Реферат: Клонирование

    Министерство   общего  и профессионального образования  Свердловскойобласти

                                  МОУ  СОШ №24   Кировского района

                           <img src="/cache/referats/27246/image001.gif" v:shapes="_x0000_i1025">

                                      <img src="/cache/referats/27246/image002.gif" v:shapes="_x0000_i1026">

                            <img src="/cache/referats/27246/image003.gif" v:shapes="_x0000_i1027">

                                                                                                                             Исполнитель:

                                                                                                                             ученица11класса  

                                                                                                                               ШириноваА.

                                                                                                                               Руководитель:

                                                                                                                              Порубенко Н.В

                                                       Екатеринбург

                                                             2007

                                   Содержание

I. Введение …………………………………...…………………..……2

II. Основная часть ……………………..…………………………….3

1.Теорияклонирования ………………………………………………………….4

2. Видыклонирования ……...………………………………………………...….6

3.Клонированиерастений………………...………………………………………9 4.Клонирование животных……………………………………………………...10

5.Тканевое  клонирование ……………………………………………………...28 6.Задачи,стоящие перед клонированием ……………………………………...30

III. Заключение………………………………………………………33

IV. Список  литературы...…………………...……………………...37

V. Приложение……………………………………………………….38

1.Хронологияклонирования………………………………………………...….38

2.Определения…………………………………………………………………...41

3.Схемы  клонирования…………………………………………………………42

                                                                Введение

               В последние десятилетияпрошлого века происходило бурное развитие одной из интереснейших ветвейбиологической науки — молекулярной генетики. Уже в начале 1970-х годов возниклоновое направление генетики — генная инженерия. На основе ее методологии началиразрабатываться различного рода биотехнологии, создаваться генетическиизмененные организмы. Появилась возможность генной терапии некоторыхзаболеваний человека. К настоящему времени учеными сделано множество открытий вобласти клонировании животных из соматических клеток, которые успешноприменяются на практике.

             Идея клонирования Homo sapiens ставит перед человечествомтакие проблемы, с какими оно прежде не сталкивалось. Так развивается наука, чтокаждый ее новый шаг несет с собой не только новые, неведомые ранее возможности,но и новые опасности.

          Клонирование человека сейчас уже оченьблизко к реальности благодаря историческому научному прорыву д-ра Яна Вильмутаи его коллег из Великобритании. Эта возможность потенциально дает всем намневероятные преимущества. К сожалению, на обсуждение этой темы с самого началаоказывали влияние сенсационные, но вводящие в заблуждение сообщения СМИ, иобщая негативная эмоциональная реакция, порожденная ошибочной научнойфантастикой. Отрицательное отношение к клонированию людей — больше следствиезахватывающей дух новизны идеи, чем каких-либо реальных нежелательныхпоследствий. При разумном регулировании преимущества клонирования людейсущественно перевесили бы недостатки. Если введенная в заблуждениеобщественность наложит полный запрет на клонирование человека, это оказалось быпечальным эпизодом в человеческой истории.

                                   1.Теория клонирования

               Термин клон  происходит  от греческого  слова  «klon», что  означает веточка, побег, отпрыск. Клонированию можно  давать  много определений, вот  некоторые  самые распространенные  из  них, клонирование– популяция  клеток  или организмов  произошедших  от общего  предка  путём бесполого  размножения, причём  потомок при  этом  генетически идентичен  своему  предку. Клонирование– образование идентичных потомков (клонов) путём бесполого размножения.Результатом клонирования является популяция клеток или организмов с одинаковымнабором генов (генотип).

          Воспроизводство  организмов полностью  повторяющих  особь, возможно  только в  том  случае, если генетическая  информация  матери будет  без каких-либо  изменений передана  дочерям. Но  при естественном  половом  размножении этому  препятствует  мейоз. В ходе  этого  незрелая яйцеклетка, имеющая  двойной,или  диплоидный  набор хромосом – носителей наследственной  информации –делиться  дважды  и в  результате  образуются четыре  гаплоидных, с  одинарным набором  хромосом, клетки.Три  из них  дегенерируют, а  четвёртая с  большим  запасом питательных  веществ,становится  яйцеклеткой. У  многих животных  она  в силу  гаплоидности  не может  развиваться  в новый  организм. Для  этого необходимо  оплодотворение.Организм, развившийся  из  оплодотворенной  яйцеклетки, приобретает  признаки, которые  определяются взаимодействием  материнской  и отцовской  наследственности.Следовательно, при  половом  размножении мать  не  может быть  повторена  в потомстве.

          Как же  вопреки  этой строгой  закономерности  заставить клетку  развиваться  только с  материнским  диплоидным набором  хромосом?    Теоретически решение  этой  трудной биологической  проблемы     найдено.

            Для процедуры клонирования (иликопирования) используется молекула ДНК того живого существа, котороепредполагается копировать. Молекула ДНК заимствуется из одного живого организмаи вживляется внутрь яйцеклетки другого живого существа того же вида. Тотчас жепосле  этого процесса вживленияприменяется  электрический шок, которыевызывает начало стремительного процесса деления яйцеклетки. Таким образом,внутри яйцеклетки формируется эмбрион, зародыш. Эмбрион, продолжающий делиться,помещают в матку любого животного того же вида и ждут, пока созревающее внутриживого существа животное не родится на свет.

Клонирование происходит в три основных этапа:

1. Из яйцеклетки самкиполностью удаляется ДНК. Таким образом, клетка становится пустой оболочкой,которая не имеет генетической информации.

2. В эту пустую оболочкувводится предварительно реактивированная зрелая клетка (клетка-донор).

3. Оплодотвореннаяяйцеклетка пересаживается в матку самки (суррогатной матери). Плод, которого донори клон генетически идентичны, как и однояйцовые близнецы. Близнецы тождественныгенетически, однако, подрастая, часто оказываются совершенно разнымиличностями. Это отличие вызвано:

             Донор и клон генетическиидентичны, как и однояйцовые близнецы. Близнецы тождественны генетически,однако, подрастая, часто оказываются совершенно разными личностями. Это отличиевызвано:

а)уникальностью души, как следствие, характеров;
б) различием жизненного опыта.

        Единственнаяразница между близнецом и клоном заключается в том, что близнецы — ровесники, аклон отделен от матрицы поколением или, если быть более точным, возрастомдонорской клетки.

                             2.Виды   клонирования

            На сегодняшний день известно несколько видовклонирования, среди которых наиболее близким к естественному размножениюявляется эмбриональное клонирование. Входе этого процесса создается дубликат плода, который сформирован в маткематери естественным путем. Ученые научились делить зиготу на ранней стадии ееразвития на две и более частей. В результате такого разделения появляется клонпервоначальной зиготы, и обе зиготы впоследствии вырастают в близнецов,рожденных путем эмбрионального клонирования. В природе сходные процессы нередкопроисходят и без участия человека, когда появляются на свет однояйцовыеблизнецы. Таким образом, путем эмбрионального клонирования можно получить клонребенка еще на эмбриональном этапе его развития.
        Однако в настоящее время основное внимание исследователейсосредоточено на клонировании путемпересадки ядер. Между учеными существуют большие разногласия по поводутого, являются ли полученные таким способом особи клоном в полном смысле этогослова. Дело в том, что эукариотическая клетка, обладающая оформленным клеточнымядром, содержит два различных генома. Геномом называется совокупность генов,содержащихся в одинарном наборе хромосом данного организма. Один из нихнаходится в ядре (яДНК) и наследуется в соответствии с законами Менделя. Другойрасполагается в митохондриях (мДНК) и передается через цитоплазму яйцеклетки.Этот процесс называется цитоплазматической наследственностью.
           При клонировании млекопитающих путемпересадки ядер донорская соматическая клетка под воздействием электрическоготока целиком сливается с цитоплазмой безъядерной яйцеклетки. В результатетакого слияния в яйцеклетку переносится как яДНК, так и мДНК донорской клетки.
Таким образом, гибридная клетка содержит мДНК как из донорской, так и из реципиентнойцитоплазмы.

 До недавнего времени для подтвержденияпересадки ядер и происхождения полученных особей изучалась только их яДНК. Лишьнедавно ученые начали детально изучать геном   митохондрий и влияние цитоплазматическойнаследственности.
         Взависимости от целей, поставленных перед исследователями, клонирование путемпересадки ядер бывает репродуктивным и терапевтическим.
       Репродуктивное клонирование – это искусственное воспроизведение влабораторных условиях генетически точной копии любого живого существа. Цельюрепродуктивного клонирования является создание клона – генетической копииживущего или даже давно умершего существа. Овечка Долли стала первым примеромподобного клонирования крупного животного. Весь этот процесс состоит изнескольких стадий. Сначала у женской особи берется яйцеклетка, из котороймикроскопической пипеткой вытягивается ядро. Затем в безъядерную яйцеклеткувводится любая клетка, содержащая ДНК клонируемого организма. Фактически, онаимитирует роль сперматозоида при оплодотворении яйцеклетки. С момента слиянияклетки с яйцеклеткой начинается процесс размножения клеток и рост эмбриона.
Репродуктивное клонирование имеет огромное научное и прикладное значение дляживотноводства, но если речь идет о клонировании человека, то оно единодушноосуждается общественностью и подавляющим большинством ученых.

          Во многих странах, включая Россию,репродуктивное клонирование человека с целью получения детей-клонов запрещенозаконом. В Великобритании подобное клонирование человека карается тюремнымзаключением сроком до 10 лет. Терапевтическое клонирование отличается отрепродуктивного клонирования тем, что по прошествии двух недель роста эмбрионапроцесс размножения клеток искусственно прерывается.

           Помнению большинства ученых, после 14-дневного срока в эмбриональных клеткахначинает развиваться центральная нервная система и конгломерат клеток (эмбрион,бластоцист) уже следует считать живым существом.
         Ещеодно отличие терапевтическогоклонирования от репродуктивного заключается в изначальной цели этогопроцесса. Целью терапевтического клонирования является получение не клоновживых существ, а так называемых эмбриональных стволовых клеток (ЭСК). В ходеисследований было установлено, что образующиеся в течение первых 14 дней ЭСКспособны в дальнейшем превращаться в специфические тканевые клетки отдельныхорганов (сердца, почек, печени, поджелудочной железы и т.д.) и использоваться вмедицине для терапии многих заболеваний. Законодательство Великобританииразрешает проводить терапевтическое клонирование и исследовать возможностидальнейшего применения стволовых клеток в медицинских целях. В России многиеученые, например, академик РАМН Н.П.Бочков, профессор Института молекулярнойгенетики В.З.Тарантул, предпочитают не употреблять термин «терапевтическоеклонирование» и называют этот процесс «клеточным размножением».
Каковыже перспективы терапевтического клонирования?

         Помнению исследователей, получение в большом количестве ЭСК даст возможностьмедикам лечить диабет, болезнь Паркинсона, болезнь Альцгеймера, инфарктмиокарда, болезни почек, печени, заболевания костей, крови и многие другиеболезни.

                             3.Клонирование растений

         Клонирование,  прежде всего,  изначально  относится к  вегетативному  размножению. Клонирование  растений черенками, почками  или  клубнями известно  уже  более 4  тысяч  лет. Начиная с  70-х  гг. нашего  столетия  для клонирования  растений  стали широко  использовать  небольшие группы  и  даже соматические (неполовые)  клетки.

      Дело  в  том, что у  растений  в отличие  от  животных по  мере  их роста, в  ходе  клеточной специализации – дифференцировки – клетки не  теряют  так называемые  тотипотентные  свойства, то есть,  не  теряют своей  способности  реализовывать всю  генетическую  информацию, заложенную  в ядре. Поэтому  практически  любая растительная  клетка,сохранившее  в  процессе дифференцировки  своё  ядро, может дать  начало  новому оргазму. Эта  особенность  растительных клеток  лежит  в основе  многих  методов генетики  и  селекции.

          При вегетативном  размножении  и  при  клонировании гены  не  распределяются  по потокам, как  в  случае полового  размножения, а  сохраняются в  полном  составе в  течение  многих поколений. Все организмы, входящие в  состав  определённого клона  имеют  одинаковый набор  генов  и фенотипически  не  различаются между  собой.

       Клетки  животных, дифференцируясь, лишаются  тотипотенстности, и  в этом, одно  из  существенных отличий  от  клеток растений. Как  будет  показано ниже  именно  здесь главное  препятствие  для клонирования  взрослых  позвоночных животных.

                           4.Клонирование животных

Клонирование  шелкопряда

        В изобретение  клонирования  животных, несомненно,  надо  отдать должное  русским  учёным. Сто лет тому  назад  русский зоолог  московского  университета А.А.Тихомиров  впервые  открыл, что яички  тутового  шелкопряда в  результате  различных химических  и  физических воздействий  начинают  развиваться без  оплодотворения.

      Однако это  развитие,названное  партеногенезом, рано  останавливалось: партеногенетические  эмбрионы погибли  ещё  до вылупления  личинок  из яиц. Но  это  уже была  прелюдия  к клонированию  животных.

     Л.Л. Астауров  в  30-е гг.  в  результате длительных  исследований,получивших  мировую  известность, подобрал  термическое воздействие, которое одновременно  активизировало  неоплодотворённое яйцо к  развитию и блокировало стадию  мейоза, то есть  превращение  диплоидного ядра  яйцеклетки  в гаплоидное. Развитие  с  ядром, оставшимся  диплоидным, заканчивалось  вылуплением личинок, точно  повторяющих  генотип матери, включая  и  пол. Так, в результате  амейотического  партеногенеза   были получены  первые  генетические копии, идентичные  матери.

        Количество  вылупившихся партеногенетических  гусениц  находилось в  зависимости  от жизнеспособности  матери.

        Поэтому у  «чистых»  пород  вылупление  гусениц не  превышало  1%, в то  время  как у  значительно  более жизнеспособных  межрасовых  гибридов оно  достигло  40-50%. Несмотря  на огромный  успех, автор  этого метода  пережил горькоеразочарование: партеногенетическое потомство  характеризовалосьпониженной  жизнеспособностью на  эмбриональных и  постэмбриональных стадияхразвития (гусеницы, куколки, бабочки). Гусеницы развивались  неравномерно, срединих  было много  уродливых, а  завитые ими  коконы  различались по  массе.

Позже Астауров  улучшил  метод, применив  гибридизацию между  селекционными  линиями.

 Так он  смог  повысить жизнеспособность  у  новых клонов  до  нормы, но довести  до  этого уровня  другие  количественные  признаки ему  не  удалось: например  масса партеногенетических  коконов  не превышала  82%  от массы  нормальных  коконов такого  же  генотипа.

            Позднее  установили причины  партеногенетической  депрессии и  сложными  методами, которые  позволили накапливать  «гены  партеногенеза», вывели  новые высоко жизнестойкие  клоны  самок, а позднее  и  партеногенетических  самцов. Скрещивая  таких самцов  со  своими «матерями»  или  склонными к  партеногенезу  самками других  клонов, получили  потомство с ещё  большей склонностью  к  партеногенезу. От  лучших в  этом  отношении самок  закладывали  новые клоны.

        В результате  многолетнего  отбора удалось  накопить  в генотипе  селекционируемых клоновневиданно большое число генов, обуславливающих высокую  склонность  к партеногенезу. Вылупление гусениц  достигло  90%, а их  жизнеспособность  повысилась до  95-100%, опередив  в  этом  отношении обычные  породы  и гибриды. В  дальнейшем  «скрестили» с  помощью  партеногенетических  самцов два  генетически резко  отличающихся клона  разных  рас и  от  лучших гибридных  самок  вывели сверхжизнеспособные  клоны.

             Наконец, научились  клонировать самцов  тутового  шелкопряда. Это  стало возможным  после  того, как удалось  получить  самцов, у которых  все  парные гены  были  идентичными, или  гомозиготными. Вначале  таких самцов  клонировали  особым мужским  партеногенезом (андрогенезом).Для  этого  воздействием гамма-лучей  и  высокой температуры  лишали  ядро яйца  способности  к оплодотворению. Ядро проникшего  втакое  яйцо  сперматозоида, не  встретив дееспособного  женского ядра, само,удваиваясь, приступало к развитию мужского зародыша, который  естественно  повторял генотип  отца. Таким  способом ведутся  мужские  клоны в  десятках  поколениях.

Позже один  из  таких клонов  был  преобразован в  обо половую  линию, также состоящих  из  генетически идентичных  (за  исключением половых  хромосом)  теперь уже  самок  и самцов. Поскольку  положивший  начало этой  линии  полностью гомозиготный  отец  возник в  результате  размножения, приравненного  к самооплодотворению, то  сам  он и  линия  двойников обоего  пола  имеют пониженную  жизнеспособность.Скрещивая  между  собой две  такие  линии, стали без  труда  получать гибридных  и  высоко жизнеспособных  двойников  в неограниченном  количестве.

        Итоги клонирования  шелкопряда:полученные  клоны  самок и  самцов  тутового шелкопряда  для практического  шелководства  непригодны, но  это не  крах  всех надежд. Целесообразно использовать  клоны  не для  непосредственного  применения в  шелководческой  практике, а на  племя  для выдающегося  по  продуктивности  потомства. Примерная  схема использования  клонов  в промышленном  производстве  выглядит следующим  образом. Из  большого количества  коконов  выбирают те, из  которых  развиваются выдающиеся  по  продуктивности  самки, и от  каждой  получают партеногенетическое  потомство,для  дальнейшей  работы используют  партеногенетических  клоны, которые  повторяют высокую  продуктивность  матери и  проявляют  высокую склонность  к  партеногенезу.

   За этим  следует скрещивание сопределёнными  клонированными  самцами, и из полученного гибридногопоколения выбирают два  производства,только те клоны, которые дали прекрасное во всех  отношениях потомство. Его  высокие  качества обусловлены  не  только предшествующей  селекцией, а  ещё и  тем, что  в процессе  отбора  особей на  высокую склонность кпартеногенезу в их генотипе образуется  комплекс  генов жизнеспособности, компенсирующейвредное влияние  искусственного  размножения. При  переводе клонов  на  половое размножение  этот  комплекс, оказавшись  несбалансированным, сильно  повышает гетерозис.

     Возможность  клонирования    эмбрионов позвоночных  впервые  была показана  в  конце 40-х  начале  50-х гг.  в  опытах на  амфибиях, когда  российский эмбриолог  Георгий  Викторович Лобашов  разработал  метод пересадки  (трансплантации)  ядер в  яйцеклетку  лягушки. В июне  1948  года он  отправил  в «Журнал  общей  биологии» статью, написанную  по  материалам собственных  экспериментов.Однако  на  беду  Лобашова  в августе  1948  года состоялась  печально  известная сессия  ВАСХНИЛ, утвердившая  по воле  коммунистических  вождей беспредельное  господство  в биологии  малограмотного  агронома Т.Д. Лысенко, и  набор  статьи Лобашова,  принятой  к  печати, был рассыпан, потому  что  она доказывала  ведущую  роль ядра  и  содержащихся в  нём  хромосом в  индивидуальном  развитии организмов. Работу    Лобашова    забыли, а        в

 50-х гг.  американские  эмбриологи Бригс  и  Кинг выполнили  сходные  опыты, и приоритет  достался  им, как это  часто  случалось в  истории  российской науки.

      Бригс и  Кинг  разработали микрохирургический  метод  пересадки ядер  эмбриональных  клеток с  помощью  тонкой стеклянной  пипетки  в  лишённые  ядра клетки (энуклеированные  клетки).

     Они  установили, что  если брать  ядра  из клеток  зародыша  на ранней  стадии  его развития – бластуле (бластула – стадия в  развитии  зародыша, представляющая  собой полный  шар  из одного  слоя  клеток), то примерно  в  80% случаях  зародыши  благополучно развиваются  дальше  и превращаются  в  нормального головастика. Если  же  развитие зародышей  продвинулось  на следующую  стадию – гаструлу,то  лишь менее  чем  в 20%  случаев оперированные клеткиразвивались нормально. Эти результаты  позже  были подтверждены  в  других работах.

       Большой вклад  в  эту область  внёс  английский биолог  Гордон. Он  первый в   опытах  с южноафриканской  жабой   Xenopus laevis  в качестве  донора ядер использовалне зародышевые клетки, а уже вполне специализировавшиеся клетки эпителия кишечника плавающего  головастика. Ядра  яйцеклеток-реципиентов  он не  удалял  хирургическим путём, а  разрушал  ультрафиолетовыми лучами. В  большинстве случаев  реконструированные  яйцеклетки не  развивались, но  примерно десятая  часть  из  них  образовывала эмбрионы, 5%  из  этих эмбрионов  достигали  стадии бластулы, 2,5% стадии головастика  и  только 1%  развивалось  в половозрелые особи  (схема)  однако появление  нескольких  взрослых особей  в  таких условиях  могло  быть связано  с тем, что  среди клеток  эпителия  кишечника развивающегося  головастика  довольно длительно  присутствуют  первичные половые  клетки, ядра,  которых могли  быть  использованы для  пересадки. В  последующих работах, как  самого  автора, так и  других  исследователей  не смогли  подтвердить  данные этих  первых  опытов.

            Позже Гордон модифицировал  эксперимент. Поскольку  большинство реконструированных яйцеклеток  с  ядром клетки  кишечного  эпителия погибают  до  завершения стадии  гаструлы, он  попробовал извлечь  из  них ядра  на  стадии бластулы  и  снова пересадить  их  в новые  энуклеированные  яйцеклетки, такая процедура называется  «серийной пересадкой». Число  зародышей  с нормальным  развитием  после этого  увеличилось,  и они  развивались  до более  поздних  стадий по  сравнению  с зародышами, полученными  в   результате первичной  пересадки  ядер.

          Затем Гордон  вместе  с Ласки  (1970 год)  стали культивировать  (вне  организма в  питательной  среде) клетки  почки, лёгкого  и кожи  взрослых  животных и  использовать  уже эти  клетки  в качестве  доноров  </sp