Информационный блок
Задания в тестовой форме
Цель занятия
Изучить принципы культивирования клеток in vitro, основные направления использования культур клеток и тканей в фармацевтике и медицине.
Выберите один правильный ответ:
1. Процесс создания копий макромолекул, клеток или организмов, идентичных родительским
а) копирование
б) клонирование
в) культивирование
г) транслирование
2. Выращивание в контролируемых условиях отдельных клеток бактерий или многоклеточных организмов
а) копирование
б) клонирование
в) культивирование
г) транслирование
3. Клетки кишечной палочки, способные к синтезу человеческого гонадотропина можно получить путем
а) селекции
б) спонтанного мутагенеза
в) индуцированного мутагенеза
г) генетической трансформации
4. Способность клеток полностью реализовать наследственную информацию, т.е. обеспечивать развитие целого организма
а) тотипотентность
б) изменчивость
в) наследственность
г) наследуемость
5. Свойство тотипотентности проявляют клетки
а) каллусные
б) гепатоциты
в) стволовые
г) опухолевые
6. Терапия соматических болезней с помощью стволовых клеток
а) лекарственная
б) генная
в) клеточная
г) органная
7. Недифференцированные животные клетки, способные к практически неограниченному делению и дифференцировке в специализированные клетки организма
а) соматические
б) половые
в) стволовые
г) каллусные
8. Терапия, основанная на искуственном выращивании органов
а) лекарственная
б) генная
в) клеточная
г) органная
9. Процедура переноса ядер положена в основу метода
а) клонирования животных
б) генной терапии
в) экстракорпорального оплодотворения
г) клеточной терапии
10. Терапия наследственных болезней путем введения пациенту здоровых генов помимо или вместо дефектных
а) лекарственная
б) генная
в) клеточная
г) органная
11. Вид генной терапии, при которй дефектный ген в геноме сохраняется без изменений
а) заместительная
б) корректирующая
в) модифицирующая
г) фетальная
12. Вид генной терапии, при которй дефектный ген удаляется из генома
а) заместительная
б) корректирующая
в) модифицирующая
г) фетальная
Эталоны ответов: 1б, 2в, 3г, 4а, 5а, 6в, 7в, 8г, 9а, 10б, 11а, 12б
Биотехнология – это наука об использовании биологических процессов и объектов для производства полезных человеку продуктов. В качестве биологических объектов могут выступать: целые животные и растительные организмы; отдельные клетки микроорганизмов, животных и растений; вирусные частицы; ферменты.
В основе большинства биологических технологий лежит процесс клонирования, т.е. создания копий макромолекул (ДНК, белков), клеток или организмов, идентичных родительским. Клонирование не является изобретением человека, он только воспроизводит явления живой природы. Так, естественное молекулярное клонирование происходит при репликации ДНК, клоны клеток возникают в ходе митоза, наконец, клонирование целых растений наблюдается при черенковании.
Культуры клеток
Культивирование клеток in vitro– это выращивание в контролируемых условиях отдельных клеток бактерий или многоклеточных организмов. Контролируемые условия подразумевают оптимальные для данного типа клеток температуру, состав газовой среды, соотношения питательных веществ и стимуляторов роста. Клетки выращивают поверхностным или глубинным способом. В первом случае клеточный рост происходит только на поверхности жидкой или сыпучей питательной среды. При глубинном культивировании размножение клеток идет во всем объеме питательной среды.
Клеточные культуры представляют практический интерес как источник биомассы (например, культура фибробластов кожи для лечения ожогов) и как продуценты ценных веществ (например, инсулина). Выделенные из природных объектов клетки обычно не способны синтезировать ценные метаболиты в достаточных количествах, поэтому необходимо целенаправленное улучшение их свойств. Усовершенствование продуцента проводят путем селекции спонтанных мутантов, индуцированного мутагенеза или генетической трансформации. Генетическая трансформация – введение в клетки чужеродных генов. Таким образом удается получать клетки и организмы, не встречающиеся в природе. Например, клетки кишечной палочки, способные к синтезу человеческого инсулина, соматотропина или иммуноглобулинов.
Использование культур бактериальных клеток. В настоящее время культуры бактерий находят широкое применение в фармацевтической промышленности. На основе бактериальной биомассы готовят вакцины, пробиотики (бифидумбактерин, колибактерин, лактобактерин), компоненты лечебного и спортивного питания (гидролизат пивных дрожжей). Бактерии используют для получения антибиотиков, гормонов, витаминов, аминокислот.
Культуры растительных клеток. Растительные клетки достаточно легко размножаются в культуре благодаря свойству тотипотентности – способности полностью реализовать наследственную информацию, т.е. обеспечивать развитие всего растения. Самый распространенный тип культуры растительных клеток – каллусная культура. Каллус представляет собой неорганизованную массу постоянно делящихся дедифференцированных клеток. В естественных условиях каллус образуется на месте поранения. Экспериментально каллус получают, помещая фрагмент растительной ткани на питательную среду, содержащую фитогормоны (ауксины и цитокинины).
Культуры растительных клеток применяют для получения ценных метаболитов, например: панаксозидов женьшеня (общеукрепляющее средство), дигогсина наперстянки шерстистой (кардиостимулятор), шиконина воробейника аптечного (противовоспалительное, противоожоговое средство).
Культуры животных клеток. Культивировать животные клетки значительно труднее, чем растительные. Причин этому несколько. 1) Животные клетки требуют более сложных по составу питательных сред, присутствия разнообразных факторов роста. 2) Животные клетки не обладают свойством тотипотентности. Дифференцировка клеток начинается еще на ранних этапах эмбрионального развития, происходит многоэтапно. Вернуть клетки в дедифференцированное состояние не удается. 3) Интенсивность роста и продолжительность существования в культуре зависит от возраста клеток. Эмбриональные ткани легко переходят в культуру, давая хороший прирост биомассы. Напротив, перевод в культуру клеток из взрослых организмов требует значительных усилий. Прирост биомассы невелик из-за присутствия неделящихся специализированных клеток. Продолжительность жизни культуры эмбриональных тканей, больше, чем взрослых. Это объясняется старением клеток: животные клетки имеют предел деления (предел Хейфлика) – 50-60 циклов митоза. Исключение составляют опухолевые клетки, способные к неограниченному росту.
В настоящее время культуры животных клеток широко используются в цитологии и биохимии для изучения действия различных факторов на внутриклеточные процессы. В фармакологии эксперименты на культурах клеток заменяют опыты на животных. В практической медицине культуры животных клеток используют при заживлении сложных ран и травм.
Получение клеточных продуктов. Культуры животных клеток рассматривают в качестве потенциальных продуцентов продуктов медицинского назначения. Так, клетки опухоли гипофиза, надпочечников могут служить источником соответствующих гормонов, клетки нейробластомы – продуцентом фактора роста нервной ткани, фибробласты и лейкоциты – источником интерферона. Однако из-за технических сложностей эти технологии пока не находят широкого применения. В отличие от трансгенных бактериальных культур животные клетки обладают низкой скоростью роста и малой продуктивностью, требуют дорогих питательных сред.
Более широкое применение находит использование куриных эмбрионов для получения вакцин. Через прокол в яичной скорлупе вкалывают суспензию вирусов. Через 2-4 суток вирусы размножаются настолько, что вызывают гибель эмбриона. После этого вирусные частицы выделяют и инактивируют. Таким образом получают вакцины против гриппа, бешенства, паротита, желтой лихорадки.
Для лабораторной диагностики ряда заболеваний необходимы наборы специфических антител, так называемые моноклональные антитела. Их получают с помощью культуры гибридом – продуктов слияния лимфоцитов, синтезирующих нужные антитела, и опухолевых клеток. В отличие от обычных лимфоцитов гибридомы могут неограниченно долго существовать в культуре.