задачи по теме занятия.

Задача 1. На основании табличных данных постройте кривую роста клеточной культуры.

Время, ч	Биомасса, г

0, 5

1, 5

2, 5

3, 5

4, 5

Почему в начале процесса прирост биомассы происходит медленно? С чем может быть связано замедление роста культуры в конце эксперимента?

Задача 2. Изучается эффективность разных микроорганизмов в качестве продуцентов ценного фармакологического препарата. Клетки выращивают в сосудах объемом 10 литров. После завершения каждого цикла выращивания сосуд освобождают, моют, заполняют новыми клетками и свежей питательной средой. Результаты исследования приведены в таблице.

Продуцент	Количество образовавшегося продукта, г/10 мл среды	Время одного полного цикла выращивания, сут.
Saccharamyces cerevisiae	0, 962
Saccharamyces rosei	0, 315
Zymomonas anaerobia	0, 710

Для каждого продуцента рассчитайте выход продукта за 1 цикл (кг/10 л). Вычислите количество продукта (кг), которое можно получить за год, если реакторы работают на полную мощность. Сделайте вывод об эффективности продуцентов.

⇐ Предыдущая 1 2 3 4 567 8 9 10 Следующая ⇒