1. Метод культивирования in vitro (клеток, тканей, зародышей).

Основная теоретическая задача, решаемая посредством этого метода – расшифровка механизмов дифференцировки и дедифференцировки.

Например, при обработке клеточного пласта протеазами, разрушающими клеточные контакты, клетки рассыпаются и утрачивают свои специфические признаки. Наблюдая за их дальнейшим поведением, можно выяснить

– как клетки ориентируются на субстрате;

– как «узнают» друг друга и относятся к «своим» и «чужим»;

– как передается информация через поколения и т.д.

Прикладные задачи:

– Решение проблемы рака (дедифференцировка – основа раковых заболеваний).

– Проблема регенерации (выращивание тканей и органов взамен утраченных). Главное – добиться возможности выращивания стволовых клеток, из которых разовьются в дальнейшем «нужные» ткани. На этом пути достигнуты большие успехи. Последнее – в ноябре 2008 года японские ученые объявили о выращивании из стволовых клеток человека полноценных дифференцированных клеток коры головного мозга. Примерно 300 стволовых клеток, помещенных в соответствующую среду, через 50 дней начали функционировать, устанавливать связи и образовали 4-слойную структуру, соответствующую коре.

– Выращивание половых клеток и эмбрионов in vitro с целью трансплантации.

– Криоконсервация половых продуктов и эмбрионов:

А) от лучших производителей для получения качественного потомства домашних животных. Так, в Алтайском крае существует банк спермы быков-производителей, которая была получена еще 18-20 лет назад. Специально проведенными исследованиями показано, что по многим показателям эта продукция превосходит таковую современных производителей (в связи с лучшими условиями содержания) и вполне может быть использована по назначению.

Б) с целью сохранения генофонда редких и исчезающих видов диких животных. Например, сейчас создается банк половых продуктов редких видов семейства Оленьи.

В) для решения проблемы деторождения у человека. Так, в 2003 году в США впервые были рождены близнецы из криоконсервированных эмбрионов у семейной пары, которая несколько лет назад воспользовалась методом экстракорпорального оплодотворения, в результате которого уже родилась одна пара близнецов, а часть эмбрионов была заморожена и использована, когда это пара вновь решила обзавестись потомством.

– Стимулирование партеногенеза и получение организмов одного пола. Наиболее известные успехи в этом направлении достигнуты отечественными учеными по управлению полом тутового шелкопряда (качество коконов у самцов значительно лучше).

2. Метод трансплантации = трансплантационная хирургия (соматических и половых ядер, клеток, тканей, эмбрионов). Этот метод лежит в основе клонирования. Первоначально ядро соматической клетки трасплантировали в предварительно энуклеированную яйцеклетку, после чего это ядро начинает управлять процессами развития зародыша, который становится генетической копией организма-донора соматической клетки. Но этот способ оказался слишком травматичным и гибридные клетки слишком часто гибли. Сейчас соматическую клетку полностью сливают с яйцеклеткой.

Рис. Схема опыта соматической гибридизации.

Теоретические задачи:

– изучение роли ядра в передаче наследственной информации и регуляции процессов развития;

– получение клонов (при пересадке ядер соматических клеток в цитоплазму яйцеклетки).

Прикладные задачи:

– Получение большого количества организмов с одинаковыми свойствами.

– Получение большого количества эмбрионов от выдающихся производителей сельскохозяйственных животных и имплантация их в менее продуктивных животных.

– Получение эмбрионов от редких видов и имплантация их в самок обычных видов с целью увеличения численности

– Решение проблемы бесплодия и невынашивания плода у человека.

– Решение проблемы «починки» организма при утрате органов (в том числе и проблемы отторжения имплантата).

В ноябре 2008 года японцам удалось клонировать замороженную 16 лет назад мышь (хранение при –20⁰). Большинство клеток при этом разрушилось, но сохранились клетки мозга. Впервые из этой ткани взята ДНК (раньше просто никому в голову не приходило использовать нервную ткань для этих целей). В результате родилось 13 мышат.