В онтогенезе при дифференцировке клеток происходит избирательная экспрессия разных частей генома и ограничение генетических потенций у дифференцированных клеток. Однако в ядрах соматических клеток сохраняются все гены, и в соответствующих условиях они могут реактивироваться и обеспечить развитие нормального зародыша. Клонирование - это развитие нового организма, являющегося точной генетической копией родительской особи. У видов, размножающихся половым путем, клонирование происходит при пересадке ядер из соматической клетки в энуклеированную яйцеклетку. Молодая особь при клонировании является точной копией организма-донора ядер соматических клеток. В настоящее время получены путем клонирования животные разных классов, в том числе и млекопитающие. Оказалось, что в процессе, развития генетические потенции ядер соматических клеток снижаются, и чем старше донор соматических ядер, тем ниже процент развития клонированных особей. Кроме того, установили, что генетические потенции разных клеток донора неодинаковы.
Изучите рисунки по пересадке ядер, взятых из соматических клеток на разных стадиях развития лягушки (по Гёрдон, 1965, из Дьюкар Э., 1978) (рис. 4).
Рис. 4. Пересадка ядер из соматических клеток в яйцеклетки лягушки на разных стадиях развития клеток донора.
Работа 5. Взаимодействие бластомеров в период дробления, (лечебный факультет).
а. Влияние положения бластомеров на их дифференцировку. На дифференцировку клетки влияет ее положение в определенном месте зародыша в определенное время. У плацентарных животных до завершения восьмиклеточной стадии разные бластомеры не отличаются друг от друга по морфологии, биохимии и потенциям. Однако компактизация (сближение и увеличение контакта бластомеров с образованием компактного клеточного шара) приводит к образованию наружных и внутренних клеток, которые резко различаются по своим свойствам. Наружные клетки формируют трофобласт, а внутренние - зародыш. Опыт по пересадке бластомеров показывает, что образование из бластомеров трофобласта или клеток зародыша определяется тем, где оказалась клетка - на поверхности или внутри группы клеток.
Изучите рис. 5, а пересадки бластомеров у зародышей мыши [Минц Б., 1970; Hillman et al., 1972].
Рис. 5. Взаимодействие бластомеров в период дробления.
а - пересадка бластомеров зародышам мыши; б - соединение бластомеров у зародышей мыши: 1 -зародыш, 2 - трофобласт; в - механизмы формирования однояйцевых близнецов и двойниковых уродств у человека: 1 - внутренние клетки бластоцисты; 2 - полость бластоцисты; 3 - зародыш; 4 - полость амниона; 5 - полость хориона; 6 - не полностью разъединенные близнецы.
б. Влияние контакта бластомеров на развитие зародыша. Образование однояйцевых близнецов и двойниковых уродств у человека.
При сохранении полного контакта бластомеров развивается один организм. Также один организм развивается при объединении бластомеров нескольких зародышей. После специального воздействия бластомеры нескольких четырехклеточных зародышей могут соединиться с образованием общей морулы. Например, если соединить бластомеры зародышей трех разных линий с контрастной окраской (белой, черной и рыжей), формируется морула, из которой развиваются мыши с разноокрашенными участками кожи. Это связано с перемешиванием бластомеров зародышей разных линий мышей, часть из которых пошла на образование зародыша и свидетельствует о том, что наследственный материал бластомеров не смешивается.
Изучите рис. 5,б - соединение бластомеров у зародышей [Гилберт С, 1993].
Потеря контакта между бластомерами изменяет их судьбу. Разъединение клеток зародыша на ранних этапах развития приводит к образованию идентичных близнецов, так как ранние бластомеры тотипотентны. Неполное разъединение клеток зародыша приводит к возникновению двойниковых уродств, которые могут быть у разных видов беспозвоночных, позвоночных животных и у человека.
Рассмотрите слайды, таблицы, рисунки с примерами двойниковых уродств у разных видов животных и человека.
Изучите рис. 5, в, на котором показан механизм образования однояйцевых близнецов и двойниковых уродств у человека [из: Гилберт С., 1993, переработано].
Рис. 5. Продолжение.
Примерно в 33 % случаев разъединение бластомеров идет до образования трофобласта. Близнецы имеют собственные хорион и амнион.
Разъединение бластомеров после образования трофобласта, но до образования амниона происходит примерно в 66 % случаев. Близнецы имеют собственные амниотические оболочки, но находятся в общем хорионе.
Разъединение бластомеров после образования амниона происходит редко, в нескольких процентах случаев. Близнецы имеют общие амнион и хорион.
Неполное разъединение клеток зародыша. Близнецы имеют общие отделы тела (двойниковое уродство).
Работа 6. Клеточные процессы в периоды гаструляции и органогенеза.
Изучите табл. 2, рис. 6 и 7, слайды и препараты по эмбриогенезу животных. Перепишите таблицу.
Рис. 6. Последовательные этапы формирования лица (вид спереди). а - 4-недельный зародыш (3,5 мм.); б - 5-недельный зародыш (6,5 мм); в - 5,5-недельный зародыш (9 мм); г - 6-недельный зародыш (12 мм); д - 7-недельный зародыш (19 мм); е - 8-недельный зародыш (28 мм). 1 - лобный выступ; 2 - обонятельная плакода; 3 - носовая ямка; 4 - ротовая пластинка; 5 - ротовое отверстие; 6 - верхнечелюстной отросток; 7 - нижнечелюстная дуга; 8 - гиоидная дуга; 9 - медиальный носовой отросток; 10 - латеральный носовой отросток; 11 - носослезная бороздка; 12 - гиомандибулярная щель; 13 - область филтрума, сформированная слившимися медиальными носовыми отростками; 14 - наружное ухо; 15 - слуховые бугорки вокруг гиомандибулярной щели; 16 - подъязычная кость; 17 - хрящи гортани.
Таблица 2
| Формы клеточных взаимодействий | Образование нормальных структур (примеры) | Последствия нарушений межклеточных взаимодействий (примеры) |
| Клеточные перемещения Избирательное размножение клеток Избирательная клеточная гибель Клеточная адгезия Клеточные сгущения | Перемещение клеток при гаструляции, при образовании нервной трубки, при перемещении первичных половых клеток. Закладка зачатков отдельных органов. Разделение пальцев, гибель эпителиальных клеток при слиянии небных зачатков, носовых отростков. Гибель нейроэпителиальных клеток при образовании нервной трубки. Образование нервной трубки из нервной пластинки, слияние зачатков структур лица (небных отростков, носовых отростков между собой и с верхнечелюстными отростками). Образование зачатков конечностей. | Нарушение образования гаструлы, нервной трубки; нарушение структуры, изменение количества или отсутствия гонад. Отсутствие органа или его доли. Синдактилия, расщелина твердого неба, расщелины твердой губы, лица, спинномозговые грыжи. Спинномозговая грыжа, расщелины твердого неба, верхней губы, лица. Отсутствие конечностей, дополнительные конечности. |
Рис. 7. Развитие неба у зародыша свиньи [Карлсон Б., 1983].
а-г - этапы развития вторичного неба (препарат крыши ротовой полости, х 5); д, е (поперечные срезы, иллюстрирующие до и после опускания языка, 1 - верхняя губа; 2 - срединный небный отросток; 3 - латеральный небный отросток; 4 - носовая перегородка; 5 - язык; 6 - шов неба.
Работа 7. Эмбриональная индукция.
Разберите рис. 8, а, б, зарисуйте и обозначьте основные структуры.
Рис. 8. Эмбриональная индукция почки и зуба у млекопитающих, а - развитие почек: 1 - предпочка. 2 - мезонефральный канал, 3 - мезенхима первичной почки, 4 - первичная почка, 5 - вырост мочеточника вторичной почки, 6 - мезенхима вторичной почки, 7 - зачаток вторичной почки, → индукция; б - ранние стадии развития зуба: I — десна нижней челюсти (вид сверху): II - поперечный срез десны; III-VI - стадии развития зуба: 1 - гребень десны, 2 - зубная пластинка, 3 - мезодермальные зубные сосочки, 4 - зачаток эмалевого органа, 5 - амелобласты, 6 - зачаток эмали, 7 – одонтобласты, 8 - зачаток дентина, 9 - зачаток пульпы, 10 - эмаль, 11 - дентин; → индукция; ↔ − взаимная индукция.
Лечебный факультет:
а. Эмбриональная индукция, обусловливающая развитие почек у млекопитающих (рис. 8, а).
Мезонефральный (вольфов) канал индуцирует образование первичной почки. Вырост мочеточника из мезонефрального канала индуцирует образование вторичной почки, которая в свою очередь поддерживает рост мочеточника. Метанефрогенная мезенхима индуцирует ветвление мочеточника. Эпителий разветвлений мочеточника индуцирует мезенхиму к образованию почечных канальцев.
Стоматологический факультет
б. Эмбриональная индукция, обусловливающая развитие зуба у млекопитающих (рис. 8, б) [Дьюкар Э., 1978].
Первый зачаток зубов - зубная пластинка, утолщенная полоска эктодермы по гребню десны, развивается независимо от мезодермы. Под зубной пластинкой появляется ряд мезодермальных зубных сосочков, которые индуцируют образование из эктодермы зачатков эмалевого органа (при удалении мезодермальных сосочков зачатки эмалевого органа не образуются). Взаимная индукция между эмалевым органом и мезодермальным зубным сосочком приводит к формированию клеток, образующих эмаль, дентин и пульпу. На следующей стадии дифференцировки возникающие эмаль и дентин оказывают взаимное влияние на развитие друг друга.
Работа 8. Взаимосвязь нервной системы и иннервируемого ею органа в онтогенезе.
Взаимодействие между центрами ЦНС и иннервируемыми органами устанавливается на ранних этапах эмбриогенеза, причем эти структуры взаимно стимулируют развитие друг друга. Отсутствие периферических нервов или их повреждение (например, лекарственными препаратами, токсинами токсоплазмы и др.) вызывают нарушение формирования иннервируемых ими структур. Так, например, в Европе родились несколько сотен детей с отсутствием конечностей, матери которых в период беременности принимали снотворное талидомид.
В постнатальном периоде сохраняется взаимосвязь между нервной системой и иннервируемыми органами. Родовые травмы головного мозга и периферических нервов приводят не только к параличам, но и к атрофии мышц и отставанию роста соответствующих конечностей или односторонней гипотрофии структур лица (при врожденном параличе VI-VII черепных нервов). Способствуют восстановлению поврежденных структур головного и спинного мозга пассивные движения (для этого созданы специальные аппараты), массаж и физиотерапевтическая стимуляция иннервируемых органов.
При нейрофиброматозе (аутосомно-доминантный тип наследования) развиваются опухоли периферических нервов. Если заболевание начинается в раннем детстве, то на той стороне тела, где развиваются опухоли, возникает гипертрофия костей и мягких тканей. Например, развивается дизморфоз лица (несимметричное, непропорциональное развитие структур, формирующих лицо).
Установлено, что в раннем детстве игры, способствующие движению кистей рук, особенно мелкие, точные формы деятельности, стимулируют развитие структур головного мозга, в том числе и развитие интеллекта.
Разберите схемы экспериментов по изучению взаимосвязи нервных центров и иннервируемых органов.
Удаление нерва на левой стороне зародыша аксолотля привело к отсутствию конечности на оперированной стороне тела. Отсутствие конечности может быть обусловлено действием нейротропных тератогенов (токсины при токсоплазмозе, талидомид и др.) (рис. 9, а).
Удаление зачатка конечности у зародыша аксолотля приводит к уменьшению размеров ганглиев и рогов серого вещества спинного мозга на оперированной стороне (рис. 9, б).
Рис. 9. Взаимосвязь нервных центров и иннервируемых органов [Дьюкар Э., 1978, с изменениями].
а - влияние спинномозговых нервов на развитие конечности: 1 - спинной мозг, 2 - спинномозговой нерв, иннервирующий конечность, 3 - спинномозговой ганглий, 4 - конечность; б- влияние зачатка конечности на развитие сегментов спинного мозга (поперечный сред зародыша аксолотля с удаленным зачатком конечности: 1 - спинномозговой ганглий, 2 - спинномозговой нерв, 3 - дорсальные рога серого вещества спинного мозга, 4 - вентральные рога серого вещества спинного мозга.
Работа 9. Гормональная регуляция онтогенеза у плацентарных млекопитающих.
Изучите по табл. 3 влияния гормонов на процессы развития организма.
Таблица 3
| Источник образования гормона | Гормоны | Основные эффекты |
| Гипоталамус Гипофиз Эпифиз (шишковидное тело) Щитовидная железа Поджелудочная железа Надпочечники Яичники: фолликулы желтое тело Плацента Семенники Тимус | Либерины Статины Гонадолиберин Соматропный гормон Тиреотропный гормон(ы) Адренокортикотропный гормон (АКТГ) Гонадотропины: а) фолликулостимулирующий гормон (ФСГ) б) лютеинизирующий гормон (ЛГ) в) пролактин (лютеотропный гормон - ЛТГ) Мелатонин (синтезируется ночью) Серотонин (синтезируется днем) Тироксин Инсулин Кортизол Эстрогены Прогестерон Прогестерон Хорионический соматомаммотропин (плацентарный гормон роста) Тестостерон Фактор, ингибирующий парамезонефральные протоки Дигидротестостерон Тимозин | В раннем эмбриогенезе гормоны гипоталамуса влияют на дифференцировку и миграцию нейронов. В позднем эмбриогенезе и постнатальном периоде - регулируют развитие опосредованно путем изменения синтеза гормонов гипофиза. Усиливают синтез гормонов аденогипофиза. Тормозят синтез гормонов аденогипофиза. Определяет момент наступления половой зрелости и характер полового поведения. Усиливает пролиферацию клеток и синтез белка. В постнатальном периоде регулирует рост. Ускоряет рост и дифференцировку клеток щитовидной железы. Стимулирует рост надпочечников и продукцию стероидов. Усиливают пролиферацию стволовых клеток, рост фолликулов в яичниках, стимулируют рост семенных канальцев и семенников, образование половых гормонов в гонадах. Инициируют гаметогенез. Поддерживает желтое тело беременности в активном состоянии. Стимулирует рост молочной железы и секрецию молока. Регулирует суточные биологические ритмы, половое созревание и репродуктивные функции. Чувствительные к серотонину нейроны регулируют поведение, сон, процессы терморегуляции. Регуляция двигательной активности пищеварительного тракта. Повышает интенсивность обмена веществ и синтеза белка; регулирует развитие головного мозга, рост и пропорции тела. Необходим для нормального развития производных кожи. Инициирует дифференцировку молочной железы. Усиливает пролиферацию. Необходим для нормального развития многих органов на поздних стадиях онтогенеза. Стимулирует поздние стадии дифференцировки молочных желез. Стимулируют развитие женских вторичных половых признаков; способствуют пролиферации и секреции в эпителиальных клетках матки; начальных изменений в молочных железах. Сохранение беременности; дальнейшая дифференцировка молочных желез. Дальнейшая пролиферация эпителия матки и сохранение беременности; дальнейшая дифференцировка молочных желез. Действие, сходное с действием гормона роста и пролактина гипофиза. Определяет развитие мужских половых путей, семенников, вторичных половых признаков и гормональной функции гипоталамуса (в эмбриогенезе), ингибирует развитие молочных желез, регулирует рост тела. Регрессия парамезонефральных мюллеровых протоков. Развитие предстательной железы, пениса, мошонки. Пролифирация Т-лимфоцитов. |
Работа 10. Воздействие вредных факторов среды на зародыш.
Изучите таблицу 4, разберите и зарисуйте схему 1, приведите примеры прямого и опосредованного повреждения зародыша.
Таблица 4
| Факторы | Основные механизмы нарушений | Эмбрио- и фетопатии |
| I. Неполноценное питание матери 1. Голодание и недоедание 2. Дефицит белка 3. Дефицит витаминов (часто без гиповитаминоза у матери): витамина А витамина В2 витамина С витамина Е фолиевая кислота 4. Избыток витаминов: витамина А витамина С II. Заболевания матери 1. Ревматические пороки сердца 2. Ненаследственные врожден-ные пороки сердца 3. Гипертоническая болезнь 4. Анемия 5. Сахарный диабет 6. Тиреотоксикоз 7.Патология надпочечников 8. Иммунологический конфликт (по резус-фактору и системе АВ0; наиболее часто несовместимы: 0 - А, 0 - В, А - В, В - А, комбинации групп крови матери и плода) III. Внутриутробные инфекции 1.Вирус краснухи 2. Вирус гриппа 3. Вирус полиомиелита 4. Вирусный гепатит (болезнь Боткина) Токсоплазмоз IV. Ионизирующая радиация V. Влияние химических соединений, в том числе лекарственных веществ (более 600 соединений) Никотин Алкоголь | Нарушение трофики зародыша. Нарушение метаболизма у зародыша. Нарушение окислительно-восстановительных процессов в эпителии. Нарушение роста, образование ферментов биологического окисления. Нарушение процессов окисления, образования соединительной ткани, биосинтеза. Нарушение окисления жиров, приводящее к появлению токсичных продуктов. Нарушение синтеза ряда аминокислот, метальных групп. Нарушение роста, окислительно-восстановительных процессов. Гипоксия, нарушение трофики, дистрофические изменения плаценты. Гипоксия, нарушение трофики, дистрофические изменения плаценты. Гипоксия, нарушение маточно-плацентарного кровообращения, морфофункциональные нарушения плаценты. Нарушается транспорт кислорода к плоду, дефицит железа, морфологические изменения плаценты. Гормональные сдвиги, гипергликемия и кетоацидоз, ухудшение маточно-плацентарного кровообращения, патологические изменения в плаценте. Повышенное выделение гормонов щитовидной железы. Недостаток или избыток гормонов надпочечников. Проникают через плаценту резус-антитела. Проникновение через плаценту неполных изоиммунных антител А и В, которые вызывают гемолиз эритроцитов плода. Выделившийся непрямой билирубин является сильным тканевым токсином. Инфицирование зародыша, особенно в первые три месяца развития. Инфицирование плода, интоксикация организма матери, гипертермия, нарушение маточно-плацентарного кровообращения. Вирус переходит через плаценту, вызывая заболевание. Патологические изменения материнского организма, изменения в плаценте. Эндометрит, проникновение паразита через плаценту, приводящее к нарушению развития зародыша на ранних сроках. Поражение зародыша проникающими радиацией и токсичными продуктами поврежденных тканей. Непосредственное действие на зародыш. Нарушение структуры и функции плаценты. Патологические изменения в материнском организме. Прямое токсическое действие на плод, плаценту и организм матери. Повреждение гамет, генеративные мутации. Прямое токсическое действие. | Гипотрофия плода, различные аномалии развития, преимущественно центральной нервной системы, мертворождение, ослабленные, склонные к заболеваниям дети. Дефекты органов зрения и мочеполовой системы. Деформация конечностей, расщепление твердого неба, гидронефроз, гидроцефалия, аномалии сердца и др. Возможны гибель зародыша, выкидыш. Аномалии мозга, глаз, скелета. Пороки сердца и сосудов. Расщепление твердого неба, анэнцефалия. Увеличивается вероятность выкидыша. Гипотрофия плода, функциональная незрелость, аномалии органов и систем, преимущественно сердечно-сосудистой. У детей часто встречаются инфекционно-аллергические заболевания и нарушения нервной системы. Гипотрофия плода. Пороки развития, в основном сердца и сосудов. Гипотрофия плода, нарушения сердечно-сосудистой системы. Повышенная заболеваемость у детей. Гибель плода, нарушение центральной нервной системы, анемия у детей. Гибель плода, недоношенные, незрелые с повышенной массой плоды, функциональная незрелость поджелудочной железы, легких, реже изменения щитовидной железы, почек. Встречаются анэнцефалия, гидронефроз и другие нарушения центральной нервной системы Нарушение формирования центральной нервной системы, щитовидной железы и, меньше, других желез внутренней секреции. Реже аномалии сердечно-сосудистой системы, костно-мышечной, половой и др. Функциональная неполноценность надпочечников. Гемолитическая болезнь плода и новорожденного. Аномалии сердца, мозга, органов слуха, зрения и др. Аномалии половых органов, катаракта, «заячья губа». Врожденный полиомиелит. Уродства на разных стадиях развития. Врожденный вирусный гепатит, осложненный циррозом печени; задержка развития. Уродства головного мозга, глаз, конечностей, «волчья пасть», пороки сердца, заболевания эндокринных органов. Врожденная лучевая болезнь. Наиболее часто паралич нервной системы. Могут быть аномалии глаз, сосудов, легких, печени, мочеполовых органов, конечностей. Различные пороки развития, зависящие от вещества, дозы и срока поступления. Гипотрофия, склонность детей к респираторным заболеваниям. Умственная отсталость, психические заболевания, пороки сердца, эпилепсия, алкогольное поражение плода. |
Схема 1. Воздействие вредных факторов среды на зародыш.
Работа 11. Критические периоды в онтогенезе человека.
Изучите и перепишите табл. 5.
Таблица 5
| Периоды онтогенеза человека | Критические периоды | Возможные нарушения развития |
| Предымплантационный и имплантационный Период гисто- и органогенеза и начала плацентации Перинатальный период (роды) Период новорожденности Подростковый (пубертатный) Климактерический | Для всего зародыша Для разных органов и систем не совпадают по времени Для всего организма и отдельных органов и систем Для всего организма и отдельных органов и систем Для всего организма и отдельных органов и систем Для всего организма и отдельных органов и систем | Гибель зародыша Двойниковые уродства Наследственные болезни Пороки и аномалии развития различных органов и систем, гибель зародыша Травмы, детский церебральный паралич, слабоумие, гибель Высокая вероятность перегревания, переохлаждения, патологии различных организмов и систем, неспецифических инфекций и гибели Повышен риск проявления ненаследственных заболеваний, нарушения обмена веществ, подростковых нарушений поведения, психической ранимости, агрессивности. Увеличивается смертность Возрастает риск развития соматических и психических болезней, увеличивается частота возникновения опухолей. Повышается смертность |
