Терміни й поняття: біомедичні технології, генна терапія, стовбурові клітини, клітинна терапія, ембріотехнології, екстракорпоральне запліднення.
Біотехнології та медицина. Цілком очевидно, що науковими засадами сучасної медицини є передусім біологічні знання. Йдеться не лише про відомості, що були отримані під час вивчення людини як біологічного об'єкта і які стосуються особливостей його біохімічного складу, фізіологічних процесів чи генетичних вад, досягнень мікробіології, паразитології чи вірусології, а й про результати дослідженьзоологів, ботаніків та екологів. Однак найбільш сучасними і, можливо, украй важливими є різноманітні технології, що базуються на досягненнях клітинної та генетичної інженерії. Вони спрямовані на створення раніше невідомих біологічних продуктів, що здатні давати зовсім нові ефекти під час лікування важких або невиліковних хвороб: жіноче безпліддя, онкологічні захворювання, СНІД, ураження центральноїнервової системи, травми хребта, подолання наслідків діабету, інфарктів чи алергій.
Особливе значення набуває генетична діагностика — напрям, що базується на програмі «Геном людини». Тепер завдяки методиці секеенуеання (біохімічні методивстановлення послідовності, наприклад, аденіну, гуаніну, цитозину в ДНК) можначітко встановити, чи має людина гени, які зумовлюють виникнення спадкової хвороби (іл. 61.1).
Іл. 61.1. Метод секвенування — швидке встановлення послідовності нуклеотидівна певних ділянках ДНК
Генна інженерія і створення нових ліків. Як уже зазначалося, саме в результаті генно-інженерних технологій у промислових масштабах був одержаний людський інсулін.
За допомогою генно-інженерних процедур можна не лише збільшити виробництво антибіотиків, а й розробити нові, до якиху хвороботворних бактерій ще невідбулося звикання.
Ще одним перспективним напрямом сучасної фармакології є виготовлення у промислових масштабах такої речовини, як інтерферон.
Пригадайте: цю речовину виробляють клітини людини для протидії вірусам. Деякі оптимісти вважають, що це може стати чудодійним засобом проти безлічі вірусних захворювань і навіть раку.
Дуже цікавим є створення трансгенних культурних рослин, що несуть гени білків, характерних для патогенних бактерій і вірусів. Для чого це потрібно? З'ясували, що споживання сирих плодів та овочів, які несуть такі гени, здійснює вакцинаціюорганізму. Це чітко доведено в досліді з лабораторними мишами. Якщо ввести гентоксину, який виробляє холерний вібріон, до геному картоплі, а потім бульбою тран-сгенної картоплі годувати мишей, то в їх крові з'являться антитіла до збудників холери. Вважають, що в недалекому майбутньому так звані їстівні вакцини будуть широко застосовувати у боротьбі з багатьма хворобами.
Генна терапія. Донедавна діагноз «спадкове захворювання» був вироком для хворого: генетичні хвороби не лікували, полегшуючи лише симптоми захворювання. Прикладом такого лікування може бути терапія фенілкетонурії. Не усуваючипричини хвороби, тобто дефекту генів, стан хворих коригували за допомогою дієти.
Одним з новітніх напрямів сучасної медичної генетики є генна терапія — сукупність методів генної інженерії та медицини, спрямованих на лікування патологій генетичного апарату (іл. 61.2).
Суть генної терапії полягає в тому, що в деякі клітини хворого вводять ті гени, які в нього уражені. Можна сказати, що це — хірургія генів.
Для того, щоб гени проникали у клітину й вбудовувалися в її ДНК, використовують спеціальні носії-віруси. І це невипадково.Адже сама ідея генної терапії виникла після відкриття вірусів, яківикликають розвиток пухлин у людини. Ці віруси мають здатністьвбудовуватись у генетичний апарат людини і залишатися там протягом життя клітини. У генотерапії використовують віруси, які в результаті генно-інженерних операцій утратили здатність утворювати пухлини, але несуть у собі вбудовані гени —такі, як уражені мутаціями у хворого.
Одним із прикладів лікування спадкових хвороб методом генної терапії є лікування спадкової патології — важкого комбінованого імунодефіциту (не плутати з ВІЛ!). Це вроджене захворювання викликають мутації генів, у результаті чого ухворого практично повністю відсутній імунітет. Перші спроби застосування генної терапії в лікуванні цього захворювання відносять до 1990 р.. У 1993 р. упершеуспішно проведена генна терапія хворого на важкий комбінований імунодефіцит.Після лікування білі кров'яні клітини виконували свої функції протягом чотирьохроків, тобто чотири роки працював імунітет. Після цього знадобилося повторне лікування. У наші дні кожна третя дитина у світі, що страждає на важкий комбінований імунодефіцит, лікується за допомогою генної терапії.
Сьогодні у світі апробовано й затверджено вже близько 200 генотерапевтич-них протоколів лікування.
Стовбурові клітини та їх використання в медицині. З'ясовано, що в кожному багатоклітинному організмі є особливі клітини, які, на перший погляд, не мають визначених функцій. Але це зовсім не так — з них утворюються різноманітні клітини, з яких і формуються органи тіла. Вони отримали назву стовбурові клітини (клони нових клітин започатковуються зних неначе гілки зі стовбура) (іл. 61.3). Саме зістовбурових клітин, що містяться в червономукістковому мозку людини, утворюються еритроцити чи лейкоцити; зі стовбурових клітинсім’яників формуються сперматозоїди.
Слід зазначити, що різні групи стовбурових клітин мають неоднакову здатність до утворення клітин тіла. Так, навіть окремі клітини зародка людини на етапі перших клітинних поділів можуть дати новий організм. Такою самоюздатністю володіють клітини гідри чи планарії.Саме такі стовбурові клітини називають тоти-
потенттшп (від лат. totus — увесь, potentia — можливість). Однак вже на стаді бластули клітини зародків людини втрачають властивість тотипотентності, перетворюючись у плюропотентні (від лат. pluralis — множинний і потенція).
Такі клітини ще зберігають здатність розвиватися тим чи іншим шляхом. ■ них можуть формуватися різні клітини, тканини й органи, але новий організм :них утворитися вже не може. Нечисленні плюропотентні клітини зберігаються ]дорослому організмі людини. Саме з них постійно утворюються клітини, необхідні для відновлення організму. Однак більшість клітин дорослого організму, якзберегли здатність до поділів, відносять до уніпотентних (від лат. unicus— єдиний свого роду і потенція), оскільки вони здатні розвиватися в клітини лише одного типу. До цієї групи відносять, наприклад, клітини, з яких утворюються сперматозоїди.
Стовбурові клітини, на відміну від інших клітин організму людини, можуті ділитися нескінченно довго. При цьому одна з дочірніх клітин залишається стовбуровою, а друга диференціюється, перетворюючись у функціонуючу клітину, наприклад лімфоцит або еритроцит. За рахунок цього, зокрема, і відбувається постійне відновлення клітинного складу крові. Однак, як нині з'ясували, їх функців організмі значно ширші, ніж формування формених елементів крові. Зі стовбурових клітин може утворюватися кожна з близько 350 типів клітин організму людини
Стовбурові клітини у тканинах людського ембріона трапляються у співвід ношенні одна на 10 тис. звичайних клітин, а в літньої людини віку 60-80 р. —1 на 9 млн. Саме тому в людей похилого віку так повільно відбуваються відбудовні процеси.
У наш час використання стовбурових клітин або їх продуктів у медицині, щ( має назву клітинна терапія, вважають перспективним способом подолання наслідків багатьох дуже важких хвороб: злоякісних новоутворень, порушень функціїімунної системи, патологій обміну речовин тощо. Роль цих клітин полягає не ]власне лікуванні, а у відновленні функцій кісткового мозку, крові та імунної системи пацієнта після проведення лікування.
Оптимісти-дослідники навіть уважають, що зі стовбурових клітин згодоі\ можна буде створювати тканини та навіть вирощувати цілі органи для трансплантації замість донорських органів. Головна перевага цього підходу полягає в том\що ці органи можна виростити з клітин самого пацієнта, і після пересадки їх н<відторгатиме імунна система.
Однак масове застосування стовбурових клітин викликає й певні побоюван ня. Річ у тім, що за такого роду терапії в організм людини вводять тисячі клітинздатних до нескінченного числа поділів, а саме такою властивістю характеризуються ракові клітини. Тому виникає побоювання, що введення стовбурових клітин не лише омолоджує організм або стимулює імунітет, а й може призвести д(виникнення онкологічних захворювань. Крім того, одержання стовбурових клітиіпов'язане з використанням людських органів. Усе це разом узяте накладає серйозні морально-етичні, а в багатьох країнах і юридичні обмеження на маніпуляції зстовбуровими клітинами.
Екстракорпоральне запліднення. Особливим напрямом біотехнологій, у тому числі й медичних, є ембріотехнології, зокрема екстракопоральне (від лат.extra — ззовні і corpus — тіло) запліднення, яке використовують для запобігання жіночому безпліддю. Зараз ця процедура вже стала доволі вживаною в медичнійпрактиці, хоча перші вдалі спроби були здійснені лише в 1980-х роках. Для проведення екстракорпорального запліднення слід зробити кілька маніпуляцій. Спочаткуотримують здорові, готові до запліднення яйцеклітини й сперматозоїди.
Потім проводять запліднення у пробірці, дають утворитися ембріонам, які підсаджують до слизової оболонки матки. До слушної нагоди ембріони можуть заморозити у рідкому Нітрогені за температури -190 °С, адже в такому стані вони не втрачають життєздатності.
Сучасні біомедичні технології базуються на розробці нових методів генетичної та клітинної інженерії й мають на меті створення принципово нових продуктів, задопомогою яких можна подолати раніш невиліковні хвороби.
Конкретними напрямами сучасних біомедицинських технологій є створення нових ліків та біопрепаратів, генетична та клітинна терапія, ембріотехнології.
1. У чому полягає особливість сучасних біомедичних технологій? 2. Як за допомогою генної інженерії отримують біологічні препарати? 3. Що таке геннатерапія? 4. Які клітини називають стовбуровими? 5. Чи є у людини тотипотентніклітини? 6. У чому полягає суть ембріотехнології?
• Чи можливо в принципі за допомогою біомедичних технологій вилікувати будь-яке захворювання?
9.1. Назва процесу вирощування диких рослин з потрібними людині властивостями
А окультурення Бодомашнення ВселекціяГвиведення сорту
9.2. Тварина, яка була диким предком бика свійського
А тур Б буйвол азійський В балійська худоба Г гаял
9.3. Свійська тварина, дикий предок якої до цього часу не встановлений
А кішкаБкіньВсобакаГкурка
9.4. Одомашнена тварина, диким предком якої є тарпан
А кіньБоселВламаГкозел
9.5. У результаті селекції мікроорганізмів отримують
А породиБсортиВчисті лініїГштами
9.6. Клонування — це
А виведення нових сортів чи порід Б отримання генетично тотожних особинВ виділення генетично чистої лініїГ отримання генетично модифікованих організмів
9.7. Гетерозис — це
А близькоспоріднені схрещування Б збільшення числа геномів
В гібридна сила Г виродження
9.8. Ознака сучасних біотехнологій, які відрізняють їх від традиційних
А створення штучних організмів з новими властивостями Б базування на методах селекціїВ високоефективність
Г стосуються медичних засобів і методів лікування
9.9. Трансгенним називають організм, який
А у своєму генетичному апараті несе мутації Б отриманий шляхом клонуванняВ походить від біологічної химериГ насичений чужорідними генами
9.10. Основою будь-якого селекційного процесу є
А штучний добір б мутаційний процес
В інбридинг Г аутбридинг
9.11. Біологічна химера — це
А гібрид між віддаленими видам Б особина, що складається з генетично різних клітинВ декоративна порода тваринГ особина з вродженими вадами розвитку
9.12. Діяльність людини, яка є біотехнології
А прокладання автомобільних шляхів Б опалення помешкань у зимовий періодВ видобуток кам’яного вугілляГ виготовлення рослинної олії
9.13. Метод отримання генетично модифікованих організмів
А клітинна інженеріяБхімічний і фізичний мутагенез
В селекціяГгенетична інженерія
9.14. Хвороба, наслідки якої можна подолати завдяки успіхам генної інженерії
А дизентеріяБцукровий діабетВСНІДГ шизофренія
9.15. Метод коректування генетичних хвороб, який називають хірургією генів
А генна інженеріяБгенна терапія
В метод точкових мутацій Г метод індукованих мутацій
9.16. Назва технології використання стовбурових клітин у медицині
А клітинна хірургія Б клітинна терапіяВ мікрохірургія клітинГ клітинна інженерія
9.17. Функція стовбурових клітин в організмі людини
А акумуляція у собі мутацій Б формування зв’язків між клітинамиВ утворення основних тканинГ утворення клітин різних типів
9.18. Вектором переносу генетичної інформації в генетичній інженерії можуть використовувати
А кишкову паличку Б плазміду В Y-хромосому Г антиген
Це матеріал з підручника Біологія 9 клас Межжерін