Підручник з Біології і екології (профільний рівень). 11 клас. Задорожний - Нова програма

§ 75. Генетична і клітинна інженерія

Поміркуйте

  • Які клітини називають стовбуровими? Чим стовбурові клітини відрізняються від звичайних клітин організму людини?

Згадайте

  • ДНК
  • Полімеразна ланцюгова реакція (ПЛР)
  • Рекомбінантні ДНК
  • Культура клітин

Клітинна інженерія

Клітинна інженерія — це галузь біотехнології, яка розробляє й використовує технології культивування клітин і тканин поза організмом у штучних умовах. Крім того, у рамках клітинної інженерії розробляють і використовують технології гібридизації клітин.

Культивування клітин широко використовується для наукових досліджень (мал. 75.1). Клітини, які вирощені на спеціальному середовищі, можна використовувати для дослідження процесів, які в них відбуваються. У таких культурах можна вирощувати віруси, що здатні розмножуватися тільки в живих клітинах, і досліджувати їх взаємодію з клітинами певних тканин. Також у культурах клітин досліджують дію нових фармакологічних препаратів на клітини. Це суттєво спрощує процедуру перевірки безпеки цих препаратів для людини.

Використовують цю технологію і в медицині. Дуже перспективною вважається технологія роздруківки органів тіла на 3D-принтері, яку зараз розробляють.

Соматичну гібридизацію клітин широко використовують у дослідженнях процесів регуляції роботи генів та визначення їхньої функції. Ця технологія дозволяє об'єднувати в межах однієї клітини геноми організмів, які не можна об'єднати інших способом: наприклад, миші і пацюка або людини і миші. Можлива навіть соматична гібридизація клітин тварин і рослин. Тривалий час такі гібриди зазвичай існувати не можуть, але для дослідження часу їх існування вистачає.

Одним із напрямів клітинної інженерії є клонування тварин і рослин (мал. 75.2). Клонування рослин, приміром, дозволяє дуже швидко розмножувати найбільш цінні особини рослин, які характеризуються гарною врожайністю, підвищеною стійкістю до хвороб або іншими якостями. Особливо важливо це для вирощування дерев, бо значно підвищує швидкість їх розмноження.

Важливим досягненням клітинної інженерії стала розробка методів використання стовбурових клітин під час лікування людини. Здатність до необмеженого поділу і до перетворення на різні типи клітин (так звана плюрипотентність) робить їх ідеальним матеріалом для трансплантаційних методів терапії. Найбільш доступними вважаються стовбурові клітини дорослого організму. Однак реальний потенціал їх диференціювання ще слабко вивчений. Надзвичайно привабливими для використання в медицині є ембріональні стовбурові клітини людини: з них можна отримувати будь-які типи клітин організму.

Мал. 75.1. Типи клітин людини, які використовуються для культивування (а), культура клітин під мікроскопом (б) та флакони з поживним середовищем для вирощування (в)

Потрапляючи в організм під час трансплантації, стовбурові клітини продовжують ділитися й самі знаходять місце, де їхня допомога найпотрібніша. Ця здатність стовбурових клітин отримала назву хоумінгу.

Генетична інженерія

Генетична (генна) інженерія — це галузь біотехнології, яка розробляє й використовує технології виділення генів з організмів і окремих клітин, їх видозмінення й уведення в інші клітини або організми.

Суть генетичної інженерії полягає в штучному створенні генів із потрібними властивостями і введення їх у відповідну клітину. Перенесення гена здійснює вектор (рекомбінантна ДНК) (докладніше див. § 74). Генетична інженерія широко використовується як у наукових дослідженнях, так і в новітніх методах селекції.

Питання про перспективу використання генної інженерії під час вирощування сільськогосподарської сировини продовжує викликати серйозні суперечки з-поміж дослідників і споживачів. Серед позитивних аргументів — підвищена врожайність, екологічні переваги, захист від шкідників. З іншого боку — непевність частини споживачів у безпечності нових технологій.

Після створення перших продуктів генетичної інженерії висловлювалися припущення про можливий негативний вплив, наприклад, рослин, створених за допомогою таких методів, на інші організми через наявність у їхньому організмі речовин, які вироблялися у видів, від яких було отримано новий ген. Вплив цих речовин може бути прямої або опосередкованої дії через трофічні ланцюги. Однак до сьогодні достовірних експериментальних даних про негативний вплив трансгенних рослин, стійких до шкідників, на нецільові організми не отримано. Також за 30 років досліджень не було виявлено достовірних експериментальних даних щодо негативного впливу ГМО на тих, хто споживав їх у їжу.

Мал. 75.2. Технологія клонування тварин

У Європі модифіковані рослини сої та кукурудзи для виготовлення харчових продуктів дозволені з 1997 року, а харчові ферменти, добавки, одержані в результаті генної інженерії, використовують понад двадцять років. Проте в багатьох європейських країнах до законодавчих актів із харчових продуктів включено вимоги щодо безпечності генетично модифікованих продуктів.

Ключова ідея

Генетична і клітинна інженерія є одними з найбільш перспективних технологій сучасної біології. Їх застосування дало змогу досягти великого ефекту в різних галузях: біотехнологічному виробництві, медицині, фундаментальних наукових дослідженнях тощо.

Запитання та завдання

1. Чому використання методів генетичної інженерії для вирощування сільськогосподарських культур стало причиною дискусій ученої спільноти й громадськості? 2. Які недоліки має технологія використання стовбурових клітин?