A mikroorganizmusok (főleg baktériumok és gombák) hagyományos szelekciója kísérleti mutagenezisen és a legtermékenyebb törzsek kiválasztásán alapul. De még itt is vannak sajátosságok. A baktériumok genomja haploid, az esetleges mutációk már az első generációban megjelennek. Bár a mutáció természetes előfordulásának valószínűsége mikroorganizmusokban ugyanaz, mint az összes többi organizmusban (1 mutáció 1 millió egyedenként génenként), a nagyon magas szaporodási ráta lehetővé teszi, hogy hasznos mutációt találjunk a kérdéses gén számára. a kutatónak.
A mesterséges mutagenezis és szelekció eredményeként a penicillium gombatörzsek termelékenysége több mint 1000-szeresére nőtt. A mikrobiológiai ipar termékeit sütésben, sörfőzésben, borkészítésben és számos tejtermék elkészítésében használják fel. A mikrobiológiai ipar segítségével antibiotikumokat, aminosavakat, fehérjéket, hormonokat, különféle enzimeket, vitaminokat és még sok mást nyernek.
A mikroorganizmusokat biológiai kezelésre használják Szennyvíz, javítja a talaj minőségét. Jelenleg módszereket dolgoztak ki a mangán, réz és króm kinyerésére régi bányák lerakóinak baktériumok segítségével történő fejlesztése során, ahol a hagyományos bányászati módszerek gazdaságilag nem kifizetődőek.
Biotechnológia- élő szervezetek és biológiai folyamataik felhasználása az ember számára szükséges anyagok előállításában. A biotechnológia tárgyai a baktériumok, gombák, növényi és állati szövetek sejtjei. Táptalajokon, speciális bioreaktorokban termesztik.
A legújabb tenyésztési módszerek mikroorganizmusok, növények és állatok sejt-, kromoszóma- és génsebészet.
Génmanipuláció
Génmanipuláció- olyan technikák készlete, amelyek lehetővé teszik a kívánt gén izolálását egy szervezet genomjából, és egy másik szervezet genomjába történő bejuttatását. Azokat a növényeket és állatokat, amelyek genomjába "idegen" géneket juttatnak be, nevezzük transzgénikus, baktériumok és gombák átalakult. A géntechnológia hagyományos tárgya az Escherichia coli, egy baktérium, amely az emberi bélrendszerben él. Segítségével nyerik a növekedési hormont - szomatotropint, az inzulin hormont, amelyet korábban a tehenek és sertések hasnyálmirigyéből nyertek, interferon fehérjét, amely segít megbirkózni a vírusfertőzéssel.
A transzformált baktériumok létrehozásának folyamata a következő lépéseket tartalmazza.
- Korlátozás- a szükséges gének „kivágása”. Speciális "genetikai ollók", enzimek segítségével hajtják végre - korlátozza.
- Hozzon létre egy vektort- egy speciális genetikai konstrukció, amelyben a kívánt gént egy másik sejt genomjába juttatják be. A vektor létrehozásának alapja a plazmidok. A gént egy másik enzimcsoport - ligázok - segítségével varrják a plazmidba. A vektornak tartalmaznia kell mindent, ami a gén működésének szabályozásához szükséges - egy promotert, egy terminátort, egy operátor gént és egy szabályozó gént, valamint olyan marker géneket, amelyek olyan új tulajdonságokat adnak a befogadó sejtnek, amelyek lehetővé teszik a sejt megkülönböztetését a géntől. az eredeti cellák.
- átalakítás- a vektor bejuttatása a baktériumba.
- Szűrés- azon baktériumok kiválasztása, amelyekben a bejuttatott gének sikeresen működnek.
- Klónozás transzformált baktériumok.
1 - sejt az eredeti plazmiddal; 2 - izolált plazmid; 3 - vektor létrehozása; 4 – rekombináns plazmid (vektor); 5 – rekombináns plazmiddal rendelkező sejt.
Az eukarióta gének a prokariótáktól eltérően mozaikos szerkezetűek (exonok, intronok). A baktériumsejtekben nincs feldolgozás, és az időben és térben történő transzláció nem válik el a transzkripciótól. Ebben a tekintetben hatékonyabb mesterségesen szintetizált géneket használni a transzplantációhoz. Az ilyen szintézis templátja az mRNS. A reverz transzkriptáz enzim segítségével ezen az mRNS-en először egy DNS-lánc szintetizálódik. Ezután egy második szál készül rajta DNS polimeráz segítségével.
Kromoszómális tervezés
Kromoszómális tervezés- olyan technikák összessége, amelyek lehetővé teszik a kromoszómákkal való manipulációt. A módszerek egyik csoportja azon alapul, hogy egy növényi szervezet genotípusába idegen homológ kromoszómapárt juttatnak be, amelyek szabályozzák a kívánt tulajdonságok kialakulását ( kiegészített sorok), vagy egy homológ kromoszómapár helyettesítése egy másikkal ( sorokat cseréltek). Az így kapott helyettesített és kiegészített vonalakban olyan tulajdonságokat gyűjtenek, amelyek közelebb hozzák a növényeket az "ideális fajtához".
haploid módszer haploid növények termesztésén alapul, a kromoszómák későbbi megkettőzésével. Például a 10 kromoszómát tartalmazó haploid növényeket kukorica pollenszemekből termesztik ( n= 10), akkor a kromoszómák megduplázódnak és diploidok lesznek ( n= 20), teljesen homozigóta növények mindössze 2-3 év alatt 6-8 éves beltenyésztés helyett.
Ez magában foglalhatja azt is módszer poliploid növények előállítására(lásd 23. Növénynemesítés előadás).
Sejtmérnökség
Sejtmérnökség— új típusú sejtek építése tenyésztésükön, hibridizáción és rekonstrukción alapulóan.
A növények és állatok sejtjei az élethez szükséges összes anyagot tartalmazó tápközegbe helyezve képesek osztódni, kialakulni. sejttenyészetek. A növényi sejtek is rendelkeznek a tulajdonsággal totipotencia, vagyis mikor bizonyos feltételek képesek teljes értékű növényt kialakítani. Ezért lehetséges a növények kémcsövekben történő szaporítása úgy, hogy a sejteket bizonyos táptalajokba helyezzük. Ez különösen igaz a ritka vagy értékes növényekre.
Sejtkultúrák segítségével értékes biológiailag aktív anyagokhoz lehet jutni (ginzeng sejtkultúra). A hibridsejtek megszerzése és tanulmányozása számos elméleti biológia probléma megoldását teszi lehetővé (sejtdifferenciálódási mechanizmusok, sejtszaporodás stb.). A különböző fajokhoz (burgonya és paradicsom, alma és cseresznye stb.) tartozó szomatikus sejtek protoplasztjainak fúziója eredményeként nyert sejtek képezik az alapját az új növényi formák létrehozásának. A biotechnológiában monoklonális antitesteket használnak hibridómák- limfociták és ráksejtek hibridje. A hibridómák antitesteket termelnek, mint a limfociták, és korlátlan ideig képesek szaporodni a tenyészetben, mint a rákos sejtek.
A szomatikus sejtek magjainak tojásba való átültetésének módszere lehetővé teszi az állat genetikai másolatának beszerzését, azaz lehetővé teszi klónozásállatokat. Jelenleg klónozott békák kerültek elő, és az emlősök klónozásának első eredményei is megszülettek.
Az embriók korai szakaszában történő fúziós módszere lehetővé teszi a létrehozást kiméraállatokat. Ily módon kiméra egereket (fehér és fekete egerek embrióinak fúziója), kiméra juh-kecske állatot kaptunk.
Ez a kézikönyv tartalmazza a sikeres vizsgához szükséges összes elméleti anyagot a biológia tanfolyamról. Tartalmazza az összes tartalmi elemet, ellenőrző- és mérőanyagokkal ellenőrizve, segít az ismeretek, készségek általánosításában, rendszerezésében a középiskolai (teljes) iskolai képzés számára.
Az elméleti anyagot tömör, közérthető formában mutatjuk be. Minden részhez példák is tartoznak. tesztelemek, amely lehetővé teszi tudásának és a minősítő vizsgára való felkészültségének mértékét. A gyakorlati feladatok megfelelnek az USE formátumnak. A kézikönyv végén olyan tesztekre adunk válaszokat, amelyek segítik az iskolásokat és a jelentkezőket önmaguk tesztelésében és hiánypótlásában.
A kézikönyv iskolásoknak, pályázóknak és tanároknak szól.
A sejtmérnökség a tudomány és a nemesítési gyakorlat olyan iránya, amely a különböző fajokhoz tartozó szomatikus sejtek hibridizációs módszereit, szövetek vagy egész organizmusok egyedi sejtekből történő klónozásának lehetőségét vizsgálja.
A növénynemesítés egyik elterjedt módszere a haploid módszer - teljes értékű haploid növények kinyerése spermából vagy petékből.
Hibrid sejteket kaptak, amelyek egyesítik a vér limfocitáinak és a daganatos, aktívan szaporodó sejtek tulajdonságait. Ez lehetővé teszi, hogy gyorsan és megfelelő mennyiségben szerezzen antitesteket.
szövettenyészet - laboratóriumban növényi vagy állati szövetek, és néha egész organizmusok kinyerésére használják. A növénytermesztésben a tiszta diploid vonalak képződésének felgyorsítására használják az eredeti formák kolchicinnel történő kezelését követően.
Génmanipuláció- a mikroorganizmusok genotípusának mesterséges, céltudatos megváltoztatása előre meghatározott tulajdonságokkal rendelkező tenyészetek beszerzése érdekében.
Fő módszer- a szükséges gének izolálása, klónozása és új genetikai környezetbe juttatása. A módszer a következő munkalépéseket tartalmazza:
- a gén izolálása, kombinációja a sejt DNS-molekulájával, amely képes reprodukálni a donor gént egy másik sejtben (plazmidba foglalás);
– plazmid bevitele egy baktériumsejt – recipiens – genomjába;
– a gyakorlati felhasználáshoz szükséges baktériumsejtek kiválasztása;
– a géntechnológia területén végzett kutatások nemcsak a mikroorganizmusokra, hanem az emberre is kiterjednek. Különösen fontosak az immunrendszer, a véralvadási rendszer, az onkológiai rendellenességekkel járó betegségek kezelésében.
Klónozás . Biológiai szempontból a klónozás olyan növények és állatok vegetatív szaporodását jelenti, amelyek utódai a szülővel azonos örökletes információt hordoznak. A természetben a növényeket, gombákat, protozoákat klónozzák, i.e. vegetatívan szaporodó szervezetek. Az elmúlt évtizedekben ezt a kifejezést akkor használták, amikor az egyik szervezet magjait átültetik egy másik szervezet petesejtjébe. Az ilyen klónozásra példa volt a híres Dolly juh, amelyet Angliában szereztek 1997-ben.
Biotechnológia- az élő szervezetek és biológiai folyamatok felhasználásának folyamata gyógyszerek, műtrágyák, biológiai növényvédő szerek előállítása során; biológiai szennyvíztisztításra, értékes fémek tengervízből való biológiai kinyerésére stb.
Az emberekben az inzulin képződéséért felelős gén felvétele az Escherichia coli genomjába lehetővé tette ennek a hormonnak az ipari előállítását.
A mezőgazdaságnak több tucat élelmiszer- és takarmánynövényt sikerült genetikailag módosítania. Az állattenyésztésben a biotechnológiai úton előállított növekedési hormon alkalmazása növelte a tejhozamot;
genetikailag módosított vírus felhasználásával sertésekben a herpesz elleni vakcina létrehozására. A baktériumokba bevitt újonnan szintetizált gének segítségével számos legfontosabb biológiailag aktív anyag nyerhető, különösen a hormonok és az interferon. Előállításuk a biotechnológia fontos ágát alkotta.
A gén- és sejttechnológia fejlődésével a társadalomban egyre nagyobb aggodalomra ad okot a genetikai anyag esetleges manipulálása. Egyes aggodalmak elméletileg jogosak. Lehetetlen például kizárni egyes baktériumok antibiotikumokkal szembeni rezisztenciáját növelő gének átültetését, új élelmiszerformák létrehozását, de ezeket a munkákat az államok és a társadalom irányítják. Mindenesetre a betegségek, az alultápláltság és más sokk veszélye sokkal magasabb, mint a genetikai kutatásból.
A géntechnológia és a biotechnológia kilátásai:
- az ember számára hasznos szervezetek létrehozása;
– új gyógyszerek beszerzése;
– genetikai patológiák korrekciója és korrekciója.
PÉLDÁK FELADATORA
A rész
A1. A gyógyszerek, hormonok és egyéb biológiai anyagok előállítása olyan irányban folyik, mint
1) géntechnológia
2) biotechnológiai termelés
3) mezőgazdasági ipar
4) agronómia
A2. Mikor lenne a szövettenyésztés a leghasznosabb módszer?
1) alma és körte hibridjének átvételekor
2) a sima magvú borsó tiszta vonalainak nemesítésekor
3) ha szükséges, ültessük át a bőrt egy égett személynek
4) a káposzta és a retek poliploid formáinak átvételekor
A3. A humán inzulin mesterséges előállítása géntechnológiai módszerekkel ipari méretekben szükséges
1) az inzulin szintéziséért felelős gén bejuttatása a baktériumokba, amelyek megkezdik a humán inzulin szintetizálását
2) bakteriális inzulint fecskendeznek be az emberi szervezetbe
3) mesterségesen szintetizálja az inzulint egy biokémiai laboratóriumban
4) az inzulin szintéziséért felelős humán hasnyálmirigy sejtkultúra termesztése.
Rész VAL VEL
C1. Miért félnek sokan a társadalomban a transzgénikus termékektől?
- 3.2. Az élőlények szaporodása, jelentősége. Szaporodási módszerek, hasonlóságok és különbségek az ivaros és ivartalan szaporodás között. Az ivaros és ivartalan szaporodás alkalmazása az emberi gyakorlatban. A meiózis és a megtermékenyítés szerepe a kromoszómák számának generációnkénti állandóságának biztosításában. Mesterséges megtermékenyítés alkalmazása növényekben és állatokban
» könyvcím
5. előadás
Téma: Biotechnológia és géntechnológia.
Kérdések: 1. A biotechnológia fogalma
2. A géntechnológia és módszerei.
1. A biotechnológia fogalma
A modern biotechnológia vezető szerepet tölt be a biológiai, orvosi, állatorvosi és tenyésztéstechnikai kutatások rendszerében. új forma ipari technológia, amely biológiai tárgyakon – állatokon, növényeken és mikroorganizmusokon – alapul.
A biotechnológia fő célja és célkitűzései olyan módszerek és technikák kidolgozására irányulnak, amelyek lehetővé teszik biológiailag aktív vegyületek (enzimek, hormonok, vakcinák) előállítását, valamint új anyagok molekuláinak létrehozását és a természetben hiányzó organizmusok új formáinak létrehozását (kiméra molekulák). , állatok).
Az állattenyésztésben széles körben alkalmazzák a különféle biotechnológiai módszereket (gén- és sejttechnológia), amelyek segítségével felgyorsítható a szelekciós folyamat új, nagy termőképességű mezőgazdasági növényfajták létrehozására. állatokat.
A biotechnológiában két olyan kifejezést használnak, amelyek szemantikai tartalomban különböznek egymástól: "génsebészet" - mint a molekulák és gének szintjén előforduló folyamatok vizsgálatának és befolyásolásának módszere, valamint a "génsebészet" kifejezés - mint végrehajtott módszerek összessége. tágabb értelemben a sejteken és általában az organizmusokon.
Elvileg mindkét kifejezés szinonim, és olyan módszereket jelent, amelyek a genetikai anyag megváltoztatását és rekonstrukcióját biztosítják, pl. új öröklődés kialakulása.
A géntechnológia vívmányainak felhasználása elsősorban a következő területeken történik:
magasabb rendű szervezetek genetikai apparátusának szerveződésének tanulmányozása;
mikroorganizmusok felhasználása gazdaságilag hasznos anyagok termelőjeként;
új élőlények felépítése idegen gének átültetésével, pl. transzgenikus állatok beszerzése.
a hatékonyság növelése és a kiválasztási folyamat felgyorsítása;
a nőstények reprodukciós arányának növekedése;
a veszélyeztetett fajták génállományának értékes, kis létszámú populációinak megőrzése;
meddő, de genetikailag értékes állatok utódszerzése;
az állatok betegségekkel szembeni ellenálló képességének növelése;
egy meghatározott nemű egypetéjű ikrek beszerzése;
különböző állatok (fajták, fajok) 5-6 napos embrióiból fejlődő és eggyé kombinált kimérák előállítása;
a tehenek termékenységének növelése az embrió felének mindkét méhszarvba történő átültetésével.
Történelmileg a biotechnológia a hagyományos mikrobiológiai (többnyire fermentációs) iparágak alapján jött létre. Sok ilyen "technológiát" az ókorban öntudatlanul használtak bor, sör, kenyér, savanyú tej és erjesztett termékek előállításánál.
A biotechnológia segítségével jelenleg több tucat drága biológiailag aktív anyagot állítanak elő, köztük hormonokat, enzimeket, vitaminokat, antibiotikumokat, egyes gyógyszereket, például inzulint, interferont és másokat.
Referenciaként: az inzulin egy fehérje, amely szabályozza a vércukorszintet; Az interferon egy fehérje, amely megvédi a még nem érintett sejteket a vírusoktól (influenza).
A géntechnológia megjelenése előtt azonban az interferont csak nyomokban lehetett beszerezni a leukocitákból (fehérvérsejtekből).
1 gramm interferon megszerzéséhez 90 ezer donor vérét kell feldolgoznia.
A biotechnológiai fejlesztéseket intenzíven alkalmazzák a hulladékmentes termelési folyamatok létrehozásában az alapanyagok feldolgozásában, az olajból, szennyvízből történő víztisztításban, a mezőgazdasági növények kártevőirtásában. növények, takarmány- és élelmiszerfehérje beszerzése, biogáz stb.
Tehát 1 tonna olajból mikrobák segítségével körülbelül 1 tonna 600 kg fehérjét tartalmazó élesztőt nyernek.
És még valami: szaporodással 1 baktérium (az élelem, a környezet és egyéb tényezők optimális körülményei között) 44 óra elteltével képes lenne olyan utódokat létrehozni, amelyek tömege megfelelt bolygónk tömegének (kb. 6 000 000 000 000 000 000 000 tonna) .
A biotechnológiai módszereket, 6000 évvel ezelőtt, a mezopotámiai népek alkalmazták egy mámorító ital elkészítésekor, i.e. az akkori idők söre.
Az ókori egyiptomiak tudták, hogyan kell élesztővel, cukorral és erjesztéssel sört főzni. A rómaiak és a görögök szőlőlevet használtak borkészítéshez.
A fentiek alapján arra a kérdésre, hogy mi a biotechnológia, azt válaszolhatjuk, hogy az élő szervezetek és biológiai folyamatok termelésben való felhasználásának tudománya.
A fentiekkel kapcsolatban a biotechnológia megjelenésének és fejlődésének története három szakaszra osztható.
Az első szakasz a biotechnológia megszületése. A mikrobiológiához, biokémiához és más tudományokhoz tudományos ismeretekkel nem rendelkező emberek sok száz éve dolgoztak ki és gyakorlatilag sikeresen alkalmazták a biotechnológiai módszereket a kenyérsütésben, sajtkészítésben, borkészítésben, erjesztett tejtermékek gyártásában, pl. a gazdasági tevékenység ősi ágai.
A második szakasz (XIX. század) a biotechnológia, mint tudomány kialakulása. A biotechnológiai tudományok rohamos fejlődésének kezdete: genetika, mikrobiológia, biokémia, virológia, élettan, embriológia stb.
A harmadik szakasz (a XX. század 70-es éveinek közepe) a biotechnológia különböző irányú fejlesztése a genetikai és sejtsejt-mérnöki módszerekkel.
Az első biotechnológiai módszer az állattenyésztésben az állatok mesterséges megtermékenyítése és a takarmány silózása volt.
Oroszországban először 1887-ben V.I. Shvedov átültetett zúzás megtermékenyített tojásokat - patkány zigóták.
A szarvasmarha-embrióátültetés története 1950-ben kezdődik, amikor O. Willem (USA) átültetett egy megtermékenyített petesejtet egyik üszőből a másikba, és kapott egy élő borjút.
Azon európai országok közül, amelyek az embrióátültetést kezdték alkalmazni, mint a kiválasztási folyamatot felgyorsító és annak hatékonyságát növelő módszert, meg kell említeni Franciaországot, Nagy-Britanniát, Dániát, Németországot, Olaszországot, Belgiumot és Szlovákiát.
A biotechnológia fejlődésének jelenlegi szakasza az élőlények molekuláris szintű életfolyamatainak új mintáinak felfedezéséhez kapcsolódik.
A biotechnológia fejlődése vezetett a teremtéshez ipari termelés a különféle biológiai készítmények beszerzéséről az orvostudományban, állatgyógyászatban, élelmiszeriparban való felhasználásukhoz.
Évről évre növekszik az állatok termelékenységének és termékminőségének növelését célzó technológiák, módszerek és készítmények száma. Világszerte több mint 450 biotechnológiai cég gyárt gyógyszereket az állatok egészségének megőrzésére és termelékenységük növelésére.
A biotechnológia irányai
Az egyik legígéretesebb terület az embrióklónozás, i.e. a maximális számú utód megszerzése a nagy termőképességű állatokból.
Erre dolgoztak ki egy módszert azonos (klón) embriók létrehozására oly módon, hogy egy magas osztályú állat embriójának sejtmagját egy megtermékenyítetlen, korábban eltávolított sejtmaggal rendelkező, tenyésztési szempontból csekély értékű petesejtbe juttatják; az embriók felosztása két, négy, hat és nyolc részre.
Az egysejtű "szintetikus" embriók a laboratóriumban megtanultak felnőni a 8, 16, sőt 32 sejtes állapotig. Ezért nem csak tehenekbe ültethetők be vagy fagyaszthatók tárolás céljából, hanem későbbi klónozáshoz is felhasználhatók. Így korlátlan számú embrió nyerhető in vitro, kizárva a nagy termőképességű állatokból történő vételi eljárást. Elméletileg egy szarvasmarha embrióból több ezer állatod lehet.
A biotechnológiai kutatások másik, gyakorlati jelentőségű vívmánya az állattenyésztés területén a beszerzés módja. transzgénikus olyan állatok, amelyeknek a genomjába idegen gén „beágyazódott”. Segítségével rövid időn belül gyorsan növő, magas tejtermelésű, betegségekkel szemben ellenálló, stb. állatokhoz lehet jutni.
Egy öröklött géntranszplantáción átesett állat megszerzése is nagy eredménynek számít. Egy ilyen állat egy új vonal létrehozásának alapja.
A biotechnológiát ma már számos gyakorlati kérdés megoldására használják az egészségügy hatékonyságának javítására, az ország élelmiszerforrásainak növelésére és a különféle iparágak nyersanyaggal való ellátására, a költséghatékony megújuló energiaforrások és hulladékmentes iparágak létrehozására és felhasználására, a káros antropológiai hatások csökkentésére. a környezetvédelemben és más iparágakban.
Jelenleg a legfejlettebb országokban jöttek és jönnek létre olyan vállalkozások, amelyek biotechnológia felhasználásával takarmányt és takarmány-adalékanyagokat, élelmiszer-ipari termékeket, gyógyászati készítmények, embrióátültetést végezni és egyéb gazdasági problémákat megoldani.
Úgy gondolják, hogy az emberiség további fejlődése nemcsak nagymértékben függ a biotechnológia fejlődésétől, hanem egyszerűen nem nélkülözheti, mivel nincs más tudományosan megalapozott javaslat, amely elsősorban élelmiszert biztosítana a Föld növekvő népességének. .
A biotechnológia legígéretesebb területei a nem hagyományos biogyári termeléshez kapcsolódó, szükséges mennyiségű fehérje, esszenciális aminosav, gyógyszer, biogáz és napenergia átalakítás.
2. A géntechnológia és módszerei
A modern géntechnológia különféle módszerek és technológiák komplexét alkalmazza molekulák, sejtelemek (kromoszómák, sejtmagok), szomatikus és csírasejtek szintjén egy szervezeten az ontogenezis különböző szakaszaiban.
Az interferon kémiai úton történő szintézise az állatok véréből összetett és hosszadalmas. Ezért géntechnológiával nyert mikroorganizmusokat (E. Coli) használtunk, amelyek képesek humán interferonok termelésére, amelyek aktiválják a vírusellenes rezisztenciát befolyásoló folyamatokat.
Az inzulint, az emberi növekedési hormont, az interferont géntechnológiai módszerekkel, ipari körülmények között állították elő. Folyamatban vannak az albumin szintézisének módszerei, a különböző vakcinák, bizonyos enzimek és a növekedési hormon szintézisének kidolgozása. állatokat.
A géntechnológia alapján génterápia jön létre, amely teljes értékű gének szervezetbe juttatásával teszi lehetővé az örökletes rendellenességek korrigálását. Óriás egereket szereztek így. A növekedési hormon génje „beágyazódott” a genomjukba.
3. Sejt- és embrionális tervezés.
Cellular Engineering. A sejtmanipuláció alatt új típusú sejteket állítanak elő tenyésztésükön, hibridizációjukon és rekonstrukciójukon alapulva.
A sejttervezés egyik fontos területe a szomatikus sejtek hibridizációja.
Lényege a sejtek összekapcsolása nagyon távoli fajok kromoszómakészleteivel.
A szomatikus hibridizáció a tenyészetben lévő sejtek azon képességét használja fel, hogy eggyé egyesüljenek, és különböző genomok kromoszómáit tartalmazó magot képezzenek. Ez a Sendai vírus segítségével történik.
Jelenleg több tucat távoli faj hibrid sejtkultúráit sikerült előállítani (egér x csirke; egér x majom; nyúl x majom; szójabab x borsó; szójabab x kukorica stb.).
Kiderült, hogy egy cellában még olyan távoli formákat is lehet kombinálni, mint a csirke x élesztő stb.
A szomatikus hibridizációban azonban továbbra is az interspecifikus inkompatibilitás a törvény.
Idővel egy hibrid tenyészetben mindkét típusú sejtekre osztódnak, amelyek nem tartalmaznak a második típusú kromoszómákat.
Ez a körülmény rendkívül értékesnek bizonyult bizonyos gének lokalizációjának és hatásának természetének tanulmányozása szempontjából.
embrionális tervezés. Ez a terület magában foglalja az embriótranszfert. A biotechnológia különösen fontos a szarvasmarhák szaporításában és szelekciójában. A szarvasmarha monocita emlős. Legjobb esetben minden tehénből évente egy borjú keletkezik, miközben a petefészkekben több százezer éretlen csírasejtek – oociták – találhatók, amelyek hatalmas genetikai tartalékot képviselnek.
Az állatállomány felgyorsult szaporodásának problémájának kardinális megoldása a termékenység növelésének nem hagyományos módjaira való átállás. A jövőben a biotechnológiát tekintik a nagy termelékenységű állatok és teljes populációk felgyorsított szaporodásának alapjának.
A reprodukciós gyakorlatban alkalmazott biotechnológiai módszerek közé tartozik a mesterséges megtermékenyítés, a bikasperma mélyfagyasztása és tartós tárolása, az ivarzás indukálása és annak szinkronizálása, az ellési idő szabályozása.
Az utóbbi időben e hagyományos biotechnikai módszerekkel párhuzamosan gyakorlati jelentőséget kapott az embrióátültetés, amelyet a nagy értékű tenyészállatok felgyorsított szaporodásának hatékony biotechnológiai módszereként tartanak számon.
A szarvasmarha embriótranszplantáció egy új biotechnikai módszer a nagytermőképességű állatok felgyorsított szaporodására, amely jelentősen megnöveli a tenyészállomány szerepét. alkotórésze tenyésztési programok, és ez az egyik módja a rekordot döntõ tehenek genetikai potenciáljának intenzívebb kihasználásának. Az embrióátültetés csak akkor hatásos, ha genetikailag értékes állatokat használnak, megvizsgálják az utódok minőségét, és javítják az állatokat.
Ha figyelembe vesszük, hogy egy donortól évente 4-5 alkalommal lehet embriót kapni, akkor már jelenlegi szakaszában A transzplantáció biotechnológiájának fejlődése nyilvánvaló valós lehetőségévi 20-25 borjú bevétele egy rekorder tehéntől. 20 rekordtehén embriódonorként történő felhasználásával 2-3 éven belül 200-300 tehénből álló, kiemelkedően termelékeny tejelő állományt lehet létrehozni. A hagyományos módon ugyanabból a 20 tehénből ebben az időszakban legfeljebb 30 üsző és 30 bika nyerhető.
A teheneket, üszőket, amelyekbe embriókat ültetnek át, általában recipienseknek, azokat a teheneket, amelyekből embriót nyernek, donornak nevezik. A transzplantáció hatását nagymértékben meghatározza a tehenek kiválasztása. A legjobb teheneket vagy üszőket donorként, a legrosszabb teheneket vagy üszőket pedig recipiensként használják.
Minél nagyobb a minőségi különbség a donor és a recipiens között, annál célszerűbb a rekordmagas termőképességű tehenek donorként történő felhasználásán alapuló transzplantációs módszer alkalmazása. A donor tehenek termékenyítéséhez az utódok minősége alapján értékelt legjobb bikák spermáját használják fel.
A legtöbb fontosságát az embrióátültetés módszere a kiemelkedő tenyészértékkel rendelkező apák tenyésztése és kiválasztása során alkalmazható, mivel megnő a lehetőség a rekordmagas termőképességű anyákból történő bikák kiválasztására.
A kiváló szülőktől származó transzplantációs tinók beszerzése nem csökkenti az utódok minőségének utólagos értékelésének problémáját, de jelentősen megnöveli annak valószínűségét, hogy (az anyák tenyésztési különbségének növelésével) kiemelkedő tenyésztési és nagyüzemi javítóanyagokat válasszanak ki. tenyésztési feltételek.
Az embrióátültetés módszerének alkalmazása minden tenyésztési munkát a fajták fejlődésének új, intenzív pályájára állít, a termőképesség növekedését biztosítva a magas kombinációs képességű termelők előállítása és széleskörű alkalmazása révén.
Az embrióátültetés rohamosan fejlődik, magát a módszert külföldön kereskedelmi célokra használják. Több mint 80 kereskedelmi embriótranszfer központot hoztak létre az Egyesült Államokban. Ebben az országban, ahol szilárd technológiai alapokra helyezik az embrióátültetést, évente több mint 100 ezer borjút fogadnak be. Hasonló kereskedelmi szervezeteket hoztak létre az embrióátültetésre Nyugat-Európa más fejlett országaiban is. A Szovjetunióban az embrióátültetés fejlesztése az 1970-es évek közepén kezdődött.
A transzplantáció célja:
Fajták, vonalak, családok vagy speciális állatfajták létrehozása;
Meglévő állatfajták, vonalak, állatcsaládok megszilárdítása vagy fejlesztése;
Fajták, vonalak, családok keresztezése és interspecifikus hibridizáció;
Haszonállatok többszörös terhességének szabályozása;
Holding tudományos kutatásés a szakemberek képzése (mint tanulási folyamat).
Donor kiválasztása és gyermekbénulás.
A donor tehenek szelekciójának első szakaszában a legfontosabb kritérium a magas tenyészérték, pl. az a képesség, hogy a nagy termelékenységű géneket átadják utódaiknak. A donor tenyészértékét nemcsak magának a tehénnek, hanem rokonainak is igazolnia kell. A leendő apák anyjaként kiválasztott donorok körébe a tenyészállományok legjobb tehenei tartoznak.
Először is, a donor tehén tenyészértékét a tejtermelékenység 305 napos teljes laktáció mellett, a tej zsír- és fehérjetartalma, a tehenek gépi fejésre való alkalmassága, az alkat és a külső szilárdsága határozza meg.
A kiválasztás során az adományozókra általános és speciális követelmények vonatkoznak. NAK NEK Általános követelmények a következőket tartalmazzák:
Az állatnak klinikailag egészségesnek kell lennie;
A donort az idegrendszer típusa, felépítése és felépítése alapján kell értékelni;
A donort a szaporodási tulajdonságok (a nemi szervek fejlettsége és élettani állapota, a szolgálati idő hossza, az utódok minősége és életképessége) szempontjából kell értékelni;
Minden donornak rendelkeznie kell egy állatorvosi bizonyítvánnyal, amely jelzi a klinikai állapotát.
A speciális követelmények közé tartoznak azok a követelmények, amelyek hozzájárulnak az embriótranszfer végső céljának eléréséhez, figyelembe véve a következőket:
A donornak a fajta, vonal, család tipikus képviselőjének kell lennie külsejét, felépítését és gazdaságilag hasznos tulajdonságait tekintve;
A donort biometrikus módszerekkel törzsileg kell értékelni;
A donor jellemző gazdaságilag hasznos tulajdonságait fel kell mérni, hogy lehetséges-e fenotípusos kompatibilitásuk a tervezett állati genotípusokban.
A borjak embrióátültetéssel történő megszerzésének magas költségei szükségessé teszik olyan donorok kiválasztását, akiktől rendszeresen nagyszámú embrió nyerhető. Előnyben kell részesíteni azokat a teheneket, amelyek három ellésig stabil szaporodási képességet tartottak fenn. A jó és stabil szaporodási képességű donor tehenekből 2 havonta rendszeresen lehet embriót nyerni.
Ha abból az általánosan elfogadott álláspontból indulunk ki, hogy egy tehénből évente egy borjút kell nyerni, akkor az ellési periódus átlagosan nem haladhatja meg a 365 napot. Ezért jó szaporodási képességének fő mutatója, hogy minden tehéntől 365 nap alatt egy borjút kapjon.
A reproduktív képesség felméréséhez használhatja a reproduktív képesség indexét IVS, amelyet az IVS \u003d (n-1) 365 100 D képlet határoz meg, ahol n a bevett borjak száma, D az első és az utolsó ellés közötti napok száma. Stabil szaporodási képesség esetén az index nem haladhatja meg a 100-at.
A tehenek embrionális periódusának időtartama átlagosan 285 nap, ezért az optimális szolgálati idő nem haladhatja meg a 80 napot. Ebben az időszakban a tehenet meg kell trágyázni.
A donor tehenek kiválasztása után megkezdődik a többszörös ovuláció (poliovuláció). Ezt a módszert a szovjet embriológus, M.M. Zavadovszkij és munkatársai. Bebizonyították, hogy ha egy nőstény vérébe gonadotrop hormonokat juttatnak be, ez további számú tüsző érésének serkentéséhez vezet. A vemhes kancaszérumot (FFK) gonadotrop hormonként használták.
A szarvasmarha-embriótranszplantáció modern biotechnológiájának fontos láncszeme a szuperovuláció hormonális kiváltása donor tehenekben. Csak azok a tehenek kerülnek át a donor csoportba, amelyek pozitívan reagálnak a hormonok bevezetésére.
A többszörös ovuláció serkentésére az FFA gonadotropint prosztaglandinokkal és más biológiailag aktív anyagokkal kombinálva alkalmazzák. Ezzel a módszerrel a tehenek körülbelül 70%-ánál gyermekbénulást idézhet elő. A gyermekbénulás optimális eredménye 10-20 tojás felszabadulása a petefészekből a petevezeték tölcsérébe. Az ovulációk átlagos száma körülbelül 10, és a tojások megtermékenyítése eléri a 80%-ot.
Azonban a donorok csak kis hányada mutat ismétlődő petefészek-választ a poliovuláció kiváltása után. Általában a donor tehenek rendszertelenül reagálnak az ismételt hormonkezelésre, pl. egyszer jól, máskor rosszul reagálnak. Ezért az ovulációk száma és az embriók hozama nem stabil.
A poliovulációt olyan tényezők is befolyásolják, mint a laktációs szakasz, halvaszületés vagy nehéz ellés, az ivarzás ideje, FFA-dózis, ellési hónap, fajta, gazdasági körülmények, donor testtömege, stressz, takarmányozás szintje és minősége stb.
Kiderült, hogy a laktációs időszak meghosszabbodása hozzájárul a tehenek jobb reakciójához a bevitt FFA-ra. A laktáló fekete-fehér teheneknél a gyermekbénulás kiváltásának optimális ideje az ellést követő 60. nap.
A gyermekbénulás optimalizálása és a biológiailag értékes embriók beszerzése érdekében a donor teljes, minden tápanyagban kiegyensúlyozott táplálását kell biztosítani.
Az FFA-donor tehenek optimális adagja 2500-3000 NE. Ha ilyen dózisban adják be, átlagosan 9 ovulációt kapunk pozitívan reagáló donoronként.
A poliovuláció legnagyobb hatása az ivarzási ciklus 10-12 napja (középső luteális fázis) és a prosztaglandin 2. napja után FFA bevezetésével érhető el, ami a sárgatest regresszióját, az ivarzást és az ovulációt okozza. A prosztaglandin injekció beadása után 48 órán belül a donor tehenek 95%-a poliovulációt mutat az ivarzás minden jelével.
A többszörös poliovuláció nagy változatosságnak van kitéve. Ezért nem minden donor tehén hajlamos a többszörös ovulációra. A hatékony többszörös poliovulációhoz számos mutató alapján gondosan kell kiválasztani a donorokat.
Termelő kiválasztása.
A bikák kiválasztásakor kariotípusonként értékelik őket, hogy kizárják a kromoszóma-rendellenességeket. A kiválasztott apák utódainak konformációs hibáktól mentesnek kell lenniük.
A termelők és donorok kiválasztása az esetek túlnyomó többségében a tenyésztési programnak megfelelő egyedi párosítási terv szerint történik. A donorok megtermékenyítésére kiválasztott termelők spermáját a legmagasabb, legalább 85-90%-os termékenységgel kell jellemezni.
A termelők szaporodási képességének fő kritériuma a spermiumok megtermékenyítő képességének mutatója. Így az ellenőrzött apa (bika, vaddisznó, kos) spermiumok megtermékenyítő képességének felmérésére kontrollpárosítást szervezünk. Ehhez három-négy tehéncsoportot (800-1000 fej) választanak ki különböző állományokból.
Ha a vizsgált bika spermájának megtermékenyítő képessége 60% vagy kevesebb, akkor az ilyen bikát le kell selejtezni. A gyakorlatban ezt a mutatót az első termékenyítésből megtermékenyített tehenek száma (százaléka) határozza meg. A termékenységet az határozza meg, hogy a termékenyítést követő 60-90 napon belül nincs ivarzás.
A mesterséges megtermékenyítési módszerek sokkal korábban lehetővé teszik a spermiumok megtermékenyítő képességének meghatározását. Így a bikák selejtezésének intenzitása az ivaros aktivitás és a sperma minősége szempontjából 25-30%. Jelentős mennyiségű spermium (20-30%) kilökődik a frissen nyert ejakulátumok kiértékelésekor, 10-15% - a spermiumok biológiai kontrollja mellett 24 órával a fagyasztás után.
Donor tehenek termékenyítése.
A poliovuláció hatékonyságát ezt követően a donorok mesterséges megtermékenyítésének hatékonysága határozza meg. Számos tanulmány eredményei azt mutatják, hogy az így létrejövő embriók mindössze 60-65%-a alkalmas recipiensbe történő átültetésre. A fennmaradó 35-40% tojás vagy degenerált embrió.
A donor tehenek mesterséges megtermékenyítéséhez csak kiemelkedő apák spermáját kell felhasználni, az utódok minősége alapján megbízhatóan értékelve.
A donor tehenek termékenyítésére szánt bikasperma termékenységének értékelésére vonatkozó követelményeknek lényegesen magasabbnak kell lenniük, mint más tehenek termékenyítésére. Az ilyen bikák spermájának megtermékenyítő képességének legalább 70%-nak kell lennie, nagy pontossággal.
A donorok termékenységének és az embriók felszabadulásának növelése, valamint a kiváló minőségű spermiumok felhasználása érdekében meg kell határozni az ivarzás időpontját az időben történő mesterséges megtermékenyítéshez. A poliovuláció számos jele arra utal, hogy csak egy rövid időszak a legkedvezőbb a hatékony megtermékenyítéshez és a biológiailag értékes embriók megszerzéséhez.
A hormonálisan kiváltott ivarzásban szenvedő tehenek termékenyítésének idejével és gyakoriságával kapcsolatban eltérőek a szakemberek véleménye. Az ilyen teheneket rendszerint kétszer termékenyítik meg: először az ivarzás kezdetén, másodszor pedig 12-24 óra elteltével.
Hazánkban a donor teheneket naponta kétszer, 10-12 órás időközönként mesterségesen megtermékenyítik, minden alkalommal két-három adag fagyasztott spermával.
A donor tehenek mesterséges megtermékenyítésére három módszert alkalmaznak: vizuális(hüvelyi tükör segítségével); manocervikális(kesztyűs kéz és rövidített pipetta behelyezése a hüvelybe); rectocervicalis(a méhnyak rögzítésével és az inszeminációs pipetta előrehaladásának ellenőrzésével a végbélbe szúrt kézzel).
A donor tehenek mesterséges megtermékenyítésének legnagyobb hatékonyságát a rectocervikális módszer biztosítja, amely lehetővé teszi a donor nemi szervének állapotának ellenőrzését. A termékenyítés időpontjának azt a napot kell tekinteni, amelyen a donor tehén mesterséges megtermékenyítését elvégzik.
A monoklonális antitestek olyan immunglobulinok, amelyeket egyetlen sejtklón szintetizál.
Ígéretes a rák és a normál sejtek hibridizációja, amely alapján hibrideket - monoklonális antitesteket termelő hibridómákat - kapnak.
Hibridóma alatt olyan hibrid sejtet értünk, amely egy antitest-termelő sejt és egy rákos sejt fúziójából származik, és amely in vitro tenyésztéssel a hibridómát korlátlan ideig képessé teszi szaporodásra.
Ebben az esetben a hibridómák egy normális szülősejttől öröklik azt a képességet, hogy értékes biológiai anyagot - antitestet - termeljenek, a rákos sejtekből pedig a korlátlan növekedés és monoklón képződés képességét.
Az antitest a szervezet immunrendszere (védő) rendszere által szintetizált fehérje, amely specifikusan kötődik egy antigénhez.
Az antigénnel (idegen fehérjével) szembeni védőreakció eredményeként különféle antitestek teljes kombinációja képződik, amelyek oszthatatlan keveréket képviselnek.
Ezért lehetetlen a kívánt antitestet tiszta formában izolálni hagyományos módszerekkel.
Egy bizonyos vonal tiszta antitesteit úgy lehet előállítani, ha a szükséges antitestet termelő sejtet izoláljuk és klónt képezünk belőle.
Az anti-formáló sejtek nem képesek tápközegben növekedni. Ezért ezeket a mielóma sejtekkel (ráksejtekkel) össze kell fúzni, amelyek tápközegben korlátlanul képesek osztódni és monoklonális antitesteket termelni.
Az embriók kinyerésének módszerei és értékelésük.
A transzplantációs módszer hatékonyságát nagymértékben meghatározza az embriók kinyerésének módja. Az embriók kinyerésének különböző módjai vannak. A legegyszerűbb a donor lemészárlása. A transzplantáció fejlesztésének korai szakaszában demonstrációs gyakorlatként és tudományos célokra használták. A donor levágása és az embriók kimosása közötti idő nem haladhatja meg a 30-40 percet, pl. az embriókat a nemi szervek sejtemésztési folyamata előtt kell megszerezni. Jelenleg egy genetikailag értékes donortehén elvesztése miatt nem használják.
Az embriók sebészi eltávolítását a 70-es években alkalmazták. Az embriókat az első mesterséges megtermékenyítés után 7-8 nappal veszik ki. A kimosással átlagosan 5 embrió nyerhető minden donortól. Három módszert fejlesztettek ki: az embriók extrahálása a hüvely felső fornixében lévő bemetszéssel; laparotomia a has fehér vonala mentén (a donor érzéstelenítése alatt); laparotomia az éhes üreg régiójában helyi érzéstelenítéssel. Az embriók kinyerésének sebészeti módszere munkaigényesebb; magasan képzett sebész, műtő és steril körülmények szükségesek. Ezért ritka esetekben, csak tudományos célokra használják.
A katéteres (nem sebészi) embriókivonási módszer gyakorlatilag nem okoz komplikációt az állat szervezetében. A katéteres módszerrel sikeresen kinyerhetők az embriók egy állattartó épületben. A módszer hatékonysága magas, többszörös. A katéteres módszerrel a donor tehenek 86%-ából átlagosan 4,3 normál embriót nyernek. A mosott tojások átlagosan 25%-a megtermékenyítetlen vagy degenerált. Az embriókat a megtermékenyítést követő 7-8. napon mossuk ki. Mosáshoz Dulbecco táptalajt használnak. A manipuláció időtartama 20-50 perc.
Az embriók ilyen módon történő megszerzéséhez speciális katétereket fejlesztettek ki. A mosóközeget 5-8 alkalommal fecskendezik be a méh szarvaiba, és fecskendővel távolítják el azokból. A méhszarvak mosása az embriók akár 76%-ának kinyerését biztosítja az ovulációk számából. Az embriók nagy része, több mint 50%-a az első három vagy négy mosás során a morula vagy blasztociszta stádiumában 32 vagy 64 blastomerrel extrahálódik.
Az embriók mosása után antibiotikus oldatot fecskendeznek a méhbe antiszepszis céljából.
Az embrió recipiensnek való átvitele előtt értékelni kell annak minőségét és meg kell határozni az átvitel módját. Az embriókat különféle módszerekkel értékelik: morfológiai, intravitális festés, citológiai stb.
Úgy gondolják, hogy a morfológiai módszer pontossága 90% -ra vagy többre növelhető. A petevezetékből származó embriók a 3-5. napon kerülnek a méhbe, de 10-15%-on belül 6-8 nap múlva is megérkezhetnek. Azok az embriók, amelyek egy meghatározott időben nem értek el egy bizonyos fejlődési szakaszt, általában meghalnak. Ebben a tekintetben az embriók minőségét a 7-8. napon értékelik a blasztociszta fejlődési foka szerint.
Morfológiai értékeléssel Speciális figyelem odafigyelnek a zigóta külső alakjára, a pelucid zóna állapotára, a blasztomerek számára, a zúzás egyenletességére, az embrioblaszt és trofoblaszt súlyosságára, a sejtek körvonalának tisztaságára, a citoplazma vakuolizációjára - perifériájának tisztázása, a citoplazma tönkretétele (csomóvá válása), a sejtmembrán integritása és a citoplazma kiszabadulása.
A hasítás korai szakaszában a blasztomerek konfigurációja különösen fontos. A normál konfiguráció biztosítja a szoros kapcsolatot a legnagyobb számban cellákat minimális térfogaton. Az embrionális sejtek nem megfelelő fragmentációja a blastomerek térbeli elrendezésének megsértéséhez vezet, ami a fejlődés következő szakaszaiban megsérti. A tehénembriókat az első megtermékenyítést követő 7.-8. napon mikroszkóp alatt, 100-160-szoros nagyítással értékeljük.
Oroszországban egy 5 pontos iskolát fogadtak el az embriók minőségének értékelésére, figyelembe véve: az átlátszó membrán integritását, a zúzás egyenletességét, a citoplazma állapotát, a perivitelin tér átlátszóságát és a megfelelést. a fejlődés szakaszába. Az átültetésre a legalkalmasabbak a 4-5 pontra értékelt embriók, amelyek késői morula vagy blasztociszta stádiumban vannak.
A morfológiai értékelés javítása érdekében fluoreszcens festést is alkalmaznak, amely lehetővé teszi az élő embriók megkülönböztetését az elhaltaktól.
Az embriók minőségének festési módszerrel történő értékelése azon alapul, hogy a festékek képesek-e megfesteni az élő és elhalt sejtek morfológiai szerkezetét. Az embriók élethosszig tartó színezését nem mérgező festékekkel végezzük.
Az ideális embrió legyen kompakt, gömb alakú, egyenletes színű, azonos méretű sejtekkel, sima, lapos és egyenletesen kialakított pellucid zónával, zárványok nélkül a peritoneális térben.
Az embriók minőségének megítélésének fontos kritériuma a fejlődési szakaszok intenzitása. A késleltetett fejlődésű embriókat nem használják átültetésre, fagyasztásra stb.
Az embriók kinyerése során kimutatható, degenerált, megtermékenyítetlen petéket selejtezésnek vetik alá. Az átültetésre alkalmatlan embriók morulája vagy blasztocisztája hibás, melynek jelei az átlátszó membrán hibái, a blastomerek összeomlása, eltérő érték blasztomerek, az intercelluláris kommunikáció megzavarása.
Az embriók rövid távú tenyésztése, mélyhűtése és tárolása.
Az embriók rövid távú tárolása és tenyésztése (fejlesztése) lehetővé teszi más gazdaságokba szállításukat. Jelenleg az embriók rövid távú in vitro tárolásának módja széles körben elterjedt. Megállapítást nyert, hogy a tehénembriók az állat testének hőmérsékletén, speciális tenyésztési (tápanyag) közegben és bizonyos légköri körülmények között bizonyos szakaszokig továbbfejlődhetnek.
Az embriók kivonása és életképességének értékelése után az embriókat 37 0 C-os tápközegbe helyezik át. Számos táptalajt fejlesztettek ki az embriók rövid távú in vitro tárolására (95 óra). Leggyakrabban a következőket használják táptalajként embriók tenyésztéséhez: TS-199; Sonka F-10; Dulbek, Brinster tűs, sóoldatai különféle biológiai és szintetikus adalékokkal. A támogatásért optimális feltételeket Az embriók fejlődése során olyan gáznemű környezetet használnak, amely 90% nitrogént, 5% oxigént és 5% szén-dioxidot tartalmaz. Az embriók kémcsövekben vagy szívószálban történő tenyésztése egyszerűbb módszer, amely lehetővé teszi az embriók nagy távolságokra történő szállítását.
Az embriók rövid távú tárolásának második módszerét 8-12 0 C hőmérsékleten végezzük, időtartama 3-4 nap. A hűtési sebesség lassú a hősokk elkerülése érdekében. Ehhez különböző fehérje-kiegészítőket tartalmazó szintetikus táptalajokat használnak: szarvasmarha szérumalbumint (BSA), kankasztrált vérszérumot (SCH) és tinókisztrált normál szérumot (NSBK).
Az embriók rövid távú tárolásának harmadik módja in vivo történik, azaz. köztes befogadó (nyulak, egerek stb.) nemi szerveiben nagy távolságra történő szállításhoz.
A módszer alapja a női nemi traktus nyálkahártyájának magas toleranciája (toleranciája) az ivarzás és az idegen fehérjék elleni vadászat során. Erre 1982-ben. speciális kamrát építettek a recipiensekben az embriók tárolására a hasüregben. Egy ilyen kamrában az embriókat 72 órán át tárolják.
A szarvasmarha-embriók átültetésének hatékonyságát nagymértékben meghatározzák a zigóták tárolásának körülményei. Az embriók tartósításának leghatékonyabb és legígéretesebb módja a mélyfagyasztás (krioprezerválás) folyékony nitrogén-196 0 C hőmérsékleten. Ez a módszer jelentősen kiterjeszti a transzplantáció lehetőségeit és megbízható biotechnológiai alapja az állattenyésztésnek.
A fagyasztott embriók tárolása során (-196 0 C) számos előnnyel jár, amelyek lehetővé teszik az embriók bármikori átvitelét, a nagy értékű tenyészállatokból, kisméretű és veszélyeztetett fajtákból származó embriók „bankjának” létrehozását, valamint az embriók szállítását az év bármely szakában.
Az embriók fagyasztására UOP-12 automata programfagyasztó készülékeket használnak. Az embriók fagyasztás és felolvasztás során történő megsemmisülésének védelme érdekében speciális kriovédő anyagokat használnak, amelyek könnyen behatolnak a sejtbe - kriovédő glicerin.
Lefagyasztás előtt az embriókat fagyásvédő szerbe helyezik, amelyben egyre nagyobb koncentrációjú anyagok vannak, hogy kiegyensúlyozzák az ozmotikus nyomást. Létezik egy gyors mélyhűtési módszer: hűtés +20 0 C-ról -6 0 C-ra 1 0 C/perc sebességgel. Utólagos hűtés -35 0 C-ra 0,3 0 C/perc sebességgel. Ezután vigye át az embriót folyékony nitrogénbe.
Az embriókat 25 vagy 37 0 C-on 10-12 másodpercig felolvasztjuk. Ezután lemossák a fagyvédő szertől és értékelik. Az embrió túlélése legalább 80%, a terhesség 55-60%, ebben az esetben a transzplantáció zootechnikailag és gazdaságilag is életképes.
Az embriók kiválasztása, előkészítése és átadása a recipienseknek.
Átlagosan 5-6 recipiens kerül kiválasztásra donoronként, figyelembe véve a szaporodásra alkalmatlanságuk miatti esetleges későbbi selejtezést. A fogadó tehenek nem lehetnek 7 évesnél idősebbek, nem lehetnek nőgyógyászati rendellenességek, jó tenyésztési feltételekkel és szaporodási tulajdonságokkal. A befogadó üszőknek 16-18 hónaposnak kell lenniük, élősúlyuk 350-380 kg.
A tehenek embriótranszferének eredménye csak akkor magas, ha a donorok és a recipiensek peteérési napja időben egybeesik, akkor a donorok és a recipiensek nemi szerveinek nyálkahártyája azonos fiziológiás állapotban van.
Ehhez a szexuális vadászat csoportos szinkronizálását hajtják végre. A szinkronizálási különbségek nem haladhatják meg a 12 órát A recipienseknél az ivarzás 10-12 órás késése jelentősen csökkenti az embriók túlélési arányát, az ivarzás 12 órás előrehaladása pedig nem befolyásolja a transzplantációs túlélés hatékonyságát.
Megfelelő szinkronizálással a recipiensek terhességének 90%-a elérhető, míg az ivarzás megnyilvánulásában a donor és a recipiens között több mint 24 órán át fennálló eltérés 50%-ra és az alá csökkenti a terhességet.
Módszereket dolgoztak ki az embriók átültetésére a recipiensek számára - sebészeti és nem sebészeti. Az embriótranszfer sebészeti módszereiben a laparotomiát a has fehér vonala mentén vagy a csípőrégióban alkalmazzák. A laparotómiát általános érzéstelenítésben végezzük, az állat háti helyzetben van. A bemetszés hossza a has fehér vonala mentén 10 cm.
Az 1970-es évekig a szarvasmarhaembriók kinyerése és átültetése főként sebészeti úton történt. Ehhez azonban sok pénz kell. Ezért az elmúlt 10-15 évben az embrióátültetés főként nem műtéti úton történt.
A nem műtéti embrióátültetési módszer fő előnye a nagy gazdaságosság egyszerűsége mellett a recipiens többszöri felhasználásának lehetősége. Számos módszert fejlesztettek ki, de mindegyik ugyanazon az elven alapul - az embrió bejuttatása a méhszarvba a méhnyakon keresztül, aminek következtében ezt a módszert cervicalisnak nevezik. A katétert, amelyben az embrióval ellátott szívószál található, óvatosan a méhnyakba helyezzük, és rektális irányítás mellett a méhnyakcsatornán keresztül mélyen a méhszarvba, annak felső részéhez közelebb kerül, és az embriót a a tápközeget a méhszarv lumenébe.
Az embrióátültetést követő 60. napon a recipienseket rektális tapintással ellenőrizzük a terhesség szempontjából. Ez a módszer klasszikus és nagy pontosságot ad.
Az embriók átültetési módszereinek bevezetése és a tehenek számának növelése szükségessé teszi a borjak eredetének meghatározását. Ehhez állatcsoportokat használnak antigénjeikkel. Azonos vércsoport csak egypetéjű ikreknél lehetséges. A borjak eredetének meghatározása és tisztázása azért szükséges, mert a tenyésztési nyilvántartások vezetésében, a különböző bikák spermájának felhasználásában előfordulhatnak hibák. Az állatok vércsoportjait speciális laboratóriumokban határozzák meg monospecifikus szérummal.
In vitro megtermékenyítés és embriók fejlesztése a testen kívül.
Jelenleg nagy figyelmet fordítanak a petesejtek in vitro megtermékenyítésének, vagy az in vitro megtermékenyítésnek (azaz az állati testen kívüli) mechanizmusának vizsgálatára, amely lehetővé teszi a magas tenyészértékkel rendelkező tehenek intenzívebb szaporodási felhasználását, ami drámai módon növeli a populáció genetikai fejlődését.
Jelenleg olyan módszereket fejlesztettek ki, amelyek lehetővé teszik akár 200 petesejtek izolálását tehén petefészkekből, tenyésztését és in vitro megtermékenyítését. A teljes értékű embriók hozama azonban továbbra is rendkívül alacsony, ezért a kutatás továbbra is új módszerek kifejlesztésére és a meglévő módszerek javítására irányul.
A petesejtek in vitro megtermékenyítését 20 emlősfajnál sikerült elérni, beleértve az emlősöket is. emberekben pedig 1981-ben normális utódok születtek. Az ivarsejtek megtermékenyítési folyamata in vitro és ellenőrzött körülmények között megy végbe. A petesejtek valódi in vitro megtermékenyítésének végső értékelése a zigóta átültetése a recipiensbe és egy élő állat születése.
Petesejtek in vitro tenyésztése.
Az in vitro megtermékenyítést a petesejtek in vitro tenyésztése előzi meg.
A petesejtek in vitro tenyésztése alatt az éretlen petesejtek mesterséges tápközegben történő érésének folyamatát értjük, melynek során az éretlen petesejtek meiotikus érésen mennek keresztül egészen a második osztódás metafázisáig, azaz. a megtermékenyítésre kész állapotba.
A petesejtek tüszőből történő izolálására általában a levágott tehenek petefészkeit, ritkábban pedig műtéti úton kivont petefészkeket használnak. Az extrakció után kiválasztják a legjobb petefészket (2-6 mm átmérőjű), a többit eldobják. A petesejt tüszőkből való kinyerésének legelfogadhatóbb módja a pengével történő levágás. Az MBS-9 és MBS-10 sztereo mikroszkópok irányítása alatt kiválasztott petesejtek kompakt kumulussal.
A petesejtek életképesség szerinti értékelésére számos módszert fejlesztettek ki, amelyek közül a legszélesebb körben alkalmazott a morfológiai.
A petesejtek biológiai hasznosságát jellemző fő morfológiai jellemzők közé tartozik a cumclus sejtjeinek szerkezete és maga a petesejtek.
A 2-6 mm-es petesejteket cumulussejtek veszik körül. A petesejttel szorosan szomszédos, kompakt, többrétegű gomolyfelhő a tüsző atretikus változásaival szembeni rezisztencia kritériumaként szolgál, amelyből a petesejteket kivonták.
A tenyésztésre alkalmas petesejteknek a következő követelményeknek kell megfelelniük: kerek forma; ooplazma finomszemcsés, homogén, egyenletesen kitölti az egész petesejteket; átlátszó héj egyenletes szélességű, opálos, lekerekített; cumulus tömör, többrétegű, szorosan szomszédos a petesejttel, homogén.
Az oociták életképességét fluoreszcens festékekkel határozzuk meg. A nem életképes sejtek 7-10 perc elteltével megfestődnek, míg az életképes sejtek nem festődnek. A szükséges követelményeknek megfelelő petesejteket tenyésztésre helyezzük.
Számos módszert fejlesztettek ki az oociták tenyésztésére. A főbbek a következők: termesztés zárt edényekben; Petri-csészékben vazelinolajjal bevont tápközegben. Bármilyen művelési módnál a következőkre van szükség: sterilitás a munka minden szakaszában; gáz steril; hőmérséklet 39 0 C maximális páratartalom mellett.
Az emlős oociták tenyésztéséhez az állatfajtól függően kétféle táptalajt használnak: egyszerű és szintetikus táptalajt.
Valamennyi táptalajban a jelzett adalékanyagokkal (LH, FSH stb.) a petesejtek 80%-a eléri az érés második osztódásának metafázisát. Így a petesejtek in vitro érése során az első meiotikus osztódás teljesen befejeződik, és a legtöbb petesejtek érésének második osztódása a metafázis II meiózis stádiumával ér véget. A meiózis végső befejezése a megtermékenyítés után következik be.
A petesejtek fehérjeszintézisében bekövetkező változások nem a sejtmag, hanem a citoplazmatikus éréssel járnak, ami döntő fontosságú a normális megtermékenyítéshez és a korai embrionális fejlődéshez egészen az embrió beültetéséig a recipiens méhfalába.
A spermiumok kapacitása.
Ahhoz, hogy a spermium megtermékenyítse a petesejtet, olyan változásoknak kell bekövetkezniük bennük, amelyek a kapacitációt jellemzik, pl. a megtermékenyítésre való felkészültségüket.
A spermiumok kapacitációja (érése) fiziológiai és fizikai-kémiai változások komplexumát jelenti, amelyek eredményeként a spermiumok képesek behatolni a zona pellucidán, behatolni a petesejtbe és megtermékenyíteni.
Természetes körülmények között a kapacitáció akkor következik be, amikor a spermiumok áthaladnak a női nemi traktuson, ahol elválik az ondóplazmától. A kapacitáció elvégezhető in vitro, ha a spermiumsejtek bizonyos tenyésztési és gázkörnyezetben vannak.
A szarvasmarhák spermiumainak kapacitációjára táptalajokat fejlesztettek ki: Krebs-Ringer, Tyrode, Brinster. A spermiumok kapacitásának időtartama ezekben a tápközegekben 8 óra.
Az in vitro megtermékenyítéshez mélyhűtött spermát használnak, zacskóba csomagolva.
Különös probléma a spermiumok kapacitásának objektív értékelése. Az akroszómális reakciót a kapacitáció bizonyítására használják. Miután a spermiumok a tojás zona pellucidájához kapcsolódnak, akroszómális reakció lép fel.
Az akroszóma a spermiumfejet körülvevő plazmamembrán alatt található, különféle enzimekben gazdag spermiumszervecskék. Az akroszómális reakció során olyan enzimek szabadulnak fel, amelyek meghatározzák a spermiumok megtermékenyítő képességét. Az enzimek elpusztítják a zona zona pellucidát, ami lehetővé teszi a spermiumok bejutását a petesejtek petesejtekbe. A sok spermium közül, amelyek behatoltak a petesejtek pellucid zónájába, csak egy egyesül a petesejt plazmamembránjával és megtermékenyíti azt. Zigóta alakul ki.
Az érett petesejtek in vitro megtermékenyítése in vitro a következő. A metafázis II érési stádiumba jutott szarvasmarha petesejteket kapacitált spermiumokkal megtermékenyítik. Számos oldaltípusnál - x. Állatoknál az in vitro érett ivarsejtek minőségétől függően a termékenységi arány 50-70%. A megtermékenyített peték embrionális fejlődési képességének in vitro csökkenésének fő oka a korai embriók táptalaj tökéletlensége, aminek következtében az embriók fejlődése 8-16 blasztomer stádiumában blokkolódik.
Embriók kinyerése in vitro megtermékenyített petesejtekből.
Az in vitro érett petesejtek in vitro megtermékenyítésének végső célja a transzplantációra alkalmas embriók előállítása. A korai szarvasmarha embriók tenyésztésekor a legtöbb esetben az embrionális fejlődés 8-16 sejtes szakaszában blokkolódik, i.e. amikor természetes körülmények között az embriók a petevezetékből a méhbe jutnak. Csak néhány embrió fejlődik ki az átültetésre alkalmas késői morula és blasztociszta állapotba.
Az embriókat kétféleképpen inkubálják: nyúl, birka vagy tehén petevezetékében és táptalajban, például TC-199-ben; HEM-F-10; MRM, Dulbecco, Bringster sóoldatok különféle biológiai és szintetikus adalékokkal.
Az embrió fejlődésének első ellenőrzése a megtermékenyítés után 24 órával történik. Szingámia, azaz. az in vitro megtermékenyítés után 19 órával megfigyelhető a pronukleusok szoros érintkezése, ami a hím és női ivarsejtek végső fúzióját eredményezi, és 22 óra elteltével a kétsejtes embrió kialakulása.
1983-ban megszületett az első borjú az in vitro megtermékenyítés után in vitro érett tüszős petesejtből. A petesejtek in vitro megtermékenyítésében és in vitro embriók kinyerésében elért jelentős pozitív eredmények ellenére számos probléma, mint például a petesejtek in vitro tenyésztésének javítása, a spermiumok kapacitálása stb., továbbra is megoldatlan.
Állatok klónozása
A „klón” (hajtás) kifejezést először 1903-ban Weber (Németország) használta a vegetatívan szaporodó növényekre vonatkozóan, és azt jelentette, hogy a klón leánynövényei genetikailag azonosak a szülővel.
Klónozás- olyan utódok beszerzése, amelyek a szervezet pontos genetikai másolata. Az ilyen leszármazottak halmazát - egy szervezetből származó másolatokat - klónnak nevezik. Az egyes klónokon belüli organizmusokat ugyanaz a fenotípusos egységesség és azonos genotípus jellemzi.
A genokópiák beszerzésének módjai:
1. Szomatikus sejtmagok transzplantációja magvatlan tojásba;
2. Partenogenezis (androgenezis, gynogenezis) indukálása, amely lehetővé teszi a genotípus vagy az anya apára való teljes átadását a leszármazottaknak.
A differenciált szomatikus sejt egy adott szervezetre jellemző gének teljes készletét tartalmazza. Az ilyen sejtek kariotípusa semmiben sem különbözik a megtermékenyített petesejt (zigóta) kariotípusától.
A szomatikus sejtekben lévő állatokban differenciálódásuk után (7-8 nap) a genom egy részének stabil repressziója vagy inaktiválódása következik be, ami korlátozza a differenciált sejtmagok klónozásban való felhasználását.
A klónozás lépései:
Magok kivonása (blasztomerek 8-16 sejtembrióban);
A fogadó pete szétválasztása magos és nem magvörös fragmentumokra (magvatlan tojás kinyerése);
Egy magvatlan tojás fúziója sejtmaggal (blasztomerekkel) inaktivált Sendai vírus vagy elektromos tér segítségével;
A rekonstruált zigóta helyisége egy ogarhenger;
Embriók tenyésztése a köztes recipiensek petevezetékében egészen a blasztociszta stádiumig (7-8 nap);
Blastacysta transzplantáció a végső recipiensnek.
Chimaira- tűzokádó állat, oroszlánfejű, kecsketestű és sárkányfarkú szörnyeteg.
Chimera- egynél több megtermékenyített petesejtből származó, genetikailag heterogén sejtpopulációkból álló összetett, összetett állat.
Genetikai szempontból kimérák- ez 2 vagy korábbi embrió egyesülésének terméke, amelynek eredményeként összetett kombinált genotípussal rendelkeznek.
Kimérák- hibrid állatok, a leszármazottak szétválnak, de nincs rekombináció az eredeti fajták vagy fajok génjeiben, így a kimérák csak 1 generáció alatt őrzik meg az eredeti formák jellemzőit, tulajdonságait.
Kimérák előállításának módszerei
Aggregációs módszer kimérák létrehozására
V. Tarkovsky (1961) és B. Mints (1962) fejlesztette ki kiméra egerek kézhezvétele után.
Az embriókat a megtermékenyítést követő 4-5. napon távolítják el a nőstények petevezetékéből (8-16 blasztomer), pronáz enzimmel kezelik, hogy az átlátszó membrántól megszabaduljanak, és üveg mikrotűvel vagy a szálak kinyomásával összehozzák őket. mikropipetta tápközegben, paraffinolaj réteg alatt, fűtött asztali mikroszkópon (t 0 +37 0 С). Az egyesített embriókat 24-48 órán át tenyésztjük, amíg az aggregáció be nem fejeződik.
Injektálási módszer kimérák létrehozására
Fejlesztő: R. Gardner (1968).
Ebben az esetben az embriókat a blasztociszta stádiumában (7-8 nap) használják. Az embriót a manipulátorra erősített szívópipettával tartjuk, az átlátszó héj átszúrásával 2 üvegtűvel lyukat készítünk és kinyújtjuk. A kialakult résbe egy harmadik tűt szúrnak be, és segítségével a rés lyukká válik - egy öntőforma, amelybe injekciós pipettával fecskendezik be a donor embrió belső sejttömegét.
Transzgénikus állatok beszerzése.
Az oldal kiválasztásának modern módszerei - x. Az állatok az intraspecifikus genetikai variabilitáson alapulnak. A fajok általában genetikailag el vannak izolálva egymástól, pl. ne keresztezd, mert Ezt megakadályozzák az úgynevezett reproduktív izolációs mechanizmusok:
a) prezigóta - megakadályozza a zigóták képződését;
b) posztzigotikus - az állatok életképességének és termékenységének csökkenése.
A fajok biológiai határainak leküzdése és a fajok közötti genetikai variabilitás felhasználása új állatformák létrehozására géntranszfer segítségével lehetséges.
Idegen gének átvitele alatt a rekombináns DNS-molekulák testen kívüli transzplantációját értjük egy másik állat sejtjébe, fajtól függetlenül.
Ha egy idegen gén beépült egy másik állat genomjába, akkor az ilyen gént transzgénnek nevezik, és az állatokat transzgenikusnak nevezik. A transzgén által kódolt fehérjét transzgenikus terméknek nevezzük. Ha az állatok transzgéneket adnak át utódaiknak, akkor transzgénikus vonalak képződnek.
Ha egy idegen gén integrálódása a magasabbrendű állatok sejtjeiben történt, akkor azok új hordozóivá válnak örökletes tulajdonságokés új anyagokat állítanak elő számukra.
Három módszert alkalmaznak a gének emlősökbe történő átvitelére:
Rekombináns DNS mikroinjektálása a zigóta pronucleusába;
Retrovírusok alkalmazása vektorként;
Transzformált embrionális őssejtek injektálása az embrióba.
1.21. Sejt- és géntechnológia. Biotechnológia
Sejtmérnökség - Ez egy olyan irányzat a tudományban és a nemesítési gyakorlatban, amely a különböző fajokhoz tartozó szomatikus sejtek hibridizációs módszereit, szövetek vagy egész organizmusok egyedi sejtekből történő klónozásának lehetőségét vizsgálja.
A növénynemesítés egyik elterjedt módszere a haploid módszer - teljes értékű haploid növények kinyerése spermából vagy petékből.
Hibrid sejteket kaptak, amelyek egyesítik a vér limfocitáinak és a daganatos, aktívan szaporodó sejtek tulajdonságait. Ez lehetővé teszi, hogy gyorsan és megfelelő mennyiségben szerezzen antitesteket.
szövettenyészet- laboratóriumban növényi vagy állati szövetek, és néha egész organizmusok kinyerésére használják. A növénytermesztésben a tiszta diploid vonalak képződésének felgyorsítására használják az eredeti formák kolchicinnel történő kezelését követően.
Vegetatív szaporítás – dísz- és termesztett, zöldség- és gyümölcsnövényfajták megőrzésére szolgál.
Génmanipuláció- a mikroorganizmusok genotípusának mesterséges, céltudatos megváltoztatása előre meghatározott tulajdonságokkal rendelkező tenyészetek beszerzése érdekében.
A géntechnológia fő módszere a szükséges gének kiválasztása, klónozása és új genetikai környezetbe való bejuttatása. A módszer a következő munkalépéseket tartalmazza:
- génizoláció;
- kombinációja olyan sejt DNS-molekulájával, amely képes reprodukálni a donor gént egy másik sejtben (plazmidba zárás) - körkörös DNS;
- a plazmid bejuttatása a baktériumsejt - a recipiens - genomjába;
- a gyakorlati felhasználáshoz szükséges baktériumsejtek kiválasztása;
- a géntechnológia területén végzett kutatások nemcsak a mikroorganizmusokra, hanem az emberekre is kiterjednek. Különösen fontosak az immunrendszer, a véralvadási rendszer, az onkológiai rendellenességekkel járó betegségek kezelésében.
Biotechnológia- az élő szervezetek és biológiai folyamatok felhasználásának folyamata gyógyszerek, műtrágyák, biológiai növényvédő szerek előállítása során; biológiai szennyvíztisztításra, értékes fémek tengervízből való biológiai kinyerésére stb.
Az emberekben az inzulin képződéséért felelős gén felvétele az Escherichia coli genomjába lehetővé tette ennek a hormonnak az ipari előállítását.
A géntechnológia és a biotechnológia kilátásai:
- az ember számára hasznos szervezetek létrehozása;
- új gyógyszerek beszerzése;
- genetikai patológiák korrekciója és korrekciója.
Evolúció
szerves evolúció - ez az élő természet adaptív átalakulásának történelmi folyamata az élőlények szerveződésének minden szintjén, amelyet a visszafordíthatatlanság és az általános progresszív irány jellemez. Az evolúciós folyamat a genetikai információ véletlenszerű örökletes változásainak kiválasztásán alapul, amelyek bizonyos környezeti feltételek mellett preferenciális túlélési és szaporodási lehetőségeket biztosítanak az organizmusoknak. Ezeket a fenotípusosan megnyilvánuló változásokat a természetes szelekció felveszi, megőrzi és fokozza a filogenezis folyamatában. Az élőlények és fajok életképességét csökkentő változások megszűnnek.
Az első evolúciós elmélet megalkotója Jean-Baptiste Lamarck volt, aki megvédte a fajok változékonyságának és céltudatos fejlődésének gondolatát. egyszerű formák bonyolultakra. A belső fejlődési törekvés (célok) organizmusokhoz való hozzárendelését, valamint az egyén élete során szerzett tulajdonságok öröklődésére vonatkozó állításokat azonban a későbbi vizsgálatok nem erősítették meg. A külső környezetnek a szervezetre gyakorolt közvetlen, mindig megfelelő befolyásának elképzelése és az erre a hatásra adott célszerű reakciója tévesnek bizonyult. Az evolúciós elképzelések kidolgozásáért és a holisztikus evolúcióelmélet megalkotásáért C. Darwin és A. Wallace érdeme, akik alátámasztották a természetes kiválasztódás elvét, feltárták az evolúció mechanizmusait és okait.
Génmanipuláció. A molekuláris biológia fejlődése a 20. század végén. számos nagy gyakorlati jelentőségű felfedezéshez vezetett. Az ilyen eredmények közé tartozik a gének szintézisére és izolálására szolgáló módszerek megalkotása, amely a géntechnológia kezdetét jelentette.
Azt már tudjuk, hogy a gének a DNS szakaszai, amelyek enzimeket, fehérjehormonokat, védő-, szállító- és egyéb fehérjéket kódolnak. A bakteriális, állati vagy növényi sejtekben szintetizált fehérjék közül sok nagy gyakorlati értékkel bír az orvostudomány, a mezőgazdaság és az ipar számára. Leggyakrabban azonban kis mennyiségben a sejtek termelik őket, ezért széleskörű alkalmazásuk nehézkes vagy lehetetlen. Így a fehérje növekedési hormon termelése nagy jelentőséggel bír az orvostudomány számára. Az agyalapi mirigy termeli és szabályozza az emberi test növekedését, hiánya törpeséghez vezet. Ennek a hormonnak a bevezetése a törpeségben szenvedő gyermekek számára biztosítja a normális fejlődésüket.
Ha megtanulnánk, hogyan vihetünk be új, teljes fehérjéket kódoló géneket a növényi sejtekbe, akkor az ilyen növények tápértékükben nem különböznének az állati eredetű termékektől. Az összes szükséges aminosavat tartalmazó állati termékek (tej, tojás, hús, hal) hiányát a világ lakosságának több mint fele tapasztalja.
Egyes baktériumok sejtjeiben olyan fehérjék találhatók, amelyek nagy hatékonysággal képesek a Nap fényenergiáját energiává alakítani. elektromos energia. Ha nagy mennyiségben tudnánk ilyen fehérjéket előállítani, akkor ezek alapján lehetne ipari üzemeket létrehozni olcsó villamos energia előállítására. Ezeket és sok más problémát meg lehet oldani géntechnológiával.
Ma már számos módszer ismert a szükséges fehérjéket kódoló gének kinyerésére. Így módszereket dolgoztak ki adott nukleotidszekvenciájú DNS-molekulák kémiai szintézisére. Sőt, számos fehérjehormonokat és interferonokat kódoló gént, olyan fehérjét, amely megvédi az embert és az állatot a vírusoktól, már szintetizáltak ilyen módon.
Végül pedig a szükséges géneket nem lehet szintetizálni, hanem készen izolálni a különböző génekből. Egy speciális technikát fejlesztettek ki egyetlen kívánt gének izolálására a teljes DNS-tömegből, ahol több tízezer van.
A szintetizált vagy izolált gén beilleszthető az önmásoló bakteriofág DNS-be, és bejuttatható a baktériumsejtbe. Az ilyen baktériumok elkezdenek szintetizálni egy emberi vagy állati hormont, a kívánt enzimet vagy interferont. Ily módon bármilyen emberi, állati vagy növényi fehérje szintézisére alkalmas program bevihető a baktériumba.
Egy személy vagy más szervezet kívánt génje bevihető egy baktériumba anélkül, hogy kivágnánk a DNS-ből. A 28. ábra egy gén reverz transzkripcióval történő kinyerésére, bakteriális plazmidba való beágyazására és a baktérium által "idegen" fehérje előállítására szolgáló sémák egyikét mutatja. Az első szakaszban a kiválasztott génből kiolvasott mRNS-t izolálják a sejtekből. Ezután, mint egy mátrixon, szintetizálódik egy vele komplementer DNS-szál (cDNS). Ez a reverz transzkriptáz enzim segítségével történik, amelynek mesterséges magra van szüksége a szintézis elindításához - egy rövid DNS-fragmens, amely komplementer a templáttal. Kiderült, hogy egy hibrid DNS-RNS molekula. Miután eltávolítottuk az RNS-t ebből a molekulából, a második szál szintetizálódik a megmaradt egyszálú DNS-en. Az eredmény egy teljes DNS-molekula. Speciális enzimek segítségével beillesztik egy bakteriális plazmidba - egy körkörös extrakromoszómális DNS-molekulába, amely a kívánt gén hordozójaként működik. Egy ilyen rekombináns, azaz idegen információt tartalmazó plazmid „megfertőz” egy baktériumsejtet. Ebben a plazmid replikálódik, és egy másik mikroorganizmus, ember, állat vagy növény átvitt génje elkezd dolgozni. A szükséges fehérje felhalmozódik a baktériumsejtben, csak el kell különíteni a baktériumtömegtől. Az ilyen baktériumokat ipari méretekben szaporítják, és nagy mennyiségben kapják meg a szükséges fehérjét. Mindezek a technológiai módszerek az élet fizikai és kémiai alapjainak megértésében elért eredményeken alapulnak. A gyakorlati problémák megoldása a leírt molekuláris biológia és genetika módszerei segítségével a géntechnológia lényege.
kép 28. A kívánt fehérje génjének kinyerésének sémája
Cellular Engineering. Biotechnológia. A sejtbiológia sikerein alapuló sejtmanipuláció a génsebészet mellett áll. A tudósok megtanulták összekapcsolni a különböző növényfajok sejtjeit, kombinálva genetikai programjaikat. Az ilyen sejtek új tulajdonságokat szereznek, értékes gyógy- vagy tápanyagok, vitaminok termelőivé válnak. Az ilyen hibrid sejtekből új tulajdonságokkal rendelkező egész növényeket lehet nevelni, amelyek egyesítik a különböző fajok jellemzőit, amelyek általában nem keresztezik egymást. Megtanulták, hogyan lehet új géneket juttatni az állati sejtek embrióiba, és új, örökölhető tulajdonságokkal rendelkező állatokat szerezni.
Nincs messze a gyermek által a szülőktől kapott öröklési program korrekciója, abban az esetben, ha az "elrontott" géneket tartalmaz. Lehetővé válik, hogy az embrió fejlődésének korai szakaszában normális géneket vigyenek be az embrióba, és ezzel megmentsék az embereket a genetikai betegségek okozta szenvedésektől.
Az emberiség a genetikai programok felépítésének új korszakába lépett, és ezen az alapon a mikroorganizmusok, növények és állatok új formái jönnek létre. A technikában megkezdődik az élő sejt működésének fizikai-kémiai elveinek, energetikai eszközeinek széleskörű alkalmazása gyakorlati problémák megoldására, ipari technológiák létrehozására. Ígéretes irány alakult ki a biológiában - a biotechnológia.
- Milyen kihívásokkal néz szembe a sejt- és géntechnológia?
- Mi a lépések sorrendje a rekombináns plazmid előállításához?
- Milyen kilátások vannak a gén- és sejttechnológiában?