реферат по микробиологии. Области применения культур клеток животных
 Скачать 30.82 Kb.
|
|
Области применения культур клеток животных Продукты, получаемые из клеток животных Как объекты биотехнологии клетки бактерий обладают целым рядом преимуществ по сравнению с клетками эукариот: 1 - культура бактериальных клеток имеет высокую производительность биомассы на единицу объема системы и на единицу объема капитальных затрат, их продуктивность в 40 раз выше клеток эукариот; 2 - культура бактериальных клеток менее требовательна к среде и условиям культивирования по сравнению с культурой клеток животных, и проще осуществлять контроль над процессами культивирования; 3-е помощью культуры бактериальных клеток можно получать белки, синтезирующиеся и в клетках животных, используя технологию рекомбинантных ДНК. Несмотря на эти преимущества, клетки бактерий не всегда могут быть использованы в качестве продуцентов белков животного происхождения. Это связано с тем, что: - белки, синтезирующиеся в клетках бактерий не подвергаются необходимым для белков животных посттрансляционным модификациям и, следовательно, такие белки нуждаются в соответствующих посттрансляционных модификациях (гликозилиро-вании, амидировании, карбоксилировании, фосфорилировании); - как правило, белки, синтезирующиеся в клетках бактерий или дрожжей, не секретируются в окружающую среду и поэтому для выделения этих белков необходимо разрушать клетки, использовать сложные методы выделения этих белков и обеспечивать стерильность условий выделения; –так как экспрессированные белки для клеток микроорганизмов являются «инородными», то они могут подвергаться протеазной атаке, а продукты гидролиза могут оказаться эндотоксинами. Учитывая все эти особенности, целый ряд белковых продуктов целесообразно получать в культуре клеток животных. Биомасса культур клеток богата различными биологически активными веществами, и она может быть использована для получения целевого получения продуктов. Наиболее часто получаемые продукты из клеток животных представлены в таблице 24. Получение вирусных вакцин Культура клеток может быть использована для размножения вирусов и получения вакцин. Первая вакцина, приготовленная на основе культур клеток, была получена в 1954 г. против полиомиелита Солка. Для этой цели использовались первичные культуры клеток почки обезьяны. Позже, когда была выделена линия клеток WJ 38 (диплоидные клетки человека) она начала использоваться для получения вакцин. Необходимо отметить, что для обеспечения рентабельного производства вакцин с использованием культур клеток животных необходимо иметь высокоэффективные крупномасштабные системы культивирования клеток. В настоящее время в культуре клеток получают различные вакцины для людей (табл. 25) и для сельскохозяйственных животных (табл. 26), и ведутся интенсивные разработки новых вакцин на основе использования технологии рекомбинантных ДНК. Получение антител в культуре клеток Антитела представляют собой сложные белковые молекулы (иммуноглобулины), синтезирующиеся в клетках животных и их нельзя синтезировать химическим путем или в клетках бактерий. Их можно получать в больших количествах из сыворотки иммунизированных животных. Однако они содержат смеси молекул антител в соотношениях сильно варьирующих у разных животных. Так как реактивность таких гормональных антител представляет собой сумму реакций отдельных молекул, то практически нельзя добиться одинакового уровня специфичности между различными препаратами. Эта проблема решена на основе технологии получения моноклональных антител, которая была предложена Келером и Милыптейном. В результате экспериментов, проведенных этими авторами, была получена клеточная линия, которая способна вырабатывать антитела одного молекулярного состава (моноклональные антитела), что имело основополагающее значение в развитии нового научного направления - иммунобиотехнологии. Клетки, способные продуцировать моноклональные антитела, получают в результате слияния клеток миеломы и лимфоцита, который вырабатывает один и тот же тип антител. Для промышленного получения моноклональных антител культуры гибридомных клеток культивируют в системе invitroв сосудах для культивирования клеток. Получение инсектицидов в культуре клеток Инсектициды можно получить из вирусов, которые детальны для насекомых. Вирусы специфически поражают отдельные виды насекомых, при этом не оказывают влияния на жизнедеятельность других видов насекомых. Использование вирусных инсектицидов имеет еще одно преимущество - они не загрязняют окружающую среду по сравнению с химическими веществами. Показано, что около 80 % всех использующихся в сельском хозяйстве пестицидов могут быть заменены инсектицидами из бакуловирусов. При этом затраты на их производство почти на 50 % ниже стоимости пестицидов. В настоящее время существуют два способа получения вирусов насекомых, использующихся в качестве инсектицидов, один из них: - разведение насекомых и их инфицирование вирусом с последующей очисткой вирусных частиц. Второй - это производство вирусов в культуре клеток насекомых in vivo . Однако этот перспективный способ получения инсектицидов требует еще глубоких исследований, так как продукция вирусов в этих системах пока не очень высокая. Культивирование клеток насекомых было начато в конце 30-х годов XX столетия В.Трагером. В настоящее время получены различные клеточные линии насекомых, Получение интерферонов в культуре клеток животных Интерферон - это белок, синтезирующийся лейкоцитами в ответ на воздействие специфическихчужеродныхвеществ. Он был открыт в 1957 г. в клетках цыпленка, которые были заражены вирусом гриппа. Однако дальнейшие исследования интерферонов показали, что они могут синтезироваться не только лейкоцитами, но и другими клетками млекопитающих, а в ответ на вирусную инфекцию синтезируется не один, а целое семейство интерферонов. Интерфероны ингибируют размножение вирусов в клетке. Интерфероны Р и у -являются гликопротеидами, а а - протеином. Интерфероны - видоспецифичные белки, т.е. для каждого вида животного характерен свой интерферон. Однако они не вирус-специфичны, т.е. они подавляют размножение разных вирусов в клетке. Индукторами интерферонов могут быть инактивированные температурой вирусы, двухнитевые молекулы РНК (например, реовирусная РНК), бактериальные эндотоксины, поликарбоновые кислоты, синтетические полирибонуклеотиды, в частности, поли-Ц, поли-У Механизм индукции интерферонов до конца еще не изучен. Интерферон а получают из лейкоцитов крови человека. Лейкоциты выделяют и переносят в культуральную среду и инфицируют их вирусом (Сендай, или вирус Нью-Каслской болезни), инкубируют в течение ночи, после этого лейкоциты осаждают центрифугированием, вирус инактивируют. В супернатанте содержится нативный интерферон. Его лиофильно высушивают и запаивают в стеклянные ампулы. Интерферон Р получают из фибробластов, которые выращивают в монослойной культуре. Индукцию интерферона обеспечивают введением в культуру клеток фрагментов РНК, синтезированных из последовательностей цитозина (поли-Ц) в присутствии циклогексимида и актиномицина Д. Необходимо отметить, что интерфероны продуцируются в малых количествах (около 1 мг на 10 л культуральной жидкости). В настоящее время выпускаются генно-инженерные интерфероны, т. е. интерфероны, полученные на основе технологии рекомбинантных ДНК. Получение ферментов из клеток животных Клетки животных, как и бактериальные клетки, продуцируют несколько тысяч различных ферментов. Большинство из этих ферментов могут синтезироваться клетками бактерий, полученных на основе технологии рекомбинантных ДНК. Однако ферменты, которые требуют посттрансляционных модификаций предпочтительней производить в культуре клеток животных. Необходимо отметить, что факторы системы свертывания крови человека, лучше всего получать в культуре клеток животных после генно-инженерных технологий. Это связано с тем, что в настоящее время в связи с проблемой приобретенного иммунодефицита пришлось отказаться от использования донорской крови в качестве сырья для выделения ферментов. Это привело к резкому увеличению числа работ по разработке методов культивирования клеток животных и получению из них ферментов. Получение гормонов из клеток животных В конце 70-х годов большое внимание начали уделять производству гормонов из генетически модифицированных клеток бактерий. Белковые гормоны животных достаточно разнообразны, от мелких молекул (20-30 аминокислот), которые могут быть получены химическим синтезом, до достаточно крупных (50-200 аминокислот), причем многие из них являются гликозилированными и их получение лучше осуществлять из клеток животных. К таким гормонам можно отнести эритропоэтин, фолликулостимулирующий гормон, лютеинизирующий гормон и др. Такие гормоны могут продуцироваться культурами клеток из гипофиза или почки животных. Другие области применения культур. Еще одной интенсивно развивающейся областью использования клеток животных является использование клеток при испытании различных соединений на токсичность, скрининг биологически активных веществ, исследование механизмов действия ксенобиотиков. В настоящее время для решения этих задач в большей части используют лабораторных животных. Развитие массового культивирования клеток животных позволит перейти на новые технологии решения этих важных задач. Еще одна область практического использования культур клеток - это, так называемая, клеточная терапия или заместительная терапия. Для этого клетки заключаются в специальные камеры и имплантируются в организм, где они выполняют функцию искусственного органа или железы. Это перспективное направление интенсивно разрабатывается. Стволовая клетка - это незрелая клетка, способная к самообновлению и развитию в специализированные клетки организма. Миллиарды клеток растущего организма (человека или животного) происходят всего-навсего из одной клетки (зиготы), которая образуется в результате слияния мужской и женской гамет. Эта единственная клетка содержит не только информацию об организме, но и схему ее последовательного развития. В ходе эмбриогенеза оплодотворенная яйцеклетка делится и дает начало клеткам, не имеющим других функций, кроме передачи генетического материала в следующие клеточные поколения. Это эмбриональные стволовые клетки (ЭСК), геном которых находится в «нулевой точке»; механизмы, определяющие специализацию, еще не включены, из них потенциально могут развиться любые клетки. ЗАКЛЮЧЕНИЕ Животная клетка занимает одно из ведущих мест в биотехнологии. Животная клетка имеет очень большое значение для получения вирусных вакцин, антител в культуре клеток, инсектицидов, интерферонов, ферментов, гормонов. Клетки животных являются ядерными, поскольку многие простейшие являются возбудителями болезней высших животных и человека, культивирование их на искусственных средах затруднено. Они используются в основном в токсикологических исследованиях. Ткани животных являются источником белка, липидов, некоторых витаминов. Наиболее перспективным способом производства биологически активных веществ является генная инженерия. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ «Биохимия» В. П. Комов, В. Н. Шведова. 2006 г. «Микробиология» издание второе. А.А.Воробьев, А.С.Быков, Е.П. Пашков, А.М. Рыбакова Москва «Медицина» 2003 г. «Биотехнология. Фундаментальные и промышленные аспекты» А.И.Божков, 2008 г. «Основы биотехнологии» Елинов Н.П. «Основы биотехнологии» С.В. Макаров, Т. Е. Никифорова, Н. А. Козлов, 2005 |