Підручник Біологія 9 клас – В. І. Соболь – Абетка 2017

Тема 9. БІОЛОГІЯ ЯК ОСНОВА БІОТЕХНОЛОГІЇ ТА МЕДИЦИНИ

§ 66. КЛІТИННА ІНЖЕНЕРІЯ

Інженерія – галузь інтелектуальної діяльності із застосування досягнень науки в розв’язуванні проблем людства.

Основні поняття й ключові терміни: КЛІТИННА ІНЖЕНЕРІЯ. Клонування організмів.

Пригадайте! Що таке біотехнологія?

Вирощення кісток із стовбурових клітин – результат дослідницької роботи лікарів і біологів Донецького інституту невідкладної і відновної хірургії ім. В. К. Гусака. На сьогодні команда спеціалістів працює в Києві, ставлячи на ноги поранених бійців. Методику, що ґрунтується на клітинний інженерії, розробив В. Оксимець спільно з Д. Зубовим та Р. Васильєвим. Що ж таке клітинна інженерія?

Чим займається клітинна інженерія?

КЛІТИННА ІНЖЕНЕРІЯ – це галузь науки, завданням якої є створення нових клітин та отримання тканин, органів й організмів з клітинного матеріалу. «Клітинна», тому що маніпуляції здійснюються з окремими клітинами, а «інженерія» – конструюються нові клітини на основі їхньої гібридизації, реконструкції та культивування. Перевагами клітинної інженерії є те, що вона дає змогу експериментувати з клітинами, а не з цілими організмами, і навіть отримувати з клітин тканини та організми із заданими властивостями. Так, у вищезгаданому прикладі кісткову тканину й кістки вирощують зі стовбурових клітин, виділених із кісткового мозку чи жирової тканини.

До недавнього часу клітинну інженерію вважали лише методом біотехнології чи галуззю генетичної інженерії. Початок стрімкого розвитку клітинної інженерії відносять до 1960-х років, коли було створено перші гібридні клітини (Б. Ефруссі, Г. Харріс, П. Карлсон) та перші методи конструювання клітин нового типу.

Основними методами сучасної клітинної інженерії є:

✵ метод гібридизації соматичних клітин – поєднання соматичних клітин різних тканин або організмів для отримання нових комбінацій ознак;

✵ метод культури клітин (тканин) – виділення й перенесення клітин з організму на поживні середовища для отримання культури клітин.

Іл. 180. Схема створення химерних мишей методом злиття ембріонів

Клітинні культури – це генетично однорідні популяції клітин, що ростуть у сталих умовах середовища. Метод використовується для визначення мутагенної дії чинників довкілля, діагностики захворювань, картування хромосом, вирощування стовбурових клітин, отримання калюсних культур;

✵ метод злиття ембріонів на ранніх стадіях – для створення химерних організмів (наприклад, химерних мишей) (іл. 180);

✵ метод клонування організмів – отримання із застосуванням нестатевих способів розмноження клонів, що складаються з генетично однорідних клітин.

Отже, клітинна інженерія як наукова галузь займається конструюванням клітин і організмів із заданими властивостями.

Які досягнення клітинної інженерії?

Найвідомішим досягненням клітинної інженерії є технології моноклональних антитіл. Поєднують пухлинні клітини і лімфоцити та отримують гібридоми, що мають властивості обох батьківських клітинних ліній: подібно до ракових клітин вони здатні необмежений час ділитися, подібно до лімфоцитів – синтезувати моноклональні антитіла певної специфічності, що їх застосовують у медицині.

Основною метою сучасних досліджень клітинної інженерії є технологія вирощування органів людини. В Україні розроблено й застосовуються в повсякденній практиці технології відновлення судин, вирощування шкіри, кісток, хрящів на основі застосування стовбурових клітин пуповинної крові.

Поєднання клітин різних видів чи різних зародків на ранніх стадіях їхнього розвитку є основою технології отримання химерних клітин і химерних організмів. Отримання та дослідження химерних клітин (наприклад, гібридних клітин миші й курки, людини й миші) використовують для картування генів, вивчення сумісності тканин у разі трансплантації органів, розуміння причин виникнення пухлин тощо. Химерні організми (химери) – організми, в яких тканини складаються зі спадково неоднакових клітин або клітинних систем. У природі химерні організми зазвичай виникають унаслідок соматичних мутацій чи порушення мітозу (природні химери, що їх називають мозаїками). Штучні химери отримують завдяки тканинній трансплантації у тварин або щеплення у рослин.

У фармацевтичній промисловості широкого поширення набула технологія рослинних клітинних культур (іл. 181). Для цього групу клітин з рослини (бруньки, стебла тощо) поміщають у стерильне поживне середовище, де вони «омолоджуються» і починають посилено розмножуватися й рости. Внаслідок поділу клітин виникає своєрідна тканина, яка називається калюсною. З неї, наприклад, можна виростити на живильному середовищі велику кількість клітин женьшеню, родіоли рожевої, діоскореї, які є джерелом лікарських речовин.

Іл. 181. Отримання моркви методом культури тканин

У селекції рослин застосовується технологія клонального мікророзмноження рослин. Цим способом із невеликих частин рослини отримують до 1 млн рослин на рік. Клональне мікророзмноження використовують для оздоровлення та швидкого розмноження рідкісних, цінних та новостворених сортів культурних рослин. Таким шляхом вже отримують картоплю, грецький горіх, виноград, садові суниці, ремонтантні сорти малини, ожини.

Отже, досягнення клітинної інженерії використовують для розв’язування широкого кола теоретичних й практичних проблем біології, медицини, сільського господарства, селекції.

Чому клонування організмів є методом клітинної інженерії?

Клонування організмів (від грец. клон – гілка) – отримання багатьох ідентичних за формою і функціями генетично однакових нащадків однієї клітини або одного організму. У випадку одноклітинних організмів цей процес є достатньо простим. Однак для клонування багатоклітинних організмів потрібно докласти значно більше зусиль – це набагато важче завдання. Крім того, такі клітини розвиваються дуже повільно у звичайних умовах. Основою клонування є явище тотипотентності – здатність однієї клітини багатоклітинного організму давати початок цілому новому організму шляхом поділу. Технологія пересаджування ядер соматичних клітин в яйцеклітину, з якої власне ядро було вилучене, й наступні вирощування та отримання організму набула широкого застосування як соматичне клонування. У 1996 р. генетикам з Рослінського інституту, що біля Единбурга (Шотландія), вдалося створити першу в світі тварину шляхом клонування – легендарну вівцю Доллі. При цьому вчені використали клітину молочної залози дорослої вівці як донора ядра, з яйцеклітини вилучили власне ядро і замінили ядром клітини молочної залози однієї і тієї самої вівці. Потім виростили бластоцисту і пересадили її до матки тієї самої вівці. І ця вівця народила «доньку» на ім’я Доллі, яка була клоном материнського організму (іл. 182). Була також клонована трансгенна вівця Поллі з активним геном одного з чинників зсідання крові людини, при цьому продукт цього гена виділявся з молоком. Під час клонування кіз було створено ГМО, у яких активно працював ген людського тромбіну. Таким чином, клоновані трансгенні організми можуть слугувати живим «фармацевтичним заводом», який природним шляхом виробляє ті чи інші речовини, що їх використовують для лікування захворювань людини.

Іл. 182. Послідовність етапів клонування вівці Доллі

У клітинній інженерії розрізняють ще ембріональне клонування. Великий науковий інтерес становлять дослідження з утворенням химерних ембріонів шляхом поєднання бластомерів, взятих із зародків різних організмів. Вчені вже виростили перші в світі ембріони-химери, що складаються з клітин людини й свині. Ці ембріони можуть допомогти створити технологію вирощування людських органів всередині тварин.

Отже, клонування організмів пов’язане з маніпуляціями на рівні клітин для отримання нащадків однієї клітини або одного організму.

Завдання на застосування знань

Наведіть приклади найпоширеніших на сьогодні цитотехнологій, галузей діяльності людини та проблем, на розв’язування яких націлено ці досягнення клітинної інженерії. Заповніть таблицю в робочому зошиті.

Контрольна робота для 9 класу з біології за ІІ семестр 2022 – 2023 н.р.

Контрольна робота з біології за ІІ семестр 2022 – 2023 н.р. містить різнорівневі завдання, що охоплюють навчальний матеріал за 9 клас.

Контрольна робота з біології за ІІ семестр 9 клас 2022 – 2023 н.р.

Початковий рівень. Виберіть одну правильну відповідь (3 бали)

1. Сукупність особин, які мають спадкову подібність ознак, вільно схрещуються і дають плодюче потомство, пристосовані до певних умов життя і займають у природі ареал:

А. популяція Б. екотип В. підвид Г. вид

2. Найбільша кількість ярусів рослин є в такій екосистемі, як: А. ялиновий ліс Б. сосновий ліс В. широколистий ліс Г. міський парк

3. Гриби-сапротрофи є:

А. консументами І порядку Б. консументами ІІ порядку В. редуцентами

4. Галузь науки, завданням якої є створення нових клітин та отримання тканин, органів й організмів з клітинного матеріалу:

1. Бістер

2. Лігр

3. Мул

4. Ішак

А гібрид між левом-самцем і тигром-самкою

Б гібрид між самкою осла і самцем коня

В гібрид білуги і стерляді

Г гібрид яка і великої рогатої худоби

Д гібрид між самкою коня і ослом-самцем

1

2

3

4

А. селекція Б. еволюція В. клітинна інженерія Г. генетика

5. Сукупність організмів різних видів та середовища їхнього існування, що пов’язані обміном речовин, енергії та інформації:

А. популяція Б. вид В. екосистема Г. угрупування

6. Неклітинні форми життя, які є внутрішньоклітинними абсолютними паразитами:

А. рослини Б. тварини В. гриби Г. віруси

Середній рівень. ( 3 бали)

7. Встановіть відповідність між ерами та подіями

1. Протерозой А. Поява людини

2. Палеозой Б. Поява покритонасінних, сумчастих.

3. Мезозой В. Поява вищих спорових, щелепоротих риб і амфібій 4. Кайнозой Г. Поява еукаріотів, поділ на рослини, гриби і тварини.

1 2 3 4

8. Встановіть відповідність між назвою міжвидового гібрида та видами, які їх створили:

9. Встановіть відповідність між назвою груп організмів та їх прикладами.

Запиши відповідь за зразком:

А 2,4 Б 1,5 В 3.

А. Віруси 1. Хламідії

Б. Бактерії 2. СНІД

В. Одноклітинні 3. Спірохети

5. Ковід -19 Достатній рівень. ( 3 бали)

10. Визначіть наукову основу біотехнології

Запиши правильну відповідь за зразком: 1, 2, 1

Формулювання

Назва

Автор

Приклад

Комплекс наук , технічних засобів, методів, спрямованих на одержання і використання клітин, мікроорганізмів, тварин, рослин у промисловості.

1. Шовківництво

2. Пивоваріння

3. Клонування

Високий рівень. ( 3 бали)

11. Чому на сучасному етапі розвитку людства коронавірус став глобальною загрозою життя на Землі?

Відповідь обґрунтуйте.