Инженерия на уровне клеток и организмов: Системы культивирования клеток. Характеристика клеток , культивируемых инвитро. механизмы слияния клеток.

Генетическая инженерия - это комплекс молекулярно-генетических или клеточных методов, которые позволяют создавать нужные (для эксперимента или производства) генетические программы избранных организмов. В задачу генетической инженерии входит решение трех основных задач: 1) конструирование функционально активных генетических структур в виде рекомбинантных ДНК, пригодных для переноса в другие клетки; 2) разработка методов введения рекомбинантных ДНК в клетку; 3) создание условий для нормальной экспрессии генов, введенных в данную клетку. Организмы, полученные в результате внедрения чужеродного генетического материала, называют трансгенными. Технологии, возникшие на основе методов молекулярной генетики, используются в самых разнообразных областях, таких как диагностика наследственных заболеваний у человека и животных, криминалистика и этнография, производство хозяйственно ценных и биологически активных веществ, получение штаммов микроорганизмов, клонирование целых организмов, органов или отдельных клеток. Генетическая инженерия на клеточном, хромосомном уровнях и при помощи суммарной ДНК обеспечивает неконтролируемый во время переноса переход генов от одной клетки к другой. Методы генной инженерии отличаются тем, что они обеспечивают контролируемое внедрение индивидуальных избранных генов. Эти методы основываются на возможностях выделения отдельных генов и затем их внедрения в клетку реципиента, в первую очередь с помощью гибридных молекул — векторов. Существует 2 основных системы культивирования клеток.

1. Непроточные культуры - тип культур, в котором клетки вводят в фиксированный объем среды. По мере роста клеток происходит использование питательных веществ и накопление метаболитов, поэтому среда должна периодически меняться, что приводит к изменению клеточного метаболизма, называемого еще и физиологической дифференцировкой. Со временем, в результате истощения среды происходит прекращение пролиферации клеток.

2. Проточные культуры обеспечивают истинные гомеостатические условия без изменения концентрации питательных веществ и метаболитов, а также числа клеток. Гомеостаз обусловлен постоянным вхождением среды в культуру и одновременным удалением равного объема среды с клетками. Клетки одного и того же типа в ткани взаимодействуют друг с другом и согласовывают скорость деления, чтобы поддерживать надлежащую плотность популяции. Для индукции слияния клеток используются вещества различной природы. Ионы Са2+, полиэтиленгликоль, лизолецитин, моноолеат глицерина, вирус Сендай. Первый этап слияния - сближение мембран соседних клеток и установление между ними тесного контакта. Мембраны должны быть приближены друг к другу на расстояние в несколько ангстрем так, чтобы между ними стали возможны взаимодействия, подобные гидрофобным связям. Вызывают подобное сближение агенты, индуцирующие агглютинацию клеток.

На втором этапе гликопротеиды, расположенные на поверхности, начинают высвобождаться из участков мембраны, лежащих между вирионами, и притягиваются к местам прикрепления вирусных частиц. Углеводные компоненты - наименее изученная часть клеточной поверхности. В мембранах они встречаются в виде нейтральных сахаров, а также ковалентно связываются с липидами или белками. Именно в таком виде они активно участвуют во многих биологических процессах. Гликопротеиды мигрируют в мембране к месту адсорбции вируса, оставляя свободными соседние участки, где и происходит слияние клеток. Третий этап - мицелизация обнажившихся липидов двух противолежащих мембран. Мицеллы - липидные капли, где молекулы липидов гидрофильными головками обращены к воде, а гидрофобные “хвосты” жирных кислот спрятаны внутрь. Этот процесс усиливается при высоких значениях рН и высокой концентрации ионов кальция. В обеих клетках начинается эндоцитоз вирусных частиц.

Четверты й этап - слияние мембран. Благодаря мостикам, образуемым Са2+, размер мицелл уменьшается. Под действием АТФ и Са2+, активизируются микрофиламенты. Возникший цитоплазматический мостик стабилизируется и расширяется благодаря функционированию микрофиламентов. На последних этапах слияния клеток важную роль играет наличие АТФ. АТФ образуется благодаря деятельности митохондрий.

15. Взаимодействие нейронов в нервных центрах. Взаимодействие м/у процессами возбуждения и торможения. Понятие о рефлексе и рефлекторной дуге. Моно- и полисинаптические рефлексы. Нервный центр – комплекс элементов, необходимых и достаточных для осущ-ия определенного рефлекса или более сложного поведенческого акта. Нервный центром наз-т совокупность нервных клеток расположенных в одном из отделов мозга и регулирующих деятельность какого-либо органа или системы. Жизненно важный двигательный центр диафрагмы локализован в 3-4 шейных сегментах спинного мозга. Др. центры – дыхательный, сосудодвигательный – расположены в продолговатом мозге. Нервный центр состоит из вставочных нейронов. В нем перерабатывается информация, которая поступает с соответствующих рецепторов, и формируются импульсы передающиеся на исполнительные органы – сердце, сосуды, скелетные мышцы и т.д. В ответ на раздражение нервная ткань приходит в состояние возбуждения – процесс вызывающий или усиливающий деятельность органа. Свойство нервной ткани передавать возбуждение наз-т проводимостью. Возбуждение проводится по нервным волокнам изолированно и не переходит с одного волокна на др., чему препятствуют оболочки, покрывающие нервные волокна. В основе возбуждения лежит изменение концентрации ионов по обе стороны мембраны нервной клетки.

Процесс торможения противоположен возбуждению: он прекращает деятельность, ослабляет или препятствует ее возникновению. Возбуждение в одних центрах нервной системы сопровождается торможением в др.: нервные импульсы, поступающие в ЦНС, могут задерживать те или иные рефлексы. Оба процесса – возбуждение и торможение – взаимосвязаны, что обеспечивает согласованную деятельность органов и всего организма в целом.

Деятельность нервной системы носит рефлекторный характер. Рефлексом - ответная реакция на раздражение, которая реализуется в форме последовательного возбуждения цепочки элементов, составляющих рефлекторную дугу. В рефлекторной дуге различают рецептор, афферентный путь, центральное звено, эфферентный путь, эффектор (рабочий орган). Для выполнения своих функций отростки нервных клеток образуют с нейронами др. клетками особые соединения - синапсы. Все рефлексы, у которых число синапсов в ЦНС больше 1, называют полисинаптическими. Моносинаптическими рефлексами называют рефлексы, реализуемые двухнейронной рефлекторной дугой.