12.1.2. Мутагенез и полиплоидия

В естественных условиях частота мутирования генов сравнительно невелика. Индуцированный (искусственно вызванный) мутагенез открывает широкие возможности создания ценного исходного материала для селекции, повышения частоты возникновения наследственных изменений признаков и спектра их наследственной изменчивости. Повышения количества мутаций постигают воздействием на организм различными мутагенами (ультрафиолетовые лучи, ионизирующее излучение, некоторые химические вещества). Мутации в целом не носят направленного характера, селекционер отбирает и культивирует организмы с интересующими его признаками.

Значительное место в селекции растений отводят получению полиплоидных форм, так как они характеризуются большей урожайностью. В основе возникновения полиплоидии лежат три причины: удвоение хромосом в неделящихся клетках; слияние соматических клеток или их ядер; нарушение процесса мейоза, приводящее к образованию гамет с нередуцированным числом хромосом. Искусственно полиплоидию можно вызвать путем обработки семян или проростков растений, яйцеклеток или эмбрионов животных колхицином.

Колхицин разрушает нити митотического веретена и тем самым препятствует расхождению гомологичных хромосом в процессе мейоза. Полиплоиды могут также образовываться от скрещивания организмов, принадлежащих к разным видам. Так, отечественным генетиком Г.Д. Карпеченко был выведен плодовитый гибрид капусты и редьки. Число хромосом у этих Растений одинаково (2n=18). Однако они принадлежат к разным Родам и межвидовой гибрид был бесплодным, так как родительские ромосомы негомологичны друг другу, не конъюгируют при мейозе затем нормально не расходятся в гаметы. При искусственном Удвоений хромосомного набора гибрида (2n = 36; по 18 от каждого одного вида) плодовитость восстанавливалась.

12.1.3. Клеточная и генная инженерия

Работа по изменению генотипа растений или животных с помощью скрещивания ограничена пределами либо вида, либо в видовом отношении организмов. Напротив, методы и генной инженерии стирают межвидовые барьеры, обеспечивая возможность создавать организмы с новыми, в том числе и не встречающимися в природе, комбинациями наследственных свойств.

Методы клеточной инженерии позволяют гибридизировать соматические клетки, культивируемые на искусственных средах вне организма, не только между собой, но и с клетками животных другого вида. Например, гибридизируют клетки человека и мыши. Для изучения закономерностей функционирования дифференцированных клеток пересаживают ядра из соматических клеток в яйцеклетки с предварительно удаленными ядрами. Образуют также гибриды между раковыми и нормальными клетками. Удается не только слияние соматических клеток, но и реконструкция целых клеток из их отдельных частей. Можно, обрабатывая клетки специальными веществами, получать свободные ядра и цитоплазму. Свободные ядра и цитоплазма поддаются перекомбинированию, так что получаются реконструированные клетки.

Методы клеточной инженерии используют в генетике растений. Так, широко применяют методику слияния протопластов (клеток, лишенных своих оболочек при ферментативной обработке). Этот способ гибридизации позволяет преодолеть не только межвидовые, но и межродовые препятствия нескрещиваемости. Однако такая гибридизация имеет смысл, если она приводит к развитию полноценного организма. В 1978 г. на основе этой техники был получен гибрид картофеля и томата, но само растение так и осталось в лабораториях ввиду своей стерильности.

В культуре тканей возможно получение растений из зерен пыльцы и яйцеклеток, что позволяет получить гаплоидные особи. Такие растения не могут образовывать гаметы, однако обработка колхицином дает диплоидные плодовитые формы. Приведенный метод позволяет получить чистые линии всего за несколько месяцев вместо нескольких лет при инбридинге.

Метод вегетативного размножения в пробирке (in vitro) позволяет бесконечно размножать одно растение из кусочков его стебля, почки и т.д. Этот метод применим для овощных культур, плодовых деревьев, декоративных растений и т.д.

Приведенные примеры реконструкции и искусственного культивирования клеток далеко не исчерпывают всех возможностей клеточной инженерии, однако они демонстрируют открывающиеся перспективы как для изучения биологии клетки, так и для разработки новых биотехнологических методов, имеющих значение для народного хозяйства и медицины.

Генная инженерия – совокупность методов манипулирования нуклеиновыми кислотами in vitro. Задача этих методов состоит в получении индивидуальных генов или генетических структур и введении их в новое генетическое окружение с целью создания организма с новыми, заранее предопределенными признаками. Основные этапы создания генетически измененных организмов следующие: получение гена, кодирующего интересующий признак; его объединение с вектором (молекулой ДНК, способной к репликации в клетке-реципиенте); введение вектора с интересующим геном в клетку-реципиент и создание условий для наследования и экспрессии гена; отбор клеток, получивших дополнительный генетический признак, и практическое их использование.

В настоящее время представляется возможным выделить следующие задачи, стоящие перед генной инженерией:

1. Создание новых форм организмов, полезных человеку. Методами генной инженерии осуществлен синтез биологически активных веществ и препаратов в трансформированных клетках бактерий и низших эукариот. Такими веществами могут быть гормоны, ферменты, интерферон, иммуноглобулины, вакцины и т.п. Первые результаты в этом направлении уже получены (инсулин, гормон роста, интерферон и др.).

2. Культивирование генов больных и здоровых людей в клетках других организмов с целью изучения молекулярных основ наследственных заболеваний человека и разработки новых методов их лечения. В будущем, видимо, речь может идти прежде всего об исправлении повреждений отдельных генов. В настоящее время это направление еще не получило должного развития в силу больших методических трудностей.