Клеточная, хромосомная и генная инженерия (клеточная инженерия, клон)

8 терминов · 5 заданий

Метод	Суть	Применение
Культура клеток и тканей	Выращивание клеток на искусственной среде; тотипотентность растительных клеток позволяет из одной клетки получить растение	Микроклональное размножение (безвирусный картофель, орхидеи), получение веществ (женьшень), оздоровление сортов
Гибридизация соматических клеток	Слияние протопластов разных видов (без оплодотворения)	Гибрид картофеля и томата; гибридомы (лимфоцит + опухолевая клетка) — производство моноклональных антител для диагностики и лечения
Искусственное оплодотворение	Осеменение самок спермой ценных производителей; экстракорпоральное оплодотворение (ЭКО) с подсадкой эмбрионов	Животноводство, лечение бесплодия у человека
Реконструкция яйцеклеток, клонирование, трансплантация ядер	Ядро соматической клетки пересаживают в яйцеклетку с удалённым ядром → зародыш — генетическая копия донора ядра	Овца Долли (1996); клонирование ценных животных; терапевтическое клонирование для получения стволовых клеток
Хромосомная инженерия	Замена или добавление отдельных хромосом (например, от дикого вида) в кариотипе культурного растения; получение гаплоидов и полиплоидов	Пшеницы с хромосомами ржи (устойчивость к болезням)
Генная инженерия	Выделение или искусственный синтез гена → вырезание рестриктазами → встраивание в вектор (плазмиду, вирус) с помощью лигаз = рекомбинантная ДНК → введение в клетку (трансформация) → отбор трансгенных клеток	Инсулин, интерферон, гормон роста, вакцины из бактерий и дрожжей; ГМ-растения (Bt-кукуруза, золотой рис); генная терапия; редактирование генома CRISPR/Cas9

Медицинские биотехнологии: рекомбинантные белки-лекарства, вакцины (в том числе вакцины на основе иРНК), моноклональные антитела, диагностические тест-системы (ПЦР, ИФА, секвенирование), генная терапия наследственных болезней, тканевая инженерия и стволовые клетки (пересадка костного мозга, выращивание кожи, хрящей; индуцированные плюрипотентные клетки из клеток самого пациента — без отторжения). Этические вопросы: клонирование человека, ГМО, редактирование генома эмбрионов.

Инструменты генного инженера. Рестриктазы — «ножницы» (режут ДНК в определённых местах), лигазы — «клей» (сшивают), плазмида — вектор (переносчик гена в бактерию), обратная транскриптаза — получение гена по иРНК, ПЦР — размножение гена.

Направление	Что делают	Результаты
Клеточная инженерия	Культивируют клетки и ткани вне организма, соединяют клетки разных видов (гибридизация соматических клеток), выращивают растения из одной клетки	Оздоровление посадочного материала, микроклональное размножение, гибридомы для получения моноклональных антител
Хромосомная инженерия	Замещают или добавляют отдельные хромосомы	Перенос устойчивости к болезням в сорта пшеницы
Генная инженерия	Выделяют ген, встраивают его в вектор (плазмиду, вирус) и переносят в клетку-хозяина	Инсулин, гормон роста, интерферон, вакцины; трансгенные растения и животные
Клонирование (клеточная инженерия)	Пересаживают ядро соматической клетки в лишённую ядра яйцеклетку	Овца Долли (1996); получение генетически идентичных животных

Маркеры ЕГЭ. «Ген человека встроили в плазмиду бактерии» → генная инженерия; «рестриктаза, лигаза, вектор» → получение рекомбинантной ДНК; «пересадка ядра соматической клетки» → клонирование; «выращивание растения из одной клетки» → клеточная инженерия (микроклональное размножение); «гибридома» → моноклональные антитела; «верхушечная меристема, безвирусный посадочный материал» → микроклональное размножение; «липкие концы» → разрез рестриктазой; «ген устойчивости к антибиотику в плазмиде» → ген-маркер для отбора трансформированных клеток; «ген по иРНК, обратная транскриптаза» → ген без интронов; «ядро удалено, суррогатная мать» → клонирование переносом ядра; «замороженная сперма ценного производителя» → искусственное осеменение; «пшеница с хромосомами ржи» → хромосомная инженерия; «направляющая РНК и Cas9» → геномное редактирование.

Метод	Суть	Применение
Реконструкция яйцеклеток, клонирование, трансплантация ядер	Ядро соматической клетки пересаживают в яйцеклетку с удалённым ядром → зародыш — генетическая копия донора ядра	Овца Долли (1996); клонирование ценных животных; терапевтическое клонирование для получения стволовых клеток
Хромосомная инженерия	Замена или добавление отдельных хромосом (например, от дикого вида) в кариотипе культурного растения; получение гаплоидов и полиплоидов	Пшеницы с хромосомами ржи (устойчивость к болезням)

Направление	Что делают	Результаты
Хромосомная инженерия	Замещают или добавляют отдельные хромосомы	Перенос устойчивости к болезням в сорта пшеницы
Клонирование (клеточная инженерия)	Пересаживают ядро соматической клетки в лишённую ядра яйцеклетку	Овца Долли (1996); получение генетически идентичных животных

Микроклональное размножение. У ценного растения вырезают кусочек верхушечной меристемы — она обычно свободна от вирусов, потому что вирусы не успевают проникнуть в быстро делящиеся клетки. Ткань стерилизуют и помещают на питательную среду с фитогормонами; образуется каллус или сразу много побегов, при изменении соотношения гормонов появляются корни; растения укореняют и высаживают в грунт. Из одной почки за год получают тысячи генетически одинаковых здоровых растений — клон (безвирусный картофель, земляника, орхидеи).

Трансплантация ядер и клонирование. Метод пересадки ядер отработан на земноводных: Джон Гёрдон (1962) пересаживал ядра клеток кишечника головастика шпорцевой лягушки в яйцеклетки с разрушенным ядром и выращивал из них лягушек — это доказало, что ядро специализированной клетки сохраняет все гены. Схема клонирования млекопитающего (овца Долли, 1996): из неоплодотворённой яйцеклетки удаляют ядро → вводят в неё ядро соматической клетки донора (у Долли — клетки молочной железы) → электрическим импульсом запускают деление → зародыш выращивают до бластоцисты → пересаживают суррогатной матери → рождается клон донора ядра. Реконструкцию яйцеклеток применяют и в медицине: ядро яйцеклетки женщины с митохондриальной болезнью переносят в безъядерную яйцеклетку донора со здоровыми митохондриями (метод разрешён лишь в некоторых странах).

Хромосомная инженерия. Создают замещённые линии (пара хромосом культурного вида заменена парой хромосом другого вида) и дополненные (к набору добавлена пара чужих хромосом): так пшенице передают от ржи, пырея, эгилопса устойчивость к ржавчине и мучнистой росе. Из культуры пыльников выращивают гаплоиды, а удвоив их набор колхицином, за одно поколение получают полностью гомозиготные линии; колхицином же получают полиплоиды.

Нюансы. Клонирование даёт генетическую копию по ядерной ДНК, но не абсолютную: митохондриальная ДНК принадлежит яйцеклетке-реципиенту, а фенотип зависит и от условий развития. Универсальность генетического кода — причина, по которой ген человека работает в бактерии. Трансгенный организм отличается от полиплоидного или мутантного: в него перенесён конкретный чужой ген.

Метод	Суть	Применение
Генная инженерия	Выделение или искусственный синтез гена → вырезание рестриктазами → встраивание в вектор (плазмиду, вирус) с помощью лигаз = рекомбинантная ДНК → введение в клетку (трансформация) → отбор трансгенных клеток	Инсулин, интерферон, гормон роста, вакцины из бактерий и дрожжей; ГМ-растения (Bt-кукуруза, золотой рис); генная терапия; редактирование генома CRISPR/Cas9

Как получают рекомбинантную ДНК. Нужный ген вырезают рестриктазами (ферментами, разрезающими ДНК в определённых местах) или синтезируют по иРНК с помощью обратной транскриптазы → встраивают в плазмиду, сшивая лигазой → плазмиду вводят в бактериальную клетку → отбирают клетки, получившие ген, и размножают их. Бактерия начинает синтезировать нужный человеку белок: так с 1982 года производят человеческий инсулин, заменивший животный.

Тонкости конструирования рекомбинантной ДНК.

Закрепите теорию: 8 терминов и 5 заданий с проверкой и подсказками, урок зачитывается от 70 %.

Пройти урок arrow_forward