Клеточная инженерия

Под клеточной инженерией понимают метод конструирования клеток нового типа на основе их культивирования, гибридизации и реконструкции.

К у% ьтура клеток — метод сохранения жизнеспособ­ности клеток вне организма в искусственно созданных условиях жидкой или плотной питательных сред. Использование культуры клеток начато в 50-е годы нашего столетия, когда была показана возможность выращивания вирусов в культивируемых клетках. Затем развитие вирусологии и методов культивирования клеток животных и человека позволило ученым приступить к созданию вирусных вакцин.

Для культивирования могут быть использованы клетки опухо­левых тканей, клетки различных органов, лимфоциты, фибро-бласты, эмбрионы, клетки почек животных и человека, раковые клетки человека и т. д. Культуры, приготовленные непосредст­венно из тканей организма, называются первичными. В большин­стве случаев клетки первичной культуры можно перенести из культуральной чашки и использовать для получения вторичных культур, которые можно последовательно перевивать в течение недель и месяцев. Многие клетки при этом сохраняют признаки дифференцировки тех тканей, из которых они были получены. Например, фибробласты продолжают секретировать коллаген, клетки скелетных мышц эмбриона сливаются и образуют гигант­ские мышечные волокна, которые спонтанно сокращаются в чашке для культуры тканей, и т. д. Так как все это происходит в культуре, то является доступным для изучения с помощью при­емов, которые неприемлемы при работе с интактными тканями.

Клетки животных и человека выращивают на специальных средах в виде суспензии или монослоя на стекле. Технология культивирования некоторых клеток животных настолько хорошо отработана, что может быть использована в производственных целях для получения различных продуктов. В настоящее время клонировано много генов, кодирующих синтез белков разной биологической ценности. Некоторые из таких генов удалось перенести в клетки животных, и они стали продуцентами биоло­гически активных белков. В промышленных масштабах в биоре­акторах с использованием клеток животных налажено производ­ство таких белков. Они используются как медицинские препара­ты. Например, эритропоэтин (гормон, стимулирующий образование красных кровяных тел), активатор плазминогена (используется для предотвращения образования тромбов), фак­тор свертывания крови III (используется при гемофилии), инсу­лин (для лечения диабета), поверхностный белок вируса гепатита В, интерлейкины и др.

Соматическая гибридизация. Одним из важных направлений клеточной инженерии является гибридизация соматических кле­ток. Сущность ее заключается в соединении клеток с хромосом­ными наборами систематически далеких форм.

Впервые гибриды соматических клеток обнаружил в 1960 г. французский биолог Ж. Барский. В культуре ткани клеток двух линий мышей он выявил третий тип клеток. Клетки эти оказа­лись гибридными. Они содержали хромосомы клеток обеих ис­ходных линий. Морфологические и биохимические признаки гибридных клеток были промежуточными между признаками ис­ходных. Однако спонтанное слияние клеток наблюдается редко. В связи с этим разработана техника гибридизации соматических клеток с использованием вируса Сендай. Вирус инактивируют ультрафиолетовыми лучами или алкилирующим мутагеном. Инактивированный вирус вносят в смешанную культуру двух типов клеток. Некоторые клетки при этом сливаются с образова­нием одной с двумя ядрами. После митотического деления из двухъядерной клетки формируются две одноядерные гибридные соматические клетки. В каждой гибридной клетке содержится по одному набору хромосом каждого типа родительских клеток.

При помощи вируса Сендай к настоящему времени получены гибриды клеток многих далеких видов (мыши и курицы, мула и мыши, кролика и обезьяны, человека и курицы, коровы и норки и др.). Гибридные клетки могут размножаться в течение длитель­ного времени, но межвидовая несовместимость имеет место и при соматической гибридизации. Так, в культуре клеток с тече­нием времени образуются клоны, которые почти совсем или совсем утрачивают хромосомы второго вида. Это явление откры­вает возможности для изучения локализации и характера дейст­вия тех или иных генов.

Можно изучить клеточный клон, в котором сохранилась толь­ко одна хромосома другого вида, и по наличию или отсутствию в клетке определенных соединений решить вопрос, имеется ли в той или иной хромосоме определенный ген. Можно установить, какой, например, фермент прекращает вырабатывать клетка при утрате той или иной хромосомы. На этом основании можно определить, что ген, кодирующий данный фермент, сцеплен с ушедшей хромосомой. Таким путем была определена локализа­ция многих генов в определенных хромосомах человека.

Соматическая гибридизация может быть использована для картирования хромосом, а также для изучения регуляции дейст­вия генов, дифференцировки клеток в онтогенезе и механизма взаимодействия ядра и цитоплазмы.