Індивідуальний розвиток організмів
ЕМБРІОТЕХНОЛОГІЇ. КЛОНУВАННЯ

Цілі уроку: ознайомити учнів із сучасними ембріотехнологіями та технологіями клонування, розглянути історію їх розвитку й перспективи використання в медицині, сільському господарстві й промисловості; розвивати логічне мислення; виховувати почуття відповідальності за свої дії та дбайливе ставлення до живих організмів.

Обладнання й матеріали: таблиці, фотографії або слайди презентації, які демонструють схеми ембріотехнологій та клонування, їх досягнення та головні напрямки розвитку й можливого застосування.

Базові поняття й терміни: ембріотехнології, ембріони, штучне запліднення, клонування, цитотехнології, гісготехнології, стовбурові клітини.

I. Організаційний етап

II. Актуалізація опорних знань і мотивація навчальної діяльності учнів

Питання для бесіди

1. Які особливості притаманні життєвим циклам рослин?

2. Які особливості притаманні життєвим циклам тварин?

3. Які переваги й недоліки мають складні життєві цикли?

4. Які процеси відбуваються в організмі під час ембріогенезу?

5. Які фактори підвищують ризик вад розвитку людини?

III. Вивчення нового матеріалу

Розповідь учителя з елементами бесіди

Ембріотехнології та стовбурові клітини

Мабуть, наймолодшим напрямком сучасної медицини можна вважати клітинні технології, в яких клітини є джерелом тих або інших необхідних чинників, наприклад пухлинних антигенів під час вакцинотерапії. Але використовувати клітину можна не тільки як джерело будь-яких субстанцій, а й для регенеративної медицини. Тут особливий інтерес викликають технології, засновані на стовбурових клітинах. Здатність до необмеженого поділу й перетворення на різні типи клітин (так звана плюрипотентность) робить їх ідеальним матеріалом для трансплантаційних методів терапії. Найбільш доступними вважаються стовбурові клітини дорослого організму. Однак реальний потенціал їх диференціювання ще мало вивчений.

Термін «стовбурова клітина» (СК) був уведений у біологію О.О. Максимовим 1908 р. Досліджуючи процеси кровотворення, він дійшов висновку: у нашому організмі протягом усього життя зберігаються недиференційовані клітини, які можуть перетворюватися на лімфоцити та інші спеціалізовані клітини сполучної тканини й крові. Пізніше О. О. Максимов назвав ці клітини стовбуровими.

На ранніх стадіях розвитку ембріона клітини неспеціалізовані. Вони отримали назву стовбурових (СК), тому що розташовані біля основи уявного стовбура генеалогічного дерева клітин, яке вінчає корона з різних спеціалізованих клітин. На відміну від звичайних клітин, приречених виконувати чітко визначені функції в організмі, СК у процесі розвитку мають можливість набувати спеціалізації.

СК розмножуються шляхом поділу, як і всі інші клітини. Відмінність полягає в тому, що вони можуть ділитися необмежено, а зрілі клітини зазвичай мають обмежену кількість циклів поділу. Тож говорять, що СК здатна до проліферації, тобто до тривалого розмноження і репродукції великої кількості клітин.

Вони здатні до диференціювання — процесу необоротної спеціалізації клітин. Сили, що дають поштовх початку диференціювання, очевидно, можуть бути внутрішніми й зовнішніми. Внутрішні сигнали управляються генами клітини, а зовнішні — хімічними речовинами, які виділяють інші клітини, фізичним контактом із сусідніми клітинами, а також деякими молекулами навколишнього середовища. У всіх випадках ці впливи мають по суті інформаційний характер, а не фізичний, хімічний чи характер середовища.

Протягом життя в дорослому організмі постійно відбувається загибель клітин різних тканин, як у результаті природного відновлення (апоптоз), так і через ушкодження (некроз). Унаслідок цього в організмі постійно відбуваються процеси відновлення (репарації) втрачених клітин. У результаті клітинного поділу зі стовбурових клітин виникають материнська й дочірня клітини. Материнські використовуються для самопідтримання популяції, а дочірні або перетворюються на камбіальну клітину, або безпосередньо диференціюються. Стовбурова клітина зберігає властивості ранніх ембріональних клітин — плюрипотентність, а камбіальна цю здатність утрачає й виробляє лише регіональні структури. Таким чином, камбіальні клітини забезпечують відновлення втрачених клітин відповідних тканин і органів.

Потрапляючи в організм під час трансплантації, СК продовжують ділитися й самі знаходять місце, де їхня допомога найпотрібніша. Ця здатність СК отримала назву хоумінга. Отже, хоумінг — це здатність клітин до міграції в «потрібне місце» — «рідний» орган і тканину (у свою стовбурову нішу) або в ділянку ушкодження.

Надзвичайно привабливими для використання в медицині є ембріональні стовбурові клітини (ЕСК) людини: з них можна отримувати будь-які типи клітин організму. Але багато властивостей і клітинні механізми так званої «стовбурової» клітини ставлять її дуже близько до трансформованої, ракової клітини. Саме тому так важливо сьогодні вивчати характеристики самих ембріональних клітин. За вісім років, що минули з моменту одержання перших ліній ЕСК людини, вдалося з’ясувати лише невелику частину механізмів, що забезпечують у культурі самопідтримку недиференційованих клітин або їх диференціювання.

Ембріональні стовбурові клітини отримують із внутрішньої клітинної маси бластоцисти на найбільш ранніх стадіях розвитку ембріона, коли вона ще не імплантувалася в стінку матки. Саме з клітин внутрішньої клітинної маси в подальшому розвивається цілий організм.

Ще недавно кількість ліній ЕСК людини, доступних для вивчення, було невелике. Сьогодні їх стало набагато більше, але методологічні труднощі й висока вартість роботи з ними ще обмежують коло дослідників. Не менші обмеження на дослідження в галузі ембріональних клітин людини накладає етична сторона. Незважаючи на дебати про етичність чи неетичності роботи з ЕСК людини, очевидно, що питання вже не в тому, чи проводити дослідження у сфері ЕСК людини, а в тому, як будуть проводитися дослідження в цій галузі. За останні два роки у великій кількості країн уже були прийняті закони, які дозволяють дослідження ембріональних стовбурових клітин людини.

Клонування — це метод розмноження статевороздільних істот (тварин і людей), з допомогою якого в нестатевий спосіб можна отримати новий організм, який буде генетично ідентичним до організму, що передбачається клонувати. Клонування є відомим явищем у рослинному світі. Перші спроби клонування тварин здійснювалися в 30-х pp. XX ст. Велику роль у цьому зіграв технічний прогрес у сфері молекулярної біології, генетики і штучного запліднення. Новий етап у клонуванні визначають експерименти шотландських учених, які завершилися народженням вівці Доллі (27 лютого 1997 p.). Це досягнення відкриває шлях до клонування людини.

Існують два різні шляхи, з допомогою яких можна досягнути клонування.

1. Перенесення ядра клітини суб’єкта, якого хочуть клонувати (дублювати). Ядро вводять у запліднену або незапліднену яйцеклітину після видалення або нейтралізації існуючого в ній ядра. Ядро клітини має повний генетичний код певного організму, що дозволяє «відтворити» генетично ідентичний організм. Така техніка передбачає два моменти: видалення ядра з яйцеклітини або одноклітинного ембріона (зиготи) і злиття клітини, з якої береться ядро, з указаною яйцеклітиною або одноклітинним ембріоном з допомогою електричного шоку. Це дає змогу привести в дію процес поділу нового отриманого індивіда, якого потім переносять у матку особини жіночої статі.

2. Розщеплення ембріонів, тобто штучне проведення природного процесу формування ідентичних близнюків (або монозигот), який полягає в мікрохірургічному поділі ембріональних клітин на перших стадіях їхнього розвитку (до 14 днів після запліднення) на два або більше ідентичних ембріонів. Після цього розділені організми здатні незалежно розвиватися завдяки клітинній поліпотенції — властивості однієї клітини давати початок різним тканинам, що формують організм.

IV. Узагальнення, систематизація й контроль знань і вмінь учнів

Дати відповіді на питання:

1. На яких процесах і властивостях організму засновані ембріотехнології?

2. Яким чином здійснюють клонування?

3. Для яких цілей можна використовувати ембріотехнології?

4. Навіщо людству треба розвивати технології клонування?

5. Які проблеми можуть виникнути в суспільстві у зв’язку з розвитком ембріотехнологій?

6. Які проблеми можуть виникнути в суспільстві у зв’язку з розвитком технологій клонування?

Переваги та недоліки клонування

Вчені у всьому світі продовжують стверджувати переваги клонування, сподіваючись на можливість більш глибокого дослідження, але більше 30 країн вже видали заборони на репродуктивне клонування людини. Однак країни Китай, Швеція, Англія, Ізраїль та Сінгапур дозволяють клонувати з причин, які не мають нічого спільного з репродукцією людини.

TL; DR (занадто довго; не читав)

Деякі плюси клонування включають відтворення худоби, загиблих домашніх тварин та повернення вимерлих видів до життя, але аргументи проти клонування в основному зосереджуються на клонування людини з репродуктивними цілями.

Плюси клонування

Переваги клонування включають можливість створення тканин та органів, які лікарі можуть використовувати, коли потрібно для операції на оригіналі. Якщо лабораторії можуть клонувати і вирощувати лише необхідні частини, це усуне моральні та етичні проблеми, пов’язані з клонуванням цілої людини. Інші переваги включають вирощування стовбурових клітин, клонування лабораторних мишей, генетично розроблених для конкретного дослідження, повернення вимерлих видів, відтворення домашнього улюбленця та клонування худоби на їжу.

Мінуси клонування

Одним з головних недоліків клонування є те, що якщо в оригінальному організмі є генетичні дефекти, вони передаються клону як копії оригіналу. Перший клон, овець Доллі, народжений сурогатом у 1996 році, був генетичною копією шестирічної вівці. Доллі жила лише до шести років сама, нижній кінець середньої тривалості життя овець. У п’ятирічному віці у неї розвинувся артрит, і дослідники уклали її спати у віці шести років через пухлини в легенях, які, можливо, були в геномі оригіналу.

Генетична інженерія та клонування

До квітня 2003 року вчені закінчили картування геному людини, але інші вчені вже розробили способи їх редагування до цього часу. Виявивши, як система CRISPR Cas9 може працювати як інструмент редагування геномів у 2012 році, вчені застосували цю систему як інструмент для відщеплення поганих генів з генетичного матеріалу. Хоча це корисно для вилікування людей від потенційно смертельних захворювань, це також може призвести до розвитку дизайнерських людей. (Сам CRISPR наштовхнувся на опір після декількох досліджень, пов’язаних із редакцією CRISPR клітин з підвищеним ризиком раку.) Це створює аргументи на моральних та етичних засадах, оскільки тільки багаті люди могли це зробити, створюючи численні недоліки в суспільстві.

Морально-етичні аргументи клонування

Морально-етичні аргументи клонування в основному стосуються клонування людини та репродуктивного клонування людини. Однією з проблем створення клонованої копії людини є те, що вона створює морально-етичну дилему. Оскільки оригінал та копія є людьми істотами, але окремими, як ідентичні близнюки (природна версія клонування), це означає, що клон має ті ж права, що і оригінал, і використовувати частини або органи клона для заміни було б незаконно в оригіналі. Деякі дослідники стверджують, що клонування дитини з використанням генетичного матеріалу донора накладає несправедливу ситуацію на клон, оскільки клон втратив право на власний генетичний матеріал, оскільки оригінал примусив гени на клон.

Які є переваги та недоліки використання аналізу ДНК для допомоги правоохоронним органам у злочинах?

За трохи більше ніж два десятиліття профілювання ДНК стало одним з найцінніших інструментів криміналістики. Порівнюючи сильно мінливі ділянки геному в ДНК із зразка з ДНК зі місця злочину, детективи можуть допомогти довести вину винного – або встановити невинність. Незважаючи на свою корисність у законі .

Переваги та недоліки генераторів змінного струму

У генераторі змінного струму або в генераторі змінного струму обертовий ротор в магнітному полі генерує струм в котушці, а струм змінює напрямок з кожним половинним віджимом ротора. Основна перевага генератора полягає в тому, що його можна використовувати з трансформаторами для зміни напруги для ефективної передачі.

Переваги та недоліки лісонасадження

Заліснення може відновити ліси, а також допомагає знову захистити ерозію та підтоплення ґрунту. Однак, зроблено неправильно, лісонасадження може змінити біома, що може зменшити біорізноманіття.

Методи клонування людини, стадії, переваги, недоліки

The клонування людини це стосується виробництва ідентичних копій особи. Термін походить від грецьких коренів «безстатевої реплікації організму». Виробництво клонів не є процесом, обмеженим лабораторією. У природі ми бачимо, що клони генеруються природно. Наприклад, бджоли можуть розмножуватися клонами бджолиної матки.

Ця процедура дуже корисна в біологічних науках, з функціями, які виходять за рамки виробництва ідентичного людини до іншого. Клонування використовується не тільки для створення двох ідентичних організмів, а й для клонування тканин і органів.

Ці органи не будуть відкинуті організмом пацієнта, оскільки вони генетично рівні йому. Таким чином, це технологія, що застосовується в області регенеративної медицини і є дуже перспективною альтернативою з точки зору лікування захворювань. Двома основними методами, що використовуються при клонуванні, є ядерна передача соматичних клітин і індукована плюрипотентна стовбурова клітина.

У загальних рисах це є предметом значних суперечок. На думку експертів, клонування людини призводить до низки негативних наслідків з морально-етичної точки зору, в поєднанні з високою смертністю клонованих осіб.

Проте, з розвитком науки, можливо, що в майбутньому клонування стане звичайною технікою в лабораторіях, як для лікування захворювань, так і для допомоги у відтворенні.

• 1 Визначення
• 2 Історія клонування
  • 2.1 Вівці Доллі
  • 3.1 Ядерна передача соматичних клітин
  • 3.2 Індукована плюрипотентна стовбурова клітина
  • 4.1 Компоненти, необхідні для клонування
  • 4.2 Передача ядра
  • 4.3 Активація
  • 5.1 Як це працює?
  • 6.1 Етичні проблеми
  • 6.2 Технічні проблеми

  Визначення

  Термін “клонування людини” був оточений багатьма суперечками і плутаниною протягом багатьох років. Клонування може відбуватися двома способами: репродуктивним і терапевтичним або дослідницьким. Хоча ці визначення не є науково правильними, вони широко використовуються.

  Терапевтичне клонування не призначене для створення двох генетично ідентичних особин. У цій модальності кінцевою метою є виробництво культури клітин, яка буде використовуватися в медичних цілях. За допомогою цієї техніки можуть бути отримані всі клітини, які ми знаходимо в організмі людини.

  На відміну від репродуктивного клонування, ембріон імплантується в самку так, щоб був проведений процес вагітності. Це була процедура, яка використовувалася для клонування овець Dolly у липні 1996 року.

  Зауважимо, що під час терапевтичного клонування ембріон культивується з стовбурових клітин, замість того, щоб переносити його на термін.

  З іншого боку, в лабораторіях з генетики і молекулярної біології слово клонування має інше значення. Вона передбачає взяття і посилення сегмента ДНК, який вставляється у вектор, для його подальшого вираження. Ця процедура широко використовується в експериментах.

  Історія клонування

  Нинішні процеси, що дозволяють клонувати організми, є результатом напруженої роботи з боку дослідників і науковців протягом понад століття..

  Перша ознака процесу відбулася в 1901 році, коли перенесення ядра з амфібії перенесли в іншу клітину. У наступні роки вчені успішно клонували ембріони ссавців – приблизно між 1950-х і 1960-х.

  У 1962 році виробництво жаби було досягнуто шляхом перенесення ядра з клітини, взятої з кишечника пуголовка до ооцита, ядром якого було видалено.

  Вівці Доллі

  У середині 1980-х років було проведено клонування овець з ембріональних клітин. Крім того, в 1993 році клонування було виконане у корів. 1996 рік був ключем до цієї методології, оскільки відбулася подія клонування, найбільш відома нашому суспільству: овця Доллі.

  Що Доллі, зокрема, привернула увагу ЗМІ? Його виробництво здійснювалося шляхом взяття диференційованих клітин з молочних залоз дорослої овець, тоді як у попередніх випадках використовувалися виключно ембріональні клітини..

  У 2000 році вже було клоновано понад 8 видів ссавців, а в 2005 році було досягнуто клонування канади з назвою Снупі..

  Клонування у людей було більш складним. В межах історії були повідомлені певні шахрайства, які спричинили вплив на наукове співтовариство.

  Методи

  Ядерний перенесення соматичних клітин

  Як правило, процес клонування ссавців відбувається методом, відомим як “перенесення ядер соматичних клітин”. Це була техніка, яку використовували дослідники Інституту Росліна для клонування овець Доллі.

  У нашому організмі ми можемо диференціювати два типи клітин: соматичний і сексуальний. Першими є ті, що утворюють «тіло» або тканини особи, а статеві – гамети, як яйцеклітини, так і сперматозоїди..

  Вони відрізняються головним чином кількістю хромосом, соматичні – диплоїдні (два набори хромосом), а гаплоїдні – лише половина. У людини клітини організму мають 46 хромосом, а статеві – лише 23.

  Ядерна передача соматичних клітин – як випливає з назви – передбачає взяття ядра з соматичної клітини і вставки її в яйцеклітину, ядром якої було усунено.

  Індукована плюрипотентна стовбурова клітина

  Іншим методом, менш ефективним і набагато більш трудомістким, ніж попередній, є «індукована плюрипотентна стовбурова клітина». Плюріпотентні клітини володіють здатністю породжувати будь-який тип тканини – на відміну від загальної клітини організму, яка була запрограмована на виконання певної функції.

  Метод заснований на введенні генів, які називаються “факторами перепрограмування”, які відновлюють плюрипотентні здібності дорослої клітини.

  Одним з найважливіших обмежень цього методу є потенційний розвиток ракових клітин. Проте прогрес технології поліпшив і зменшив можливе пошкодження клонованого організму.

  Етапи (в основному методі)

  Етапи клонування ядерного переносу соматичних клітин дуже легко зрозуміти і включають три основні етапи:

  Необхідні компоненти для клонування

  Процес клонування починається, коли у вас є два типи клітин: один сексуальний і один соматичний.

  Статева клітина повинна бути жіночою гаметою, яка називається ооцитом – також відома як яйце або яйце. Яйцеклітина може бути витягнута з донора, який лікувався гормонально, щоб стимулювати вироблення гамет.

  Другий тип клітин повинен бути соматичним, тобто клітиною тіла організму, яку хочеться клонувати. Наприклад, його можна взяти з клітин печінки.

  Передача ядра

  Наступним етапом є підготовка клітин для перенесення ядра з донорської соматичної клітини на ооцит. Щоб це сталося, ооцит повинен бути позбавлений свого ядра.

  Для цього використовується мікропіпетка. У 1950 році можна було продемонструвати, що, коли ооцит був проколотий скляною голкою, клітина зазнала всі зміни, пов’язані з відтворенням.

  Хоча деякий цитоплазматичний матеріал може переходити від донорської клітини до ооциту, внесок цитоплазми є майже повним з яйцеклітини. Після того, як передача зроблена, ви повинні перейти до перепрограмування цієї яйцеклітини з новим ядром.

  Чому необхідне перепрограмування? Клітини здатні зберігати свою історію, тобто зберігають пам’ять про свою спеціалізацію. Таким чином, цю пам’ять необхідно стерти, щоб клітина могла знову спеціалізуватися.

  Перепрограмування є одним з найбільших обмежень методу. З цих причин, клонований індивід, здається, має передчасне старіння і патологічний розвиток.

  Активація

  Гібридна комірка повинна бути активована таким чином, щоб відбувалися всі процеси розвитку. Існує два способи досягнення цієї мети: електрофузією або методом Росліна і методом мікроін’єкції або методом Гонолулу..

  Перший складається з використання електричних ударів. Використовуючи застосування струму імпульсами або іономіцином, яйцеклітина починає ділитися.

  Друга методика використовує тільки імпульси кальцію для активації. Очікується, що цей процес відбудеться обережно, приблизно два-шість годин.

  Таким чином починається формування бластоцисти, яка продовжуватиме нормальний розвиток ембріона, за умови, що процес був проведений правильно.

  Переваги

  Одним з найбільших застосувань клонування є лікування захворювань, які нелегко вилікувати. Ми можемо скористатися нашими великими знаннями з точки зору розвитку, особливо на ранніх стадіях, і застосувати його до регенеративної медицини.

  Клоновані клітини шляхом трансферу ядерних соматичних клітин (SCNT) вносять величезний внесок у процеси наукових досліджень, які слугують зразковими клітинами для дослідження причини захворювань і як системи для тестування різних лікарських засобів.

  Крім того, клітини, вироблені за цією методологією, можуть бути використані для трансплантації або для створення органів. Це поле медицини відоме як регенеративна медицина.

  Стовбурові клітини революціонізують спосіб лікування деяких захворювань. Регенеративна медицина дозволяє проводити аутологічну трансплантацію стовбурових клітин, усуваючи ризик відторгнення імунною системою.

  Крім того, він може бути використаний для виробництва рослин або тварин. Створення ідентичних реплік індивідуума, що представляє інтерес. Він може бути використаний для відтворення вимерлих тварин. Нарешті, це альтернатива безпліддя.

  Як це працює?

  Наприклад, припустимо, що є пацієнт із проблемами печінки. Використовуючи ці технології, ми можемо вирощувати нову печінку – використовуючи генетичний матеріал пацієнта – і трансплантувати її, усуваючи таким чином ризик ураження печінки.

  В даний час регенерація була екстрапольована на нервові клітини. Деякі дослідники вважають, що стовбурові клітини можуть бути використані в регенерації мозку і нервової системи.

  Недоліки

  Етичні проблеми

  Основні недоліки клонування випливають з етичних поглядів, що оточують процедуру. Фактично, клонування багатьох країн заборонене законом.

  З моменту клонування знаменитої вівці Доллі в 1996 році багато суперечностей оточили предмет цього процесу, що застосовується на людях. Декілька вчених взяли позицію в цій важкій дискусії, від вчених до юристів.

  Незважаючи на всі переваги цього процесу, люди, які виступають проти, стверджують, що клонована людина не буде користуватися середнім психологічним здоров’ям і не зможе насолоджуватися перевагою унікальної та неповторної ідентичності..

  Крім того, вони стверджують, що клонована людина буде відчувати, що він повинен слідувати певній схемі життя людини, яка його породила, щоб він міг сумніватися в його вільній волі. Багато хто вважає, що ембріон має права з моменту зачаття і, щоб змінити його, означає їх порушення.

  В даний час було зроблено наступний висновок: через поганий успіх процесу у тварин і потенційні ризики для здоров’я як дитини, так і матері, неетично намагатися клонувати людей з міркувань безпеки..

  Технічні проблеми

  Дослідження інших ссавців дозволили зробити висновок, що процес клонування призводить до проблем зі здоров’ям, які в кінцевому рахунку призводять до смерті.

  При клонуванні теляти з генів, узятих з вуха дорослої корови, клонована тварина страждала від проблем зі здоров’ям. Лише за два місяці молодняк теляти помер від серцевих проблем та інших ускладнень.

  З 1999 року дослідники відзначають, що процес клонування призводить до втручання в нормальне генетичне розвиток особин, викликаючи патології. Фактично, повідомлялося, що клонування овець, корів і мишей не було успішним: клонований організм гине незабаром після народження.

  У відомому випадку клонування овець Dolly, одним з найбільш помітних недоліків було передчасне старіння. Донору ядра, яке використовувалося для створення Доллі, було 15 років, тому клонована овець народилася з характеристиками організму цього віку, що призвело до швидкого погіршення стану.

  Список літератури

  1. Gilbert, S. F. (2005). Біологія розвитку. Ed. Panamericana Medical.
  2. Jones, J. (1999). Клонування може викликати дефекти здоров’я. BMJ: British Medical Journal, 318(7193), 1230.
  3. Langlois, A. (2017). Глобальне управління клонування людини: справа ЮНЕСКО. Пальгравий зв’язок, 3, 17019.
  4. McLaren, A. (2003). Клонування. Редакційний Complutense.
  5. Nabavizadeh, S.L., Mehrabani, D., Vahedi, Z., & Manafi, F. (2016). Клонування: огляд біоетики, правових, юридичних та регенеративних питань в Ірані. Світовий журнал пластичної хірургії, 5(3), 213-225.