Генетика соматических клеток. Методы генетики соматических клеток

Суть метода генетики
Суть метода генетики соматических клеток сводится к
использованию в целях генетического анализа человека культур клеток, получаемых из различных источников, — периферическая кровь, кожа
скелетная мускулатура, биопсийный материал (клетки плаценты и
ворсин хориона плода, опухолей), амниотическая жидкость. В зависимости от задачи проводят простое культивирование клеток in vitro, клонирование (получение от одной клетки генетически идентичного клеточного потомства), селекцию (отбор из клеточной массы клеток с заданной
характеристикой, например, несущих определенную мутацию), гибридизацию клеток, различающихся по некоторым характеристикам, полученных от разных людей или от человека и животного другого вида — мыши, крысы, курицы, хомячка, обезьяны, генетическую модификацию клеток с использованием генно-инженерных технологий knock out(инактивация конкретного гена, замена аллеля дикого типа на мутантный) и knock in (введение в клеточный геном определенного гена).

Соматические клетки обладают рядом особенностей:
быстро размножаются на питательных средах;
легко клонируются и дают генетически однородное потомство;
клоны могут сливаться и давать гибридное потомство;
легко подвергаются селекции на специальных питательных средах;
клетки человека хорошо и долго сохраняются при замораживании.
Соматические клетки человека получают из разных органов — кожи, костного мозга, крови, ткани эмбрионов. Однако чаще всего используют клетки соединительной ткани (фибробласты) и лимфоциты крови.

Методы генетики соматических клеток.
Культивирование клеток
Гибридизация соматических клеток
Клонирование
Селекция соматических клеток

Культивирование клеток
Культивирование клеток решает задачу увеличения массы биоматериала, получаемого, например, от эмбриона или плода, до уровня, позволяющего выполнить в полном объеме цитогенетические,
биохимические, иммунологические, иные молекулярно-биологические и клеточно-биологические, прежде
всего диагностические, исследования. Практикуемые в целях а филактики рождения детей с наследственной патологией плацентобиопсии и хорионбиопсии (8-12-е недели беременности),
(забор амниотической жидкости с находящимися в ней клетками, 15-18 недели беременности), кордоцентез (забор пуповинной крови с находящимися в ней клетками, беременность более 18 нед.), забор клеток
из бластоцист, получаемых путем экстракорпорального оплодотворения
или маточного лаважа (промывание полости органа жидкостью с целью извлечения зародыша; срок 90-130 ч после оплодотворения) дают недостаточное количество клеток. Без последующего наращивания объема
биоматериала в условиях in vitro качественная дородовая (пренатальная) и предымплантационная диагностика генетических дефектов невозможна.
Системы культивирования животных клеток и тканей делят на 2 группы: 1 группа – монослойные, когда клетки развиваются на поверхности стекла и пластика (бутылок, матриц) или поверхности специальных носителей, погруженных в питательной среде. Культура клеток выращивается в виде монослоя, в
виде однослойной стационарной культуры. 2-я группа – суспензионные культуры, когда клетки растут свободно (подобно микроорганизмам) в суспензии.

Гибридизация соматических клеток
В основе метода лежит слияние клеток, в результате чего образуются гетерокарионы, содержащие ядра обоих родительских типов. Образовавшиеся гетерокарионы дают начало двум одноядерным гибридным клеткам. Впервые были получены гетерокарионы клеток мыши и человека. Такую искусственную гибридизацию можно осуществлять между соматическими клетками,
принадлежащими далеким в систематическом отношении организмам, и даже между растительными и животными клетками. Гибридизация соматических клеток животных сыграла важную роль в исследовании механизмов реактивации генома покоящейся клетки и степени фенотипического проявления отдельных генов, клеточного деления, в картировании генов в хромосомах человека и в анализе причин злокачественного перерождения клеток. Первый межвидовой гибрид был получен в 1972 г. П. Карлсоном при слиянии протопластов из клеток разных видов табака.
Гибриды, полученные при слиянии протопластов, имеют важные отличия от половых гибридов
поскольку несут цитоплазму обоих родителей. Возможно создание гибридов, наследующих ядерные гены одного из родителей наряду с цитоплазматическими генами обоих родителей. Особый интерес представляют гибриды растений, несущие цитоплазматические гены мужской стерильности, устойчивости к различным патогенам и стрессорным факторам, полученным от дикорастущих видов. Слияние протопластов используют также для получения гибридов с ценными в хозяйственном отношении свойствами между отдаленными видами, которые плохо или вообще не скрещиваются обычным путем. Удалось, например, получить соматический гибрид картофеля с томатами и т.д. При слиянии протопластов создают и новые клеточные линии-продуценты нужных веществ,
используемых в различных отраслях народного хозяйства и в первую очередь в здравоохранении.

Гибридизация соматических клеток в условиях культуры дает возможность исследовать сцепление генов и их локализацию на той или иной хромосоме (картирование). Особенность межвидовых клеточных гибридов состоит в том, что в последовательных делениях из кариотипа теряются хромосомы предпочтительно одного вида. Клетки-гибриды «человек- мышь», например, утрачивают, причем постепенно, все хромосомы человека, что дает возможность проследить с потерей каждой очередной хромосомы утрату определенных генов (сайтов, нуклеотидных последовательностей ДНК).
Используя метод генетики соматических клеток,межгенных
взаимодействий, изучают характер механизмы регуляции
методом
генной активности. Получаемые этим данные позволяют судить о генетической
гетерогенности
наследственных болезней, а также
изучать
их патогенез на молекулярном и клеточном уровнях.

Селекция соматических
клеток
Селекция соматических клеток с помощью искусственных сред – это отбор мутантных клеток с заранее заданными свойствами и отбор
гибридных клеток. Затем проводится выращивание и размножение этих клеток на специальных питательных средах. Например, можно использовать питательную среду без лактозы, но с добавлением других сахаров, и из большого числа клеток, помещенных в нее, могут оказаться несколько, способных жить в отсутствии лактозы. Потом из таких клеток получают клон.
Метод широко используется для изучения генных мутаций (механизмы, спонтанная и индуцируемая частота).

Клонирование
Клонированием называют развитие нового организма, который является генетической копией родительской особи. У видов, размножающихся половым путем, клоны получают в результате пересадки
ядра соматической клетки до
нора в энуклеированную
яйцеклетку.

В 1960-1970 были проведены эксперименты, выясняющие обладают ли ядра
соматических клеток способностью обеспечивать дальнейшее развитие яйцеклеток, если эти ядра ввести в яйцеклетки, из которых предварительно удалены собственные ядра. в котором ядра соматических. Например , перенос отдельных бластомеров из 8- и 16-
дневных эмбрионов овец одной
породы в безъядерную половину яйцеклетки (после рассечения последней пополам)
другой породы сопровождался формированием жизнеспособных эмбрионов с
последующим рождением ягнят, одним из которых был ягненок Долли.Эти эксперименты
показали, что ядра соматических клеток действительно могут
обеспечивать дальнейшее развитие яйцеклеток, так как они оказались способными оплодотворять яйцеклетки и «заставляли» их развиваться дальше. Этим была доказана возможность клонирования животных. (ред.)
Оценка этих результатов показывает, что млекопитающих можно размножать
асексуальным путем, получая потомство животных, клетки которых содержат ядерный материал отцовского или материнского происхождения в зависимости от пола овцы- донора. В таких клетках лишь цитоплазма и митохондрии имеют материнское происхождение.