Клонування (реферат за 2000 рік).

Безстатеве розмноження
У природі існує два основних типи розмноження - безстатеве і статеве. Кожен з цих типів поділяється на кілька підтипів. У даному випадку нас цікавить безстатеве розмноження. Воно відбувається без утворення гамет за участю одного організму. "При безстатевому розмноженні утворюються ідентичні нащадки, а єдиним джерелом генетичної мінливості служать випадкові мутації" (1). Таке потомство, що походить від однієї батьківської особини, називають клоном. Члени одного клону можуть бути різними тільки внаслідок випадкової мутації. Існує підтипів безстатевого розмноження.
Розподіл
Таким способом розмножуються найпростіші одноклітинні організми: кожна особина ділиться на декілька (два і більше) дочірніх клітин, які ідентичні материнській клітині. Перед розподілом відбувається реплікація ДНК, а у еукаріотичної клітини - також поділ ядра. В основному відбувається бінарне розподіл, при якому з однієї материнської утворюються дві однакові дочірні клітини. Так діляться бактерії, найпростіші і деякі водорості. Існує також множинне розподіл - процес, при якому "слідом за рядом повторних поділів клітинного ядра відбувається поділ самої клітини на безліч дочірніх клітин" (2). Спостерігається у таких простих, як споровікі. Ці дочірні клітини є спорами. Суперечка - одноклітинна одиниця, що складається з невеликої кількості цитоплазми і ядра і має мікроскопічні розміри.
Брунькування
Брунькування - форма безстатевого розмноження, коли дочірня клітина утворюється у вигляді виросту , що дуже нагадує нирку рослини. Цей виріст з'являється на батьківській особини, а потім, відриваючись від нього, веде самостійний спосіб життя. При цьому отпочковавшаяся особина ідентична батьківського організму. Розмноження брунькуванням зустрічається в різних груп організмів: у кишковопорожнинних (гідра) і в одноклітинних грибів (дріжджі).
Розмноження фрагментами (фрагментація)
"фрагментацією називають поділ особини на дві або декілька частин, кожна з яких зростає і утворює нову особину ". (3) Фрагментація можна спостерігати в деяких нижчих тварин, які в силу своїх слабо диференційованих клітин зберігають значну здатність до регенерації. Таких тварин використовують для експериментального вивчення процесу фрагментації. Часто при цьому використовують вільноживучих планарії. Ці експерименти допомагають зрозуміти процес диференціювання. У результаті цього процесу кожна клітина набуває певну структуру, яка дозволяє їй виконувати ряд специфічних функцій більш ефективно. Це є одним з найважливіших подій, які відбуваються в процесі розвитку.
Клонування
Отже, клонування - "отримання ідентичних нащадків за допомогою безстатевого розмноження" (4). По-іншому визначення клонування звучить так "Клонування - це процес виготовлення генетично ідентичних копій окремої клітини або організму" (5). Тобто ці організми схожі не тільки зовні, але й генетичний код, закладений у них, однаковий.
Можливості клонування відкривають нові перспективи для садівників-городників, фермерів-тваринників, а також для його медичного застосування. "Однією з головних задач у даній області є створення корів, в молоці яких міститиметься сироватка людського алгаоміна. Ця сироватка використовується для лікування опіків і інших травм, і світова потреба в ній складає від 500 до 600 тон на рік" (6) (малюнок 1). Це один напрямок. Друге - створення органів тварин, які можна буде використовувати для трансплантації людині. "У всіх країнах існує серйозний недолік донорських органів - нирок, сердець, підшлункової залози, печінки. Тому ідея, що можна створити практично конвеєрне виробництво трансгенетіческіх свиней, за графіком постачають такі органи для пацієнтів, спеціально підготовлених для прийому цих органів, замість того, щоб відчайдушно намагатися знайти відповідну тканину у донора-людини - така ідея є хвилюючою перспективою "(7). Шляхом клонування можна отримувати тварин з високою продуктивністю яєць, молока, вовни або таких тварин, які виділяють потрібні людині ферменти (інсулін, інтерферон, химозин). "Людські ферменти можна отримувати і більш простим способом: взявши потрібну клітину крові людини, клонувати її і виростити клітинну культуру, яка в лабораторних умовах буде виробляти потрібний фермент. Комбінуючи методи генної інженерії з клонуванням, можна вивести трансгенні сільськогосподарські рослини, які зможуть самі себе захищати від шкідників або будуть стійкі до певних хвороб. "(8).
Структурно-функціональна організація генетичного матеріалу
Спадковість і мінливість - фундаментальні властивості живого.
Життя як особливе явище характеризується тривалістю існування у часі. Це забезпечується наступністю живих систем. В основі такого безперервного існування в часі лежить здатність біологічних систем до самовідтворення. "Збереження життя в мінливих умовах виявляється можливим завдяки еволюції живих форм, в процесі якої у них з'являються зміни, що забезпечують пристосування до нового середовища проживання. Безперервність існування та історичний розвиток живої природи обумовлені двома фундаментальними властивостями життя: спадковістю та мінливістю." (9) Розглянемо ці властивості більш детально. Спадковість. Що під цим мається на увазі? На клітинному і організмовому рівнях під спадковістю розуміють здатність біологічних систем зберігати і передавати в процесі самовідтворення будова, особливі функції, розвиток. На популяційно-видовому рівні організації життя спадковість проявляється у підтримці постійного співвідношення генетичних форм у ряду поколінь даного виду. На биоценотическом рівні-в забезпеченні збереження певного співвідношення видів організмів, які утворюють біоценоз. У ході виникнення і розвитку життя на землі спадковість грала величезну, вирішальну роль, так як закріплювала корисні зміни, що відбуваються в організмі, таким чином, забезпечуючи як би консерватизм організації живих систем. Тому можна зробити висновок, що спадковість є одним з головних факторів еволюції. "Мінливістю називається вся сукупність відмінностей за тією або іншою ознакою між організмами, які належать до однієї і тієї ж природної популяції чи виду." (10) На рівні окремих клітин і організмів мінливість проявляється у виникненні відмінностей між ними, так як порушується їх індивідуальний розвиток ( онтогенез). На популяційно-видовому рівні організації життя ця властивість виявляється в наявності генетичних відмінностей між окремими представниками популяції виду. Завдяки цьому з'являються нові види організмів, що вносить різноманітність, а так само зміни в міжвидові взаємовідносини в біоценозах.


Мінливість в певному сенсі відображає динамічність організації живих систем і теж є вирішальним фактором еволюції.
"Незважаючи на те що за своїми результатами спадковість і мінливість різноспрямовані, в живій природі ці два фундаментальні властивості утворюють нерозривну єдність, чим досягається одночасно збереження в процесі еволюції наявних біологічно доцільних якостей і виникнення нових, які роблять можливим існування життя в різноманітних умовах. "(11)
цитоплазматичне спадкування
На початку XX ст. було виявлено, що в клітинах є позахромосомних спадковий матеріал. Він розташовується в різних цитоплазматичних структурах і визначає собою особливу цитоплазматичну спадковість. Наявність певної кількості спадкового матеріалу в цитоплазмі у вигляді кільцевих молекул ДНК мітохондрій і пластид, а також інших внеядерних генетичних елементів дає підставу для спеціального розгляду їх участі у формуванні фенотипу в процесі індивідуального розвитку. Цитоплазматичні гени не підкоряються законам Менделя про спадкування, які визначаються поведінкою хромосом при процесах: мітозі, мейозі та заплідненні. Так як утворюється внаслідок запліднення організм отримує цитоплазматичні структури разом з яйцеклітиною, то цитоплазматичне спадкування йде по материнській лінії. Цей тип спадкування був вперше описаний К. Корренсом в 1908 р. у відношенні ознаки строкатих листків у деяких рослин (малюнок 2). Пізніше було встановлено, що розвиток цієї ознаки обумовлюється мутацією, яка виникає в ДНК хлоропластів і порушує в них синтез хлорофілу. Розмноження в клітинах нормальних (зелених) і мутантних (безбарвних) пластид, їх подальше потім випадкове розподіл між дочірніми клітинами призводять до появи окремих клітин, зовсім позбавлених нормальних пластид. Потомство таких клітин і утворює знебарвлені ділянки на листі. Таким чином, фенотип потомства залежить від фенотипу материнської особини, тобто у рослини із зеленим листям потомство буде абсолютно нормальним, потомство рослини з безбарвними листям буде такою ж фенотип. Для клонування це важливо, тому що при цьому процесі ядро ??яйцеклітини замінюється ядром соматичної клітини з тканини тварини, і цитоплазматичні гени повинні запустити програму росту і розвитку цієї клітини. Тут вирішуються проблеми пов'язані з хромосомами.
Положення хромосомної теорії
Термін хромосома був запропонований у 1888р. німецьким морфологом В. Вальдейера. Він застосував цей термін для позначення внутрішньоядерних структур еукаріотичної клітини, які добре забарвлюються основними барвниками (від грецького хрому - колір і сома - тіло).
Подання про хромосоми як носіях комплексів генів було складено спостереження зчепленого успадкування батьківських ознак один з одним при передачі їх з покоління в покоління. Таке зчеплення ознак пояснили розміщенням відповідних генів у хромосомі, яка є достатньо стійкою структурою, що зберігає склад генів в ряду поколінь клітин і організмів.
Згідно хромосомної теорії спадковості, сукупність генів, що входять до складу однієї хромосоми, утворює групу зчеплення. Кожна хромосома унікальна по набору ув'язнених у ній генів. Тому число груп зчеплення в спадковому матеріалі організмів, які належать до одного виду, визначається кількістю хромосом у гаплоїдному наборі їхніх статевих клітин. При заплідненні утворюється диплоїдний набір, кожна група зчеплення якого представлена ??двома видами - батьківській і материнській хромосомами, що несуть різні набори відповідного комплексу генів.
Подання про лінійне розташування генів у хромосомах виникло на основі нерідко спостережуваного процесу рекомбінації (взаємообміну) між материнським і батьківським комплексами генів в гомологічних хромосомах. Встановили, що частота рекомбінації характеризується певною сталістю для кожної пари генів і різна для різних пар. Це спостереження дало можливість припустити зв'язок частоти рекомбінації з послідовністю розташування генів у хромосомі.
Таким чином, була доведена роль хромосом як основних носіїв спадкового матеріалу в еукаріотичної клітці.
Роль ДНК у спадковості
На початку ХХ століття Саттон і Бовері висловили вірну думку про те, що саме хромосоми передають генетичну одного покоління іншому і сформулювали так звану хромосомну теорію спадковості. "Відповідно до цієї теорії, кожна пара факторів локалізована в парі гомологічних хромосом, причому кожна хромосома несе по одному фактору. А так як число ознак у будь-якого організму в багато разів більше числа його хромосом, видимих ??у мікроскоп, кожна хромосома має містити безліч чинників.. "(12) У ряді експериментів Альфред Мирський показав, що в особин одного виду всі соматичні клітини містять
рівну кількість ДНК, що вдвічі більше кількості ДНК в гаметах. Те ж саме відноситься і до вмісту в хромосомах білка, так що ці дані мало сприяли з'ясуванню природи генетичного матеріалу.
У 1928 р. англійський мікробіолог Фредерік Гріффіт поставив досвід. У часи, коли антибіотики ще не були відомі, він намагався приготувати вакцину проти пневмокока - збудника однієї з форм пневмонії. Були відомі дві форми цієї бактерії, одна з них має драглистої капсулою і вірулентність (викликає захворювання), а інша не має цієї капсули і не вірулентність. Здатність викликати пневмонію і була, мабуть, пов'язана з наявністю цієї капсули. Досліди по введенню різних форм цих бактерій дали результати, представлені в таблиці 1.
Таблиця 1 Результати експерименту Гриффіта
У якій формі ін'єктовані пневмокок Дія на мишей живий бескапсульнийвижівают живої інкапсулірованнийгібнут інкапсульованний, убитий нагреваніемвижівают інкапсульованний, убитий нагріванням + живий бескапсульнийгібнут
"При розтині загиблих мишей у них були виявлені живі інкапсульовані форми . На підставі цих результатів Гріффіт зробив висновок, що від убитих нагріванням інкапсульованих форм до живих бескапсульним формам передається якийсь чинник, що примушує їх виробляти капсули і ставати вірулентними. "(13) Але природа цього трансформуючого фактора залишалася невідомою до 1944 р., коли вдалося виділити і ідентифікувати його. Евері, Мак-Карті і Мак-Лео встановили, що видалення полисахаридной капсули і білкової фракції з клітинних екстрактів не влили на здатність трансформувати бескапсульние форми, але додавання ферменту дезоксирибонуклеази (ДНКази), гідролізують ДНК, перешкоджало трансформації. Здатність високоочищених екстрактів ДНК з інкапсульованих клітин викликати трансформацію показала, що фактором Гріффта була ДНК.