Цели урока: ознакомить учащихся с современными эмбрио-технологиями и технологиями клона-ния, рассмотреть историю их развития и перспективы использования в медицине, сельском хозяйстве и промышленности; развивать логическое мышление; воспитывать чувство ответственности за свои действия и бережное отношение к живым организмам.
Вопросы для беседы
1. Какие особенности присущи жизненным циклам растений?
2. Какие особенности присущи жизненным циклам животных?
3. Какие преимущества и недостатки имеют сложные жизненные циклы?
4. Какие процессы происходят в организме во время эмбриогенеза?
5. Какие факторы повышают риск пороков развития человека?
Ембриотехнологии и стволовые клетки
Пожалуй, самым молодым направлением современной медицины можно считать клеточные технологии, в которых клетки служат источником тех или иных необходимых факторов, например опухолевых антигенов при вакцинотерапии. Но использовать клетку можно не только как источник каких-либо субстанций, но и для регенеративной медицины. Здесь особый интерес вызывают технологии, основанные на стволовых клетках. Способность к неограниченному делению и преобразования в различные типы клеток (так называемая плюрипотентность) делает их идеальным материалом для трансплантационных методов терапии. Наиболее доступными считаются стволовые клетки взрослого организма. Однако реальный потенциал их дифференцировки еще мало изучен.
Термин «стволовая клетка» (CK) был введен в биологию А. Максимовым 1908 Исследуя процессы кроветворения, он пришел к выводу: в нашем организме в течение всей жизни сохраняются недифференцированные клетки, которые могут превращаться в лимфоциты и другие специализированные клетки соединительной ткани и крови. Позже А. Максимов назвал эти клетки стволовыми.
На ранних стадиях развития эмбриона клетки неспециализированные. Они получили название стволовых (CK), потому что расположены у основания воображаемого ствола генеалогического дерева клеток, которое венчает корона из различных специализированных клеток. В отличие от обычных клеток, обреченных выполнять четко определенные функции в организме, CK в процессе развития имеют возможность приобретать специализации.
CK размножаются путем деления, как и все другие клетки. Отличие состоит в том, что они могут делиться неограниченно, а зрелые клетки обычно имеют ограниченное количество циклов деления. Поэтому говорят, что CK способна к пролиферации, т.е. к длительному размножению и репродукции большого количества клеток.
Они способны к дифференцировке - процесса необратимой специализации клеток. Силы, дающие толчок началу дифференцировки, очевидно, могут быть внутренними и внешними. Внутренние сигналы управляются генами клетки, а внешние - химическими веществами, которые выделяют другие клетки, физическим контактом с соседними клетками, а также некоторыми молекулами окружающей среды. Во всех случаях эти воздействия имеют по сути информационный характер, а не физический, химический или характер среды.
В течение жизни во взрослом организме постоянно происходит гибель клеток различных тканей, как в результате естественного восстановления (апоптоз), так и через повреждения (некроз). Вследствие этого в организме постоянно происходят процессы восстановления (репарации) утраченных клеток. В результате клеточного деления из стволовых клеток возникают материнская и дочерняя клетки. Материнские используются для самоподдержания популяции, а дочерние или превращаются в Камбиальные клетки, или непосредственно дифференцируются. Стволовая клетка сохраняет свойства ранних эмбриональных клеток - плюрипотентнисть, а камбиальный эту способность утрачивает и производит лишь региональные структуры. Таким образом, камбиальные клетки обеспечивают восстановление утраченных клеток соответствующих тканей и органов.
Попадая в организм при трансплантации, CK продолжают делиться и сами находят место, где их помощь найпотрибни-я. Эта способность CK получила название хоуминга. Итак, хоуминг - это способность клеток к миграции в «нужное место» - «родной» орган и ткань (в свою стволовых нишу) или в область повреждения.
Чрезвычайно привлекательными для использования в медицине есть эмбриональные стволовые клетки (ECK) человека: из них можно получать любые типы клеток организма. Но многие свойства и клеточные механизмы так называемой «стволовой» клетки ставят слишком близко к трансформированной, раковой клетки. Именно поэтому так важно сегодня изучать характеристики самих клеток. За восемь лет, прошедших с момента получения первых линий ECK человека, удалось выяснить лишь небольшую часть механизмов, обеспечивающих в культуре самоподдержку недиференци-Йован клеток или их дифференцировку.
Эмбриональные стволовые клетки получают из внутренней клеточной массы бластоцисты на самых ранних стадиях развития эмбриона, когда она еще не имплантувалася в стенку матки. Именно из клеток внутренней клеточной массы в дальнейшем развивается целый организм.
Еще недавно количество линий ECK человека, доступных для изучения, было невелико. Сегодня их стало намного больше, но методологические трудности и высокая стоимость работы с ними ограничивают круг исследователей. Не менее ограничения на исследования в области эмбриональных клеток человека накладывает этическая сторона. Несмотря на дебаты об этичности или неэтичности работы с ECK человека, очевидно, что вопрос уже не в том, проводить исследования в области ECK человека, а в том, как будут проводиться исследования в этой области. За последние два года в большом количестве стран уже были приняты законы, разрешающие исследования эмбриональных стволовых клеток человека.
Клонирование
Клонирование - это метод размножения статевороздильних существ (животных и людей), с помощью которого в неполовой образом можно получить новый организм, который будет генетически идентичным организма предполагается клонировать. Клонирования является известным явлением в растительном мире. Первые попытки клонирования животных осуществлялись в 30-х pp. XX ст. Большую роль в этом сыграл технический прогресс в области молекулярной биологии, генетики и искусственного оплодотворения. Новый этап в клонировании определяют эксперименты шотландских ученых, которые завершились рождением овечки Долли (27 февраля 1997 p.). Это достижение открывает путь к клонированию человека.
Существуют два различных пути, с помощью которых можно достичь клонирования.
1. Переноса ядра клетки субъекта, которого хотят клонировать (дублировать). Ядро вводят в оплодотворенную или неоплодотворенную яйцеклетку после удаления или нейтрализации существующего в ней ядра. Ядро клетки имеет полный генетический код определенного организма, что позволяет «воспроизвести» генетически идентичный организм. Такая техника предполагает два момента: удаление ядра из яйцеклетки или одноклеточного эмбриона (зиготы) и слияние клетки, из которой берется ядро, с указанной яйцеклеткой или одноклеточным эмбрионом с помощью электрического шока. Это позволяет привести в действие процесс разделения нового полученного индивида, которого затем переносят в матку особи женского пола.
2. Расщепление эмбрионов, то есть искусственное проведения естественного процесса формирования идентичных близнецов (или монозигот), который заключается в микрохирургическом разделении клеток на ранних стадиях их развития (до 14 дней после оплодотворения) на два или более идентичных эмбрионов. После этого разделены организмы способны независимо развиваться благодаря клеточной полипотенции - свойства одной клетки давать начало разным тканям, формирующих организм.
IV. Обобщение, систематизация и контроль знаний и умений учащихся
Дать ответы на вопросы:
1. На каких процессах и свойствах организма основаны эмбрио-технологии?
2. Каким образом осуществляют клонирование?
3. Для каких целей можно использовать ембриотехнологии?
4. Зачем человечеству надо развивать технологии клонирования?
5. Какие проблемы могут возникнуть в обществе в связи с развитием ембриотехнологий?
6. Какие проблемы могут возникнуть в обществе в связи с развитием технологий клонирования?