КУРС ЛЕКЦИЙ ПО БИОТЕХНОЛОГИИ ЛЕКЦИЯ 3 «СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ БИООБЪЕКТОВ МЕТОДАМИ СЕЛЕКЦИИ И КЛЕТОЧНОЙ ИНЖЕНЕРИИ»

Мутации – внезапно возникающие естественные (спонтанные) или вызываемые искусственно (индуцированные) стойкие изменения наследственних структур живой материи, ответственних за хранение и передачу генетической информации.

Селекция - наука о методах создания и улучшения пород животних, сортов растений, штаммов микроорганизмов. Селекцией называют также отрасль сельского хозяйства, занимающуюся выведением новых сортов и гибридов сельскохозяйственних культур и пород животних.

Естественный отбор процесс, посредством которого в популяции увеличивается число особей, обладающих максимальной приспособленностью (наиболее благоприятными признаками), в то время, как количество особей с неблагоприятными признаками уменьшается.

Искусственный отбор - избирательное допущение к размножению животних, растений или других организмов с целью выведения новых сортов и пород. Результатом искусственного отбора является многообразие сортов растений и пород животних.

Для получения новых пород и сортов животних и растений применяют гибридизацию, скрещивая растения с желательными признаками и в дальнейшем отбирая из потомства те особи, у которых полезные свойства выражены наиболее сильно.

Генетика - наука о законах наследственности и изменчивости организмов и методах управления ими. Она изучает закономерности наследования признаков и свойств родительских форм, разрабатывает методы и приемы управления наследственностью.

Основы современной генетики заложил чешский ученый Григор Мендель, который в 1865 году установил принцип дискретности, или прерывности, наследовании признаков и свойств организмов.

Мутации появляются в клетках любых тканей многоклеточного организма. Если они возникли в половых клетках или спорах, их называют генеративными, они передаются по наследству, в клетках других тканей тела соматическими, они приводят к генетическому мозаицизму: часть организма состоит из мутантних клеток, другая - из немутантних. Таким образом генеративные мутации проявляются у зародышей следующего поколения, а соматические - только у той особи, у которой они возникли, и по наследству другому поколению не передаются. В этих случаях мутации могут наследоваться только при вегетативном размножении с участием мутантних соматических частей организма (почек, черенков, клубней и т. п.).

Генные или точковые мутации затрагивают изменения молекулярной структуры молекулы ДНК. Происходит замена или включение одной пары азотистых оснований или выпадении нескольких их пар. Результат действия генних мутаций - образование белка нового типа или отсутствие белка из-за препятствия его синтеза. Мутации, связанные с разрывами и перестройками хромосом, называют хромосомными.

Величина энергии убывает в ряду: космические лучи, -лучи, рентгеновские лучи, -лучи, УФ-лучи, видимый свет, инфракрасные лучи, прямо ДНК не повреждают микроволны, радиоволны.

Химические мутагены азотистая кислота, бисульфит натрия, гидроксиламин, нитрозометилмочевина, нитрозогуанидин, акридиновые красители, ДНК-тропные антибиотики.

Схема получения мутантних форм путем клеточной селекции

Клеточная инженерия - раздел современной биотехнологии, основанный на переносе всего или значительной части генетического материала от одной клетки к другой, а также совокупность методов, используемых для конструирования новых клеток.

Включает культивирование и клонирование клеток на специально подобранних средах, гибридизацию клеток, пересадку клеточних ядер и другие микрохирургические операции по «разборке» и «сборке» (реконструкции) жизнеспособних клеток из отдельних фрагментов.

Слияние клеток осуществляется с использованием так называемых фузогенних (т.е. сливающих) агентов: физического (переменное электрическое или магнитное поле), химического (катионы, полиэтиленгликоль и др.), биологического (вирусы).

Растительные, бактериальные клетки и клетки грибов перед слиянием превращают в протопласты - клетки, лишенные внешней жесткой клеточной стенки.

Гибридомная технология Слияние в пробирке синтезирующей иммуноглобулин клетки - В- лимфоцита с клеткой миеломы (клеткой злокачественной опухоли, способной к неограниченному делению), приводит к получению моноклональной культуры клеток, производящих уникальное по специфичности антитело (моноклональное антитело (МкАТ))

Получение протопластов Протопласты – это ограниченные мембраной цитоплазматические образования, обладающие внутриклеточными органеллами и характеризующиеся структурной целостностью и способностью осуществлять активный метаболизм, а также реакции биосинтеза и трансформации энергии.

По сравнению с механическими способами ферментативные методы получения протопластов имеют определенные преимущества: 1. можно одновременно получить большое количество протопластов (до 10 млн. из грамма ткани или клеток); 2. формирующиеся протопласты не подвергаются сильному осмотическому сжатию; 3. клетки остаются менее поврежденными: 4. клетки не подвергаются сильному осмотическому стрессу, 5. метод сравнительно быстрый.

Для удаления клеточной стенки при получении растительних протопластов используются ферментные препараты трех типов – целлюлазы, гемицеллюлозы и пектиназы. Комбинации ферментних препаратов и их количественные соотношения эмпирически подбираются для каждого конкретного случая (т.е. в зависимости от вида растения, его возраста и органа, из которого берется материал для получения протопластов). Для удаления клеточной стенки при получении бактериальних протопластов используется лизоцим. Для удаления клеточной стенки при получении протопластов клеток грибов используется желудочный сок улитки – «улиточный фермент».

Стабилизация протопластов Гипертонический раствор, состоящий из 10%-них маннита, сахарозы, хлорида натрия. Ионная сила раствора такова, что клетка находится в состоянии тургора, но не лопается, при этом раствором также производится отмывание фермента.

Для культивирования протопластов используются два методических приема: инкубирование в каплях жидкой среды и помещение в агаровый слой (метод планирования)

Техника соматической гибридизации может позволить: скрещивание филогенетически отдаленних видов организмов, получение асимметричних гибридов, несущих генный набор одного из родителей наряду с несколькими хромосомами, органеллами или цитоплазмой другого, слияние трех и более клеток, получение гибридов, представляющих сумму генотипов родителей.

При слиянии протопластов различних организмов, например, А и В, могут с равной вероятностью образовываться комбинации АА, ВВ и АВ. Желаемый продукт слияния - АВ, поэтому разрабатываются способы увеличения частоты слияния именно такого типа и избирательного выделения только продукта слияния АВ.

Судьба геномов (ядерного и цитоплазматического) после слияния протопластов может быть : 1. Ядерные генетические детерминанты наследуются как два-, так и одно родительски. В последнем случае ядра не сливаются и впоследствии сегрегируют (разделяются) в процессе клеточних делений. 2. Внеядерные генетические детерминанты наследуются двародительски. При этом в межвидовых комбинациях прослеживается тенденция к соматическому выщеплению и элиминации одного из родительских цитоплазматических геномов. 3. Возникновение гибридних клеток в результате слияния более чем двах родительских клеток.

КОНЕЦ