Биотехнологии
участвуют в образовании веретена деления.
Клеточные включения. К клеточным включениям относятся углеводы, жиры и
белки. Все эти вещества накапливаются в цитоплазме клетки в виде капель и
зерен различной величины и формы. Они периодически синтезируются в клетке и
используются в процессе обмена веществ. Ядро. Каждая клетка одноклеточных
и многоклеточных животных, а также растений содержит ядро. Форма и размеры
ядра зависят от формы и размера клеток. В большинстве клеток имеется одно
ядро, и такие клетки называют одноядерными. Существуют также клетки с
двумя, тремя, с несколькими десятками и даже сотнями ядер. Это -
многоядерные клетки.
Ядерный сок - полужидкое вещество, которое находится под ядерной оболочкой
и представляет внутреннюю среду ядра.
в) химический состав клетки.
Атомный и молекулярный состав клетки. В микроскопической клетке
содержится несколько тысяч веществ, которые участвуют в разнообразных
химических реакциях. Химические процессы, протекающие в клетке,- одно из
основных условий ее жизни, развития и функционирования.
Все клетки животных и растительных организмов, а также микроорганизмов
сходны по химическому составу, что свидетельствует о единстве органического
мира.
Содержание химических элементов в клетке
|Элементы |Количество (в %) |Элементы |Количество (в %) |
|Кислород |65-75 |Кальций |0,04-2,00 |
|Углерод |15-16 |Магний |0,02-0,03 |
|Водород |8-10 |Натрий |0,02-0,03 |
|Азот |1,5-3,0 |Железо |0,01-0,015 |
|Фосфор |0,2-1,0 |Цинк |0,0003 |
|Калий |0,15-0,4 |Медь |0,0002 |
|Сера |0,15-0,2 |Йод |0,0001 |
|Хлор |0,05-0,1 |Фтор |0,0001 |
В таблице приведены данные об атомном составе клеток. Из 109 элементов
периодической системы Менделеева в клетках обнаружено значительное их
большинство. Особенно велико содержание в клетке четырех элементов -
кислорода, углерода, азота и водорода. В сумме они составляют почти 98%
всего содержимого клетки. Следующую группу составляют восемь элементов,
содержание которых в клетке исчисляется десятыми и сотыми долями процента.
Это сера, фосфор, хлор, калий, магний, натрий, кальций, железо. В сумме они
составляют 1.9%. Все остальные элементы содержатся в клетке в исключительно
малых количествах (меньше 0,01%)
Таким образом, в клетке нет каких-нибудь особенных элементов, характерных
только для живой природы. Это указывает на связь и единство живой и неживой
природы. На атомном уровне различий между химическим составом органического
и не органического мира нет. Различия обнаруживаются на более высоком
уровне организации - молекулярном.
г) гибридизация соматических клеток
В основе метода лежит слияние клеток, в результате чего образуются
гетерокарионы, содержащие ядра обоих родительских типов. Образовавшиеся
гетерокарионы дают начало двум одноядерным гибридным клеткам. В 1965
английский ученый Г. Харрис впервые получил гетерокарионы, образованные
клетками мыши и человека. Такую искусственную гибридизацию можно
осуществлять между соматическими клетками, принадлежащими далеким в
систематическом отношении организмам и даже между растительными и животными
клетками. Гибридизация соматических клеток животных сыграла важную роль в
исследовании механизмов реактивации генома покоющейся клетки и степени
фенотипического проявления (экспрессивности) отдельных генов, клеточного
деления, в картировании генов в хромосомах человека, в анализе причин
злокачественного перерождения клеток. С помощью этого метода созданы
гибридомы, используемые для получения моноклональных (однородных) антител.
Первый межвидовой гибрид при слиянии протопластов из клеток разных видов
табака был получен в 1972 П. Карлсоном (США). Гибриды, полученные при
слиянии протопластов, имеют важные отличия от половых гибридов поскольку
несут цитоплазму обоих родителей. Возможно создание цибридов, наследующих
ядерные гены одного из родителей наряду с цитоплазматическими генами обоих
родителей. Особый интерес представляют цибриды растений, несущие
цитоплазматические гены устойчивости к различным патогенам и стрессорным
факторам от дикорастущих видов или цитоплазматические гены мужской
стерильности. Слияние протопластов используют также для получения гибридов
с ценными в хозяйственном отношении свойствами между отдаленными видами,
которые плохо или вообще не скрещиваются обычным путем. Удалось, например,
«ресинтезировать» рапс, являющийся естественным амфидиплоидом между
турнепсом и капустой, получить соматический гибрид картофеля с томатами и
т. д. При слиянии протопластов создают и новые клеточные линии-продуценты
важных соединений.
д) реконструкция клеток
Одним из способов модификации клеток является введение в них индивидуальных
генов, т.е. метод генетической инженерии. Встраивание активного гена на
место отсутствующего или поврежденного открывает путь для лечения
генетических заболеваний человека. Изменять свойства клеток можно, вводя
клеточные органеллы (ядра, хлоропласты), изолированные из одних клеток, в
протопласты других клеток. Так, одним из путей активизации фотосинтеза
растительной клетки может служить введение в нее высокоэффективных
хлоропластов. Искусственные ассоциации растительных клеток с
микроорганизмами используют для моделирования на клеточном уровне природных
симбиотических отношений, играющих важную роль в обеспечении растений
азотным питанием в природных экосистемах. Рассматривается возможность
придания растениям способности к фиксации молекулярного азота при введении
в них целых клеток азотфиксирущих микроорганизмов. Реконструкцию клеток
проводят также при слиянии клеточных фрагментов (безъядерных, кариопластов
с ядром, микроклеток, содержащих лишь часть генома интактной клетки) друг с
другом или с интактными (неповрежденными) клетками. В результате получают
клетки с различными свойствами, например, цибриды, либо клетки с ядром и
цитоплазмой от разных родителей. Такие конструкции используют для изучения
влияния цитоплазмы в регуляции активности ядра.
е) улучшение растений и животных на основе клеточных технологий
Выращиваемые на искусственных питательных средах клетки и ткани растений
составляют основу разнообразных технологий в сельском хозяйстве. Одни из
них направлены на получение идентичных исходной форме растений
(оздоровление и клональное микроразмножение на основе меристемных культур,
создание искусственных семян, криосохранение генофонда при глубоком
замораживании меристем и клеток пыльцы). Другие — на создание растений,
генетически отличных от исходных, путем или облегчения и ускорения
традиционного селекционного процесса или создания генетического
разнообразия и поиска и отбора генотипов с ценными признаками. В первом
случае используют искусственное оплодотворение, культуру незрелых гибридных
семяпочек и зародышей, регенерацию растений из тканей летальных гибридов,
гаплоидные растения, полученные при культивировании пыльников или
микроспор. Во втором — новые формы растений создаются на основе мутантов,
образующихся in vitro, и трансгенных растений. Таким путем получены
растения, устойчивые к вирусам и другим патогенам, гербицидам, растения,
способные синтезировать токсины, патогенные для насекомых-вредителей,
растения с чужеродными генами, контролирующими синтез белков
холодоустойчивости и белков с улучшенным аминокислотным составом, растения
с измененным балансом фитогормонов и т. д.
Важную роль в животноводстве сыграла разработка методов длительного
хранения спермы в замороженном состоянии и искусственного осеменения.
Реально же развернулись исследования по клеточной и генной инженерии на
млекопитающих только с освоением техники оплодотворения in vitro,
обеспечившей получение достаточного количества зародышей на ранних стадиях
развития. Генетическое улучшение животных связано с разработкой технологии
трансплантации эмбрионов и методов микроманипуляций с ними (получение
однояйцевых близнецов, межвидовые пересадки эмбрионов и получение химерных
животных, клонирование животных при пересадке ядер эмбриональных клеток в
энуклеированные, т. е. с удаленным ядром, яйцеклетки). В 1996 шотландским
ученым из Эдинбурга впервые удалось получить овцу из энуклеированной
яйцеклетки, в которую было пересажено ядро соматической клетки (вымени)
взрослого животного. Эта работа открывает широкие перспективы в области
клонирования животных и принципиальную возможность клонирования в будущем и
