Современная генетика

bacterii, оnzestrвndu-le cu capacitatea de a sintetiza hormonul cre?terii.

Aceast? parte finala a fost numit? expresia genei.

Astfel colibacilul reconstruit a devenit un produc?tor extrem de activ de

somatotropin? a omului. Dintr-un litru de cultur? de bacterii ast?zi se

separ? atв?ia hormoni ai cre?terii, cвt s-ar fi putut ob?ine din cincizeci

de hipofize.

Оn schema descris? au fost omise multe opera?ii esen?iale. Am оncercat

doar s? reprezent?m aici оntr-o forma cвt mai simpl? munca enorm? ?i extrem

de fin?, оn care a fost antrenat un colectiv de savan?i pentru a separa

genele, a le modifica, amplifica (оnmul?i) ?i a le schimba expresia оn

celule str?ine cu scopul de a ob?ine anumite preparate medicamentoase.

Ne-am oprit inten?ionat mai detaliat asupra descrierii opera?iilor

principale de creare a somatotropinei prin metodele ingineriei genice

pentru a evita mai apoi repet?rile, deoarece aceste opera?ii sunt comune ?i

la sintetizarea altor compu?i activi d. p. d. v. biologic.

Оn realitate opera?iile ingineriei genice se reduc la crearea dintr-o

garnitur? de fragmente de ADN inactive a unei noi structuri genetice - a

unei molecule recombinate de ADN activ? d. p. d. v. fiziologic ?i care se

includea оn activitatea vital? a celulei. Din aceste considerente оn

deceniul al optulea оn ??rile dezvoltate au ap?rut firme speciale, care au

elaborat procese industriale bazate pe tehnologia ADN-ilor recombinan?i.

Aceast? nou? ramur? a industriei biologice a fost numit? industria ADN-

ului.,

La оnceput marile centre ?tiin?ifice ?i-au limitat activitatea la

ingineria genetic? a microorganismelor, mai tвrziu au оnceput a se ocupa

paralel cu ingineria genetic? a plantelor, animalelor, precum ?i cu

ob?inerea de anticorpi monoclonali.

Ingineria genic? ?i ingineria celular?, care se dezvolt? paralel cu ea,

au l?rgit posibilit??ile biotehnologiei ?i industriei bazate pe procesele

biologice. A devenit posibil? folosirea celulelor microbiene, vegetale ?i

animale, precum ?i a moleculelor ?i genelor sintetice. Despre acestea se va

vorbi оn capitolele urm?toare.

XII. INGINERIA GENETIC? LA PLANTE

12.1 Clonarea plantelor

Dac? vom оnfige оn p?mвntul umed o crengu?? de salcie sau de plop, ea va

da r?d?cini, va cre?te ?i se va transforma оntr-un copac falnic. Dintr-un

«ochi» de tubercul de cartof se poate ob?ine o tuf? de cartofi. Poate oare

o singur? celul? pune оnceputul unei plante?

Оnc? nu demult aceast? оntrebare ?inea de domeniul fantasticii. Biologii,

оns?, au r?spuns afirmativ la ea, iar experimentatorii au оnv??at s?

creasc? оn medii nutritive celule aparte, care devin organisme

monocelulare: tr?iesc, se divizeaz?, sporindu-?i descenden?a, dar r?mвn

celule aparte. P?rea c? experien?ele au menirea s? satisfac? un interes

teoretic. Savan?ii c?utau, bun?oar?, s? clarifice: ce deosebire exist?

оntre celulele ce formeaz? ?esuturile plantei оntregi ?i celulele separate,

care tr?iesc «liber»?

O mare importan?? оn acest sens a avut-o descoperirea c? celulele ce

tr?iesc liber se transform? оn anumite condi?ii оntr-o plant? оntreag?.

Aceast? descoperire a trasat c?i noi pentru cunoa?terea legit??ilor de

dezvoltare a organismului pluricelular. Chiar la prima etap? a cercet?rilor

au fost proiectate perspectivele aplic?rii оn practic? a acestor

propriet??i ale celulelor.

Celula izolat? ?i cultivat? оn eprubet? cu mediul nutritiv artificial,

dup? o serie de diviziuni, este capabil? s? pun? оnceputul tuturor

organelor vegetative ?i generatoare ale plantei. A devenit clar c? orice

celul? specializat? con?ine оntreaga garnitur? de gene, care codific?

dezvoltarea ei оn orice direc?ie ?i, оn cele din urm?, transformarea ei оn

plant?. O asemenea celul?, cu toate c? a ap?rut оn urma diviziunii

celulelor somatice (asexuate), seam?n? ca func?ie cu ovulul fecundat sau

zigotul. Despre aceste celule se spune c? sunt totipotente, adic? au

capacitatea poten?ial? de a se dezvolta оn orice direc?ie.

Fenomenul transform?rii celulei оntr-o plant? оntreag? a fost numit

embriogenez? somatic? оn cultura ?esutului. Ea poate fi observat? bine оn

epruveta cu cultura ?esutului de morcov. Aici, оn masa de celule omogene,

apare treptat o celul? ce оncepe s? se transforme оntr-o celul? zigotiform?

tipic? cu un nucleu m?rit. Оn continuare diviziunea ia contururile

germenelui din ovarul florii. Dar aici n-avem оnc? nici floare, nici

plant?, iar germenele оnconjurat de celulele callus nu se afl? оn sol, ci

оn eprubet?. Ea trece toate fazele principale ale dezvolt?rii sale: se pun

bazele viitoarei r?d?cini necesare pentru cre?terea tulpinii, mugurelui ?i

totodat? a primelor frunze, cu cotiledoane.

Оn aceast? etap? germenele poate fi separat din ?esutul callus ?i a?ezat.

оntr-un mediu f?r? hormoni, deoarece acest mic organism vegetal poate s?-i

sintetizeze singur. El оncepe repede s? formeze sistemul radicular, apoi

frunzele sectate tipice pentru morcov. Dac? aceast? plant? minuscular? o

vom s?di оn sol, ea va pune оnceputul unei plante normale, ce formeaz? o

r?d?cin? ?i o rozet? de frunze. Mai tвrziu va apare, ca la orice plant?

bienal?, o tulpin? florifer? ?i va оnflori.

Bineоn?eles, posibilitatea de a cre?te o plant? оntreag? dintr-o celul?

ne fecundat? este o mare realizare ?tiin?ific?. Acest fenomen este utilizat

cu succes la crearea unor soiuri noi, la оnmul?irea unui exemplar

interesant, de exemplu оn floricultur?. Aici avem posibilitatea s? nu

a?tept?m pвn? cвnd vor apare ?i vor cre?te semin?ele, ci s? ob?inem

materialul celular necesar ?i s? cre?tem din el оntr-un termen scurt un

num?r mare de flori noi, identice cu exemplarul primar.

Aceast? metod? poart? numele de clonarea plantelor. Ea este folosit? pe

larg la cre?terea plantelor care nu con?in virusuri. Exist? sute de specii

de virusuri vegetale. Ele nu sunt periculoase pentru om, dar aduc daune

mari, pentru c? reduc productivitatea culturilor agricole. Virusurile atac?

mai alee plantele care se оnmul?esc prin tuberculi, buta?i ?i bulbi. Numai

cartoful este afectat de aproape 20 de virusuri. Din cauza lor pierderile

ajung pвn? la 20—30% din recolt?. Оn fiecare an se pierd milioane tone de

produc?ie. Ob?inerea cartofului avirotic spore?te recolta lui cu 80 de

procente.

A fost elaborat? o serie de metode de cultivare a culturilor celulare

vegetale ?i de cre?tere a unor plante оntregi din celulele mugurilor

terminali sau ale vвrfurilor r?d?cinilor — ale p?r?ilor lipsite de

virusuri. Оn felul acesta se face asanarea contra virusurilor materialului

s?ditor al cartofului, vi?ei-de-vie, c?p?unei, zmeurii, florilor ?. a.

Experien?ele au demonstrat c? de la vвrful unui l?star se pot ob?ine repede

zeci de mii de germeni. Dintr-o singur? celul? a vвrfului de l?star al

vi?ei-de-vie, bunzoar?, peste trei-patru s?pt?mвni se ob?in cinci germeni

care se apuc? ?i ei «de lucru» ?i dau noi germeni. De acum din primul model

de plant? nou? se ob?in оn felul acesta mii de exemplare. Astfel cu

ajutorul epruvetei, f?r? folosirea cвmpului ?i a pepinierei, se pun bazele

substituirii rapide a soiurilor perimate.

La fel de actual? este trecerea la plante avirotice оn pomicultur?.

Intensificarea acestei ramuri este determinat? оn mare m?sur? de s?direa pe

planta?iile industriale a unui material s?ditor asanat. C?ci ce prezint?

pue?ii avirotici? Ei nu se tem de оng?lbenirea ?i rugozitatea frunzelor, de

pete ?i de adвncituri, formate prin lovire, pe fructe, de оmb?trвnire

rapid? ?. a. Recolta оn livada avirotic? este cu aproape o treime mai mare

decвt cea medie.

La «Codru», asocia?ie ?tiin?ific? de produc?ie din RM, s-a оnsu?it

deprinderea de a ob?ine acest material s?ditor pentru livezile ?i

planta?iile de arbu?ti fructiferi: оn una dintre gospod?riile asocia?iei —

a fost dat оn exploatare un mare complex de pepinier? pomicol?.

Оn Moldova au fost s?dite planta?ii mari de fragi, baza c?rora a fost

pus? оn eprubet?. Este o priveli?te оncвnt?toare s? vezi cum din p?rticica

minuscul? a mugurelui terminal se na?te treptat o tuf? de frag, mic?orat?

de sute de ori. Acest proces, precum ne spune colaboratorul ?tiin?ific N.

Abramenco, seam?n? cu un film cu de-sene animate: la оnceput punctul de

jum?tate de milimetru se transform? оntr-un ghemu?or de culoare deschis?,

apoi se formeaz? frunzuli?e verzi-deschise pe ni?te radicele foarte scurte.

Dup? acesta spa?iul epruvetei este cucerit de un buchet de muguri, strвns

uni?i оntre ei, ?i, оn sfвr?it, apare o miniatur? exact? a cunoscutei

rozete de frunze de frag.

Este un material semincer de mare valoare. Doar virusurile, de regul?,

atac? toate celulele vii ale plantei, dar nu dovedesc s? acapareze ?esutul

tвn?r care se divizeaz? activ оn punctul de cre?tere al l?starului. Planta

care regenereaz? din el este absolut s?n?toas?. Recolta de la aceste

planta?ii de frag spore?te de dou?-trei ori. Tot prin aceast? metod? poate

fi m?rit? mult roada de zmeur, agri?, de culturi sвmburoase ?i semin?oase.

Prin clonare se poate ob?ine nu numai material s?ditor avirotic. Prin

aceast? metod? оn principiu se pot transmite оntregului clon multe alte

caractere utile, bun?oar? productivitate оnalt? a unor exemplare aparte ale

plantei. A?a, оn Nigeria, la Institutul de cercet?ri ?tiin?ifice оn

domeniul cauciucului, au fost separa?i cloni de heveia, care dau 1600—3600

kg de cauciuc la hectar comparativ cu 300 kg cвt se ob?inea de obicei.

J. ?epard, geneticiian american, a ob?inut din celule vegetale separate

ale frunzelor de cartof cloni rezisten?i la una dintre cele mai periculoase

boli ale cartofului — mana cartofului. Оmpreun? cu unul din colegii s?i,

?epard a crescut cloni ai cartofului rezistent contra fitoftorei timpurii.

Оn prezent ei оncarc? «s? creeze» un clon de cartof rezistent la ambele

boli.

Оnmul?irea pe cale vegetativ? a plantelor оncepe s? atrag? tot mai mult

aten?ia selec?ionatorilor, care, prin intermediul ingineriei celulare,

ob?in soiuri noi de plante agricole. Оn primul rвnd sunt aplicate mai pe

larg metodele de ob?inere ?i utilizare a plantelor cu o garnitura unic?

(haploid?) de cromozomi, care accelereaz? ?i u?ureaz? crearea liniilor

hibride nescindabile.

Plantele haploide sunt urma?ii nu a doi p?rin?i, ca de obicei, ci a unui

singur p?rinte. Ele se ob?in de cele mai multe ori din polen — din celula

sexual? masculin?. Asupra ei se ac?ioneaz? cu stimulatori speciali ?i ea

este silit? s? se dezvolte, de parc? ar fi o celul? embrionar? normal?,

ap?rut? оn urma contopirii' celulei masculine cu cea feminin?. De obicei,

copiii mo?tenesc оnsu?irile lor de la tat?l ?i mama, de fiecare dat? оn

propor?ii diferite. Haploizii fixeaz? trainic оnsu?irile valoroase ale

plantei genitoare. Faptul acesta reduce mult termenele de creare a

soiurilor noi. Оn prezent din celulele de polen s-a reu?it s? se creasc?

peste 50 specii de plante haploide, printre care: grвul, secara, orzul,

cartoful, tutunul ?. a. Schema general? de ob?inere a haploizilor este

prezentat? оn fig. 27.

Metoda de ob?inere a plantelor haploide din celulele gametofitului

(polenului) masculin a fost numit? androgenez?.

Cu ajutorul cultiv?rii anterelor sau a polenului оn medii nutritive

speciale, la оnceput se formeaz? a?a-zi?ii embrioizi, iar apoi plantele

haploide.

Uneori оn cultura anterelor nu se formeaz? embrioizi, ci un ?esut

nediferen?iat, numit calus, ?i, numai dup? aceasta, оntr-un mediu nutritiv

specific pentru diferen?iere, din celulele calusului apar plante оntregi.

Ob?inerea plantelor din celule haploide aparte prezint? una dintre cele

mai mari realiz?ri ale ingineriei genice. Ea prezint? o importan?? colosal?

atвt teoretic?, cвt ?i practic?. Astfel plantele haploide, care con?in

numai o singur? garnitur? de cromozomi, manifest? оn fenotip activitatea

tuturor genelor: atвt a celor dominante, cвt ?i a celor recisive. Dac?

anterele sau polenul din care urmeaz? s? fie ob?inute plantele haploide

sunt expuse radia?iei sau tratate cu mutageni chimici, toate muta?iile

induse оn ei se vor manifesta оn prima genera?ie a plantei. Aceasta are o

mare importan??, deoarece majoritatea muta?iilor, de regul?, sunt recisive

?i la plantele diploide se afl? оn stare latent?. Iar la plantele haploide

toate muta?iile utile pot fi separate imediat, iar apoi, оntr-un timp

incomparabil mai scurt, prin diploidizarea acestor plante mutante, se pot

ob?ine noi soiuri de plante culturale cu caractere economice utile.

Ob?inerea haploizilor prin metoda androgenezei ?i utilizarea lor la

selec?ia plantelor are o mare importan??. Оn primul rвnd, pe aceast? cale

se reduce de la 7— 10 pвn? la 1—2 ani timpul necesar pentru ob?inerea

liniilor homozigote. Оn rвndul al doilea, num?rul plantelor experimentale

care trebuie studiate, de regul?, se reduce mult la acest proces. Prin

urmare, volumul total de munc? se reduce brusc ?i ?ansele selec?iei

accelerate, mai exact, a exemplarelor de valoare, sporesc. Aceasta este

principalul оn munca mig?loas? a selec?ionatorului.

Оn ultimul timp se dezvolt? intens o nou? direc?ie оn genetica plantelor

— selec?ia gametic? ?i celular?. La Academia de ?tiin?e a RM a fost creat

un centru interdepartamental de selec?ie gametic? ?i celular?, care va

realiza toate cercet?rile. la nivelul celulei ?i selec?ia prealabil? a

celor mai reu?ite forme recombinate de plante pentru selec?ia continu?.

Оn fa?a colectivului de savan?i se pune o sarcin? dubl?: a l?rgi spectrul

variabilit??ii ereditare a plantelor, apoi a selecta din sursele de gene pe

cele mai de perspectiv?. Prima jum?tate a acestei sarcini savan?ii

moldoveni o realizeaz? pe baza cercet?rilor оn domeniul recombinogenezei —

transmut?rii genelor оn perioada form?rii polenului. Ei reu?esc s? ob?in?

cu ajutorul unor inductori geneticii speciali o mult mai mare variabilitate

decвt chiar dup? efectuarea unor ac?iuni externe puternice: de radia?ie,

chimice, calorice ?. a.

Bogata varietate de genotipuri mai trebuie оns? ?i men?inut?. Acesta este

un lucru foarte anevoios. Mecanismele naturii func?ioneaz? astfel, оncвt

masa principal? de polen cu combin?ri atipice de gene s? nu produc?

descenden??. S-a constatat c? acestui polen i se poate ajuta aplicвnd

substan?e biologic active. La selectarea acestor surse de gene, s-a ?inut

cont de o observa?ie foarte important?, f?cut? de geneticiieni. Dac? оn

perioada poleniz?rii este secet?, gr?uncioarele de polen, purt?toare a

genei rezisten?ei fa?? de ea, au mai multe ?anse de a produce descenden??.

Dac? este foarte frig, se transmit genele rezistente la frig. Astfel se

оntвmpl? aproape cu to?i factorii ne favorabili ai mediului ambiant.

Savan?ii realizeaz? selec?ia artificial? оn camere climaterice speciale,

reproducвnd diferite condi?ii naturale extremale. Оn felul acesta au fost

crescute formele de tomate rezistente la salinizarea solului.

La selec?ia celular? ac?ioneaz? acela?i principiu: la оnceput se induce

variabilitatea, apoi se selecteaz? cele mai reu?ite combin?ri de gene. Dar

aceasta se face de acum cu celulele obi?nuite, care fac parte din anumite

?esuturi ale plantelor — frunza, tulpina, r?d?cina.

Оn prealabil cu ajutorul unor solu?ii chimice speciale ei sunt adu?i оn

stare «de suspensie», adic? celulele оncep s? tr?iasc? separat unele de

altele. Apoi din celule aparte se formeaz? plante оntregi cu caractere

ereditare programate оn prealabil. Astfel savan?ii moldoveni au ob?inut

tomate rezistente la varia?ii considerabile de temperatur?.

12.2 Industria celulelor vegetale

De multe ori celulele care au fost crescute un timp оndelungat оn afara

organismului plantelor о?i men?in capacitatea de a sintetiza substan?ele

active (alcaloizii, hormonii, fitoncizii, uleiul eteric ?. a.), pe care ele

le produc оn plant?. Оnseamn? c? pentru a ob?ine aceste produse de valoare

celulele vegetale pot fi cultivate оn aparate speciale. Astfel, оn

industria microbiologic? ciupercile microscopice ?i bacteriile produc

vitamine ?i antibiotice. Aceasta este deosebit de important оn cazurile

cвnd materia prim? vegetal? necesar? este pu?in accesibil? (plantele

tropicale, speciile rare sau pe cale de dispari?ie) sau se cultiv? greu.

Cultivarea celulelor trebuie s? se foloseasc? оn industrie la fel de larg

ca ?i microorganismele.

Celulele vegetale оns? nu sunt bacterii. Mult timp experien?ele de

cultivare a lor оn medii artificiale e?uau. S-a constatat c? celulele

plantei, care au determinat deja apartenen?a lor la diferitele ei p?r?i,

pierd capacitatea de a se diviza. Tocmai din aceast? cauz? toate

experien?ele de cre?tere a unor celule aparte n-au dat nici un rezultat.

Atunci savan?ii au оn?eles c? experien?ele cu ?esuturi specializate sunt

inutile. ?i au hot?rвt s? fac? experimente cu celulele ce formeaz?

оmpreun?ri de ?esuturi оn locurile unde planta a fost v?t?mat?. S-a

constatat c? aceste ?esuturi sunt extrem de nepreten?ioase ?i pot fi

crescute cu u?urin?? оn condi?ii artificiale. Оn continuare s-a constatat

c? оn mediul nutritiv poate fi pus un fragment de ?esut ?i peste cвteva

zile оn locul t?ieturii (r?nii) va apare o suprapunere amorf? de ?esut, a

c?rei celule se vor dezvolta apoi оn retorte sau epruvete, ca o mas? ne

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38