I Изучение нового материала

1. Объектами клеточной биотехнологии являются изолированные культуры клеток или тканей эукариотических организмов. Применение этих объектов раскрыло большие возможности в решении глобальных теоритических и практических задач.

В области фундаментальных наук стало возможным исследование таких сложных проблем, как взаимодействие клеток в тканях, клеточная дифференцировка, морфогенез, реализация тотипотентности клеток, механизмы появления раковых клеток. При решении задач основное внимание уделяется вопросам селекции, получение значительных количеств биологических ценных метаболитов растительного происхождения, в частности более дешевых лекарств. В зависимости от способа, условий культивирования клеток и их происхождения можно выделить несколько типов культур клеток.

Культуры Каллусная Суспензионнаяи

(поверхностное культивирование) ( глубинное культивирование )

/

Плотные ткани гыхлые ткани ткани средней плотности

Каллусная ткань- не имеет четко выраженной структуры, но различается по плотности. Гыхлая – имеет сильнооводненные клетки, легко распадается на небольшие группы. Ткани средней плотности – хорошо выражены мериместиматические очаги и используется для суспензионной культуры. Плотные ткани- различают зоны редуцированного калибио и трохеи подобных элементов.

Суспензионная культура клеток- выращивают в жидкой питательной среде.

2. Геномика – комплексная наука, изучающая геномы.

Разделы геномики:

1. структурная геномика – содержание и организация геномной информации;

2. функциональная геномика – реализация  информации, записанной в геноме, от гена – к признаку;

3. сравнительная геномика – сравнительные исследования содержания и организации геномов разных организмов;

Все эти разделы геномики вносят вклад в фундаментальную биологию (индивидуальное развитие, эволюция), здравоохранение, сельское хозяйство и биотехнологию.

Итог структурной геномики – получение последовательности нуклеотидов (сиквенс от англ. sequence), которая представляла бы полностью каждую из хромосом с первого нуклеотида до последнего.

Для того, чтобы получить такой сиквенс, сегодня приходится определять последовательность нуклеотидов в достаточно коротких отрезках ДНК, длиной примерно 1000 позиций. В геноме человека 3 миллиарда позиций, значит, его надо разбить на куски, которые и будут «читаться». Затем нужно восстановить единую последовательность нуклеотидов из сравнения отдельных прочтенных отрезков текста. Восстановление основано на сравнении определенных последовательностей и выявлении в них перекрывающихся (идентичных) участков текста. Длина участка перекрывания должна превышать длину последовательности, которая может встретиться в данном геноме по причинам случайного характера. Например, в геноме человека 3*10⁹ п.н. случайно может встретится последовательность длиной 15 нуклеотидов – поскольку в каждой позиции может находится один из четырех нуклеотидов, то вероятность того, что заданные нуклеотиды окажутся в 15 позициях подряд  4¹⁵ =2³⁰ что примерно равно 10^9. То есть в отрезке длиной 10⁹ позиций заданная 15-нуклеотидная последовательность может встретиться 1 раз по причинам случайного характера.  

Но дело в том, что в ДНК нуклеотиды расположены не случайно и это является проблемой для восстановления последовательности из перекрывания отрезков. Если две последовательности из 1000 нуклеотидов перекрываются на 20 нуклеотидов или сто – это еще ничего не значит, так как весь этот фрагмент из 1000 нуклеотидов может быть несколько раз повторен в геноме. Поэтому нужно было сначала расставить вдоль генома фрагменты, а уже потом выявлять их перекрывание на основе сиквенса. Таков был путь мирового сообщества при секвенировании генома человека. (секвенированием в русскоязычной литературе называют процесс определения последовательности нуклеотидов. Этот термин также является калькой с английского названия).

3. БИОХИМИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ГЕНОМА ПРОКАРИОТИЧЕСКИХ И ЭУКАРИОТИЧЕСКИХ КЛЕТОК

Геном эукариотических клеток устроен значительно сложнее, чем у прокариот, что определяется большим объемом информации, необходимой для нормальной жизнедеятельности многоклеточного организма, состоящего из специализированных клеток, органов, тканей. Поэтому в ходе эволюции по мере усложнения клетки как правило возрастает масса ДНК в хромосомах и становится более сложной вся система управления и регуляции экспрессией генов.

Гены и геном эукариотических клеток растений в целом экспрессируются через генетические и биохимические процессы.

В хроматине ядра ДНК связана с комплексами основных белков (гис-тонов), а также с негистоновыми белками, РНК и небольшим количеством липидов. Гистоны и двойная спираль ДНК вместе представляют собой правильную структуру, состоящую из нуклеосом и участков молекулы ДНК между ними. Нуклеосома — это комплекс из восьми молекул гистоновых белков, на который «нанизаны» петли ДНК из 140...200 пар нуклеотидов. В составе нуклеосом ДНК менее доступна действию эндо-нуклеаз, которые легче расщепляют ДНК, занимающие междунуклео-сомные участки.

Почти все гены {цистроны) эукариот, кодирующие функционально связанные белки, находятся на разных участках хромосом. Исключение составляют только гистоновые гены и гены рРНК. Напротив, у прокариот все гены объединены в оперопы.

Почти все молекулы РНК синтезируются в виде более высокомолекулярных предшественников (проРНК). После синтеза первичного транс-крипта происходит его процессинг (созревание), включающий в себя кэширование, метилирование, полиадепилирование, фрагментацию и сплайсинг. Полупериод жизни большинства молекул мРНК эукариот со­ставляет 3—48 ч.

Как правило, в ДНК эукариот наряду с уникальной последовательностью нуклеотидов обнаруживается огромное количество повторов, т.е. повторяющихся последовательностей. В большинстве геномов растений число уникальных участков в геноме составляет всего 20—30 %. Ученые считают, что повторы также важны с биохимической точки зрения, так как они необходимы для регуляции экспрессии генов.