Клітинні культури

Досягнення молекулярної та клітинної біології XX століття відкрили перспективи для створення принципово нових біоме-дичних технологій. Одним з напрямків, що сьогодні бурхливо розвиваються, є клітинні технології, які ґрунтуються на застосуванні клітинних культур.

Клітинні культури є клітинами певної тканини, які отримано від мікроорганізмів, рослин або тварин, що вирощуються в штучних умовах на поживному середовищі (мал. 86.1). Клітинні культури набули широкого застосування в різних галузях біології і медицини.

Галузі використання клітинних культур

• Наукові дослідження. Клітинні культури широко застосовуються в наукових дослідженнях як модельні об’єкти. На них

досліджують механізми клітинного поділу і диференціювання, взаємодію клітин із середовищем, процеси адаптації, старіння, злоякісної трансформації та ін.

• Біотехнологія. У біотехнології клітинні культури використовуються для виробництва вакцин і біологічно активних речовин. Мікробіологічна промисловість сьогодні використовує тисячі штамів мікроорганізмів, що вирощуються в культурі. Вони синтезують антибіотики, інтерферон, гормони, ферменти, вітаміни, незамінні амінокислоти, кормові білки. Так, гриби і бактерії синтезують антибіотики (пеніцилін, стрептоміцин, еритроміцин тощо); сінна паличка — фермент амілазу; кишкова паличка — амінокислоти; пивні дріжджі — вітаміни групи B. Культури рослинних клітин є джерелом токсинів, гербіцидів, регуляторів росту, алкалоїдів. Клітини тварин і людини продукують гормони (наприклад, клітини гіпофіза — ліпотропін і соматотропін). Створено культури клітин тварин, які продукують моноклональні антитіла та широко застосовуються для діагностики захворювань.

• Медицина. Культури клітин використовуються у діагностиці та лікуванні спадкових захворювань, регенерації та заміщенні клітин, тканин і органів (замісна клітинна терапія).

Замісна клітинна і тканинна терапія. Стовбурові клітини людини використовують

як трансплантаційний матеріал. Зокрема, клітини кісткового мозку використовують для трансплантації під час терапії лейкозів і променевої хвороби. У хірургії для лікування великих опіків або хронічних виразок для трансплантації широко використовують епідерміс, вирощений поза організмом.

Генна терапія (лікування спадкових захворювань). Клітини вилучають з організму пацієнта, генетично модифікують, а потім вводять назад в організм (мал. 86.2). Цей метод особливо корисний у лікуванні захворювань крові, оскільки клітини крові можна досить легко вилучити і ввести назад.

• Фармакологія. Культури клітин і тканин людини та тварин застосовують як тест-системи для вивчення властивостей нових фармакологічних препаратів, а також для прогнозування безпеки їх застосування.

• Рослинництво. На основі клітинної культури можна розмножувати рослини (кло-нальне мікророзмноження) або проводити їх селекцію в культурі.

Клітинна інженерія

Клітинна інженерія — це конструювання клітин нового типу на основі їх культивування, гібридизації та реконструкції.

Під час гібридизації штучно об’єднують різні клітини з утворенням гібридного геному. Гібриди широко застосовують як у наукових дослідженнях, так і в біотехнології. За допомогою гібридних клітин, отриманих від клітин людини й миші, картували гени в хромосомах людини. Гібриди між пухлинними клітинами і лімфоцитами здатні необмежено довго ділитися і, подібно до лімфоцитів, можуть виробляти антитіла.

Клітинна реконструкція пов’язана зі створенням життєздатної клітини з окремих фрагментів різних клітин (ядра, цитоплазми, хромосом тощо). Зокрема, метод пересадки ядер соматичних клітин у яйцеклітини дозволяє зробити численні генетичні копії організму — клони.

Цей же метод був використаний для створення «ембріона від трьох батьків» (мал. 86.3). Дана технологія розроблена для лікування мітохондріальних захворювань. У результаті дитина отримує ядерні гени від обох батьків та мітохондріальну ДНК від третьої особи.

Перша у світовій практиці дитина з мі-тохондріальною ДНК третьої людини народилася в Мексиці у квітні 2016 року. Другий випадок народження дитини з генетичним матеріалом від трьох батьків відбувся в січні 2016 року в Україні.

Ключова ідея

Клітинні культури є клітинами певної тканини. Їх отримують від мікроорганізмів, рослин або тварин, що вирощуються в штучних умовах на поживному середовищі. Клітинні культури набули широкого застосування в різних галузях біології та медицини.

Запитання та завдання

1. Обговоріть тему клонування з точки зору його потенційних можливостей і проблем. 2. Чи хотіли б ви клонувати себе? Чи хотіли б ви клонувати свого собаку (кота)?

Це матеріал з підручника Біологія і Екологія 10 клас Задорожний