Информационный материал по курсу вуза «Биотехнология»

Biotexnologiya universiteti kursi bo'yicha ma'lumot materiallari


"Makro ob'ektlar biotexnologiyasi uchun ahamiyati.
Hayvonlar va odamlar donor va ob'ekt sifatida
emlash uchun. Kriosaqlash va uning asoslari".

Biotexnologiyada макрообъекты, 10 m dan 1 sm gacha bo'lgan biob'ektlarni o'z ichiga olgan makro ob'ektlar muhim ahamiyatga ega. bular: donorlar (odam, sigir, ot va boshqa hayvonlar); saponinlar, alkaloidlar va boshqalarning bionakopitorlari; zaharli hayvonlar va zaharli donator o'simliklar va boshqalar. shunday qilib, gomologik immunitet plazmasini (antistafilokokk) ishlab chiqarish uchun, antifungal), qizamiqqa qarshi gamma-globulin (donor va platsenta), albumin, plazma, eritrotsitlar va leykotsitlar massalari transfüzyon uchun bioob'ekt sifatida u yoki bu yarim mahsulotning donoridir. Immunitet plazmasi ishlab chiqarilganda, odam immunizatsiya ob'ekti sifatida ham ishlaydi. Hozirgi vaqtda sanoat miqyosida interferon ishlab chiqaradigan inson limfoblastlarini etishtirish o'zlashtirildi.

Katta hayvonlar - ot, eshak, xachir emlash uchun mo'ljallangan va shu bilan birga heterologik antitoksik sarumlarning ishlab chiqaruvchilari (difteriyaga qarshi, qoqsholga qarshi, botulinum, antief, antihurz va boshqalar). Bundan tashqari, ular xolinesteraza ishlab chiqarish uchun sarum va qizil qon tanachalari donorlari (tashxis qo'yish uchun).
Sigir va uc oshqozon osti bezi, paratiroid bezlari, gipofiz bezi, moyaklar, xaftaga donorlari bo'lib, hayvonlarning xom ashyosidan preparatlar ishlab chiqaradi: mos ravishda insulin, pankreatin, paratiroidin, tirotropin, gialuronidaza va rumalon.
Cho'chqa oshqozon shilliq qavatining pepsin va oshqozon osti bezi - insulin ishlab chiqarish uchun donatoridir. Maral (izyubr, dog'li kiyik) pantokrin olinadigan pantalarning donoridir. Monitor в kertenkesi komplement bilan bog'lanish reaktsiyasini (RSCS) o'rnatish uchun normal eritrotsitlar donori, shuningdek immunizatsiya ob'ekti va turli diagnostik sarumlarni ishlab chiqaruvchi vazifasini bajaradi. Echki xuddi shu rolda Shomil bilan yuqadigan ensefalit virusiga heterologik Antiserum olish uchun ishlaydi.
Turli xil vaktsinalarni olish uchun organlar va to'qimalar, shu jumladan embrion, turli xil hayvonlar viruslarni ko'paytirish uchun ob'ekt sifatida ishlatiladi: maymun buyraklari (poliomielitga qarshi vaktsinalar), Gvineya cho'chqalarining buyraklari va yapon bedana fibroblastlari (qizamiqqa qarshi tirik quruq emlash), tovuq embrionining fibroblastlari (Shomil ensefalitiga qarshi emlash), quyonlarning yaxlit organizmlarining miya to'qimalari, kalamushlar, qo'ylar (quturishga qarshi vaktsinalar - quturishning oldini olish uchun).
Yuqori hayvonlarning to'qima hujayralarini tanadan ajratib olish va keyinchalik ularning in vitro o'sishi va ko'payishi uchun sharoit yaratish mumkinligi haqidagi g'oyani tan olish XX asrning birinchi o'n yilligiga to'g'ri keladi. Bunday jarayonlar haqiqiy ekanligi ma'lum bo'lgandan so'ng, ishning ikkinchi bosqichi boshlandi, uning boshlanishi bunday hujayralarda filtrlanadigan yuqumli agentlar—viruslarni etishtirish va ko'paytirish imkoniyatini namoyish etish bilan boshlandi. Hikoyaning uchinchi bosqichi hayvonlar hujayralarida vaktsina preparatlarida foydalanish uchun ko'p miqdorda virusli material olishning amaliy imkoniyati ko'rsatilgan vaqtdan boshlanadi va quyidagi vaqtgacha davom etadi: 1) hujayralarga o'ziga xos ekzogen hosil bo'lgan genlarni kiritish va ularning ifodasini olish mumkin bo'ldi va 2) madaniyatda bitta hujayradan butun hujayra o'sishi mumkinligi tasdiqlandi. populyatsiyalar. Bunday populyatsiyalar atrof-muhitga antikorlarni chiqaradigan hujayradan olinganida, bosim ustidagi suyuqlikdagi barcha Antikor molekulalari bir xil edi. Ushbu ikki hodisaning sabablari va oqibatlari hozirda intensiv ravishda o'rganilmoqda va ular ushbu sohadagi ishlarning to'rtinchi bosqichining boshlanishini anglatadi.
Hayvon hujayralarining madaniyatda o'sishi va bo'linish qobiliyatini ko'rsatish uchun bir qator yondashuvlar va usullarni o'zlashtirish kerak edi. Ularning xususiyatlari quyida keltirilgan.
1. Ekzogen prokaryotlar va zamburug'lardan xoli hujayralarni olish usullari.
2. "To'qimalardan kesilgan" yoki izolyatsiya qilingan hujayralarning o'sishi bostirilmaydigan muhitni rivojlantirish usullari.
3. Hujayralarni rivojlanish dinamikasida kuzatish usullari.
4. In vitro hayvon hujayralari madaniyatini doimiy ravishda etishtirish va ularni boshqa biologik vositalardan xoli saqlash usullari.
Ushbu usullarni ishlab chiqish uchun ilmiy asos hayvon va o'simlik kelib chiqadigan tirik organizmlarning asosiy tarkibiy elementi sifatida hujayra g'oyasi hisoblanadi. Hayvon to'qimalarining hujayralarini tanadan ajratib olish va keyin ularning o'sishi va ko'payishi uchun sharoit yaratish mumkin degan fikr in vitro Klod Bernardga tegishli kontseptsiyadan kelib chiqqan. U nafaqat tirik organizmlar, balki atrof-muhitdagi o'zgarishlardan qat'i nazar, ichki sharoitlarni barqaror ushlab turishga qodir, deb taklif qildi. Hayvon tanasidan tashqaridagi hujayra ham ichki sharoitlarini saqlab qolishga intiladi. Agar ichki va tashqi sharoitlar o'rtasidagi farqlar ahamiyatsiz bo'lsa, unda hujayraning o'sishi va bo'linishi ehtimoli katta. Ushbu hodisani tushunish tanadan tashqarida hujayralar o'sishini qo'llab-quvvatlaydigan va rag'batlantiradigan muhitni rivojlantirish zarurligiga olib keladi.
Biroz vaqt o'tgach, 1885 yilda W. Roux tanadan tashqarida tirik to'qimalarni amalda saqlab qolish imkoniyatini ko'rsatdi. U tovuq embrionining qobig'ini iliq fiziologik eritmada saqlab qoldi. Keyinchalik u in vitro embriologiya muammolari bo'yicha faol nashr etilgan muallif bo'ldi. Keyinchalik, 1897 yilda Loeb (Loeb) qon va biriktiruvchi to'qima hujayralarini qon zardobi va plazma naychalarida hayotiy holatda ushlab turdi. Leungren (1898) inson terisi eksplantlarini kislotali muhitda hayotiy holatda saqlash va reimplantatsiya qobiliyatini saqlab qolish imkoniyatini ko'rsatdi. Qo'shimcha tajribalar Jolli (1903) tomonidan amalga oshirildi, u Salamander leykotsitlarini o'z ichiga olgan osilgan tomchida hujayra bo'linishini kuzatdi va beb va Eving (1906) itning limfosarkoma to'qimasini ko'chirib o'tkazishda buni tasdiqladilar.
Roux ishini davom ettirib, Ross Xarrison "osilgan tomchi" texnikasini takomillashtirdi. U qurbaqaning medullar tomiridan tortib olingan va uning limfa trombiga singib ketgan mayda to'qimalardan foydalangan va ularni slayddagi chuqurchaning tepasida joylashgan qopqoq oynasining pastki qismida tomchi sifatida ushlab turgan. 1907 yilda u bunday "kamera" yordamida bir necha hafta davomida asab hujayralarining o'sishini kuzatishga muvaffaq bo'ldi; u bu hujayralarning o'sish tezligi 25 daqiqada 20 mkm ekanligini aniqladi. u ishlatgan Barrows tomonidan issiq qonli hayvonlarning boshqa to'qima hujayralari uchun ishlatilgan. Ushbu tadqiqotchi 1910 yilda limfa trombi o'rniga tovuq plazmasidagi trombdan foydalangan.
1913 yilda Aleksis Karrel embrion ekstrakti bilan boyitilgan qon plazmasidan foydalangan. Bunday ekstraktning qo'shilishi to'qimalarning o'sishini tezlashtirdi. Qo'llaniladigan texnika Levis (1911) va Rid (1908) tomonidan qo'llanilganidan ancha katta muvaffaqiyat ehtimolini ta'minladi. Rid Gvineya cho'chqasining suyak iligidan hujayra madaniyatini tayyorladi va ma'lum kimyoviy tarkibdagi muhitda eksplantlarni o'stirishga harakat qildi. Karrelning ishi katta e'tiborni tortdi, chunki u qiziqarli nom ostida nashr etilgan — "o'lmas" hujayralarni etishtirish. Yurak hujayralarini embrion tovuq bilan inkubatsiya qilish 1912 yil 17 yanvarda boshlangan.hujayralarni qayta ekish Eblingni o'zi aytganidek davom ettirdi, ular bilan 34 yil ishladi. Karrel jarroh va aseptik masalalarda juda bilimdon bo'lganligi sababli, u in vitro hayvon hujayralarini etishtirishga katta hissa qo'sha oldi. Shu bilan birga, eksperimentlarning tashkil etilishi va texnik shartlari juda noqulay edi. Karrelning yordamchilari boshlarini to'liq yopish uchun qalpoqli quyuq rangli uzun polli rezina xalatlar kiyishgan. Protseduralar uzoq davom etdi va ko'plab tafsilotlar bilan og'irlashdi. Muallif tomonidan ifloslanishning oldini olish bo'yicha murakkab choralar bo'yicha ilgari surilgan talablar natijasida ushbu mavzu atrofida sir va eksklyuzivlik muhiti yaratildi, bu unga hissa qo'shishdan ko'ra taraqqiyotga to'sqinlik qildi. Shunga qaramay, ular ko'p narsalarga erishdilar. Xususan, antibiotiklar bo'lmagan taqdirda ham, u alohida koloniyalarni rad etish va ularni yangi o'sish sharoitlariga o'tkazish uchun jarrohlik texnikasidan foydalangan holda hujayralarni ko'chirib o'tkazishda muvaffaqiyat qozondi. Karrel, shuningdek, o'z hamkasblariga hujayra transplantatsiyasi jarayonida amalga oshirilishi mumkin bo'lgan kuzatuvlarning ilmiy ahamiyatini ko'rsatdi.
Amalga oshirilgan ishlar davomida madaniy muhit formulasiga bir qator tuzatishlar kiritildi. Xususan, Tirod Ringer eritmasini o'zgartirdi va tovuq zardobi va embrion ekstraktidan tashqari fibrin koagulyatidan foydalanishni boshladi. Hayvonlarning bo'linadigan hujayralarini kuzatish uchun Kanti 1928 yilda kinofotomikrografiya usulini ishlab chiqdi. Xuddi shu davrda hujayralar bilan ishlash texnikasida qo'shimcha va juda muhim yondashuv ishlab chiqilgan. Bu hujayralarni ular joylashgan to'qima matritsasidan chiqarish uchun tripsinni qo'llashni anglatadi. Biroq, bu usul 1937 yilda Simms va Stidlman undan plazma madaniyati orasidagi hujayralarni o'tkazish uchun foydalanmaguncha tan olinmadi. Ushbu usul to'qimalarda emas, balki madaniyatlarda individual hujayralarni muvaffaqiyatli qo'llash imkonini beradi.
Madaniyatdagi hujayra klonlari birinchi marta 1948 yilda Earl va uning hamkasblari tomonidan bitta hujayradan olingan. Eagle (1955) sharoitda hujayralarning ozuqaviy ehtiyojlarini muntazam ravishda o'rganib chiqdi. 1961 yilda Xeyflik va Murxed WI-38 inson diploid hujayra liniyasini (QQS) ajratmaguncha, bir marta o'rnatilgan hujayra liniyasi cheksiz umrga ega deb hisoblangan. Wi-38 liniyasiga kelsak, uning madaniyatdagi mavjudligi davri aholining taxminan 50 baravar ko'payishi bilan cheklanganligi ko'rsatilgan. Populyatsiyaning o'limidan oldin, bu chiziq hujayralari qarish hodisasi bilan ajralib turadi. Biroq, o'lganda, bu hujayralar diploid bo'lib qoldi va malign o'zgarishlar belgilari yo'q edi. Saraton o'smalaridan ajratilgan yoki madaniyatda o'zgartirilgan hujayralar "o'lmaslik" bilan tavsiflanadi va heteroploidlik bilan bog'liq. Hayvon hujayralarining birinchi suspenziya madaniyati odatda malign to'qimalar hujayralariga asoslangan edi. Bular inson bachadon bo'yni saratoni o'simtasidan ajratilgan HeLa hujayralari. Bachadon bo'yni karsinomasining qayta tiklanadigan liniyasi 1952 yilda Jey va uning hamkasblari tomonidan ajratilgan bo'lib, u hozirgi kunda dunyoning ko'plab laboratoriyalarida qo'llaniladi.
Inson diploid hujayralarini etishtirish tarixidagi keyingi bosqich ularning genetik jihatdan barqaror va barcha ma'lum yashirin va onkogen viruslardan xoli ekanligini aniqlash bilan bog'liq. Shuning uchun inson diploid hujayralari liniyalaridan odamlar uchun mo'ljallangan mahsulotlarni olish uchun foydalanishga ruxsat beriladi. Ushbu dogma hozirgi kunda ham amal qilmoqda, ammo eng yangi kashfiyotlar oddiy to'qimalardan ajratilgan hujayralarda, Raus sarkomasi virusi va Moloni sarkomasi virusi kabi ma'lum onkogen viruslarda topilganlarga o'xshash potentsial onkogenlar mavjudligini aniq ko'rsatdi. Raus 1910 yilda tovuq o'simtasining filtrlangan ekstrakti yordamida o'simtani qo'zg'atgan. Bu o'simta RNK virusi (Raus sarkomasi virusi) tomonidan qo'zg'atilgan. Keyinchalik, bir qator viruslar o'smalarning paydo bo'lishiga olib kelishi mumkinligi aniqlandi, bunday viruslar onkogen deb nomlandi.
Eksperimental ishning maqsad va vazifalariga muvofiq hayvon hujayralarini etishtirishning ikki yo'nalishini ajratish mumkin:
- hujayra madaniyati;
- organlar va to'qimalar madaniyati (organ madaniyati).
Hujayra madaniyati tarkibiy tuzilishdan mahrum, xarakterli gistiotipik arxitekturani va u bilan bog'liq biokimyoviy xususiyatlarni yo'qotadi va odatda maxsus sharoitlar bo'lmagan taqdirda muvozanat holatiga etib bormaydi. Madaniyatlardagi hujayralar ko'payadi, bu hujayralarning katta massasini hosil qiladi, so'ngra ular aniqlanadi (fenotipik belgilar bilan, selektiv muhitda etishtirish orqali, genotipik), bir xil parallellarga bo'linadi va agar kerak bo'lsa, saqlanadi. Madaniy hujayralarning dinamik xususiyatlarini nazorat qilish ko'pincha qiyin, shuningdek, in vivo jonli ravishda kuzatilgan ba'zi hujayra o'zaro ta'sirini in vitro qayta qurish qiyin. Shu munosabat bilan, ba'zi tadqiqotchilar asl to'qimalarning strukturaviy yaxlitligini saqlaydigan hujayra tizimlaridan foydalanishni afzal ko'rishadi.
Madaniyatga allaqachon kiritilgan hujayra turlarining ro'yxati juda katta. Bular inson biriktiruvchi to'qimalarining elementlari (fibroblastlar), skelet to'qimalari (suyak va xaftaga), skelet, yurak va silliq mushaklar, epiteliya to'qimalari (jigar, o'pka, buyraklar va boshqalar), asab tizimining hujayralari, endokrin hujayralar (buyrak usti bezlari, gipofiz bezi, Langerhans orollari hujayralari), melanotsitlar va turli xil o'sma hujayralari.
Hujayra populyatsiyasi har doim ham bir hil emas va qat'iy fenotipga ega. Epidermis keratinotsitlari kabi ba'zi madaniyatlarda ildiz hujayralari, progenitor hujayralar va keratinlangan skuamoz hujayralar mavjud. Bunday madaniyatda ildiz hujayralari tufayli doimiy yangilanish, progenitor hujayralarning ko'payishi va kamoloti, shuningdek, skuamoz hujayralarni madaniy muhitga "tushirish" bilan birga qaytarilmas differentsiatsiya mavjud.
Madaniyatga, kattalar yoki embrion, normal yoki o'simtaga kiritish uchun qaysi to'qimalarni olish yaxshiroq? Embrion to'qimalardan olingan madaniyatlar mos keladigan etuk to'qimalarga qaraganda yaxshiroq omon qolish va faol o'sish bilan tavsiflanadi. Buning sababi ixtisoslashuvning past darajasi va embrionlarda ko'payadigan progenitor hujayralarning mavjudligi. Voyaga etgan to'qimalarning proliferativ qobiliyati pastroq, ular ko'proq bo'linmaydigan maxsus hujayralarni o'z ichiga oladi. Voyaga etgan to'qima hujayralarining birlamchi madaniyatini olish va ularni ko'paytirish qiyinroq, bunday ekinlarning umr ko'rish davomiyligi odatda qisqa. Oddiy to'qimalar cheklangan umrga ega ekinlarni keltirib chiqaradi, o'smalardan olingan ekinlar esa cheksiz uzoq vaqt davomida ko'payish qobiliyatiga ega. Madaniyatdagi normal hujayralarning differentsiatsiyasi odatda hujayralar ko'payishining to'liq to'xtashi bilan birga keladi. O'simta hujayralari madaniyatida ko'payish qobiliyatini saqlab, qisman farqlash mumkin.
Yangi hosil qilingan ekinlar o'tish yoki sub-kultivatsiya boshlanishidan oldin birlamchi ekinlar deb ataladi. Birlamchi madaniyat hujayralari odatda heterojen bo'lib, past proliferatsiya bilan tavsiflanadi. Ular olingan to'qimalarning hujayra turlarini to'liq aks ettiradi. Passing madaniyat mavjudligini uzaytirish, hujayra xususiyatlarini klonlash, tadqiq qilish va saqlash imkoniyatini beradi. Bunday holda, bir hil populyatsiyalar olinadi va ixtisoslashgan hujayralar ham yo'qoladi. Bir necha marta takrorlangandan so'ng, hujayra chizig'i o'ladi yoki o'zgaradi va doimiy hujayra chizig'iga aylanadi. "Boqiylik" xususiyati asosan o'smalardan olingan hujayralarga ega. Doimiy hujayra chizig'ining paydo bo'lishi morfologik o'zgarishlar (hujayralar hajmining pasayishi, ularning yopishqoqligining pasayishi, yaxlitlash, yadro/sitoplazmatik nisbatning oshishi, o'sish tezligining oshishi (madaniyatdagi hujayralarning ikki baravar ko'payishi vaqti 36-48 dan 12-36 soatgacha kamayadi), zardobga qaramlikning pasayishi, klonlash samaradorligini oshirish, o'sish sur'atlarining pasayishi). substratga bog'liqlik, heteroploidlik (hujayralar orasidagi xromosoma farqlari) va aneuploidlik va o'smaning ko'payishi. Oddiy hujayralar saratonga aylanmasdan doimiy chiziqqa aylanishi mumkin.