Лабораторные / Лаборатораня№4
.docФедеральное агентство по образованию
Государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Государственный Университет Управления»
Институт Информационных Систем Управления
Кафедра инжиниринга бизнес-процессов
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 4
По учебной дисциплине "Концепции современного естествознания"
на тему
" Клонирования животных и человека "
( название работы)
Выполнил студент
очной формы обучения
специальности ПИУ
первого курса первой группы (подпись)
и представил руководителю « » 2007 г.
Руководитель работы
Доцент Худяков В.М. (оценка) (подпись)
Москва 2007 г.
Цель работы.
Цель данной работы – изучить методы, результаты и проблемы клонирования животных и человека, а также выполнить задание по указанию преподавателя на составление схемы клонирования конкретного организма.
Теоретическая часть.
Клонирование - это точное воспроизведение живого объекта в определенном
количестве копий. Такие копии должны обладать идентичной наследственной
информацией, т.е. иметь одинаковый набор генов. Ученые получают клоны при
размножении живых организмов бесполым путем (без предшествующего
оплодотворения).
Однояйцовые близнецы - это пример естественного клонирования в
природе, которое осуществляется при спонтанном делении оплодотворенной
яйцеклетки на две самостоятельно развивающиеся клетки.
В настоящее время проводятся эксперименты по разработке методов
создания копий животных, отличающихся определенными ценными качествами
(например, рекордными надоями молока, высоким настригом шерсти и т. д.).
Развитие клонирования началось в 40-е годы ХХ века, когда российский
эмбриолог Г.В.Лопашов разработал метод пересадки клеточных ядер в яйцеклетки
лягушек. Однако статья, написанная им по материалам таких исследований и
отправленная в 1948 г. в "Журнал общей биологии", напечатана не была, т.к. в ней
доказывалась ведущая роль ядра и содержащихся в нем хромосом в индивидуальном
развитии живых организмов. Позднее, в 50-е годы, американские ученые Р.Бриггс и
Т.Кинг провели аналогичные эксперименты и опубликовали свои результаты. Таким
образом, формальными основоположниками работ по клонированию животных
считаются они.
Рассмотрим схему клонирования животных и человека. Из организма, копию
которого надо создать, выделяют соматическую клетку (т.е. клетку с двойным
набором хромосом, характерным для представителей данного биологического вида).
Затем ее ядро трансплантируют в женскую яйцеклетку, из которой предварительно
удалено собственное ядро. Яйцеклетку с внедренным в нее чужим ядром
культивируют вне организма в специальной питательной среде, а потом
развивающийся из такой клетки зародыш помещают в матку женской
особи-носительницы, которая вынашивает и рожает копию исходного организма.
Дж.Гердон из Великобритании продолжил работы по клонированию
животных. Он удалял из яйцеклеток лягушки собственные ядра и трансплантировал в
них другие ядра, выделенные из специализированных клеток. В таких опытах
наблюдалось развитие яйцеклеток с чужими ядрами до достаточно поздних стадий
(1-2% клонированных особей превращались во взрослых лягушек). В 1-й
демонстрации лабораторной работы можно проследить, как это делалось.
После экспериментов Дж.Гердона стала обсуждаться проблема
клонирования млекопитающих и человека, появились научно-фантастические рассказы
и фильмы о человеческих клонах.
В России в 70-х годах ХХ века под руководством ученых Л.И.Корочкина и
Д.К.Беляева проведены первые исследования по клонированию млекопитающих.
Разработанная ими методика была впоследствии использована шотландским ученым
Я. Вильмутом при получении в 1997 г. овечки Долли - первой копии млекопитающего.
В экспериментах Я.Вильмута яйцеклетки выделяли из овец породы
Шотландская черномордая, помещали их в искусственную питательную среду при
температуре 37°С и проводили операцию удаления собственного ядра. После этого
такие яйцеклетки обеспечивались генетической информацией от организма, который
нужно было клонировать. Для этого использовались разные клетки донора, но
наиболее удобными оказались соматические клетки молочной железы взрослой
беременной овцы породы Финский дорсет. Эти клетки внедряли в яйцеклетку и
стимулировали к развитию при помощи электрического удара. Затем развивающийся
зародыш культивировали в течение 6 дней в искусственной химической среде. После
этого эмбрионы (от одного до трех) трансплантировали в матку приемной матери, где
они могли развиваться до рождения. Из 236 опытов успех сопутствовал только
одному, в результате которого и родилась овечка Долли, содержащая генетический
материал взрослой овцы, умершей три года назад. Схема экспериментов по
клонированию овец представлена во 2-й демонстрации лабораторной работы.
После работ Вильмута стало ясно, что технически возможно осуществить и
клонирование человека, но в этом случае возникают моральные, этические и
юридические проблемы, связанные с манипуляциями над эмбрионами человека.
Ученые из университета в Гонолулу под руководством Р.Янагимачи
усовершенствовали метод Вильмута в опытах по клонированию мышей. Они
отказались от электрической стимуляции слияния донорской соматической клетки с
яйцеклеткой и изобрели специальную микропипетку, с помощью которой можно было
безболезненно извлекать ядро из соматической клетки и трансплантировать его в
обезъядерную яйцеклетку. Схема экспериментов Янагимачи представлена в 3-й
демонстрации лабораторной работы. Процент выхода рожденных мышат (их
извлекали с помощью кесарева сечения на 18,5-19-й дни беременности) был низким: от
2 до 2,8%. Молекулярные исследования доказали принадлежность ядер рожденных
мышат к клеткам донора соматических клеток. Таким образом, была доказана
способность ядер соматических клеток обеспечивать нормальное развитие
млекопитающих.
Из экспериментов Янагимачи следует, что получение клона млекопитающих
принципиально возможно. Однако получение клона не означает получения точной
копии клонируемого животного. Получить абсолютно точную копию конкретного
животного намного сложнее, чем это представляется при поверхностном изучении
проблемы клонирования, а иногда и просто невозможно (например, при клонировании
мужских особей).
Основная проблема клонирования взрослых животных и человека состоит в
том, что их соматические клетки по мере роста в ходе клеточной специализации в
отличие от клеток растений теряют способность реализовывать всю генетическую
информацию, заложенную в их ядрах (т.е. теряют свойство осуществлять разные
варианты развития и, в частности, лишаются способности обеспечивать развитие
целого зародыша). Это является главным препятствием для развития нового
организма у животных из соматических специализированных клеток, в которых
большинство генов "молчат".
Низкий процент успешных опытов по клонированию животных вероятнее
всего связан именно с этим явлением. Рожденные копии были получены в таких
экспериментах из малодифференцированных соматических клеток, которые случайно
оказались в организме-оригинале.
Различия в строении и функциях разных клеток объясняются тем, что в
одних клетках работают одни гены, а в других - другие. Имеются и другие
структурные изменения. Например, в неполовых клетках по мере их деления
укорачиваются концы хромосом. Поэтому такая клетка не может делиться бесконечно
долго и в какой-то момент умирает. В клетках стареющего организма концы хромосом
короткие, а в клетках молодого - более длинные. При созревании половых клеток
работает специальный фермент, который удлиняет концы хромосом. Следовательно,
возникает вопрос, способны ли ядра соматических клеток заменить ядра
зародышевых клеток при обеспечении нормального роста зародыша.
В настоящее время развитие клонирования животных связано прежде всего с
решением проблемы - как возвратить изменившиеся ядра соматических клеток
взрослых животных в исходное состояние, чтобы они смогли обеспечить нормальное
развитие той яйцеклетки, в которую их трансплантируют. Недавно в мозге и спинном
мозге взрослых людей обнаружили малодифференцированные соматические клетки,
сравнимые с эмбриональными клетками. Возможно, что использование таких клеток
при клонировании людей обеспечило бы успешный результат клонирования.
В каких же случаях получить точную копию клонируемого организма невозможно, и
с чем это связано? В живых организмах имеются внеядерные гены, расположенные в
цитоплазматических клеточных структурах, с которыми связано кодирование
некоторых признаков организма. При пересадке ядра из соматической клетки одной
особи в яйцеклетку другой особи информация об указанных признаках клонируемого
организма теряется. Поэтому в таких случаях копия и оригинал не будут иметь
абсолютного сходства.
Использование приемных матерей также не позволяет обеспечить
абсолютную точность копирования исходной особи. Условия развития в матках
разных матерей будут отличаться. С учетом определенных колебаний проявления
данного гена под действием факторов окружающей среды при развитии зародыша в
различных условиях одинаковые гены будут обнаруживать свое действие по-разному.
А таких генов очень много. Следовательно, вероятность полного сходства
клонированных животных будет не очень велика.
Одним из последних достижений клонирования является получение в начале
2002 года клонированного котенка в результате совместных экспериментов ученых из
университетов Калифорнии и Техаса.
Успешные опыты по клонированию животных, в результате которых
рождаются организмы, имеющие мать, но не имеющие отца, показывают, что в
настоящее время с помощью технологии клонирования женские особи получают
возможность размножаться без помощи мужских. Мужским же организмам для
продолжения рода путем клонирования не обойтись без женских.
Принцип получения клона млекопитающих, использованный в опытах Яна Вильмута. Цитоплазма яйцеклетки и клетки донора окрашены в разный цвет.(Рис.1)
(Рис.1)
Практическая часть.
Контрольные вопросы.
1. Какая из перечисленных ниже схем позволяет клонировать мужскую особь у
млекопитающих?
1) Удаление ядра из яйцеклетки живого организма, выделение и пересадка ядра из
соматической клетки этого организма в его яйцеклетку, культивирование развивающегося
из такой яйцеклетки зародыша в искусственной среде, трансплантация такого зародыша в
матку приемной матери.
2) Удаление ядра из яйцеклетки живого организма №1, выделение ядра из
соматической клетки живого организма №2 и пересадка его в яйцеклетку живого
организма №1, культивирование развивающегося зародыша в искусственной среде,
трансплантация зародыша в матку приемной матери.
Ответ: Схема №2.
2. Можно ли в результате клонирования получить абсолютно точную копию мужчины?
Ответ: Нет.
3. Можно ли клонировать животных и человека из клеток с одинарным набором хромосом?
Ответ: Нет.
4. Является ли клонирование живых организмов примером получения живой материи из неживого вещества?
Ответ: Нет.
5.Укажите верные утверждения:
1)развитие клонирования началось в конце ХХ века;
2)путем клонирования можно получить копию взрослого животного только из его
малодифференцированной соматической клетки;
3)путем клонирования можно получить копию взрослого животного из любой соматической
клетки;
4)в настоящее время у человека найдены малодифференцированные соматические клетки.
Ответ: Утверждение 2 и Утверждение 4.
6.Кто из перечисленных ученых является фактическим основоположником работ по клонированию животных?
Ответ: Г.В. Лопашов.