§35. «Клондау» ұғымы
Бұл тақырыптың оқу мақсаты: ағзаларды клондау әдістерін түсіндіру.
Өсімдіктердегі вегетативті көбею дегеніміз не? Бүршіктену, фрагментация (стробиляция) дегеніміз не? Осындай көбею әдістері қандай ағзаларға тән? Біржұмыртқалы егіздер қалай пайда болады? Жоғарыда аталған көбею әдістері нәтижесінде пайда болған ұрпақтарды генетикалық тұрғыда қалай сипаттауға болады? Клондау және «Долли қойы» туралы не білесіңдер?
Тақырыпты табысты меңгеру үшін 7-сыныптан 62-параграфты, 8-сыныптан 58-параграфты қайталау керек.
Клондаудың – биологиялық ұғым ретінде бірнеше анықтамасы бар. Жалпы анықтамасы: Клондау – генетикалық тұрғыда ұқсас бірнеше ағзаның пайда болу үдерісі. Сонымен, генетикалық тұрғыда ұқсас ағзалардың қандай жолмен пайда болғаны айқындалмайды. Әрине, биологиялық білімі жоқ заманауи адам клондау дегенді тұтас жануар ағзасын оның «ата-бабасының» денесінің жасушаларынан жасау үдерісі деп түсінуі мүмкін. Бірақ биологияда «клондау» ұғымының мағынасы өте ауқымды. Әсіресе биологтар клондау нәтижесі ретінде клон ұғымын қолданған кезде байқалады.
Молекулярлық клондау – тұқымқуалаушылық материал – ДНҚ, РНҚ немесе олардың фрагменттері – жеке гендер көшірмесін жасау. Бұл үдерістер репликацияға немесе транскрипцияға ұқсайды. Рекомбинантты ДНҚ жасау алдында міндетті емес манипуляцияның бірі гендерді клондау болып табылатыны естеріңде болар. Бұл – ген көшірмелерін көп рет жасау. Сонымен қатар жасуша вируспен зақымданғанда вирус геномының көп рет клондауы жүреді деп айтуға болады.
Бактерияларды немесе микроағзаларды клондау – бұл жасушалардың жыныссыз көбеюі. Эукариоттар үшін бұл – митоз нәтижесі, ал прокариоттар үшін – тартылу арқылы жай бөліну. Бұған қоса митозды ғалымдар бір иммундық жасушаның генетикалық біртекті ұрпақтарын алуға кепіл ретінде зертханада моноклоналды антиденелер жасау кезінде қолданады. Ол туралы кейін қарастырылады (47-параграфта). Біржасушалылардың жыныссыз көбеюі кезінде алынған ұрпақтар әрдайым клон болып есептеледі ме? Бұл мутациялық үдеріс ұрпақтарды «генетикалық тұрғыда ата-ана дараларына (жасушаларына) ұқсас болмаған кезге дейін жүреді».
Вегетативті көбею кезінде өсімдіктерді клондау – адам өз мақсаты үшін табысты қолданатын клондаудың ең ежелгі әдістерінің бірі. Егер өсімдіктен кез келген вегетативті мүшесін (тамыр, сабақ, жапырақ) немесе оның бөлігін бөліп алса, кейін одан жаңа ағза өсірсе, нәтижесінде генетикалық тұрғыда бірдей ағзалар немесе клондар пайда болады. Клон термині ең алғаш осындай әдіспен алынған өсімдіктерге қатысты қолданылды. Ал селекцияда заманауи әдістерге дейін көп уақыт бұрын клонды сұрыптау термині қолданылды. Бұл адам генетикасында егіздер әдісі сияқты қызмет атқарған әдіс болды. Ол ағзаға қоршаған ортаның әртүрлі жағдайы қалай әсер ететінін анықтады. Мысалы, қарақаттың бір өсімдігінен 20 бұтақша (қалемше) кесіп алып, бірдей 20 ұрпақ алуға болады. Егер оларды бірдей жағдайға отырғызып, бұл кезде әртүрлі тыңайтқышпен «қоректендірсе» осы өсімдіктердің күйін бағалап, тыңайтқыш сапасы туралы қорытынды айтуға болады. Бұл тыңайтқышқа ғана емес, кез келген жағдайға: суару режіміне және жарыққа, топырақ күйіне, агрошаралар (қопсыту, кесуге) рөліне және т.б. қатысты.
Клон өсімдіктер арасындағы айырмашылық та мутациялық өзгергіштікке байланысты анықталатын болады.
Чарльз Дарвин де жоғары сатыдағы бір өсімдіктен (жеміс ағашы немесе бұтасы) бүкіл өсімдіктен едәуір айырмашылық жасайтын өркен (бұтақ) пайда бола алатынын байқаған. Ол «бұл өзгерістер өркен дамыған бүршіктен пайда болған» деп дұрыс болжаған. Дарвин бұл құбылысты бүршікті өзгергіштік деп атады. Бұл – көбейген кезде мутантты қасиеттері болатын жасушалар тобы (ұлпалар) пайда болатын сомалық мутация, дене жасушасындағы мутация. Өсімдіктерде нәтижесінде мүше – бүршіктен дамитын өркен пайда болатындықтан, оны кесіп алып отырғызып, тұтас мутантты ағза алуға болады.
Өсімдіктердегі клондау көбінесе эксперименттер жасау үшін емес, ең жақсы өсімдіктерді көбейту үшін қолданылды.
Қазір жасушалық және ұлпалық себінділер әдісі пайда болған соң клондауды вегетативті көбею қатысынсыз жүргізеді. Өсімдіктерді осындай заманауи клондау әдісі туралы келесі параграфта қарастырылады.
Клондау табиғи үдеріс ретінде саңырауқұлақтар патшалығының кейбір өкілдеріне ғана емес және көпжасушалылардың жеке түрлеріне омыртқасыз жануарларға тән. Осындай табиғи клондау әдісі туралы 37–38-параграфтарда айтылады.
Клондау – заманауи түсінікте, бұл тұтас ересек ағзаны басқа (бастапқы) ағза денесінің сома (дене) жасушаларынан алу үдерісі.
36-сурет. Биотехнология қолданылған атпатармақталған (клон) қойлар. Ақ тұмсық қой қолтұқымынан алынып, сүт безi жасушасынан дамыған мәлiш (овечка сол жақта) және қара тұмсық қой қолтұқымына (оң жақта) ауыстырып салынған қой [Wilmut et al., 1997].
1997 жылы Шотландияда доктор И. Ушмуттың басшылығымен алғаш рет генетикалық анасының дәл көшірмесі – Долли атты қозы клоны алынды (36-сурет).
Бұл басқа ересек ағза жасушасынан сәтті клондалған алғашқы сүтқоректі болды. Ол үшін қой желінінің жасушалары қолданылды.
Басқа сүтқоректілер технологиясы толық жасалмаған, зерттеулер әлі де жүргізілуде. Алайда қазіргі кезде технология мәселесі шешілді деп сенімді түрде айтуға болатын әдістер бар. Клондау кезіндегі сәтсіздіктер және соған байланысты толыққанды емес ағзалардың пайда болу мүмкіндігі қауіп тудырады. Ұрықтың бірінші жасушасы ретінде көбею үшін «іске қосылған» сома (дене) жасушасы бәрібір генетикалық тұрғыда анасы болмаса да оны көтеріп, жарыққа әкелетін аналық ағзасында дамуы керек. Ол туралы ЭКҰ тақырыптарына арналған параграфтарда нақты айтылады.
Әлемдік негізгі дін (иудаизм, христиандық, ислам) көзқарастары тұрғысынан, адамды клондау не проблемалық, не дін оқуы шегінен шығатын және дін мамандарынан діни иерархтың қандай да бір ұстанымын айқын түсіндіруді талап ететін әрекет болып табылады. Көптеген мемлекетте бұл технологияны адамға қатысты қолдануға ресми түрде тыйым салынған. Бұл тыйымдар алайда заң шығарушылардың ооцит-реципиент цитоплазмасы мен сомалық донор-жасуша ядросының әрекеттесуінің молекулярлық механизмдерін егжей-тегжей зерттеп, сондай-ақ клондау техникасының өзін жетілдіргеннен кейін болашақта адамды клондауды қолданудан бас тартуын білдірмейді.
Молекулярлық клондау, микроағзаларды клондау, өсімдіктерді клондау, жануарларды клондау.
Білу және түсіну:
1. Клондау дегеніміз не?
2. Адам игерген өсімдіктерді клондаудың ең ежелгі әдісін сипаттаңдар.
Қолдану:
1. Клонды сұрыптауды не үшін шығарады және қолданады? Ол заманауи селекцияда және ауылшаруашылығы өндірісінде өзекті ме?
2. Молекулярлық клондаудың қажет себептерін атаңдар. Рекомбинантты бактерия жасушаларын шығару, гендерді клондау және моноклоналды антиденелерді пайдалану үдерістері қалай байланысты?
Талдау:
1. Вируспен зақымданған кезде жасушада жүретін өзгерістер кезеңдерін және клондау кезіндегі үдерістерді талдаңдар. Осы үдерістердің қандай ұқсастықтары мен айырмашылықтары бар?
2. Неліктен клондау зерттеліп, тексерілгеніне қарамай қолданылмайтыны туралы пікірлеріңді айтыңдар.
Синтез:
1. Қазіргі кезде тіршілік ететін бактерияларды табиғи жолмен (шамамен 3,5–4 млрд жыл бұрын) пайда болған алғашқы прокариоттарды – алғашқы тірі ағзалар клоны деп айтуға бола ма?
2. Шынайы жағдаятты бағалаңдар:
«Өсімдіктер мен жануарлардың жеке жасушаларын қоректік ортада өсіруге байланысты жасушалық инженерия әдістері мынаны анықтауға мүмкіндік берді:
– тіршілік әрекетіне қажет барлық заттар бар қоректік ортаға орналастырылған жасушалар бөлінуге қабілетті. Бірақ (!) өсімдік жасушалары тотипотенттілік қасиетіне ие, яғни белгілі бір жағдайда олар толыққанды өсімдікке дейін дамуға қабілетті. Ал жануар жасушалары олай емес.
Бағалау:
1. Хронологиялық ретпен берілген мынадай жағдайларды талқылаңдар және бағалаңдар:
1) 1987 жылы Пущино қаласындағы Жасушалар биофизикасы институтында Л. Чайлахян басшылығымен Машка атты тышқанды «клондау» сүтқоректілерді клондау жолындағы алғашқы маңызды қадам болды. Оны эмбрион жасушаларынан ерте даму сатысында алды. Долли қозысына дейін Рослинск институтында Ян Вилмут Машка тышқанын алу үшін қолданылған ұқсас технология бойынша Меган және Морган қозыларын алды;
2) АҚШ-та 1997 жылы ерекше эмбрион жасушаларын клондау арқылы алынған Ген атты алғашқы бұзау зор жетістік болды;
3) 2000 жылдың басы клондау және даму биологиясы саласында көңіл аударатындай оқиғаның көп болуымен әлемдік қоғамды таңғалдырды. Мысалы, Портлендте (АҚШ) Орегонск университетінен (Health Sciences University) Геральд Шаттен басшылығымен ғалымдар тобы Тетра резус макакасын клондауды жүзеге асырды. Ұрықтың ерте даму сатысында – бір тетрабластомер жасушасынан тұтас ағза өсірілді, зигота митоз арқылы екі рет бөлініп үлгеріп, төрт бластомер түзген. Олардың біреуі Тетра ағзасына бастама берген.
Бұл жетістіктерді жануарларды (макака приматын, кейіннен адамды) толыққанды клондау деп есептеуге болады ма? «ИӘ» немесе «ЖОҚ» деп бірмәнді жауап беріңдер. Таңдаған ұстанымдарыңның пайдасына дәлелдер келтіріңдер.