Клеточная инженерия и клонирование

       Одним из продуктивных направлений генетической инженерии применительно к растениям стала клеточная инженерия растений. Она основана на так называемой тотипотентности клеток, что означает сохранение их способности к делению и передифференцировке даже в зрелом состоянии. Эта способность и проявляется при культивировании растительной ткани в среде, содержащей необходимые питательные вещества и факторы роста (фитогормоны- ауксины и цитокинины). Клетки ткани дедифференцируются и начинают делиться, образуя однородную массу, так называемый каллус. Внутри каллуса формируются побеги, затем корни. Если концентрация ауксинов в среде существенно больше, чем цитокининов, то формируются только корни. Если соотношение концентраций обратное - образуются только побеги. Культивировать можно не только ткани, но и отдельные клетки и даже изолированные протопласты. Схема регенерации растений из изолированных клеток или протопластов показана на рис. 9.3.

Рис. 9.3. Схема регенерации растений из изолированных клеток или протопластов (В. Н. Рыбчин, 1999).

       Этот метод используется в растениеводстве для размножения редких ценных или исчезающих форм (Загоскина Н.В. и др., 2009). В лесном хозяйстве он используется для размножения также трудно черенкующихся лесных древесных пород. У нас он используется в основном в научных организациях. За рубежом такие работы поставлены на поток (рис. 9.4-9.6).

 

Рис. 9.4. Культивирование в фитотронах - фермерский масштаб (0.1-1 млн. микрорастений в год) – (К. А. Шестибратов, 2008).

 

Рис. 9.5. Культивирование на фитотронах – промышленный масштаб (более 1 млн. микрорастений в год) - (К. А. Шестибратов, 2008).

Рис. 9.6. Адаптация и доращивание в условиях защищенного грунта (К. А. Шестибратов, 2008).

 

С помощью клонального микроразмножения получают также так называемые искусственные семена, полученные неполовым путем (рис. 9.7-9.8).

 

Рис. 9.7. Искусственные семена. Основные этапы: 1 – получение растительного материала (соматических эмбрионов); 2 – инкапсуляция; 3 – проращивание (К. А. Шестибратов, 2008).

 

 

Рис. 9.8. Искусственный семенной материал хвойных пород
фирмы Weyerhauser Inc., USA (К. А. Шестибратов, 2008).

 

       Но если клонирование растений было известно давно, то клонирование млекопитающих вызвало в конце двадцатого века настоящий фурор. Стоит только вспомнить информацию о получении в 1997 году в Шотландии овечки Долли путем клонирования (рис. 9.9). Она, правда, прожила недолго (до 2003 г.), но успела родить 6 потомков (рис. 9.10).

Рис. 9.9. Схема создания овечки Долли (Интернет-сайт)

Рис. 9.10. Овца Долли и её сын Бонни (журнал «Вокруг света», октябрь 2006).

 

       После обнародования факта рождения овцы Долли клонирование животных стали производить во многих странах. Так, на Украине в 1999 году было выведено клоновым путем три телочки (Дева, Домна и Дюня). Каждая из них родила по несколько телят обычным половым путем. В 2000 году были предприняты попытки клонировать мамонта, пролежавшего тысячелетия в вечной мерзлоте (Япония), тасманского тигра, вымершего в 1936 году (Австралия) и примата (США). Из-за низкого качества исходного репродуктивного материала попытки не увенчались успехом. В этом же году в Японии клонирован бык, который прожил несколько лет. В 2001 году в США клонирован кот Дитто, а год спустя две кошки. В 2004 году в Южной Корее клонировали человека. До рождения младенца дело не дошло, но из 100–клеточного эмбриона извлекли стволовые клетки (Аргументы и факты, 2007, № 19).

       В научной литературе сообщается о получении клонов козы, кролика, коров, овец, шимпанзе и других животных (В. И. Глазко, Г. В. Глазко, 2008, Press releases…, 2009).

       Предполагается, что будут продолжаться попытки клонировать человека (N. Gibbs, 2001). Это может быть произведено следующим путем:

1. Врачи извлекают до 15 яйцеклеток из 40 женщин-доноров, которым ввели лекарства, повышающие фертильность. Всего извлекается 400 яйцеклеток.
2. От мужчины - кандидата на клонирование берут клетки.
3. Ядра из каждой яйцеклетки отсасываются тонкой иглой. Затем свободные от ДНК яйца и клетки донора помещают друг возле друга и воздействуют электрическим разрядом, который вызывает их соединение. Некоторые из перестроенных яйцеклеток делятся и формируют эмбрионы.
4. Затем эмбрионы имплантируют полусотне суррогатных матерей. Поскольку эмбрионы при имплантации часто гибнут, то каждой матери вводят их несколько экземпляров сразу. От этих 50 суррогатных матерей рассчитывают получить 9-10 беременностей. Из них большинство, скорее всего, будет с неудачной беременностью, и только отдельные живые дети могут быть нормальными. А, может быть, и нет (как полагает N. Gibbs, 2001).

 

В целом клонирование животных и отдельных органов человека будет использоваться в первую очередь в медицинских целях. Сплав современных биотехнологий и генетики обещают существенный прорыв в неизведанное, что позволит значительно улучшить здоровье и жизнь человечества.

 

Соматическая гибридизация

 

       Разработка и применение способов получения и слияния протопластов растительных клеток, а также регенерация у них клеточной стенки в сочетании с методами культивирования и дифференцировки клеток in vitro позволили конструировать рекомбинанты, минуя половой процесс, то есть создавать соматические гибриды. Это позволяет объединять протопласты отдаленных видов растений, между которыми половая гибридизация невозможна.

       Первые успехи в получении соматических гибридов растений данным методом были достигнуты в середине 60-х годов двадцатого века. Вначале были выделены межвидовые гибриды (табака, моркови, петунии и дурмана). Затем удалось получить и межродовые соматические гибриды (картофель х томат, дурман х белладонна). Дальнейшие исследования в направлении соматической гибридизации и повышения стабильности выведенных организмов обещают значительный экономический эффект.

       Соматические гибриды животных используются для картирования генов в хромосомах.

       Масштабы работ по генетической инженерии к настоящему времени приобрели такой размах, что это вызывает обеспокоенность экологических и некоторых политических организаций в отношении возможных негативных последствий не только собственно трансгенных растений, но и других организмов, полученных с помощью методов этой науки. Очевидно, что эти опасения небезосновательны, как очевидно и то, что, однажды появившись, эти методы уже не исчезнут, и будут только развиваться и совершенствоваться. Поэтому ничего не остается делать, как принимать какие-то меры и в первую очередь законодательного порядка по недопущению возможных негативных последствий результатов такой молодой, такой многообещающей и в то же время небезопасной науки как генетическая инженерия.

 

Вопросы для самопроверки

       1. Что такое генетическая инженерия? Назовите ее разделы.

       2. Что такое векторы и плазмиды? Приведите примеры.

       3. Покажите схему генетической колонизации растений.

       4. Что такое трансгенные растения? Приведите примеры.

       5. Приведите примеры получения трансгенных животных. Как это может осуществляться?

       6. Что такое клеточная инженерия? Покажите ее возможности.

       7. Покажите схему регенерации растений из изолированных клеток.

       8. Приведите примеры клонирования растений и животных. Какие задачи при этом ставятся?

       9. Что такое искусственные семена? Как их получают?

10. Как была получена овечка Долли?

       11. Как может быть клонирован человек, и какие цели при этом могут ставиться?

       12. Что такое соматические гибриды. Примеры соматических гибридов. Цели соматической гибридизации.

Глава 10.