Ang tradisyonal na pagpili ng mga microorganism (pangunahin ang bacteria at fungi) ay batay sa eksperimental na mutagenesis at pagpili ng mga pinaka-produktibong strain. Ngunit kahit dito mayroong ilang mga kakaiba. Ang genome ng bakterya ay haploid, ang anumang mutasyon ay lilitaw na sa unang henerasyon. Bagama't ang posibilidad ng natural na paglitaw ng mutation sa mga microorganism ay kapareho ng sa lahat ng iba pang organismo (1 mutation sa bawat 1 milyong indibidwal para sa bawat gene), ang napakataas na reproduction rate ay ginagawang posible na makahanap ng kapaki-pakinabang na mutation para sa gene ng interes. sa mananaliksik.
Bilang resulta ng artipisyal na mutagenesis at pagpili, ang pagiging produktibo ng mga strain ng penicillium fungus ay nadagdagan ng higit sa 1000 beses. Ang mga produkto ng microbiological na industriya ay ginagamit sa pagbe-bake, paggawa ng serbesa, paggawa ng alak, at paghahanda ng maraming produkto ng pagawaan ng gatas. Sa tulong ng industriya ng microbiological, nakuha ang mga antibiotic, amino acid, protina, hormone, iba't ibang enzyme, bitamina at marami pa.
Ang mga mikroorganismo ay ginagamit para sa biological na paggamot Wastewater, mapabuti ang kalidad ng lupa. Sa kasalukuyan, ang mga pamamaraan ay binuo para sa pagkuha ng mangganeso, tanso, at chromium sa pagbuo ng mga dump ng mga lumang minahan sa tulong ng mga bakterya, kung saan ang mga maginoo na pamamaraan ng pagmimina ay hindi kumikita sa ekonomiya.
Biotechnology- ang paggamit ng mga buhay na organismo at ang kanilang mga biological na proseso sa paggawa ng mga sangkap na kinakailangan para sa tao. Ang mga bagay ng biotechnology ay bakterya, fungi, mga selula ng mga tisyu ng halaman at hayop. Ang mga ito ay lumaki sa nutrient media sa mga espesyal na bioreactor.
Ang pinakabagong mga paraan ng pag-aanak ang mga mikroorganismo, halaman at hayop ay cellular, chromosomal at genetic engineering.
Genetic engineering
Genetic engineering- isang hanay ng mga pamamaraan na nagbibigay-daan sa iyo na ihiwalay ang nais na gene mula sa genome ng isang organismo at ipasok ito sa genome ng isa pang organismo. Ang mga halaman at hayop kung saan ang mga "alien" na gene ay ipinakilala sa genome ay tinatawag transgenic, bacteria at fungi binago. Ang tradisyonal na object ng genetic engineering ay Escherichia coli, isang bacterium na nabubuhay sa bituka ng tao. Ito ay sa tulong nito na ang paglago ng hormone ay nakuha - somatotropin, ang hormone na insulin, na dati ay nakuha mula sa pancreas ng mga baka at baboy, interferon protein, na tumutulong upang makayanan ang isang impeksyon sa viral.
Kasama sa proseso ng paglikha ng nabagong bakterya ang mga sumusunod na hakbang.
- Paghihigpit- "pagputol" ng mga kinakailangang gene. Isinasagawa ito sa tulong ng mga espesyal na "genetic scissors", enzymes - restrictase.
- Lumikha ng isang vector- isang espesyal na genetic construct, kung saan ang nilalayong gene ay ipapasok sa genome ng isa pang cell. Ang batayan para sa paglikha ng isang vector ay plasmids. Ang gene ay natahi sa plasmid gamit ang isa pang pangkat ng mga enzyme - ligases. Ang vector ay dapat maglaman ng lahat ng kailangan para makontrol ang operasyon ng gene na ito - isang promoter, isang terminator, isang operator gene, at isang regulator gene, pati na rin ang mga marker genes na nagbibigay sa cell ng tatanggap ng mga bagong katangian na ginagawang posible na makilala ang cell na ito mula sa. ang orihinal na mga cell.
- Pagbabago- pagpapakilala ng vector sa bacterium.
- Screening- pagpili ng mga bakterya kung saan matagumpay na gumagana ang mga ipinakilalang gene.
- Pag-clone nabagong bakterya.
1 - cell na may orihinal na plasmid; 2 - nakahiwalay na plasmid; 3 - paglikha ng vector; 4 - recombinant plasmid (vector); 5 - cell na may recombinant plasmid.
Ang mga eukaryotic genes, hindi tulad ng mga prokaryotic, ay may mosaic na istraktura (exon, introns). Walang pagproseso sa mga bacterial cell, at ang pagsasalin sa oras at espasyo ay hindi nahihiwalay sa transkripsyon. Kaugnay nito, mas mahusay na gumamit ng mga artipisyal na synthesized na gene para sa paglipat. Ang template para sa naturang synthesis ay mRNA. Sa tulong ng enzyme reverse transcriptase, isang DNA chain ang unang na-synthesize sa mRNA na ito. Pagkatapos ang pangalawang strand ay nakumpleto dito sa tulong ng DNA polymerase.
Chromosomal engineering
Chromosomal engineering- isang hanay ng mga pamamaraan na nagpapahintulot sa mga manipulasyon sa mga chromosome. Ang isang pangkat ng mga pamamaraan ay batay sa pagpapakilala sa genotype ng isang organismo ng halaman ng isang pares ng mga dayuhang homologous chromosome na kumokontrol sa pagbuo ng mga nais na katangian ( mga linyang pinupunan), o pagpapalit ng isang pares ng homologous chromosome para sa isa pa ( pinalitan ang mga linya). Sa kaya nakuha na pinalitan at dinagdagan na mga linya, ang mga katangian ay kinokolekta na naglalapit sa mga halaman sa "ideal variety".
haploid na pamamaraan batay sa paglilinang ng mga haploid na halaman na may kasunod na pagdodoble ng mga chromosome. Halimbawa, ang mga haploid na halaman na naglalaman ng 10 chromosome ay lumaki mula sa mga butil ng pollen ng mais ( n= 10), pagkatapos ang mga chromosome ay dinoble at makakuha ng diploid ( n= 20), ganap na homozygous na mga halaman sa loob lamang ng 2-3 taon sa halip na 6-8 taon ng inbreeding.
Maaari rin itong isama paraan para sa pagkuha ng mga halamang polyploid(tingnan ang Lektura 23 Pag-aanak ng Halaman).
Cell engineering
Cell engineering— pagtatayo ng bagong uri ng mga cell batay sa kanilang paglilinang, hybridization at reconstruction.
Ang mga selula ng mga halaman at hayop, na inilagay sa nutrient media na naglalaman ng lahat ng mga sangkap na kailangan para sa buhay, ay maaaring hatiin, bumubuo mga kultura ng cell. Ang mga selula ng halaman ay mayroon ding pag-aari totipotensiya, ibig sabihin, kapag ilang kundisyon nagagawa nilang bumuo ng isang ganap na halaman. Samakatuwid, posibleng magparami ng mga halaman sa mga test tube sa pamamagitan ng paglalagay ng mga cell sa ilang nutrient media. Ito ay totoo lalo na para sa mga bihirang o mahahalagang halaman.
Sa tulong ng mga cell culture, posible na makakuha ng mahalagang biologically active substances (ginseng cell culture). Ang pagkuha at pag-aaral ng mga hybrid na selula ay nagbibigay-daan sa paglutas ng maraming problema ng teoretikal na biology (mga mekanismo ng pagkakaiba-iba ng cell, pagpaparami ng cell, atbp.). Ang mga cell na nakuha bilang resulta ng pagsasanib ng mga protoplast ng somatic cells na kabilang sa iba't ibang species (patatas at kamatis, mansanas at cherry, atbp.) Ay ang batayan para sa paglikha ng mga bagong anyo ng mga halaman. Sa biotechnology, ginagamit ang monoclonal antibodies mga hybridoma- isang hybrid ng mga lymphocytes na may mga selula ng kanser. Ang mga hybrid ay gumagawa ng mga antibodies, tulad ng mga lymphocytes, at may kakayahang dumami sa kultura nang walang hanggan, tulad ng mga selula ng kanser.
Ang paraan ng paglipat ng nuclei ng mga somatic cell sa mga itlog ay nagbibigay-daan sa iyo upang makakuha ng isang genetic na kopya ng hayop, iyon ay, ginagawang posible pag-clone hayop. Sa kasalukuyan, ang mga naka-clone na palaka ay nakuha, at ang mga unang resulta ng pag-clone ng mga mammal ay nakuha na.
Ang paraan ng pagsasanib ng mga embryo sa mga unang yugto ay ginagawang posible na lumikha chimeric hayop. Sa ganitong paraan, nakuha ang chimeric mice (fusion of embryo of white and black mice), isang chimeric animal sheep-goat.
Ang handbook na ito ay naglalaman ng lahat ng teoretikal na materyal sa kursong biology na kinakailangan upang makapasa sa pagsusulit. Kabilang dito ang lahat ng elemento ng nilalaman, sinuri ng kontrol at pagsukat ng mga materyales, at tumutulong sa pag-generalize at pag-systematize ng kaalaman at kasanayan para sa kurso ng pangalawang (kumpleto) na paaralan.
Ang teoretikal na materyal ay ipinakita sa isang maigsi, naa-access na anyo. Ang bawat seksyon ay sinamahan ng mga halimbawa. mga item sa pagsubok, na nagbibigay-daan sa iyong subukan ang iyong kaalaman at ang antas ng paghahanda para sa pagsusulit sa sertipikasyon. Ang mga praktikal na gawain ay tumutugma sa format ng USE. Sa dulo ng manwal, ang mga sagot sa mga pagsusulit ay ibinibigay na makakatulong sa mga mag-aaral at mga aplikante na subukan ang kanilang sarili at punan ang mga kakulangan.
Ang manwal ay naka-address sa mga mag-aaral, aplikante at guro.
Ang cell engineering ay isang direksyon sa science at breeding practice na pinag-aaralan ang mga paraan ng hybridization ng mga somatic cells na kabilang sa iba't ibang species, ang posibilidad ng pag-clone ng mga tissue o buong organismo mula sa mga indibidwal na cell.
Isa sa mga karaniwang paraan ng pagpaparami ng halaman ay ang haploid method - pagkuha ng ganap na haploid na mga halaman mula sa tamud o itlog.
Ang mga hybrid na selula ay nakuha na pinagsasama ang mga katangian ng mga lymphocytes ng dugo at tumor, na aktibong nagpaparami ng mga selula. Ito ay nagpapahintulot sa iyo na mabilis at sa tamang dami upang makakuha ng mga antibodies.
tissue culture - ginagamit upang makuha sa laboratoryo ang mga tisyu ng halaman o hayop, at kung minsan ay mga buong organismo. Sa produksyon ng pananim, ginagamit ito upang mapabilis ang produksyon ng mga purong diploid na linya pagkatapos ng paggamot sa mga orihinal na anyo na may colchicine.
Genetic engineering- artipisyal, may layuning pagbabago sa genotype ng mga microorganism upang makakuha ng mga kulturang may paunang natukoy na mga katangian.
Pangunahing paraan- paghihiwalay ng mga kinakailangang gene, ang kanilang pag-clone at pagpapakilala sa isang bagong genetic na kapaligiran. Kasama sa pamamaraan ang mga sumusunod na hakbang sa trabaho:
- paghihiwalay ng gene, ang kumbinasyon nito sa molekula ng DNA ng cell, na maaaring magparami ng donor gene sa isa pang cell (pagsasama sa plasmid);
– pagpapakilala ng isang plasmid sa genome ng isang bacterial cell – isang tatanggap;
– pagpili ng mga kinakailangang bacterial cell para sa praktikal na paggamit;
– Ang pananaliksik sa larangan ng genetic engineering ay umaabot hindi lamang sa mga mikroorganismo, kundi pati na rin sa mga tao. Ang mga ito ay partikular na nauugnay sa paggamot ng mga sakit na nauugnay sa mga karamdaman sa immune system, sa sistema ng coagulation ng dugo, sa oncology.
Pag-clone . Mula sa isang biological na pananaw, ang pag-clone ay ang vegetative reproduction ng mga halaman at hayop, ang mga supling nito ay nagdadala ng namamana na impormasyon na kapareho ng magulang. Sa kalikasan, ang mga halaman, fungi, protozoa ay na-clone, i.e. mga organismo na nagpaparami nang vegetative. Sa nakalipas na mga dekada, ang terminong ito ay ginamit kapag ang nuclei ng isang organismo ay inilipat sa itlog ng isa pa. Ang isang halimbawa ng naturang pag-clone ay ang sikat na tupa na si Dolly, na nakuha sa England noong 1997.
Biotechnology- ang proseso ng paggamit ng mga buhay na organismo at biological na proseso sa paggawa ng mga gamot, pataba, mga produktong proteksyon ng biological na halaman; para sa biological wastewater treatment, para sa biological na pagkuha ng mahahalagang metal mula sa tubig dagat, atbp.
Ang pagsasama sa genome ng Escherichia coli ng gene na responsable para sa pagbuo ng insulin sa mga tao ay naging posible upang maitatag ang pang-industriyang produksyon ng hormon na ito.
Nagtagumpay ang agrikultura sa genetically modifying dose-dosenang mga pananim na pagkain at kumpay. Sa pag-aalaga ng hayop, ang paggamit ng biotechnologically produced growth hormone ay nagpapataas ng mga ani ng gatas;
gamit ang isang genetically modified virus upang lumikha ng isang bakuna laban sa herpes sa mga baboy. Sa tulong ng mga bagong synthesize na gene na ipinakilala sa bakterya, ang isang bilang ng mga pinakamahalagang biologically active substance ay nakuha, sa partikular na mga hormone at interferon. Ang kanilang produksyon ay bumubuo ng isang mahalagang sangay ng biotechnology.
Sa pag-unlad ng genetic at cell engineering, parami nang parami ang pag-aalala sa lipunan tungkol sa posibleng pagmamanipula ng genetic material. Ang ilang mga alalahanin ay theoretically makatwiran. Halimbawa, imposibleng ibukod ang paglipat ng mga gene na nagpapataas ng paglaban sa mga antibiotic ng ilang bakterya, ang paglikha ng mga bagong anyo ng mga produktong pagkain, ngunit ang mga gawaing ito ay kinokontrol ng mga pamahalaan at lipunan. Sa anumang kaso, ang panganib mula sa sakit, malnutrisyon at iba pang mga pagkabigla ay mas mataas kaysa sa genetic na pananaliksik.
Mga Prospect para sa Genetic Engineering at Biotechnology:
- ang paglikha ng mga organismo na kapaki-pakinabang sa mga tao;
– pagkuha ng mga bagong gamot;
– pagwawasto at pagwawasto ng mga genetic pathologies.
MGA HALIMBAWA NG MGA GAWAIN
Bahagi A
A1. Ang paggawa ng mga gamot, mga hormone at iba pang mga biological na sangkap ay nakikibahagi sa direksyon tulad ng
1) genetic engineering
2) produksyon ng biotech
3) industriya ng agrikultura
4) agronomiya
A2. Kailan magiging pinakakapaki-pakinabang na paraan ang tissue culture?
1) sa pagtanggap ng isang hybrid ng mansanas at peras
2) kapag nag-aanak ng mga purong linya ng makinis na buto na mga gisantes
3) kung kinakailangan, i-transplant ang balat sa isang taong may paso
4) sa pagtanggap ng mga polyploid na anyo ng repolyo at labanos
A3. Upang artipisyal na makakuha ng insulin ng tao sa pamamagitan ng mga pamamaraan ng genetic engineering sa isang pang-industriya na sukat, ito ay kinakailangan
1) ipakilala ang isang gene na responsable para sa synthesis ng insulin sa bakterya na magsisimulang mag-synthesize ng insulin ng tao
2) mag-iniksyon ng bacterial insulin sa katawan ng tao
3) artipisyal na synthesize ng insulin sa isang biochemical laboratoryo
4) palaguin ang isang cell culture ng pancreas ng tao na responsable para sa synthesis ng insulin.
Bahagi SA
C1. Bakit marami sa lipunan ang natatakot sa mga produktong transgenic?
- 3.2. Pagpaparami ng mga organismo, ang kahalagahan nito. Mga paraan ng pagpaparami, pagkakatulad at pagkakaiba sa pagitan ng sekswal at asexual na pagpaparami. Ang paggamit ng sekswal at asexual na pagpaparami sa kasanayan ng tao. Ang papel na ginagampanan ng meiosis at pagpapabunga sa pagtiyak ng patuloy na bilang ng mga chromosome sa mga henerasyon. Paglalapat ng artificial insemination sa mga halaman at hayop
» pamagat ng Libro
Lektura #5
Paksa: Biotechnology at genetic engineering.
Mga Tanong: 1. Ang konsepto ng biotechnology
2. Genetic engineering at mga pamamaraan nito.
1. Ang konsepto ng biotechnology
Ang modernong biotechnology ay sumasakop sa isang nangungunang posisyon sa sistema ng biological, medikal, beterinaryo at zootechnical na pananaliksik, ay bagong anyo teknolohiyang pang-industriya, na batay sa mga biyolohikal na bagay - hayop, halaman at mikroorganismo.
Ang pangunahing layunin at layunin ng biotechnology ay naglalayong bumuo ng mga pamamaraan at pamamaraan na nagbibigay-daan sa pagkuha ng biologically active compounds (enzymes, hormones, vaccines), pati na rin ang pagbuo ng mga molecule ng mga bagong substance at paglikha ng mga bagong anyo ng mga organismo na wala sa kalikasan (chimeric molecules , hayop).
Sa pag-aalaga ng hayop, ang iba't ibang mga biotechnological na pamamaraan (genetic at cell engineering) ay malawakang ginagamit, sa tulong kung saan posible na mapabilis ang proseso ng pagpili upang lumikha ng mga bagong lubos na produktibong mga lahi ng mga pananim na agrikultura. hayop.
Sa biotechnology, dalawang termino ang ginagamit na naiiba sa nilalaman ng semantiko: "Gene engineering" - bilang isang paraan ng pag-aaral at pag-impluwensya sa mga proseso na nagaganap sa antas ng mga molekula at gene, at ang terminong "Genetic engineering" - bilang isang hanay ng mga pamamaraan na isinasagawa. mas malawak sa mga selula at organismo sa pangkalahatan.
Sa prinsipyo, ang parehong mga termino ay magkasingkahulugan at nagpapahiwatig ng mga pamamaraan na nagbibigay ng pagbabago at muling pagtatayo ng genetic na materyal, i.e. ang pagbuo ng isang bagong pagmamana.
Ang paggamit ng mga nagawa ng genetic engineering ay pangunahin sa mga sumusunod na lugar:
pag-aaral ng organisasyon ng genetic apparatus ng mas mataas na organismo;
ang paggamit ng mga mikroorganismo bilang mga producer ng mga sangkap na kapaki-pakinabang sa ekonomiya;
pagbuo ng mga bagong organismo sa pamamagitan ng paglipat ng mga dayuhang gene, i.e. pagkuha ng mga transgenic na hayop.
pagtaas ng kahusayan at pagpapabilis ng proseso ng pagpili;
pagtaas sa rate ng pagpaparami ng mga babae;
pangangalaga ng mahalaga, maliliit na populasyon ng gene pool ng mga endangered breed;
pagkuha ng mga supling mula sa baog, ngunit genetically mahalagang hayop;
pagtaas ng paglaban ng mga hayop sa mga sakit;
pagkuha ng monozygotic twins ng isang partikular na kasarian;
pagkuha ng mga chimera na nabubuo mula sa mga embryo na may edad na 5-6 na araw ng iba't ibang mga hayop (mga lahi, species) at pinagsama sa isa;
pagtaas ng pagkamayabong ng mga baka sa pamamagitan ng paglipat ng kalahati ng embryo sa parehong mga sungay ng matris.
Sa kasaysayan, ang biotechnology ay lumitaw sa batayan ng tradisyonal na microbiological (karamihan sa fermentation) na mga industriya. Maraming mga ganitong "teknolohiya" ang hindi sinasadyang ginamit noong sinaunang panahon sa paggawa ng alak, serbesa, tinapay, sour-gatas at mga produktong ferment.
Sa tulong ng biotechnology, dose-dosenang mga mamahaling biologically active substance ang kasalukuyang nakukuha, kabilang ang mga hormone, enzymes, bitamina, antibiotics, ilang gamot, tulad ng insulin, interferon, at iba pa.
Para sa sanggunian: ang insulin ay isang protina na kumokontrol sa asukal sa dugo; Ang interferon ay isang protina na nagpoprotekta sa hindi pa rin apektadong mga selula mula sa mga virus (influenza).
Gayunpaman, bago ang pagdating ng genetic engineering, ang interferon ay maaari lamang makuha sa mga bakas na halaga mula sa mga leukocytes (mga puting selula ng dugo).
Upang makakuha ng 1 gramo ng interferon, kailangan mong iproseso ang dugo mula sa 90 libong mga donor.
Ang mga pag-unlad ng biotechnological ay masinsinang ginagamit sa paglikha ng mga proseso ng paggawa ng hindi basura sa pagproseso ng mga hilaw na materyales, paglilinis ng tubig mula sa langis, dumi sa alkantarilya, sa paglaban sa mga peste sa agrikultura. mga pananim, pagkuha ng kumpay at protina ng pagkain, biogas, atbp.
Kaya, sa tulong ng mga microbes, ang tungkol sa 1 tonelada ng lebadura na naglalaman ng 600 kg ng protina ay nakuha mula sa 1 tonelada ng langis.
At isa pang bagay: na may pagpaparami, 1 bacterium (sa ilalim ng pinakamainam na kondisyon para sa pagkain, kapaligiran, at iba pang mga kadahilanan) pagkatapos ng 44 na oras ay makakabuo ng gayong mga supling, na ang masa nito ay tumutugma sa masa ng ating planeta (mga 6,000,000,000,000,000,000,000 tonelada) .
Ang mga biotechnological na pamamaraan, 6000 taon na ang nakalilipas, ay ginamit ng mga tao ng Mesopotamia kapag gumagawa ng nakakalasing na inumin, i.e. beer ng mga panahong iyon.
Alam ng mga sinaunang Egyptian kung paano gumawa ng serbesa gamit ang lebadura, asukal at pagbuburo. Ang mga Romano at Griyego ay gumamit ng katas ng ubas upang gumawa ng alak.
Batay sa itaas, sa tanong kung ano ang biotechnology, masasagot natin na ito ay ang agham ng paggamit ng mga buhay na organismo at biological na proseso sa produksyon.
Kaugnay ng nabanggit, ang kasaysayan ng paglitaw at pag-unlad ng biotechnology ay maaaring hatiin sa tatlong yugto.
Ang unang yugto ay ang pagsilang ng biotechnology. Sa loob ng maraming daan-daang taon, ang mga tao, na walang pang-agham na pag-unawa sa microbiology, biochemistry at iba pang mga agham, ay nakabuo at praktikal na matagumpay na gumamit ng mga pamamaraan ng biotechnology sa paggawa ng tinapay, paggawa ng keso, paggawa ng alak, ang paggawa ng mga produktong fermented na gatas, i.e. sinaunang sangay ng aktibidad na pang-ekonomiya.
Ang ikalawang yugto (XIX siglo) ay ang pagbuo ng biotechnology bilang isang agham. Ang simula ng mabilis na pag-unlad ng biotechnological sciences: genetics, microbiology, biochemistry, virology, physiology, embryology, atbp.
Ang ikatlong yugto (kalagitnaan ng 70s ng XX siglo) ay ang pagbuo ng biotechnology sa iba't ibang direksyon gamit ang mga pamamaraan ng genetic at cell engineering.
Ang unang biotechnological na pamamaraan sa pag-aalaga ng hayop ay ang artipisyal na pagpapabinhi ng mga hayop at pagpapakain ng pagkain.
Sa unang pagkakataon sa Russia noong 1887 V.I. Inilipat ni Shvedov ang pagdurog ng mga fertilized na itlog - mga zygotes ng daga.
Ang kasaysayan ng paglipat ng embryo ng bovine ay nagsimula noong 1950, nang ilipat ni O. Willem (USA) ang isang fertilized na itlog mula sa isang baka patungo sa isa pa at nakatanggap ng isang buhay na guya.
Sa mga bansang Europeo na nagsimulang gumamit ng embryo transplant bilang isang paraan na nagpapabilis sa proseso ng pagpili at nagpapataas ng kahusayan nito, kinakailangang tandaan ang France, Great Britain, Denmark, Germany, Italy, Belgium, at Slovakia.
Ang kasalukuyang yugto sa pag-unlad ng biotechnology ay nauugnay sa pagtuklas ng mga bagong pattern sa mga proseso ng buhay ng mga organismo sa antas ng molekular.
Ang pag-unlad ng biotechnology ay humantong sa paglikha industriyal na produksyon sa pagkuha ng iba't ibang biological na paghahanda para sa kanilang paggamit sa medisina, beterinaryo na gamot, industriya ng pagkain.
Bawat taon, ang bilang ng mga teknolohiya, pamamaraan at paghahanda na idinisenyo upang mapataas ang produktibidad ng hayop at kalidad ng produkto ay tumataas. Mayroong higit sa 450 biotech na kumpanya sa buong mundo na gumagawa ng mga gamot upang mapanatili ang kalusugan ng mga hayop at mapataas ang kanilang produktibidad.
Mga direksyon ng biotechnology
Ang isa sa mga pinaka-promising na lugar ay ang embryo cloning, i.e. pagkuha ng pinakamataas na bilang ng mga supling mula sa mataas na produktibong mga hayop.
Para dito, binuo ang isang paraan para sa paglikha ng magkaparehong (clone) na mga embryo sa pamamagitan ng pagpapapasok ng nucleus ng isang cell ng isang embryo ng isang high-class na hayop sa isang hindi na-fertilized na itlog na may dati nang tinanggal na nucleus, na may maliit na halaga sa mga tuntunin ng pag-aanak; paghahati ng mga embryo sa dalawa, apat, anim at walong bahagi.
Ang mga single-cell na "synthetic" na embryo ay natutong lumaki hanggang sa 8-, 16- at kahit na 32-cell na yugto sa laboratoryo. Samakatuwid, hindi lamang sila maaaring itanim sa mga baka o frozen para sa imbakan, ngunit ginagamit din para sa kasunod na pag-clone. Kaya, ang isang walang limitasyong bilang ng mga embryo ay maaaring makuha sa vitro, hindi kasama ang pamamaraan para sa pagkuha ng mga ito mula sa lubos na produktibong mga hayop. Sa teorya, mula sa isang embryo ng baka, maaari kang magkaroon ng libu-libong hayop.
Ang isa pang tagumpay ng biotechnological na pananaliksik sa larangan ng pag-aalaga ng hayop, na may praktikal na kahalagahan, ay ang paraan ng pagkuha transgenic mga hayop na may dayuhang gene na "naka-embed" sa kanilang genome. Sa tulong nito, ang mabilis na lumalagong mga hayop na may mataas na produksyon ng gatas, panlaban sa sakit, atbp. ay maaaring makuha sa maikling panahon.
Ang pagkuha ng kahit isang hayop na may minanang gene transplant ay itinuturing na isang mahusay na tagumpay. Ang nasabing hayop ay itinuturing na batayan para sa paglikha ng isang bagong linya.
Ngayon, ang biotechnology ay ginagamit upang malutas ang maraming praktikal na isyu ng pagpapabuti ng kahusayan ng pangangalagang pangkalusugan, pagtaas ng mga mapagkukunan ng pagkain ng bansa at pagbibigay ng iba't ibang industriya ng mga hilaw na materyales, paglikha at paggamit ng cost-effective na renewable na mapagkukunan ng enerhiya at mga industriyang walang basura, pagbabawas ng mga nakakapinsalang epekto ng antropolohiya sa kapaligiran at sa iba pang industriya.
Sa kasalukuyan, sa mga pinaka-maunlad na bansa, ang mga negosyo ay nilikha at patuloy na nilikha na, gamit ang biotechnology, gumawa ng mga feed at feed additives, mga produktong pagkain, medikal na paghahanda, isagawa ang paglipat ng embryo at lutasin ang iba pang mga problema sa ekonomiya.
Ito ay pinaniniwalaan na ang karagdagang pag-unlad ng sangkatauhan ay hindi lamang higit na nakasalalay sa pag-unlad ng biotechnology, ngunit hindi ito magagawa kung wala ito, dahil walang iba pang siyentipikong mga panukala na magbibigay, una sa lahat, ng pagkain para sa lumalaking. populasyon ng Earth.
Ang pinaka-promising na mga lugar sa biotechnology ay ang mga produksyon na nauugnay sa hindi tradisyonal na produksyon sa mga biofactories, sa kinakailangang dami ng protina, mahahalagang amino acid, gamot, biogas at solar energy conversion.
2. Genetic engineering at mga pamamaraan nito
Ang modernong genetic engineering ay gumagamit ng isang kumplikadong iba't ibang mga pamamaraan at teknolohiya sa antas ng mga molekula, mga elemento ng cellular (chromosome, nuclei), somatic at germ cells, sa isang organismo sa iba't ibang yugto ng ontogenesis.
Ang proseso ng synthesizing interferon chemically mula sa dugo ng mga hayop ay kumplikado at mahaba. Samakatuwid, gumamit kami ng mga microorganism (E. Coli), na nakuha ng genetic engineering, na may kakayahang gumawa ng mga interferon ng tao, na nagpapagana ng mga proseso na nakakaapekto sa antiviral resistance.
Ang insulin, human growth hormone, interferon ay nakuha sa pamamagitan ng mga pamamaraan ng genetic engineering sa mga kondisyong pang-industriya. Ang mga pamamaraan para sa synthesis ng albumin, iba't ibang mga bakuna, ilang mga enzyme, at growth hormone ay ginagawa. hayop.
Sa batayan ng genetic engineering, ang gene therapy ay nilikha, na ginagawang posible na iwasto ang mga namamana na depekto sa pamamagitan ng pagpapapasok ng ganap na mga gene sa katawan. Ang mga higanteng daga ay nakuha sa ganitong paraan. Ang gene para sa growth hormone ay "naka-embed" sa kanilang genome.
3. Cellular at embryonic engineering.
Cellular engineering. Ang cell engineering ay nauunawaan bilang isang paraan ng pagbuo ng isang bagong uri ng mga cell batay sa kanilang paglilinang, hybridization at reconstruction.
Ang isa sa mga mahalagang lugar ng cell engineering ay ang hybridization ng mga somatic cells.
Ang kakanyahan nito ay nakasalalay sa koneksyon ng mga cell na may mga chromosome set ng napakalayo na species.
Ginagamit ng somatic hybridization ang kakayahan ng mga cell sa isang kultura na magsama sa isa at bumuo ng nucleus na naglalaman ng mga chromosome ng iba't ibang genome. Ginagawa ito gamit ang Sendai virus.
Sa kasalukuyan, ang mga hybrid cell culture ng dose-dosenang malalayong species ay nakuha na (mouse x chicken; mouse x monkey; rabbit x monkey; soybean x pea; soybean x corn, atbp.).
Ito ay naging posible na pagsamahin sa isang cell kahit na ang mga malalayong anyo tulad ng manok x lebadura, atbp.
Gayunpaman, ang interspecific incompatibility ay nananatiling batas sa somatic hybridization.
Sa paglipas ng panahon, sa isang hybrid na kultura, mayroong isang dibisyon sa mga cell ng parehong uri, na hindi naglalaman ng mga chromosome ng pangalawang uri.
Ang sitwasyong ito ay naging lubhang mahalaga para sa pag-aaral ng lokalisasyon at likas na katangian ng pagkilos ng ilang mga gene.
embryonic engineering. Kasama sa lugar na ito ang paglilipat ng embryo. Ang biotechnology sa pagpaparami at pagpili ng mga baka ay partikular na kahalagahan. Ang mga baka ay monocytic mammal. Sa pinakamainam, isang guya bawat taon ay ginawa mula sa bawat baka, habang ang obaryo ay naglalaman ng daan-daang libong mga immature germ cell - mga oocytes, na kumakatawan sa isang malaking genetic reserve.
Ang pangunahing solusyon sa problema ng pinabilis na pagpaparami ng mga alagang hayop ay ang paglipat sa mga di-tradisyonal na paraan upang mapataas ang pagkamayabong. Sa hinaharap, ang biotechnology ay isinasaalang-alang bilang batayan para sa pinabilis na pagpaparami ng lubos na produktibong mga hayop at buong populasyon.
Ang mga pamamaraan ng biotechnology na ginamit sa pagsasanay ng pagpaparami ay kinabibilangan ng artipisyal na pagpapabinhi, malalim na pagyeyelo at pangmatagalang pag-iimbak ng semilya ng toro, induction ng estrus at pag-synchronize nito, regulasyon ng oras ng calving.
Kamakailan, kasama ng mga tradisyonal na biotechnical na pamamaraan na ito, ang paglipat ng embryo ay nakakuha ng praktikal na kahalagahan, na kung saan ay itinuturing na isang epektibong paraan ng biotechnology para sa pinabilis na pagpaparami ng napakahalagang mga hayop sa pag-aanak.
Ang paglipat ng embryo ng bovine ay isang bagong biotechnical na pamamaraan para sa pinabilis na pagpaparami ng lubos na produktibong mga hayop, na makabuluhang pinatataas ang papel ng stock ng pag-aanak, ay bahaging bumubuo breeding programs at isa sa mga paraan upang paigtingin ang paggamit ng genetic potential ng record-breaking na mga baka. Ang paglipat ng embryo ay epektibo lamang kapag ginamit ang mga hayop na may halagang genetically, nasubok para sa kalidad ng mga supling at kinikilala bilang mga tagapagpabuti.
Kung isasaalang-alang natin na posibleng makatanggap ng mga embryo mula sa isang donor 4-5 beses sa isang taon, pagkatapos ay nasa kasalukuyang yugto Ang pag-unlad ng biotechnology ng paglipat ay halata tunay na pagkakataon taunang resibo ng 20-25 guya mula sa isang record holder na baka. Gamit ang 20 record na baka bilang mga donor ng embryo, sa loob ng 2-3 taon posible na lumikha ng isang napaka-produktibong kawan ng pagawaan ng 200-300 baka. Sa tradisyonal na paraan, hindi hihigit sa 30 baka at 30 toro ang maaaring makuha mula sa parehong 20 baka sa panahong ito.
Ang mga baka, mga baka, kung saan inilipat ang mga embryo, ay karaniwang tinatawag na mga tatanggap, at ang mga baka kung saan nakuha ang mga embryo ay tinatawag na mga donor. Ang epekto ng paglipat ay higit na tinutukoy ng pagpili ng mga baka. Ang pinakamahusay na mga baka o mga inahing baka ay ginagamit bilang mga donor, at ang mga pinakamasamang baka o mga inahing baka ay ginagamit bilang mga tatanggap.
Kung mas mataas ang pagkakaiba ng kalidad sa pagitan ng donor at ng tatanggap, mas kapaki-pakinabang ang paggamit ng paraan ng paglipat batay sa paggamit ng mga baka na may mataas na naitalang produktibidad bilang mga donor. Para sa pagpapabinhi ng mga donor na baka, ang tabod ng pinakamahusay na mga toro, na sinusuri ng kalidad ng mga supling, ay ginagamit.
Karamihan kahalagahan ang paraan ng paglipat ng embryo ay maaaring gamitin kapag nag-aanak at pumipili ng mga sires ng natitirang halaga ng pag-aanak, dahil ang posibilidad ng pagpili ng mga toro mula sa mga ina na may mataas na rekord ng produktibo ay tumataas.
Ang pagkuha ng mga transplant steers mula sa natitirang mga magulang ay hindi nakakabawas sa problema ng kanilang kasunod na pagtatasa ng kalidad ng mga supling, ngunit makabuluhang pinatataas ang posibilidad ng pagpili (sa pamamagitan ng pagtaas ng pagkakaiba-iba ng pag-aanak ng mga ina) mga natitirang mga pagpapabuti para sa paggamit sa mga halaman ng pag-aanak at sa malakihang sukat. mga kondisyon ng pag-aanak.
Ang paggamit ng paraan ng paglipat ng embryo ay naglalagay ng lahat ng gawaing pag-aanak sa isang bagong masinsinang landas para sa pagpapaunlad ng mga lahi, na nagbibigay ng pagtaas sa produktibidad dahil sa produksyon at malawakang paggamit ng mga producer na may mataas na kakayahan sa kumbinasyon.
Ang paglipat ng embryo ay mabilis na umuunlad, at ang pamamaraan mismo ay ginagamit sa ibang bansa para sa mga komersyal na layunin. Mahigit sa 80 komersyal na embryo transfer center ang naitatag sa Estados Unidos. Sa bansang ito, kung saan ang paglipat ng embryo ay inilalagay sa isang matatag na teknolohikal na batayan, higit sa 100 libong mga guya ang natatanggap taun-taon. Ang mga katulad na komersyal na organisasyon para sa paglipat ng embryo ay naitatag sa iba pang mga binuo na bansa ng Kanlurang Europa. Sa USSR, ang mga pag-unlad sa paglipat ng embryo ay nagsimula noong kalagitnaan ng 1970s.
Ang layunin ng transplant ay upang:
Paglikha ng mga lahi, linya, pamilya o mga espesyal na uri ng hayop;
Pagsasama-sama o pagpapabuti ng mga umiiral na lahi, linya, pamilya ng mga hayop;
Crossbreeding ng mga lahi, linya, pamilya at interspecific hybridization;
Regulasyon ng maramihang pagbubuntis ng mga hayop sa bukid;
Hawak siyentipikong pananaliksik at pagsasanay ng mga espesyalista (bilang isang proseso ng pag-aaral).
Pagpili ng donor at poliovulation.
Ang pinakamahalagang criterion sa mga unang yugto ng pagpili ng mga donor cows ay ang kanilang mataas na halaga ng pag-aanak, i.e. ang kakayahang magpasa ng mga gene na may mataas na produktibidad sa kanilang mga supling. Ang halaga ng pag-aanak ng donor ay dapat kumpirmahin hindi lamang ng mataas na produktibo ng baka mismo, kundi pati na rin ng kanyang mga kamag-anak. Ang grupo ng mga donor na napili bilang mga ina ng mga magiging sires ay kinabibilangan ng pinakamahuhusay na baka ng mga breeding herds.
Una, ang halaga ng pag-aanak ng isang donor na baka ay tinutukoy ng produktibidad ng gatas na may kumpletong paggagatas ng 305 araw, ang nilalaman ng taba at protina sa gatas, ang pagiging angkop ng mga baka para sa paggatas ng makina, ang lakas ng konstitusyon at panlabas.
Kapag pumipili, ang mga donor ay napapailalim sa pangkalahatan at espesyal na mga kinakailangan. SA pangkalahatang pangangailangan isama ang sumusunod:
Ang hayop ay dapat na klinikal na malusog;
Ang donor ay dapat masuri ayon sa uri ng nervous system, conformation at konstitusyon;
Ang donor ay dapat masuri sa mga tuntunin ng mga katangian ng reproduktibo (pag-unlad at pisyolohikal na estado ng mga genital organ, ang haba ng panahon ng serbisyo, ang kalidad at posibilidad na mabuhay ng mga supling);
Ang bawat donor ay dapat mayroong sertipiko ng beterinaryo na nagsasaad ng kanilang klinikal na kondisyon.
Kasama sa mga espesyal na kinakailangan ang mga kinakailangan na nag-aambag sa pagkamit ng pangwakas na layunin ng paglipat ng embryo, habang isinasaalang-alang ang mga sumusunod:
Ang donor ay dapat na isang tipikal na kinatawan ng lahi, linya, pamilya sa mga tuntunin ng panlabas, konstitusyon at mga tampok na kapaki-pakinabang sa ekonomiya;
Ang donor ay dapat na masuri ayon sa tribo gamit ang mga biometric na pamamaraan;
Ang mga katangian na kapaki-pakinabang sa ekonomiya ng donor ay dapat masuri para sa posibilidad ng kanilang pagiging tugma sa phenotypic sa mga nakaplanong genotype ng hayop.
Ang mataas na gastos sa pagkuha ng mga guya sa pamamagitan ng embryo transplantation ay nangangailangan ng pagpili ng mga naturang donor kung saan ang malaking bilang ng mga embryo ay maaaring regular na makuha. Ang kagustuhan ay dapat ibigay sa mga baka na nagpapanatili ng isang matatag na kapasidad sa pag-aanak para sa tatlong mga calvings. Mula sa mga donor na baka na may mahusay at matatag na kakayahan sa reproduktibo, ang mga embryo ay maaaring regular na makuha tuwing 2 buwan.
Kung magpapatuloy tayo mula sa karaniwang tinatanggap na posisyon na isang guya bawat taon ay dapat makuha mula sa isang baka, kung gayon ang intercalving period ay hindi dapat lumampas sa 365 araw sa karaniwan. Samakatuwid, ang pagkuha ng isang guya mula sa bawat baka sa loob ng 365 araw ay ang pangunahing tagapagpahiwatig ng kanyang mahusay na kakayahan sa reproduktibo.
Upang masuri ang kakayahan sa reproduktibo, maaari mong gamitin ang index ng kakayahan sa reproduktibo IVS, na tinutukoy ng formula IVS \u003d (n-1) 365 100 D, kung saan ang n ay ang bilang ng mga guya na natanggap, D ay ang bilang ng mga araw sa pagitan ng una at huling calving. Sa isang matatag na kakayahan sa reproduktibo, ang index ay hindi dapat lumampas sa 100.
Ang tagal ng panahon ng embryonic sa mga baka ay nasa average na 285 araw, samakatuwid, ang pinakamainam na panahon ng serbisyo ay hindi dapat lumampas sa 80 araw. Sa panahong ito, ang baka ay dapat na fertilized.
Pagkatapos ng pagpili ng mga donor cows, magsisimula ang maramihang obulasyon (poliovulation). Ang pamamaraang ito ay binuo ng Soviet embryologist M.M. Zavadovsky at ang kanyang mga tauhan. Pinatunayan nila na kung ang mga gonadotropic hormone ay ipinakilala sa dugo ng isang babae, ito ay humahantong sa pagpapasigla ng pagkahinog ng isang karagdagang bilang ng mga follicle. Ang buntis na mare serum (FFK) ay ginamit bilang isang gonadotropic hormone.
Isang mahalagang link sa modernong biotechnology ng bovine embryo transplantation ay ang hormonal induction ng superovulation sa donor cows. Tanging ang mga baka na positibong tumugon sa pagpapakilala ng mga hormone ay inilipat sa grupo ng donor.
Upang pasiglahin ang maramihang obulasyon, ang FFA gonadotropin ay ginagamit kasama ng mga prostaglandin at iba pang biologically active substances. Ang pamamaraang ito ay nagbibigay-daan sa iyo na magbuod ng poliovulation sa halos 70% ng mga baka. Ang pinakamainam na resulta ng poliovulation ay ang paglabas ng 10-20 itlog mula sa obaryo papunta sa funnel ng oviduct. Ang average na bilang ng mga obulasyon ay halos 10, at ang pagpapabunga ng mga itlog ay umabot sa 80%.
Gayunpaman, isang maliit na bahagi lamang ng mga donor ang nagpapakita ng paulit-ulit na tugon ng ovarian pagkatapos ng induction ng poliovulation. Sa pangkalahatan, ang mga donor na baka ay tumutugon nang hindi regular sa paulit-ulit na hormonal na paggamot, i.e. minsan maganda ang reaksyon nila, at minsan naman masama ang reaksyon nila. Samakatuwid, ang bilang ng mga obulasyon at ang ani ng mga embryo ay hindi matatag.
Ang poliovulation ay naiimpluwensyahan din ng mga salik tulad ng yugto ng paggagatas, patay na panganganak o mahirap na panganganak, oras ng estrus, dosis ng FFA, buwan ng calving, lahi, kondisyon sa ekonomiya, timbang ng katawan ng donor, stress, antas at kalidad ng pagpapakain, atbp.
Nabatid na ang pagpapahaba ng lactation period ay nakakatulong sa mas magandang reaksyon ng mga baka sa ipinakilalang FFA. Ang pinakamainam na oras upang mapukaw ang poliovulation sa nagpapasusong mga itim-at-puting baka ay mula sa ika-60 araw pagkatapos ng panganganak.
Upang ma-optimize ang poliovulation at makakuha ng biologically valuable embryo, kinakailangan na magbigay ng kumpletong pagpapakain ng donor, balanse sa lahat ng nutrients.
Ang pinakamainam na dosis para sa mga baka ng donor ng FFA ay 2500-3000 IU. Kapag na-inject sa dosis na ito, ang average na 9 obulasyon sa bawat positibong tumutugon na donor ay nakukuha.
Ang pinakamataas na epekto ng poliovulation ay nakakamit sa pagpapakilala ng FFA sa pagitan ng 10-12 araw ng estrous cycle (mid-luteal phase) at pagkatapos ng ika-2 araw ng prostaglandin, na nagiging sanhi ng regression ng corpus luteum, estrus at obulasyon. Sa loob ng 48 oras ng pag-iniksyon ng prostaglandin, 95% ng mga donor na baka ang poliovulate na may lahat ng mga palatandaan ng estrus.
Ang maramihang poliovulation ay napapailalim sa malaking pagkakaiba-iba. Samakatuwid, hindi lahat ng donor cows ay may parehong predisposisyon sa maramihang obulasyon. Para sa epektibong maramihang poliovulation ay nangangailangan ng maingat na pagpili ng mga donor para sa isang bilang ng mga indicator.
Pagpili ng producer.
Kapag pumipili ng mga toro, sinusuri sila ng karyotype upang maibukod ang mga abnormalidad ng chromosomal. Ang mga supling ng mga napiling sires ay dapat na walang mga conformational defects.
Sa karamihan ng mga kaso, ang pagpili ng mga producer at donor ay isinasagawa ayon sa plano ng custom na pagsasama alinsunod sa programa ng pag-aanak. Ang tamud ng mga producer na pinili para sa pagpapabinhi ng mga donor ay dapat na nailalarawan sa pamamagitan ng pinakamataas na pagkamayabong, hindi mas mababa sa 85-90%.
Ang pangunahing criterion para sa reproductive na kakayahan ng mga producer ay ang indicator ng fertilizing kakayahan ng kanilang sperm. Kaya, upang masuri ang sire na sinusuri (bull, boar, ram) sa pamamagitan ng kakayahan sa pagpapabunga ng tamud, isang control mating ay nakaayos. Upang gawin ito, tatlo o apat na grupo ng mga baka (800-1000 ulo) ang pinili mula sa iba't ibang kawan.
Kung ang kakayahan sa pagpapabunga ng tamud ng nasubok na toro ay 60% o mas kaunti, kung gayon ang naturang toro ay pinutol. Sa pagsasagawa, ang tagapagpahiwatig na ito ay tinutukoy ng bilang (porsiyento) ng mga baka na pinataba mula sa unang pagpapabinhi. Ang pagkamayabong ay tinutukoy ng kawalan ng estrus sa loob ng 60-90 araw pagkatapos ng insemination.
Ginagawang posible ng mga pamamaraan ng artipisyal na pagpapabinhi upang matukoy ang kakayahan sa pagpapabunga ng tamud nang mas maaga. Kaya, ang intensity ng culling bulls sa mga tuntunin ng sekswal na aktibidad at kalidad ng tamud ay 25-30%. Ang isang makabuluhang halaga ng tamud (20-30%) ay tinanggihan kapag sinusuri ang mga bagong nakuha na ejaculates, 10-15% - na may biological na kontrol ng tamud 24 na oras pagkatapos ng pagyeyelo.
Insemination ng donor cows.
Ang pagiging epektibo ng poliovulation ay kasunod na tinutukoy ng pagiging epektibo ng artipisyal na pagpapabinhi ng mga donor. Ang mga resulta ng maraming pag-aaral ay nagpapakita na 60-65% lamang ng mga resultang embryo ang angkop para sa paglipat sa mga tatanggap. Ang natitirang 35-40% ay mga itlog o degenerated embryo.
Para sa artipisyal na pagpapabinhi ng mga donor na baka, kinakailangan na gamitin ang tamud ng mga natitirang sires lamang, na mapagkakatiwalaan na tinasa ng kalidad ng mga supling.
Ang mga kinakailangan para sa pagtatasa ng pagkamayabong ng semen ng toro na inilaan para sa pagpapabinhi ng mga donor na baka ay dapat na mas mataas kaysa sa pagpapabinhi ng iba pang mga baka. Ang kakayahan sa pagpapabunga ng tamud ng naturang mga toro ay dapat na hindi bababa sa 70% na may mataas na katumpakan ng pagtatasa nito.
Upang madagdagan ang pagkamayabong ng mga donor at ang pagpapalabas ng mga embryo, kasama ang paggamit ng mataas na kalidad na tamud, kinakailangan upang matukoy ang tiyempo ng estrus para sa napapanahong artipisyal na pagpapabinhi. Maraming senyales ng poliovulation ang nagpapahiwatig na ang maikling panahon lamang ang pinakakanais-nais para sa epektibong pagpapabunga at pagkuha ng biologically valuable embryo.
Mayroong iba't ibang mga opinyon ng mga eksperto tungkol sa oras at dalas ng pagpapabinhi ng mga baka na may hormonally induced estrus. Bilang isang patakaran, ang mga naturang baka ay inseminated ng dalawang beses: sa unang pagkakataon sa simula ng estrus at sa pangalawang pagkakataon pagkatapos ng 12-24 na oras.
Sa ating bansa, ang mga donor cows ay artipisyal na inseminated dalawang beses sa isang araw na may pagitan ng 10-12 oras, sa bawat oras na may dalawa o tatlong dosis ng frozen na semilya.
Tatlong pamamaraan ang ginagamit para sa artipisyal na pagpapabinhi ng mga donor na baka: biswal(gamit ang vaginal speculum); manoservikal(pagpasok sa puki ng isang may guwantes na kamay at isang pinaikling pipette); rectocervical(na may pag-aayos ng cervix at kontrol sa pag-usad ng insemination pipette na may kamay na ipinasok sa tumbong).
Ang pinakamataas na kahusayan ng artipisyal na pagpapabinhi ng mga donor cows ay ibinibigay ng rectocervical na paraan, na nagpapahintulot sa iyo na kontrolin ang estado ng genital tract ng donor. Ang araw kung saan isinasagawa ang artipisyal na insemination ng donor cow ay itinuturing na petsa ng insemination.
Ang mga monoclonal antibodies ay mga immunoglobulin na na-synthesize ng isang clone ng mga cell.
Ang promising ay ang hybridization ng cancer at normal na mga cell, batay sa kung saan nakuha ang mga hybrids - mga hybridoma na gumagawa ng monoclonal antibodies.
Ang ibig sabihin ng hybridoma ay isang hybrid na cell na nagmula sa pagsasanib ng isang cell na gumagawa ng antibody na may isang cancer cell, na ginagawang ang hybridoma ay may kakayahang magparami nang walang katapusan kapag na-culture sa vitro.
Sa kasong ito, ang mga hybridoma ay nagmamana mula sa isang normal na selula ng magulang ng kakayahang makagawa ng isang mahalagang biological substance - isang antibody, at mula sa isang selula ng kanser - ang kakayahang walang limitasyong paglaki at pagbuo ng isang monoclone.
Ang antibody ay isang protina na synthesize ng immune (proteksiyon) system ng katawan na partikular na nagbubuklod sa isang antigen.
Bilang isang resulta ng isang proteksiyon na reaksyon sa isang antigen (dayuhang protina), isang buong kumbinasyon ng iba't ibang mga antibodies ay nabuo, na kumakatawan sa isang hindi mahahati na halo.
Samakatuwid, imposibleng ihiwalay ang ninanais na antibody sa purong anyo sa pamamagitan ng mga tradisyonal na pamamaraan.
Posibleng makakuha ng mga purong antibodies ng isang tiyak na linya kung ihihiwalay natin ang cell na gumagawa ng antibody na kailangan natin at bubuo ng clone mula dito.
Ang mga anti-forming cells ay hindi kayang lumaki sa isang nutrient medium. Samakatuwid, dapat silang pinagsama (ibig sabihin, konektado) sa myeloma (mga selula ng kanser) na may kakayahang walang limitasyong paghahati sa isang nutrient medium at ang paggawa ng mga monoclonal antibodies.
Mga paraan ng pagkuha ng mga embryo at ang kanilang pagsusuri.
Ang kahusayan ng paraan ng paglipat ay higit na tinutukoy ng paraan ng pagkuha ng mga embryo. Mayroong iba't ibang paraan upang makuha ang mga embryo. Ang pinakasimple ay ang pagkatay ng donor. Ginamit ito sa mga unang yugto ng pag-unlad ng paglipat para sa pagpapakita bilang isang kasanayang pang-edukasyon at para sa mga layuning pang-agham. Ang oras sa pagitan ng pagpatay ng donor at ang paghuhugas ng mga embryo ay hindi dapat lumampas sa 30-40 minuto, i.e. Ang mga embryo ay dapat makuha bago magsimula ang proseso ng cellular digestion sa mga maselang bahagi ng katawan. Sa kasalukuyan, dahil sa pagkawala ng isang genetically valuable donor cow, hindi ito ginagamit.
Ginamit ang surgical extraction ng mga embryo noong dekada 70. Ang mga embryo ay kinukuha sa pagitan ng 7-8 araw pagkatapos ng unang artipisyal na pagpapabinhi. Sa washout, isang average na 5 embryo ang maaaring makuha mula sa bawat donor. Tatlong paraan ang nabuo: pagkuha ng mga embryo sa pamamagitan ng isang paghiwa sa itaas na fornix ng ari; laparotomy kasama ang puting linya ng tiyan (sa ilalim ng kawalan ng pakiramdam ng donor); laparotomy sa rehiyon ng gutom na fossa sa paggamit ng local anesthesia. Ang surgical na paraan ng pagkuha ng mga embryo ay mas matrabaho; kinakailangan ang mataas na kwalipikadong surgeon, operating room at sterile na kondisyon. Samakatuwid, ginagamit ito sa mga bihirang kaso, para lamang sa mga layuning pang-agham.
Ang catheter (non-surgical) na paraan ng pagkuha ng embryo ay halos hindi nagdudulot ng anumang komplikasyon sa katawan ng hayop. Ang pamamaraan ng catheter ay maaaring matagumpay na makuha ang mga embryo sa isang gusali ng mga hayop. Ang pagiging epektibo ng pamamaraan ay mataas, maramihang. Gamit ang catheter method, isang average na 4.3 normal na embryo ang nakukuha mula sa 86% ng mga donor cows. Sa karaniwan, mula sa mga hinugasang itlog, hanggang sa 25% ay hindi na-fertilize o degenerated. Ang mga embryo ay hinuhugasan sa ika-7-8 araw pagkatapos ng insemination. Para sa paghuhugas, ginagamit ang nutrient medium ng Dulbecco. Ang tagal ng pagmamanipula ay 20-50 minuto.
Upang makakuha ng mga embryo sa ganitong paraan, ginawa ang mga espesyal na catheter. Ang daluyan ng paghuhugas ay iniksyon sa mga sungay ng matris 5-8 beses at inalis mula sa kanila gamit ang isang hiringgilya. Ang paghuhugas ng mga sungay ng matris ay tinitiyak ang pagkuha ng hanggang 76% ng mga embryo mula sa bilang ng mga obulasyon. Ang pangunahing bahagi ng mga embryo, higit sa 50%, ay nakuha sa unang tatlo o apat na paghuhugas sa yugto ng morula o blastocyst na may 32 o 64 na blastomeres.
Pagkatapos hugasan ang mga embryo, isang antibiotic na solusyon ang iniksyon sa matris para sa layunin ng antisepsis.
Bago ilipat ang isang embryo sa isang tatanggap, kinakailangan upang suriin ang kalidad nito at matukoy ang paraan ng paglipat. Ang mga embryo ay sinusuri ng iba't ibang mga pamamaraan: morphological, intravital staining, cytological, atbp.
Ito ay pinaniniwalaan na ang antas ng katumpakan ng morphological na pamamaraan ay maaaring tumaas sa 90% o higit pa. Ang mga embryo mula sa oviduct ay pumapasok sa matris sa ika-3-5 araw, gayunpaman, sa loob ng 10-15%, maaari rin silang dumating pagkatapos ng 6-8 araw. Ang mga embryo na hindi umabot sa isang tiyak na yugto ng pag-unlad sa isang tinukoy na oras, bilang panuntunan, ay namamatay. Kaugnay nito, ang kalidad ng mga embryo ay tinasa sa ika-7-8 araw ayon sa antas ng kanilang pag-unlad sa blastocyst.
Gamit ang morphological assessment Espesyal na atensyon binibigyang pansin nila ang panlabas na hugis ng zygote, ang estado ng pelucid zone, ang bilang ng mga blastomeres, ang pagkakapareho ng pagdurog, ang kalubhaan ng embryoblast at trophoblast, ang kalinawan sa balangkas ng mga selula, ang vacuolization ng cytoplasm - ang paglilinaw ng periphery nito, ang pagkasira ng cytoplasm (bukol sa isang bukol), ang integridad ng lamad ng cell at ang paglabas ng cytoplasm sa labas.
Sa mga unang yugto ng cleavage, ang pagsasaayos ng mga blastomeres ay partikular na kahalagahan. Tinitiyak ng normal na pagsasaayos ang malapit na pakikipag-ugnayan sa ang pinakamalaking bilang mga cell sa pinakamababang dami. Ang hindi wastong pagkapira-piraso ng mga embryonic cell ay humahantong sa pagkagambala sa spatial na pag-aayos ng mga blastomeres, na humahantong sa pagkagambala sa mga kasunod na yugto ng pag-unlad. Ang mga embryo ng baka ay sinusuri sa ika-7-8 araw pagkatapos ng unang insemination sa ilalim ng mikroskopyo sa 100-160-fold magnification.
Sa Russia, isang 5-point na paaralan para sa pagtatasa ng kalidad ng mga embryo ay pinagtibay, na isinasaalang-alang: ang integridad ng transparent na lamad, ang pagkakapareho ng pagdurog, ang estado ng cytoplasm, ang transparency ng perivitelin space, at ang mga sulat. sa yugto ng pag-unlad. Ang pinaka-angkop para sa paglipat ay ang mga embryo na may markang 4-5 puntos, na nasa huling yugto ng morula o blastocyst.
Upang mapabuti ang pagtatasa ng morphological, ang fluorescent staining ay ginagamit din, na ginagawang posible na makilala ang mga live na embryo mula sa mga patay.
Ang pagsusuri sa kalidad ng mga embryo sa pamamagitan ng kanilang pamamaraan ng paglamlam ay batay sa kakayahan ng mga tina na mantsang ang mga istrukturang morphological ng mga buhay at patay na mga selula. Ang panghabambuhay na pangkulay ng mga embryo ay isinasagawa gamit ang mga hindi nakakalason na tina.
Ang perpektong embryo ay dapat na compact, spherical sa hugis, pare-pareho ang kulay, na may mga cell ng parehong laki, na may isang makinis, flat at pantay na nabuo pellucid zone, walang inclusions sa peritoneal space.
Ang isang mahalagang criterion para sa pagtatasa ng kalidad ng mga embryo ay ang intensity ng mga yugto ng pag-unlad. Ang mga embryo na may naantalang pag-unlad ay hindi ginagamit para sa paglipat, pagyeyelo, atbp.
Ang mga degenerated na unfertilized na itlog, na maaaring makita sa panahon ng pagkuha ng mga embryo, ay napapailalim sa culling. Ang mga embryo na hindi angkop para sa paglipat ay may depektong morula o blastocyst, ang mga palatandaan nito ay mga depekto sa transparent na lamad, ang pagbagsak ng mga blastomeres, magkaibang halaga blastomeres, pagkagambala sa intercellular na komunikasyon.
Panandaliang paglilinang, cryopreservation at pag-iimbak ng mga embryo.
Ang panandaliang pag-iimbak at paglilinang (pag-unlad) ng mga embryo ay ginagawang posible na dalhin ang mga ito sa ibang mga sakahan. Sa kasalukuyan, ang paraan ng panandaliang pag-iimbak ng mga embryo sa vitro ay naging laganap. Ito ay itinatag na ang mga embryo ng baka ay maaaring magpatuloy sa kanilang pag-unlad hanggang sa ilang mga yugto sa temperatura ng katawan ng hayop sa espesyal na nilinang (nutrient) na media at sa ilalim ng ilang partikular na kondisyon sa atmospera.
Pagkatapos ng pagkuha at pagsusuri para sa posibilidad na mabuhay, ang mga embryo ay inililipat sa nutrient media sa temperatura na 37 0 C. Maraming nutrient media ang binuo para sa panandaliang pag-iimbak ng mga embryo sa vitro (95 oras). Kadalasan, ang mga sumusunod ay ginagamit bilang nutrient media para sa pag-culture ng mga embryo: TS-199; Ham F-10; Needle, saline solution ng Dulbek, Brinster na may iba't ibang biological at synthetic additives. Para sa pagsuporta pinakamainam na kondisyon Ang pagbuo ng mga embryo ay gumagamit ng isang gas na kapaligiran na naglalaman ng 90% nitrogen, 5% oxygen at 5% carbon dioxide. Ang paglilinang ng mga embryo sa mga test tube o straw ay isang mas simpleng paraan na nagpapahintulot sa transportasyon ng mga embryo sa malalayong distansya.
Ang pangalawang paraan ng panandaliang imbakan ng mga embryo ay isinasagawa sa temperatura na 8-12 0 C, ang tagal ay 3-4 na araw. Ang bilis ng paglamig ay mabagal upang maiwasan ang thermal shock. Para dito, ginagamit ang sintetikong media na may iba't ibang mga suplementong protina: bovine serum albumin (BSA), blood serum ng boars castrates (SCH), at normal na serum ng steers castrates (NSBK).
Ang ikatlong paraan ng panandaliang pag-iimbak ng mga embryo ay nagaganap sa vivo, i.e. sa mga genital organ ng isang intermediate na tatanggap (rabbit, mice, atbp.) para sa transportasyon sa isang mahabang distansya.
Ang pamamaraan ay batay sa mataas na pagpapaubaya (tolerance) ng mauhog lamad ng babaeng genital tract sa panahon ng estrus at pangangaso sa mga dayuhang protina. Para dito, noong 1982. isang espesyal na silid para sa pag-iimbak ng mga embryo sa mga tatanggap sa lukab ng tiyan ay itinayo. Sa gayong silid, ang mga embryo ay nakaimbak sa loob ng 72 oras.
Ang kahusayan ng paglipat ng mga embryo ng bovine ay higit na tinutukoy ng mga kondisyon ng pag-iimbak ng mga zygotes. Ang pinaka-epektibo at maaasahang paraan ng pag-iingat ng mga embryo ay ang kanilang malalim na pagyeyelo (cryopreservation) sa likidong nitrogen sa temperatura na -196 0 C. Ang pamamaraang ito ay makabuluhang nagpapalawak ng mga posibilidad ng paglipat at isang maaasahang biotechnological na batayan para sa pag-aanak ng hayop.
Kapag nag-iimbak ng mga frozen na embryo (-196 0 C), mayroong ilang mga bentahe na nagbibigay-daan sa iyo upang ilipat ang mga embryo anumang oras, lumikha ng isang "bangko" ng mga embryo mula sa mataas na halaga ng mga hayop na dumarami, maliliit at endangered na mga lahi, at transportasyon ng mga embryo sa anumang oras ng taon.
Para sa pagyeyelo ng mga embryo, ginagamit ang mga awtomatikong program freezer na UOP-12. Upang maprotektahan ang mga embryo mula sa pagkasira sa panahon ng pagyeyelo at lasaw, ang mga espesyal na cryoprotective substance ay ginagamit na madaling tumagos sa cell - cryoprotectant glycerol.
Bago ang pagyeyelo, ang mga embryo ay inilalagay sa isang cryoprotectant na may pagtaas ng konsentrasyon ng mga sangkap upang balansehin ang osmotic pressure. Mayroong mabilis na paraan ng cryopreservation: paglamig mula +20 0 C hanggang -6 0 C sa bilis na 1 0 C/min. Kasunod na paglamig hanggang -35 0 C sa bilis na 0.3 0 C/min. Susunod, ilipat ang embryo sa likidong nitrogen.
Ang mga embryo ay lasaw sa 25 o 37 0 C sa loob ng 10-12 s. Pagkatapos ay hugasan sila mula sa cryoprotectant at sinusuri. Ang kaligtasan ng embryo ay dapat na hindi bababa sa 80%, pagbubuntis 55-60%, sa kasong ito, ang paglipat ay zootechnically at matipid na mabubuhay.
Pagpili, paghahanda at paglipat ng mga embryo sa mga tatanggap.
Sa karaniwan, 5-6 na tatanggap ang pinipili bawat donor, na isinasaalang-alang ang posibleng kasunod na culling dahil sa kanilang hindi pagiging angkop para sa pagpaparami. Ang mga tatanggap na baka ay dapat na hindi lalampas sa 7 taong gulang na walang mga gynecological abnormalities, magandang kondisyon ng pag-aanak at mga katangian ng reproductive. Dapat na 16-18 buwan ang edad ng tatanggap na mga inahing baka na may buhay na timbang na 350-380 kg.
Ang mga resulta ng paglilipat ng embryo sa mga baka ay mataas lamang kung ang araw ng obulasyon para sa mga donor at mga tatanggap ay nag-tutugma sa oras, kung gayon ang mga mucous membrane ng mga genital organ ng mga donor at mga tatanggap ay nasa magkaparehong physiological states.
Upang gawin ito, isinasagawa ang pag-synchronize ng grupo ng sekswal na pangangaso. Ang mga pagkakaiba sa pag-synchronize ay hindi dapat lumampas sa 12 oras. Ang 10-12 oras na pagkaantala sa estrus sa mga tatanggap ay makabuluhang binabawasan ang survival rate ng mga embryo, at ang isang advance sa estrus ng 12 oras ay hindi makakaapekto sa kahusayan ng transplant survival.
Sa wastong pag-synchronize, posibleng makamit ang 90% ng pagbubuntis ng mga tatanggap, habang ang pagkakaiba sa pagpapakita ng estrus sa pagitan ng donor at ng tatanggap ng higit sa 24 na oras ay binabawasan ang pagbubuntis sa 50% at mas mababa.
Ang mga paraan para sa paglipat ng mga embryo ng mga tatanggap ay binuo - surgical at non-surgical. Sa mga surgical na paraan ng paglilipat ng embryo, ang laparotomy ay ginagamit kasama ang puting linya ng tiyan o sa iliac na rehiyon. Ang Laparotomy ay isinasagawa sa ilalim ng pangkalahatang kawalan ng pakiramdam kung saan ang hayop ay nasa dorsal na posisyon. Ang haba ng paghiwa kasama ang puting linya ng tiyan ay 10 cm.
Hanggang sa 1970s, ang pagkuha at paglipat ng mga embryo ng baka ay pangunahing isinagawa sa pamamagitan ng operasyon. Gayunpaman, nangangailangan ito ng maraming pera. Samakatuwid, sa huling 10-15 taon, ang paglilipat ng embryo ay pangunahing isinasagawa sa isang hindi kirurhiko na paraan.
Ang pangunahing bentahe ng non-surgical na paraan ng paglilipat ng embryo, bilang karagdagan sa pagiging simple ng mahusay na ekonomiya, ay ang posibilidad ng maraming paggamit ng tatanggap. Maraming mga pamamaraan ang binuo, ngunit lahat sila ay batay sa parehong prinsipyo - ang pagpapakilala ng embryo sa sungay ng matris sa pamamagitan ng cervix, bilang isang resulta kung saan ang pamamaraang ito ay tinatawag na cervical. Ang catheter, kung saan matatagpuan ang dayami na may embryo, ay maingat na ipinasok sa cervix at, sa ilalim ng kontrol ng rectal, ay dumaan sa cervical canal, malalim sa sungay ng matris na mas malapit sa itaas na bahagi nito, at ang embryo ay itinulak kasama ng ang daluyan sa lumen ng sungay ng matris.
Sa ika-60 araw pagkatapos ng paglipat ng embryo, ang mga tatanggap ay sinusuri para sa pagbubuntis sa pamamagitan ng rectal palpation. Ang pamamaraang ito ay klasiko at nagbibigay ng mahusay na katumpakan.
Ang pagpapakilala ng mga pamamaraan para sa paglipat ng mga embryo at pagtaas ng multiplicity ng mga baka ay nangangailangan ng pagtukoy sa pinagmulan ng mga guya. Para dito, ginagamit ang mga grupo ng mga hayop na may kanilang mga antigen. Ang magkaparehong uri ng dugo ay posible lamang sa magkatulad na kambal. Ang pagpapasiya at paglilinaw ng pinagmulan ng mga guya ay kinakailangan dahil sa ang katunayan na maaaring may mga pagkakamali sa pagsasagawa ng mga talaan ng pag-aanak, ang paggamit ng semilya mula sa iba't ibang mga toro. Ang mga pangkat ng dugo ng hayop ay tinutukoy sa mga espesyal na laboratoryo na may monospecific sera.
In vitro fertilization at pagbuo ng mga embryo sa labas ng katawan.
Sa kasalukuyan, maraming pansin ang binabayaran sa pag-aaral ng mekanismo ng in vitro fertilization ng mga oocytes, o in vitro fertilization (ibig sabihin, sa labas ng katawan ng hayop), na ginagawang posible na mas masinsinang gumamit ng mga baka na may mataas na halaga ng pag-aanak sa pagpaparami, na tataas nang malaki. genetic na pag-unlad sa populasyon.
Sa kasalukuyan, ang mga pamamaraan ay binuo na nagpapahintulot sa paghihiwalay ng hanggang 200 oocytes mula sa mga ovary ng baka, paglilinang sa kanila at pagpapabunga sa kanila sa vitro. Gayunpaman, ang ani ng ganap na mga embryo ay nananatiling napakababa, kaya ang pananaliksik ay patuloy na bumubuo ng bago at pinapabuti ang mga umiiral na pamamaraan.
Ang fertilization ng mga oocytes sa vitro ay nakamit sa 20 species ng mammals, incl. at sa mga tao, noong 1981 ay nakuha ang mga normal na supling. Ang proseso ng pagpapabunga ng mga gametes ay nagaganap sa vitro at sa ilalim ng kinokontrol na mga kondisyon. Ang huling pagsusuri ng true in vitro fertilization ng mga oocytes ay ang paglipat ng zygote sa tatanggap at ang pagsilang ng isang buhay na hayop.
Paglilinang ng mga oocytes sa vitro.
Ang in vitro fertilization ay nauuna sa pamamagitan ng in vitro cultivation ng mga oocytes.
Sa ilalim ng paglilinang ng mga oocytes sa vitro ay nauunawaan ang proseso ng pagkahinog ng mga immature oocytes sa artipisyal na nutrient media, kung saan ang mga immature na oocytes ay sumasailalim sa meiotic maturation hanggang sa metaphase ng ikalawang dibisyon, i.e. sa yugto ng kahandaan para sa pagpapabunga.
Para sa paghihiwalay ng mga oocytes mula sa mga follicle, bilang isang panuntunan, ang mga ovary mula sa mga pinatay na baka ay ginagamit at, mas madalas, ang mga ovary na nakuha sa pamamagitan ng operasyon. Pagkatapos ng pagkuha, ang pinakamahusay na mga ovary (2-6 mm ang lapad) ay napili, ang natitira ay itinapon. Ang pinaka-katanggap-tanggap na paraan ng pagkuha ng mga oocytes mula sa mga follicle ay sa pamamagitan ng pagputol sa kanila gamit ang isang talim. Sa ilalim ng kontrol ng stereo microscopes MBS-9 at MBS-10 napiling oocytes na may compact cumulus.
Upang suriin ang mga oocytes sa pamamagitan ng posibilidad na mabuhay, maraming mga pamamaraan ang binuo, ang pinakalawak na ginagamit kung saan ay morphological.
Ang mga pangunahing tampok na morphological na nagpapakilala sa biological na pagiging kapaki-pakinabang ng mga oocytes ay kinabibilangan ng istraktura ng mga cell ng cumclus at ang oocyte mismo.
Ang 2-6 mm oocyte ay napapalibutan ng mga cumulus cell. Ang isang compact, multilayered cumulus na mahigpit na katabi ng oocyte ay nagsisilbing criterion para sa paglaban sa atretic na pagbabago sa follicle kung saan kinuha ang oocyte.
Ang mga oocyte na angkop para sa paglilinang ay dapat matugunan ang mga sumusunod na kinakailangan: bilog na hugis; ooplasm fine-grained, homogenous, pantay na pinupuno ang buong oocyte; transparent shell uniporme sa lapad, opalescent, bilugan; cumulus compact, multi-layered, malapit na katabi ng oocyte, homogenous.
Natutukoy ang posibilidad ng mga oocytes gamit ang mga fluorescent dyes. Ang mga hindi mabubuhay na cell ay nabahiran pagkatapos ng 7-10 min, habang ang mga mabubuhay na mga cell ay hindi nabahiran. Ang mga oocyte na nakakatugon sa mga kinakailangang kinakailangan ay inilalagay para sa paglilinang.
Maraming mga pamamaraan para sa pag-culture ng mga oocytes ay binuo. Ang mga pangunahing ay: paglilinang sa mga saradong sisidlan; sa Petri dishes sa isang nutrient medium na pinahiran ng isang layer ng vaseline oil. Sa anumang paraan ng paglilinang, ang mga sumusunod ay kinakailangan: sterility sa lahat ng yugto ng trabaho; gas sterile; temperatura 39 0 C sa pinakamataas na kahalumigmigan.
Para sa paglilinang ng mga mammalian oocytes, depende sa species ng hayop, dalawang uri ng culture media ang ginagamit: simple at synthetic.
Sa lahat ng media na may ipinahiwatig na mga additives (LH, FSH, atbp.), 80% ng mga oocytes ay umabot sa yugto ng metaphase ng pangalawang dibisyon ng pagkahinog. Kaya, sa panahon ng pagkahinog ng mga oocytes sa vitro, ang unang meiotic division ay ganap na nakumpleto, at ang pangalawang dibisyon ng pagkahinog ng karamihan sa mga oocytes ay nagtatapos sa yugto ng metaphase II meiosis. Ang huling pagkumpleto ng meiosis ay nangyayari pagkatapos ng pagpapabunga.
Ang mga pagbabago sa synthesis ng protina ng mga oocytes ay nauugnay hindi sa nuclear, ngunit sa cytoplasmic maturation, na napakahalaga para sa normal na pagpapabunga at maagang pag-unlad ng embryonic hanggang sa pagtatanim ng embryo sa dingding ng matris ng tatanggap.
Kapasidad ng tamud.
Upang ang tamud ay magpataba ng isang itlog, ang mga pagbabago ay dapat mangyari sa kanila na nagpapakilala sa kapasidad, i.e. kanilang kahandaan para sa pagpapabunga.
Ang kapasidad ng tamud (pagkahinog) ay nauunawaan bilang isang kumplikado ng mga pagbabago sa physiological at physicochemical, bilang isang resulta kung saan nakuha ng tamud ang kakayahang tumagos sa zona pellucida, tumagos at lagyan ng pataba ang itlog.
Sa ilalim ng natural na mga kondisyon, ang kapasidad ay nangyayari sa panahon ng pagpasa ng spermatozoa sa pamamagitan ng babaeng genital tract, kung saan sila ay nahihiwalay mula sa seminal plasma. Maaaring isagawa ang capacitation sa vitro kung ang mga sperm cell ay nasa ilang partikular na kultura at gas na kapaligiran.
Para sa kapasidad ng spermatozoa ng mga baka, binuo ang media ng kultura: Krebs-Ringer, Tyrode, Brinster. Ang tagal ng sperm capacitation sa media na ito ay 8 oras.
Para sa in vitro fertilization, ginagamit ang deep-frozen sperm, nakaimpake sa mga bag.
Ang isang partikular na problema ay ang layunin na pagtatasa ng kapasidad ng tamud. Ang reaksyong acrosomal ay ginagamit upang patunayan ang kapasidad. Pagkatapos ng attachment ng spermatozoa sa zona pellucida ng itlog, nangyayari ang isang acrosomal reaction.
Ang acrosome ay isang sperm organelle na mayaman sa iba't ibang enzymes at matatagpuan sa ilalim ng plasma membrane na nakapalibot sa sperm head. Sa panahon ng reaksyon ng acrosomal, ang mga enzyme ay inilabas na tumutukoy sa kakayahan ng sperm sa pagpapabunga. Sinisira ng mga enzyme ang zona zona pellucida, na nagpapahintulot sa tamud na sumulong sa ooplasm ng oocyte. Sa maraming spermatozoa na tumagos sa zone ng oocyte pellucid, isa lamang ang sumasama sa lamad ng plasma ng itlog at pinataba ito. Ang isang zygote ay bubuo.
Ang in vitro fertilization ng mature oocytes sa vitro ay ang mga sumusunod. Ang mga bovine oocytes na umabot na sa yugto ng metaphase II maturation ay pinataba ng capacitated sperm. Sa ilang uri ng page - x. Sa mga hayop, depende sa kalidad ng in vitro matured gametes, ang fertility rate ay 50-70%. Ang pangunahing dahilan para sa pagbaba ng kakayahan ng mga fertilized na itlog sa embryonic development sa vitro ay ang di-kasakdalan ng culture media para sa mga maagang embryo, bilang isang resulta kung saan ang pag-unlad ng mga embryo ay naharang sa yugto ng 8-16 blastomeres.
Pagkuha ng mga embryo mula sa in vitro fertilized oocytes.
Ang pinakalayunin ng in vitro fertilization ng in vitro matured oocytes ay ang makakuha ng mga embryo na angkop para sa paglipat. Kapag nililinang ang maagang mga embryo ng bovine, sa karamihan ng mga kaso, ang pag-unlad ng embryonic ay naharang sa yugto ng 8-16 na mga cell, i.e. kapag sa ilalim ng natural na mga kondisyon ang mga embryo ay dumadaan mula sa oviduct patungo sa matris. Ilang embryo lamang ang bubuo hanggang sa huling yugto ng morula at blastocyst na angkop para sa paglipat.
Ang mga embryo ay incubated sa dalawang paraan: sa oviduct ng kuneho, tupa o baka at sa culture media gaya ng TC-199; HEM-F-10; MRM, mga solusyon sa asin ng Dulbecco, Bringster na may iba't ibang biological at synthetic additives.
Ang unang kontrol sa pag-unlad ng embryo ay isinasagawa 24 na oras pagkatapos ng pagpapabunga. Syngamy, i.e. ang pagpasok sa malapit na kontak ng pronuclei, na nagreresulta sa panghuling pagsasanib ng male at female gametes, ay sinusunod 19 oras pagkatapos ng in vitro fertilization at ang pagbuo ng isang dalawang-cell na embryo pagkatapos ng 22 oras.
Noong 1983, ang unang guya ay ipinanganak mula sa isang follicular oocyte na matured in vitro pagkatapos nito in vitro fertilization. Sa kabila ng makabuluhang positibong resulta sa in vitro fertilization ng mga oocytes at pagkuha ng mga embryo sa vitro, maraming mga problema, tulad ng pagpapabuti ng paglilinang ng mga oocytes sa vitro, kapasidad ng spermatozoa, atbp., ay nananatiling hindi nalutas.
Pag-clone ng hayop
Ang terminong "clone" (shoot) ay unang ginamit noong 1903 ni Weber (Germany) na may kaugnayan sa mga halaman na nagpapalaganap ng vegetatively at nangangahulugang ang mga anak na halaman ng clone ay genetically identical sa magulang.
Pag-clone- pagkuha ng mga supling na isang eksaktong genetic na kopya ng organismo. Ang hanay ng naturang mga inapo - mga kopya na nagmula sa isang organismo, ay tinatawag na isang clone. Ang mga organismo sa loob ng bawat clone ay nailalarawan sa pamamagitan ng parehong phenotypic uniformity at magkaparehong genotype.
Mga pamamaraan para sa pagkuha ng genocopies:
1. Paglipat ng somatic cell nuclei sa isang enucleated na itlog;
2. Induction ng parthenogenesis (androgenesis, gynogenesis), na nagpapahintulot sa genotype o ina sa ama na ganap na mailipat sa mga inapo.
Ang isang naiibang somatic cell ay naglalaman ng isang kumpletong hanay ng mga gene na katangian ng isang partikular na organismo. Ang karyotype ng naturang mga cell ay hindi naiiba sa anumang paraan mula sa karyotype ng isang fertilized egg (zygote).
Sa mga hayop sa somatic cell pagkatapos ng kanilang pagkita ng kaibhan (7-8 araw), nangyayari ang isang matatag na pagsupil o hindi aktibo ng isang bahagi ng genome, na naglilimita sa paggamit ng magkakaibang cell nuclei sa pag-clone.
Mga hakbang sa pag-clone:
Pagkuha ng nuclei (blastomeres sa 8-16 cell embryo);
Paghihiwalay ng tatanggap na itlog sa nucleated at non-nuclear fragment (pagkuha ng enucleated egg);
Pagsasama ng isang enucleated na itlog na may nucleus (blastomeres) gamit ang isang hindi aktibo na Sendai virus o isang electric field;
Ang silid ng muling itinayong zygote ay isang ogar cylinder;
Paglilinang ng mga embryo sa mga oviduct ng mga intermediate na tatanggap hanggang sa yugto ng blastocyst (7-8 araw);
Blastacyst transplantation sa huling tatanggap.
Chimaira- isang hayop na humihinga ng apoy, isang halimaw na may ulo ng leon, katawan ng kambing at buntot ng dragon.
Chimera- isang pinagsama-samang, pinagsama-samang hayop, na binubuo ng genetically heterogenous na mga populasyon ng cell, na nagmula sa higit sa isang fertilized na itlog.
Mula sa isang genetic na pananaw mga chimera- ito ang produkto ng unyon ng 2 o mas naunang mga embryo, bilang isang resulta kung saan mayroon silang isang kumplikadong pinagsamang genotype.
Mga chimera- mga hybrid na hayop, ang paghahati ay nangyayari sa mga inapo, ngunit walang recombination ng mga gene ng orihinal na mga lahi o species, samakatuwid ang mga chimera ay nagpapanatili ng mga katangian at katangian ng mga orihinal na anyo lamang sa 1 henerasyon.
Mga pamamaraan para sa pagkuha ng mga chimera
Paraan ng pagsasama-sama para sa paglikha ng mga chimera
Binuo ni V. Tarkovsky (1961) at B. Mints (1962) sa pagtanggap ng chimeric mice.
Ang mga embryo ay tinanggal mula sa mga oviduct ng mga babae sa ika-4-5 araw pagkatapos ng pagpapabunga (8-16 blastomeres), ginagamot sa enzyme pronase upang palayain ang mga ito mula sa transparent na lamad at pagsamahin ang mga ito gamit ang isang glass microneedle o itulak ang mga string mula sa isang micropipette sa isang nutrient medium sa ilalim ng isang layer ng paraffin oil sa isang heated table microscope (t 0 +37 0 С). Ang mga pinagsama-samang embryo ay nilinang sa loob ng 24-48 oras hanggang sa makumpleto ang pagsasama-sama.
Paraan ng iniksyon para sa paglikha ng mga chimera
Binuo ni R. Gardner (1968).
Sa kasong ito, ang mga embryo ay ginagamit sa yugto ng blastocyst (7-8 araw). Ang embryo ay gaganapin gamit ang isang suction pipette na nakakabit sa manipulator, sa pamamagitan ng paglagos sa transparent na shell, isang butas ang ginawa gamit ang 2 glass needles at nakaunat. Ang isang ikatlong karayom ay ipinasok sa nabuo na puwang at sa tulong nito ang puwang ay nagiging isang butas - isang amag kung saan ang inner cell mass ng donor embryo ay na-injected ng isang injection pipette.
Pagkuha ng mga transgenic na hayop.
Mga modernong paraan ng pagpili ng pahina - x. ang mga hayop ay batay sa paggamit ng intraspecific genetic variability. Bilang isang patakaran, ang mga species ay genetically isolated mula sa bawat isa, i.e. huwag mag-interbreed, dahil Ito ay pinipigilan ng tinatawag na reproductive isolation mechanisms:
a) prezygotic - pigilan ang pagbuo ng mga zygotes;
b) postzygotic - isang pagbawas sa posibilidad na mabuhay at pagkamayabong ng mga hayop.
Upang malampasan ang mga biological na hangganan ng mga species at gumamit ng interspecies genetic variability upang lumikha ng mga bagong anyo ng mga hayop, ito ay posible sa tulong ng gene transfer.
Ang paglipat ng mga dayuhang gene ay nauunawaan bilang ang paglipat sa labas ng katawan ng mga recombinant na molekula ng DNA sa cell ng isa pang hayop, anuman ang mga species.
Kung ang isang dayuhang gene ay isinama sa genome ng isa pang hayop, kung gayon ang gayong gene ay itinalaga bilang isang transgene, at ang mga hayop ay tinatawag na transgenic. Ang protina na naka-encode ng transgene ay tinatawag na transgenic na produkto. Kung ang mga hayop ay nagpapasa ng mga transgenes sa kanilang mga supling, ang mga transgenic na linya ay nabuo.
Kung ang pagsasama ng isang dayuhang gene ay naganap sa mga selula ng mas mataas na mga hayop, kung gayon sila ay naging mga carrier ng bago namamana na mga katangian at gumawa ng mga bagong sangkap para sa kanila.
Tatlong paraan ang ginagamit upang ilipat ang mga gene sa mga mammal:
Microinjection ng recombinant DNA sa pronucleus ng zygote;
Paggamit ng mga retrovirus bilang mga vector;
Pag-iniksyon ng mga nabagong embryonic stem cell sa embryo.
1.21. Cellular at genetic engineering. Biotechnology
Cell engineering - ito ay isang direksyon sa agham at kasanayan sa pag-aanak na nag-aaral ng mga pamamaraan ng hybridization ng mga somatic cells na kabilang sa iba't ibang species, ang posibilidad ng pag-clone ng mga tisyu o buong organismo mula sa mga indibidwal na selula.
Isa sa mga karaniwang paraan ng pagpaparami ng halaman ay ang haploid method - pagkuha ng ganap na haploid na mga halaman mula sa tamud o itlog.
Ang mga hybrid na selula ay nakuha na pinagsasama ang mga katangian ng mga lymphocytes ng dugo at tumor, na aktibong nagpaparami ng mga selula. Ito ay nagpapahintulot sa iyo na mabilis at sa tamang dami upang makakuha ng mga antibodies.
tissue culture- ginagamit upang makuha sa laboratoryo ang mga tisyu ng halaman o hayop, at kung minsan ay mga buong organismo. Sa produksyon ng pananim, ginagamit ito upang mapabilis ang produksyon ng mga purong diploid na linya pagkatapos ng paggamot sa mga orihinal na anyo na may colchicine.
Vegetative propagation - ginagamit upang mapanatili ang mga uri ng ornamental at cultivated, gulay at prutas na halaman.
Genetic engineering- artipisyal, may layuning pagbabago sa genotype ng mga microorganism upang makakuha ng mga kulturang may paunang natukoy na mga katangian.
Ang pangunahing paraan ng genetic engineering ay ang pagpili ng mga kinakailangang gene, ang kanilang pag-clone at pagpapakilala sa isang bagong genetic na kapaligiran. Kasama sa pamamaraan ang mga sumusunod na hakbang sa trabaho:
- paghihiwalay ng gene;
- ang kumbinasyon nito sa isang molekula ng DNA ng isang cell na maaaring magparami ng donor gene sa isa pang cell (kasama sa isang plasmid) - pabilog na DNA;
- pagpapakilala ng plasmid sa genome ng bacterial cell - ang tatanggap;
- pagpili ng mga kinakailangang bacterial cell para sa praktikal na paggamit;
- Ang pananaliksik sa larangan ng genetic engineering ay umaabot hindi lamang sa mga mikroorganismo, kundi pati na rin sa mga tao. Ang mga ito ay partikular na nauugnay sa paggamot ng mga sakit na nauugnay sa mga karamdaman sa immune system, sa sistema ng coagulation ng dugo, sa oncology.
Biotechnology- ang proseso ng paggamit ng mga buhay na organismo at biological na proseso sa paggawa ng mga gamot, pataba, mga produktong proteksyon ng biological na halaman; para sa biological wastewater treatment, para sa biological na pagkuha ng mahahalagang metal mula sa tubig dagat, atbp.
Ang pagsasama sa genome ng Escherichia coli ng gene na responsable para sa pagbuo ng insulin sa mga tao ay naging posible upang maitatag ang pang-industriyang produksyon ng hormon na ito.
Mga Prospect para sa Genetic Engineering at Biotechnology:
- ang paglikha ng mga organismo na kapaki-pakinabang sa mga tao;
- pagkuha ng mga bagong gamot;
- pagwawasto at pagwawasto ng mga genetic pathologies.
Ebolusyon
organikong ebolusyon - ito ay isang makasaysayang proseso ng adaptive transformations ng buhay na kalikasan sa lahat ng antas ng organisasyon ng mga buhay na bagay, na nailalarawan sa pamamagitan ng irreversibility at isang pangkalahatang progresibong direksyon. Ang proseso ng ebolusyon ay batay sa pagpili ng mga random na namamana na pagbabago sa genetic na impormasyon na nagbibigay sa mga organismo ng mga preperensyal na pagkakataon para sa kaligtasan at pagpaparami sa ilalim ng ilang mga kondisyon sa kapaligiran. Ang mga pagbabagong ito, na ipinakita sa phenotypically, ay nakuha sa pamamagitan ng natural na seleksyon, pinapanatili at pinahusay sa proseso ng phylogenesis. Ang mga pagbabagong nagpapababa sa posibilidad na mabuhay ng mga organismo at species ay inaalis.
Ang lumikha ng unang teorya ng ebolusyon ay si Jean-Baptiste Lamarck, na ipinagtanggol ang ideya ng pagkakaiba-iba ng mga species at ang kanilang layunin na pag-unlad mula sa mga simpleng hugis sa mga kumplikado. Gayunpaman, ang pagtatalaga sa mga organismo ng isang panloob na pagnanais para sa pag-unlad (layunin), pati na rin ang mga pahayag tungkol sa pamana ng mga katangiang nakuha sa panahon ng buhay ng isang indibidwal, ay hindi nakumpirma ng mga kasunod na pag-aaral. Ang ideya ng isang direktang, palaging sapat, impluwensya ng panlabas na kapaligiran sa organismo at ang angkop na reaksyon nito sa impluwensyang ito ay naging mali. Ang kredito para sa pagbuo ng mga ideya sa ebolusyon at ang paglikha ng isang holistic na teorya ng ebolusyon ay pag-aari nina C. Darwin at A. Wallace, na nagpatunay sa prinsipyo ng natural na pagpili, ay nagsiwalat ng mga mekanismo at sanhi ng ebolusyon.
Genetic engineering. Ang pag-unlad ng molecular biology sa pagtatapos ng ika-20 siglo. humantong sa isang bilang ng mga pagtuklas ng malaking praktikal na kahalagahan. Kabilang sa mga naturang tagumpay ay ang paglikha ng mga pamamaraan para sa synthesis at paghihiwalay ng mga gene, na minarkahan ang simula ng genetic engineering.
Alam na natin na ang mga gene ay mga seksyon ng DNA na nag-encode ng mga enzyme, mga hormone ng protina, proteksiyon, transportasyon at iba pang mga protina. Marami sa mga protinang ito na na-synthesize sa bacterial, animal, o plant cells ay may malaking praktikal na halaga para sa medisina, agrikultura, at industriya. Gayunpaman, kadalasan ang mga ito ay ginawa ng mga cell sa maliit na dami, at samakatuwid ang kanilang malawakang paggamit ay mahirap o imposible. Kaya, ang produksyon ng protina growth hormone ay napakahalaga para sa gamot. Ginagawa ito ng pituitary gland at kinokontrol ang paglaki ng katawan ng tao, ang kakulangan nito ay humahantong sa dwarfism. Ang pagpapakilala ng hormon na ito sa mga batang dumaranas ng dwarfism ay nagsisiguro sa kanilang normal na pag-unlad.
Kung natutunan natin kung paano ipakilala ang mga bagong gene na nag-encode ng mga kumpletong protina sa mga selula ng halaman, kung gayon ang mga halaman na iyon ay hindi mag-iiba sa nutritional value mula sa mga produktong hayop. Ang kakulangan ng mga produktong hayop (gatas, itlog, karne, isda), na naglalaman ng lahat ng kinakailangang mga amino acid, ay nararanasan ng higit sa kalahati ng populasyon ng mundo.
Sa mga selula ng ilang bakterya ay may mga protina na may kakayahang i-convert ang liwanag na enerhiya ng Araw sa enerhiya na may mataas na kahusayan. enerhiyang elektrikal. Kung maaari tayong gumawa ng mga naturang protina sa maraming dami, kung gayon sa kanilang batayan posible na lumikha ng mga pang-industriya na halaman para sa pagbuo ng murang kuryente. Ang mga ito at maraming iba pang mga problema ay maaaring malutas sa pamamagitan ng genetic engineering.
Ngayon, maraming mga pamamaraan ang kilala para sa pagkuha ng mga gene na naka-encode ng mga kinakailangang protina. Kaya, ang mga pamamaraan ay binuo para sa synthesis ng kemikal ng mga molekula ng DNA na may ibinigay na pagkakasunud-sunod ng mga nucleotide. Bukod dito, ang isang bilang ng mga gene na nag-encode ng mga hormone ng protina at interferon, mga protina na nagpoprotekta sa mga tao at hayop mula sa mga virus, ay na-synthesize na sa ganitong paraan.
Sa wakas, ang mga kinakailangang gene ay hindi maaaring synthesize, ngunit nakahiwalay na handa mula sa iba't ibang mga gene. Ang isang espesyal na pamamaraan ay binuo para sa paghihiwalay ng nag-iisang nais na mga gene mula sa buong masa ng DNA, kung saan mayroong ilang libu-libo sa kanila.
Ang na-synthesize o nakahiwalay na gene ay maaaring ipasok sa self-copying bacteriophage DNA at ipasok sa bacterial cell. Ang ganitong mga bakterya ay nagsisimulang mag-synthesize ng hormone ng tao o hayop, ang nais na enzyme o interferon. Sa ganitong paraan, ang isang programa para sa synthesis ng anumang protina ng tao, hayop o halaman ay maaaring ipasok sa bacterium.
Ang nais na gene ng isang tao o ibang organismo ay maaaring ipasok sa isang bacterium nang hindi ito pinuputol sa DNA. Ipinapakita ng Figure 28 ang isa sa mga scheme para sa pagkuha ng isang gene sa pamamagitan ng reverse transcription, pag-embed nito sa isang bacterial plasmid, at paggawa ng isang "dayuhang" protina ng bacterium. Sa unang yugto, ang mRNA na nabasa mula sa napiling gene ay nakahiwalay sa mga selula. Pagkatapos, dito, tulad ng sa isang matrix, isang strand ng DNA na pantulong dito (cDNA) ay na-synthesize. Isinasagawa ito sa tulong ng reverse transcriptase enzyme, na nangangailangan ng artipisyal na binhi upang simulan ang synthesis - isang maikling DNA fragment na pantulong sa template. Ito ay lumalabas na isang hybrid na molekula ng DNA-RNA. Matapos alisin ang RNA mula sa molekula na ito, ang pangalawang strand ay na-synthesize sa natitirang single-stranded na DNA. Ang resulta ay isang kumpletong molekula ng DNA. Gamit ang mga espesyal na enzyme, ito ay ipinasok sa isang bacterial plasmid - isang pabilog na extrachromosomal na molekula ng DNA na nagsisilbing carrier ng nais na gene. Ang nasabing recombinant, i.e. naglalaman ng dayuhang impormasyon, ang plasmid ay "makahawa" sa isang bacterial cell. Sa loob nito, ang plasmid ay umuulit, at ang inilipat na gene ng isa pang mikroorganismo, tao, hayop o halaman ay nagsisimulang gumana. Ang kinakailangang protina ay naipon sa bacterial cell, nananatili lamang ito upang ihiwalay ito mula sa bacterial mass. Ang ganitong mga bakterya ay pinalaganap sa isang pang-industriya na sukat at tumatanggap ng kinakailangang protina sa malalaking dami. Ang lahat ng mga teknolohikal na pamamaraan na ito ay batay sa mga pagsulong sa pag-unawa sa pisikal at kemikal na mga pundasyon ng buhay. Ang solusyon ng mga praktikal na problema sa tulong ng inilarawan na mga pamamaraan ng molecular biology at genetics ay ang kakanyahan ng genetic engineering.
Pic. 28. Scheme para sa pagkuha ng gene ng ninanais na protina
Cellular engineering. Biotechnology. Ang cell engineering, batay sa mga tagumpay ng cell biology, ay kaakibat ng genetic engineering. Natutunan ng mga siyentipiko na ikonekta ang mga selula ng iba't ibang uri ng halaman, na pinagsasama ang kanilang mga genetic na programa. Ang ganitong mga cell ay nakakakuha ng mga bagong pag-aari, nagiging mga producer ng mahalagang panggamot o nutritional substance, bitamina. Mula sa gayong mga hybrid na selula, posible na lumaki ang mga buong halaman na may mga bagong katangian na pinagsama ang mga katangian ng mga halaman ng iba't ibang mga species na kadalasang hindi nagsasama sa isa't isa. Natutunan nila kung paano magpakilala ng mga bagong gene sa mga embryo ng mga selula ng hayop at makakuha ng mga hayop na may mga bagong pagmamana na katangian.
Hindi malayo ang pagwawasto ng namamana na programa na natanggap ng bata mula sa mga magulang, kung sakaling naglalaman ito ng mga "spoiled" na gene. Magiging posible na ipakilala ang mga normal na gene sa embryo sa isang maagang yugto ng pag-unlad nito at sa gayon ay mailigtas ang mga tao mula sa pagdurusa na dulot ng mga genetic na sakit.
Ang sangkatauhan ay pumasok sa isang bagong panahon ng pagbuo ng mga programang genetiko, at sa batayan na ito ay nililikha ang mga bagong anyo ng mga mikroorganismo, halaman, at hayop. Sa teknolohiya, ang malawakang paggamit ng mga prinsipyo ng physicochemical ng gawain ng isang buhay na cell, ang mga aparatong enerhiya nito para sa paglutas ng mga praktikal na problema at paglikha ng mga teknolohiyang pang-industriya ay nagsisimula. Isang promising na direksyon sa biology ang lumitaw - biotechnology.
- Ano ang mga hamon na kinakaharap ng cell at genetic engineering?
- Ano ang pagkakasunud-sunod ng mga hakbang para sa pagkuha ng isang recombinant plasmid?
- Ano ang mga prospect para sa genetic at cell engineering?