Біотехнологія

Крім того, мікроорганізми використовують для отримання вакцин.

Перспективним є використання мікроорганізмів у гідрометалургії для вилужування металів із бідних руд з метою підвищення їхнього добутку.

3 ПЕРСПЕКТИВНІ НАПРЯМКИ НОВОЇ БІОТЕХНОЛОГІЇ

Коли кажуть про нову біотехнологію, то мають на увазі генетичну і клітинну інженерію, які створили можливість переробки спадкового апарату організмів.

3.1 Клітинна інженерія

Рослини мають ряд переваг перед тваринами, бо майже у всіх рослин можна одержати з однієї соматичної клітини цілу рослину, яка має здатність до запліднення і утворення насіння. На цьому етапі діє клітинна інженерія, розвиток якої пов’язаний з технікою культивування клітин і тканин вищих організмів, яка вже пробила собі дорогу в промисловість.

Під час культивування клітини вищих рослин можуть розглядатись як типовий мікрооб’єкт, що дозволяє застосовувати до них не лише технологію і апаратуру, але і логіку експериментів, які прийняті в мікробіології. Культивовані клітини в ряді випадків зберігають тотипотентність, тобто здатність перейти до виконання програми розвитку, в результаті якого із культивованої соматичної клітини виникне ціла рослина, яка здатна до нормального розвитку і розмноження.

Крім того, потрібно підкреслити, що техніка культури соматичної клітини зараз стає винятково важливим інструментом в генетичній інженерії і біотехнології.

Для культивування можуть використовуватись клітини пухлинних тканин, клітини різноманітних органів, лімфоцити, фібропласти, ембріони і т.д. Дуже часто використовуються для наукових цілей перевиваїмі лінії, які можна культивувати як завгодно довго. Це клітини нирок людини і тварин, ракові клітини людини (Hela) т.ін.

Клітини тварин і людини вирощують в спеціальних середовищах в вигляді монослою на склі. Для вирощування суспензійних культур використовують найрізноманітніші судини-хемостати, ферментери, флакони.

Щоб клітини гарно росли, необхідне їхнє постійне переміщення. Для цього розроблені способи культивування клітин за принципом безперервної зміни середовища (хемостати). Культивування клітин проводять при визначеній температурі (37оС) і РН середовища (6,8…7,5). Основними компонентами середовищ для культури є: мінеральні солі, амінокислоти, вітаміни, антибіотики. Зараз технологія культивування деяких типів клітин тварин настільки гарно відпрацьована, що може широко використовуватись в виробничих умовах для отримання різних продуктів.

Застосування культури клітин людини і тварин для практичних цілей почалось вперше з робіт, в яких була продемонстрована можливість вирощування вірусів в культивуючих клітинах. Для цього були (1949 р.) використані клітини нирок людського зародку, нирок дорослих мавп, клітини кур’ячого ембріону, а також клітини перевиваїмих ліній – Hela, BHK-21 (клітини нирки ембріонів хом’яка) т. ін. Застосування методу клітинних культур дозволило налагодити нарощування вірусів в необхідній кількості і в досить чистому вигляді, що сприяло розвитку діагностики вірусних захворювань і отриманню необхідних для медицини вакцин.

Важливе значення для розвитку клітинної біотехнології мали праці по гібридизації соматичних клітин. В 1960 р. французький вчений Ж.Барський вперше виявив, що соматичні клітини тварин здатні зливатись і об’єднувати генетичну інформацію двох батьківських клітин. Але утворення гібридних клітин в звичайних умовах відбувається дуже рідко.

Тому була розроблена техніка гібридизації соматичних клітин з використанням інактивованих вірусів парагрипу типу Сендай, здатного “склеювати” і зливати клітини між собою. При отриманні вірусу Сендай вдалось добути гібриди клітин абсолютно різних видів організмів. Відомі міжвидові гібридні клітини, наприклад людини і миші, курчатка і людини, москита і людини, корови та норки та інші. Виявилось можливим також гібридизувати клітини з різних тканин, наприклад лімфоцити і фібропласти, нормальні та пухлинні клітини.

Метод гібридизації соматичних клітин тварин і людини зараз знайшов виключно важливе застосування для отримання моноклональних антитіл.

Відомо, що антитіла, що утворюються в організмі в відповідь на введення антигена (бактерії, вірусу і т. ін.), є білками, що називаються імуноглобулінами і захищають організм від хвороб. Але будь-яке чужерідне тіло, яке вводиться в організм, це суміш різних антигенів, що будуть збуджувати продукцію різних антитіл. До того ж в сиворотці крові імунизованих тварин антитіло завжди є сумішшю, що складається з антитіл, які продукуються різними лімфоїдними клітинами. Та для практичних цілей необхідні антитіла одного типу, тобто моноспецифічні сиворотки з одним типом антитіл. Очистка одного типу антитіл від сумішей – справа дуже складна і трудомістка. І ось в 1975 р. Келером і Мільдштеймом був розроблений спосіб отримання гібридів між лімфоцитами мишей, імунизованих перед цим якимось антигеном і культивуюмими пухлинними клітинами кісткового мозку (мієломними клітинами).

Ці гібридні клітини отримали назву гібридоми. Вони об’єднали в собі здатність лімфоциту утворювати необхідні антитіла (одного типу) і здатність пухлинних безкінечно довго розмножуватись на штучних середовищах. Культивуючи гібридоми, а потім імізуючи ними тварин, можна отримати антитіла необхідного типу і в необмежених кількостях. Показано, наприклад, що з 50…100 мишей можна отримати грами моноклональних антитіл. Моноклональні антитіла, отримані вказаним, зараз використовуються в різних областях медицини і біології.

Виробництво моноклональних антитіл займає зараз одне з провідних місць в біотехнології. Крім широкого використання в фундаментальних дослідженнях вони застосовуються для отримання препаратів біологічно активних речовин високої чистоти, широко використовуються як діагностичні реагенти, наприклад для визначення груп крові. Моноклональні антитіла виявились перспективними для лікування ряду захворювань, і в особливості для лікування хворих злоякісними пухлинами.

Можна назвати 3 напрямки створення нових технологій на основі культивування клітин і тканин рослин:

Перше – отримання промисловим шляхом цінних біологічно-активних речовин рослинного походження. Так отримані мутантні клітинні лінії раувольфії змінної – продуценту індольних алкалоїдів, які містять в 10 разів більше цінного для медицини антиритмічного алкалоїду – аймаліну; дискореї дельтовидної – продуценту диогеніну, який використовується для синтезу гормональних препаратів; отриманий штам рути пахучої, який містить в 220 разів більше алкалоїду рутакридона, ніж в самій рослині; із суспензійної культури наперстянки шорсткої, яка містить серцевий глікозид – дигитоксин, отримали більш якісну форму – дигоксин – для використання в медицині; із суспензійної культури м’яти отримали ментол для трансформації пулегона і ментола.

Дослідження, які були проведені в наукових лабораторіях світу, вже реалізуються в промисловому отриманні клітинних біомас (жень-шень – в СНД, воробейник – продуцент шиконігу, тютуну – продуцент убіхінола-10 – в Японії).