Возможности метода слияния клеток.

 

Метод слияния соматических клеток открывает перед биотехнологией значительные перспективы (основоположники данного направления биотехнологии – Ю.Ю. Глеба, К.М. Сытник, 1982, 1984 гг.).

1. Возможность скрещивания филогенетически отдаленных форм живого. Путем слияния клеток растений получены плодовитые, фенотипически нормальные межвидовые гибриды табака, картофеля, капусты с турнепсом, петунии. Имеются стерильные межвидовые гибриды картофеля и томата, табака и белладонны. Получены клеточные гибриды между представителями различных семейств, но лишь, как неорганизованно растущие клетки (табака и гороха; табака и сои; и т.п.). Получены межвидовые и межродовые гибриды дрожжей. Имеются данные о слиянии клеток различных видов грибов и бактерий.

2. Получение ассимитричных гибридов, несущих полный набор генов одного из родителей и частичный набор другого родителя. Такие гибриды часто возникают при слиянии клеток организмов генетически удаленных друг от друга. В этом случае вследствие неправильных делений клеток, обусловленных некардинированным поведением двух разнородных наборов хромосом, в ряду поколений теряются частично или полностью хромосомы одного из родителей.

Ассиметричныегибриды бывают устойчивее, плодовитее и жизнеспособнее, чем симметричные, несущие полные наборы генов родительских клеток. В целях ассиметричной гибридизации возможна избирательная обработка клеток одного из родителей для разрушения части его хромосом. Возможен прицельный перенос нужной хромосомы из клетки в клетку.

Представляет также интерес получение клеток, у которых гибридной является только цитоплазма. Цитоплазматические гибриды образуются, когда после слияния клеток, ядра сохраняют свою анатомию и при последующем делении гибридной клетки оказываются в разных дочерних клетках. Скрининг таких клеток проводится по генам-маркерам ядерного и цитоплазматических геномов.

Клетки со слившейся цитоплазмой, но не ядрами, содержат ядерный геном одного из родителей и в то же время совмещают цитоплазматические гены слившихся клеток.

3. Получение гибридов путем слияния трех или более родительских клеток. На основе таких гибридных клеток могут быть выращены растения (грибы)-регенераты.

4. Гибридизация клеток, несущих различные программы развития: слияние клеток различных тканей или органов, слияние нормальных клеток с клетками, программа развития которых изменена в результате злокачественного перерождения. В этом случае получаются, так называемые гибридомные клетки (гибридомы), наследующие от нормальной родительской клетки способность к синтезу того или иного полезного соединения, а от злокачественной - способность к быстрому и неограниченному росту.

 

8.Практические примеры гибридов:

 

Приведем наиболее интересные примеры гибридов, полученные в результате слияния клеток.

Широкое распространение в США и Англии получил гибридный сорт помидоров, устойчивый к двум вирусам (PLRV, PVY), которые наносят наибольший вред этим растениям. Гибридный сорт создали в результате слияния протопластов дикого вида помидора S.brevidens, устойчивого к этим вирусам и коммерческого сорта помидора S.tuberosum. В Японии создан сорт помидора, устойчивого к высоким температурам.

Значительный прогресс в этой области произошел благодаря искусственным ассоциациям растительных клеток с микроорганизмами, особенно с азотфиксирующими бактериями. Проблема придания растениям свойств азотфиксации имеет огромное народнохозяйственное значение, т.к. производство азотных удобрений связано с большими экономическими затратами, а их использование загрязняет окружающую среду. Уже получены положительные результаты благодаря искусственным ассоциациям азотфиксирующей бактерии Anaboena variabilis и табака.

 

Клеточные ассоциации.

 

Клеточная инженерия не исчерпывается только слиянием клеток как единственным методом. Технология культивирования клеток in vitro позволяет осуществлять с ними разнообразные манипуляции. В течение многих лет исследуется возможность введения в растительные протопласты и животные клетки органелл, отдельных хромосом и целых клеток цианобактерий или зеленых водорослей.

В отличие от технологии слияния клеток эти разработки находятся только на стадии поиска.

Успешно проводятся исследования по созданию ассоциаций клеток различных организмов, т.е. смешенных культур клеток двух или более организмов с целью получения искусственных симбиозов, т.е. выгодного для партнеров сожительства. Примерами естественных симбиозов служат лишайники, объединяющие в своем составе клетки гриба и водоросли (или цианобактерии), система «инфузории – цианобактерии» (последние живут в цитоплазме инфузории и обеспечивают ее кислородом), ассоциация папоротника и цианобактерии, обеспечивающей папоротник азотом, ассимилированным из воздуха.

Проведены успешные опыты по введению азотфиксирующей бактерии (Anaboena variabilis) в табак. Эти опыты имеют очень большое значение, т.к. в связи с большими затратами на производство азотных удобрений в последние годы обсуждается вопрос о создании культурных растений, связывающих атмосферный азот. Один из разрабатываемых путей – это создание симбиозов растений и азотфиксирующих цианобактерий.

Попытка ввести цианобактерию Anaboena variabilis непосредственно в черенки зрелых растений табака не увенчались успехом, но при совместном культивировании клеток мезофильной ткани листа табака и цианобактерий удается получить растение-регенерат, содержащее цианобактерии. По данным электронной микроскопии, цианобактерии располагаются на поверхности листа и стебля, а также проникают вглубь устьиц листа и сосудистой системы стебля и ассимилируют азот из атмосферы. Получены также ассоциации клеток женьшеня и паслена дольчатого с цианобактерией. Под влиянием цианобактерий в клетках паслена активизируется синтез гликоалкалоидов.