Клонирование

Бесполое размножение.

В природе существует два основных типа размножения – бесполое и половое. Каждый из этих типов делится на несколько подтипов. В данном случае нас интересует бесполое размножение. Оно происходит без образования гамет при участии одного организма. “При бесполом размножении образуются идентичные потомки, а единственным источником генетической изменчивости служат случайные мутации”1. Такое потомство, происходящее от одной родительской особи, называют клоном. Члены одного клона могут быть разными только вследствие случайной мутации. Существует подтипов бесполого размножения.

Деление.

Таким способом размножаются простейшие одноклеточные организмы: каждая особь делится на несколько (две и более) дочерних клеток, которые идентичны материнской клетке. Перед делением происходит репликация ДНК, а у эукариотической клетки – также деление ядра. В основном происходит бинарное деление, при котором из одной материнской образуются две одинаковые дочерние клетки. Так делятся бактерии, простейшие и некоторые водоросли. Существует также множественное деление – процесс, при котором “вслед за рядом повторных делений клеточного ядра происходит деление самой клетки на множество дочерних клеток”2. Наблюдается у таких простейших, как споровики. Эти дочерние клетки являются спорами. Спора - одноклеточная единица, состоящая из небольшого количества цитоплазмы и ядра и имеющая микроскопические размеры.

Почкование.

Почкование – форма бесполого размножения, когда дочерняя клетка образуется в виде выроста, очень напоминающего почку растения. Этот вырост появляется на родительской особи, а затем, отрываясь от него, ведёт самостоятельный образ жизни. При этом отпочковавшаяся особь идентична родительскому организму. Размножение почкованием встречается у разных групп организмов: у кишечнополостных (гидра) и у одноклеточных грибов (дрожжи).

Размножение фрагментами (фрагментация).

“Фрагментацией называют разделение особи на две или несколько частей, каждая из которых растёт и образует новую особь”.3 Фрагментацию можно наблюдать у некоторых низших животных, которые в силу своих слабо дифференцированных клеток сохраняют значительную способность к регенерации. Таких животных используют для экспериментального изучения процесса фрагментации. Часто при этом используют свободноживущую планарию. Эти эксперименты помогают понять процесс дифференцировки. В результате этого процесса каждая клетка приобретает определённую структуру, которая позволяет ей выполнять ряд специфических функций более эффективно. Это является одним из важнейших событий, которые происходят в процессе развития.

Клонирование.

Итак, клонирование – “получение идентичных потомков при помощи бесполого размножения”4По-другому определение клонирования звучит так “Клонирование - это процесс изготовления генетически идентичных копий отдельной клетки или организма”5 .То есть эти организмы похожи не только внешне, но и генетический код, заложенный в них, одинаков.

Возможности клонирования открывают новые перспективы для садоводов-огородников, фермеров-животноводов, а также для его медицинского применения. “Одной из главных задач в данной области является создание коров, в молоке которых будет содержаться сыворотка человеческого алгаомина. Эта сыворотка используется для лечения ожогов и иных травм, и мировая потребность в ней составляет от 500 до 600 тон в год”6(рисунок 1).Это одно направление. Второе – создание органов животных, которые можно будет использовать для трансплантации человеку. “Во всех странах существует серьезный недостаток донорских органов - почек, сердец, поджелудочных желез, печени. Поэтому идея, что можно создать практически конвейерное производство трансгенетических свиней, по графику поставляющих такие органы для пациентов, специально подготовленных для приема этих органов, вместо того, чтобы отчаянно пытаться найти подходящую ткань у донора-человека - такая идея является волнующей перспективой”7. Путём клонирования можно получать животных с высокой продуктивностью яиц, молока, шерсти или таких животных, которые выделяют нужные человеку ферменты (инсулин, интерферон, химозин). “Человеческие ферменты можно получать и более простым способом: взяв нужную клетку крови человека, клонировать её и вырастить клеточную культуру, которая в лабораторных условиях будет производить нужный фермент. Комбинируя методы генной инженерии с клонированием, можно вывести трансгенные сельскохозяйственные растения, которые смогут сами себя защищать от вредителей или будут устойчивы к определённым болезням.”8.

Структурно-функциональная организация генетического материала.

Наследственность и изменчивость – фундаментальные свойства живого.

Жизнь как особое явление характеризуется продолжительностью существования во времени. Это обеспечивается преемственностью живых систем. В основе такого непрерывного существования во времени лежит способность биологических систем к самовоспроизведению. “Сохранение жизни в меняющихся условиях оказывается возможным благодаря эволюции живых форм, в процессе которой у них появляются изменения, обеспечивающие приспособление к новой среде обитания. Непрерывность существования и историческое развитие живой природы обусловлены двумя фундаментальными свойствами жизни: наследственностью и изменчивостью.”9Рассмотрим эти свойства более подробно. Наследственность. Что под этим подразумевается? На клеточном и организменном уровнях под наследственностью понимают способность биологических систем сохранять и передавать в процессе самовоспроизведения строение, особые функции, развитие. На популяционно-видовом уровне организации жизни наследственность проявляется в поддержании постоянного соотношения генетических форм в ряду поколений данного вида. На биоценотическом уровне– в обеспечении сохранения определённого соотношения видов организмов, которые образуют биоценоз. В ходе возникновения и развития жизни на земле наследственность играла огромную, решающую роль, так как закрепляла полезные изменения, происходящие в организме, таким образом, обеспечивая как бы консерватизм организации живых систем. Поэтому можно сделать вывод, что наследственность является одним из главных факторов эволюции. “Изменчивостью называется вся совокупность различий по тому или иному признаку между организмами, принадлежащими к одной и той же природной популяции или виду.”10На уровне отдельных клеток и организмов изменчивость проявляется в возникновении отличий между ними, так как затрагивается их индивидуальное развитие (онтогенез). На популяционно-видовом уровне организации жизни это свойство проявляется в наличии генетических различий между отдельными представителями популяции вида. Благодаря этому появляются новые виды организмов, что вносит разнообразие, а так же изменения в межвидовые взаимоотношения в биоценозах. Изменчивость в определённом смысле отражает динамичность организации живых систем и тоже является решающим фактором эволюции.

“Несмотря на то что по своим результатам наследственность и изменчивость разнонаправлены, в живой природе эти два фундаментальных свойства образуют неразрывное единство, чем достигается одновременно сохранение в процессе эволюции имеющихся биологически целесообразных качеств и возникновение новых, делающих возможным существование жизни в разнообразных условиях.”11

Цитоплазматическое наследование.

В начале XX в. было обнаружено, что в клетках имеется внехромосомный наследственный материал. Он располагается в различных цитоплазматических структурах и определяет собой особую цитоплазматическую наследственность. Наличие некоторого количества наследственного материала в цитоплазме в виде кольцевых молекул ДНК митохондрий и пластид, а также других внеядерных генетических элементов даёт основание для специального рассмотрения их участия в формировании фенотипа в процессе индивидуального развития. Цитоплазматические гены не подчиняются законам Менделя о наследовании, которые определяются поведением хромосом при процессах: митозе, мейозе и оплодотворении. Так как образующийся вследствие оплодотворения организм получает цитоплазматические структуры вместе с яйцеклеткой, то цитоплазматическое наследование идёт по материнской линии. Этот тип наследования был впервые описан К. Корренсом в 1908 г. в отношении признака пёстрых листьев у некоторых растений (рисунок 2). Позднее было установлено, что развитие этого признака обуславливается мутацией, которая возникает в ДНК хлоропластов и нарушает в них синтез хлорофилла. Размножение в клетках нормальных (зелёных) и мутантных (бесцветных) пластид, их последующее затем случайное распределение между дочерними клетками приводят к появлению отдельных клеток, совершенно лишённых нормальных пластид. Потомство таких клеток и образует обесцвеченные участки на листьях. Таким образом, фенотип потомства зависит от фенотипа материнской особи, то есть у растения с зелёными листьями потомство будет абсолютно нормальным, потомство растения с бесцветными листьями будет такой же фенотип. Для клонирования это важно, так как при этом процессе ядро яйцеклетки заменяется ядром соматической клетки из ткани животного, и цитоплазматические гены должны запустить программу роста и развития этой клетки. Здесь решаются проблемы связанные с хромосомами.

Положения хромосомной теории.

Термин хромосома был предложен в 1888г. немецким морфологом В. Вальдейером. Он применил этот термин для обозначения внутриядерных структур эукариотической клетки, которые хорошо окрашиваются основными красителями (от греческого хрома – цвет и сома – тело).

Представление о хромосомах