![]() |
ÐÓÁÐÈÊÈ |
Ñîâðåìåííàÿ ãåíåòèêà |
ÐÅÊËÀÌÀ |
|
Ñîâðåìåííàÿ ãåíåòèêàdac? honoricii ar fi l?sa?i s? tr?iasc? liber în condi?ii naturale. Probabil c? specia nou?, «de prob?», ar fi absorbit? de specia veche – honoricii se încruci?eaz? bine cu dihorii. Dar calea artificial? de înmul?ire ne permite s-o men?inem. Nu încape îndoial? c? hibridul prezint? o mare valoare pentru cre?terea animalelor s?lbatice. În condi?ii artificiale favorabile pot fi înrudite vulpea polar? cu vulpea. La sovhozurile de cre?tere a animalelor s?lbatice «Znamenechii» ?i «Iliatinschii» din regiunea Calinin au fost ob?inute deja astfel de animale hibride. Animalul – rod al încruci??rii vulpii negre-argintii cu vulpea polar? – a mo?tenit de la rubedeniile sale propriet??ile cele mai bune: de la prima – blan? minunat?, de la a doua – o prolificitate înalt?. Descenden?a vulpii-vulpii polare dep??e?te de dou? ori conform num?rului familia vulpii de ras? pur?. Pentru ?tiin?? ?i practic? prezint? un interes deosebit experien?ele de ob?inere a animalelor allofene. Aceste animale pot avea nu doi ?i nici patru, ci ?ase ?i chiar mai mul?i p?rin?i. Savan?ii de la Universitatea din Iel (SUA) au reu?it s? contopeasc? într-unul singur trei embrioni compu?i din câte opt celule – de la ?oarecii negri, albi ?i galbeni. Acest embrion, ob?inut în condi?ii artificiale, a fost implantat apoi în uterul «mamei adoptive», care a n?scut un ?oarece neobi?nuit, cu un boti?or galben, urechi negri ?i pete albe pe blan?. ?oarecii allofeni prezint? un mozaic genetic, care se formeaz? datorit? recombin?rii blastomerilor de la embrioni cu diferi?i genotipi, precum se vede în figura 30. Cum se ob?ine aceasta? La început se extrag din oviductele ?oricoaicelor gravide embrionii în stadiul de 8 blastomeri ?i ei sunt disocia?i în celule aparte cu ajutorul fermentului proteolitic pronaza, Apoi celulele somatice (blastomerii) a dou? sau a mai mul?i embrioni pot fi recombinate ?i, dup? ce se vor uni strâns unele cu altele, vor fi reimplantate în ?oarecele- femel?. Aglutinarea ?i contopirea blastomerilor se efectueaz? cu ajutorul virusului Sendai. Acest virus (el a fost numit în cinstea ora?ului japonez, în care a fost separat pentru întâia oar?) nimerind în celule, se înmul?e?te ?i provoac? moartea lor. Dac? virusul va fi iradiat cu raze ultraviolete, el nu se va mai putea înmul?i ?i nu va provoca moartea celulelor, dar va men?ine capacitatea de a le aglutina. În sfâr?it, din embrionul complex reimplantat se dezvolt? un ?oarece mozaic, care este descendent a câtorva perechi de p?rin?i. În anul 1983 un grup de savan?i în frunte cu S. Villadsen (Anglia) au ob?inut primele himere interspecifice sau mozaicuri genetice (a?a li se mai zice animalelor allofene) de animale agricole. În urma reunirii celulelor embrionilor de oaie ?i capr? ?i transplant?rii embrionilor himerici în uterul femelelor unei specii sau a alteia s-au n?scut «oile-capre» – animale se îmbinau caracterele ambelor specii. La una din ele capul, coarnele, coada ?i p?rul de pe unele sectoare ale corpului erau tipice pentru capr?, iar alte sectoare erau acoperite cu lân? de oaie. Precum a ar?tat analiza sângelui, hemoglobina ?i o serie de alte proteine erau de asemenea himerice (o parte de molecule era tipic? de «oaie», cealalt? – «de capr?»). La vârsta de un an aceast? himer? (masculul) a manifestat un comportament tipic de ?ap, iar dup? împerechere cu o capr? normal? el s-a dovedit a fi sterp, probabil din cauza defectului în structura cozii spermatozoizilor. Ace?tia nu sem?nau nici cu spermatozoizii de ?ap, nici cu cei de berbec. Cele relatate mai sus prezint? o veritabil? chirurgie celular?, care nu se deosebe?te cu nimic de hibridizarea celulelor somatice ?i ob?inerea în acest fel a plantelor hibride asexuate. Ea ne ofer? mari speran?e c? prin aceast? metod? vor fi crea?i hibrizi îndep?rta?i prolifici prin încruci?area între rasele domestice de animale cu rubedeniile lor s?lbatice. Hibridizarea îndep?rtat? a plantelor ?i animalelor este o realizare de c?tre natur? a ingineriei genetice, iar experien?ele reu?ite în acest sens oglindesc parc? calea lung? ?i spinoas? trecut? de evolu?ia biologic? în crearea speciilor noi, înmul?ind ?i înfrumuse?ând mereu natura vie ce ne înconjoar?. 13.2 O turm? în retort?: transplantarea embrionilor Multora le va p?rea ridicol titlul acestui capitol intrigant. De fapt, el nu este deloc ridicol. Este vorba de p?stra-rea în stare conservat? a embrionilor viitorilor t?ura?i ?i junci (sau a altor animale), din care se poate ob?ine o întreag? turm?. În prezent transplantarea embrionilor în zootehnie se discut? larg atât de c?tre savan?i, cât ?i de c?tre practicieni. E ceva foarte ispititor: s? extragi un embrion dintr-o vac? de ras? a c?rei partener a fost ?i el de elit? ?i s?-l transplantezi unei v?cu?e de rând. Ea nu va mai na?te un vi?el propriu, ci unul str?in, de elit?... Speciali?tii consider? c? peste un timp oarecare aceast? procedur? va deveni banal?, bineîn?eles, dup? ce vor fi elaborate principiile ?tiin?ifice ?i va fi acumulat? destul? experien??. Transplantarea va deveni în zootehnie o procedur? la fel de obi?nuit?, precum a devenit în prezent îns?mân?area artificial?. Dar în acest scop trebuie creat? în primul rând o banc? de embrioni, pentru ca materialul de transplantare s? poat? fi cheltuit în m?sura necesit??ilor, iar aceasta are nevoie la rândul s?u de metode sigure de conservare a embrionilor precoci. Cât prive?te metodele de extragere a lor din animalele de elit? ?i transplantarea acestora la animalele de rând, apoi ele sunt destul de perfecte. Înainte de a fi aplicat? animalelor agricole, mult timp ea a fost verificat? ?i precizat? în experien?ele efectuate asupra ?oarecilor de laborator. Una din primele lucr?ri de transplantare a embrionilor la ?oareci a fost efectuat? în 1972 la laboratorul na?ional de la Ocrige (SUA). Peste dou? mii cinci sute de embrioni, afla?i la diferite etape de dezvoltare (de la monocelul? pân? la pluricelule), au fost congela?i la temperaturi extrem de joase. O mie au fost congela?i la -268°C. Dup? ce au fost dezghe?a?i, s-a constatat c? aproape jum?tate din ei ?i-au p?strat vitalitatea. Când au fost transplanta?i în organismul femelelor, ei s-au dezvoltat, formând o descenden?? normal?, capabil? de a prelungi specia. Experimentul avea nevoie, bineîn?eles, de o metod? special? ?i de mare precau?ie. Congelarea ?i dezghe?area se efectuau extrem de încet. Chiar mai mult, au fost utilizate substan?e speciale, a?a-numi?ii crioprotectori care preveneau formarea de cristale de ghea?? ce vat?m? celulele. La aceast? congelare apa nu se cristalizeaz?, ci difundeaz? treptat din embrioni. Experien?ele se terminau bine, dac? temperatura era redus? cu o vitez? între 0,3 ?i 2°C pe minut. Dac? procesul de congelare era accelerat pân? la 7°C pe minut ?i chiar mai mult, to?i embrionii periau. Cele mai bune rezultate au fost ob?inute cu embrionii congela?i în azot lichid cu temperatura de -196°C. Astfel biologii au însu?it bine tehnica congel?rii ?i dezghe??rii celulelor, ?esuturilor ?i organelor. Dar munca efectuat? cu embrionii congela?i deschide noi perspective – posibilitatea de a p?stra embrionii organismului viu un timp nelimitat. Aceasta anume e importan?a principal? a experimentului. Peste un an, în 1973, la Chembrige (Anglia) a ap?rut primul t?ura? crescut dintr-un embrion, care în etapa timpurie de dezvoltare a fost p?strat timp de ?ase zile în azot lichid. De la câteva vaci, în a 10-ea zi de graviditate, au fost extra?i pe cale chirurgical? 22 de embrioni. Ace?ti embrioni au fost apoi congela?i la -196°C în azot lichid. Embrionii dezghe?a?i au fost transplanta?i în uterul a unsprezece vaci recipiente. La zece vaci nu s-a produs o dezvoltare continu? a embrionilor. Dar la o vac? la care, în interesele experien?ei, graviditatea a fost întrerupt? artificial la s?pt?mâna a ?asea, doi embrioni s-au implantat în peretele uterului; apoi un f?t a pierit, iar al doilea a continuat s? se dezvolte cu succes. Aproximativ peste nou? luni vaca a n?scut un t?ura? s?n?tos. Iar primul t?ura?, numit Zamorojennîi («Congelatul») ?i crescut prin metoda de conservare, s-a n?scut în Institutul unional de zootehnie la 12 martie 1980. El este prezentat în desenul 31. Iat? câteva am?nunte cu privire la el. Vaca donatoare a fost tratat?, cum se obi?nuie?te, cu preparate gonadotrope pentru stimularea matur?rii ovulului ?i a fost îns?mân?at? cu sperm? congelat?. Embrionii sp?la?i în ziua a opta erau pu?i într-o solu?ie fosfatic? de tampon cu o doz? de albumin?, de ser de taur ?i penicilin?. În calitate de crioprotector a fost utilizat dimetilsulfoxidul. Eprubetele cu embrioni au fost r?cite pân? la –7°CE, cu un grad la fiecare minut, apoi au fost introdu?i agen?i de cristalizare a ghe?ii ?i s-a continuat congelarea pân? la –80°CE, dar de trei ori mai încet. ?i, în sfâr?it, s-a aplicat azotul lichid. La fel de încet ?i cu precau?ie s-a efectuat dezghe?area: într-o baie de spirt cu temperatura de –50°CE, apoi la aer cu temperatura de –10°CE ?i într-o baie de ap? cu temperatura de camer?. Au urmat solu?iile de dimetilsulfoxid cu o concentra?ie în descre?tere, pentru a se îndep?rta complect crioprotectorul, ?i, în etapa final? – o solu?ie pur? de tampon. Au fost încercate trapsplant?ri de embrioni de diferite vârste, cu congelare ?i f?r? ea, la diferite etape ale ciclului sexual ale juncii recipiente. Zamorojennîi a fost un rezultat al primei experien?e reu?ite. Ne-am oprit asupra acestor am?nunte nu întâmpl?tor. Am vrut s? ar?t?m cititorilor no?tri c? a men?ine turma în retort? ?i apoi a o transforma în realitate nu este un lucru u?or ?i c? el nu poate fi efectuat la orice ferm?. Multe n-au fost relatate aici. Am?nuntele le cunosc doar savan?ii care se ocup? cu aceast? munc?., ?i când m?car una din experien?ele lor, efectuate cu cea mai mare scrupulozitate, se soldeaz? cu succes, este o mare cucerire. E?ecurile au loc, cu p?rere de r?u, mult mai des. Nu degeaba se spune în proverb: «?tiin?a presupune jertfe». Zamorojennîi a devenit prima piatr? de temelie în cl?direa viitoarei turme. Dup? el au urmat noi opera?ii reu?ite de transplantare a embrionilor, fiecare contribuind la în?l?area treptat? a fundamentului ei. Savan?ii au trecut de la cercet?ri pur ?tiin?ifice la experien?e de produc?ie. Transplantarea face posibil? ob?inerea de la o vac? de mare randament a unei descenden?e mult mai mari decât se cap?t? pe cale obi?nuit?. Se ?tie c? în cazurile de intensificare a cre?terii animalelor se reduc termenele de folosire în turm?, a vacii de ras? de mare randament. Ea poate aduce cel mult patru-cinci vi?ei. Chiar dac? termenul de utilizare este maximal acest num?r cre?te doar pân? la 14–16 vi?ei. Când embrionii lua?i de la o vac? donator de valoare sunt transplanta?i unor animale obi?nuite (recipiente), descenden?a poate fi m?rit? mult mai repede. În acest caz vi?eii care au mo?tenit cele mai bune calit??i ale mamei recordiste, sunt crescu?i simultan de mai multe vaci. Astfel, în decursul unui an putem ob?ine de la o vac? 25–42 de vi?ei, iar în întreaga ei perioad? de via?? – 300–600 de capete, ceea ce, la rândul s?u, permite accelerarea selec?iei animalelor de mare randament de 40 de ori în compara?ie cu celelalte metode cunoscute. Tehnica congel?rii la temperatur? joas? a celulelor vii a solu?ionat problema dificil? a sincroniz?rii, coordon?rii exacte a ciclurilor biologice ale embrionului ?i mamei adoptive. Perfec?ionarea tehnicii «de colectare» a embrionilor, a congel?rii ?i dezghe??rii lor, a metodelor de transplantare, la care lucreaz? savan?ii din Moscova, Leningrad, Chiev ?i Haricov (în ultimul timp ?i la A?P «Zarea» din Republica Moldova au fost organizate puncte de transplantare a embrionilor animalelor agricole), trebuie s? aduc? o sporire esen?ial? a vitelor de ras?. A fost încercat? în practic? ideea de a sili mamele adoptive «s? munceasc?» mai intens – s? nasc? gemeni. ?i înc? ceva. Nimeni nu fixeaz? deocamdat? recordurile de longevitate a embrionilor în azotul lichid. Se ?tie numai c? în mai multe laboratoare ei se p?streaz? în stare de anabioz? câ?iva ani la rând. Savan?ii, îns?, sunt convin?i c? activitatea vital? a embrionului poate fi oprit? pe zeci de ani ?i chiar secole. În viitor va deveni un lucru obi?nuit men?inerea în «descenden?a conservat?» a poten?ialului genetic al p?rin?ilor – a unor animale agricole remarcabile. 13.3 Descenden?? copiat?: clonarea animalelor Se ?tie demult c? informa?ia genetic? a celulelor din diferitele ?esuturi ale organismului este aproape identic?. Atât în ficat, cât ?i în creier, în pancreas, în ovul se afl? acelea?i garnituri de gene, numai c? ele func?ioneaz? în diferite organe în mod diferit. Acest fenomen de munc? selectiv? (adic? transcrip?ia) a genelor poart? numele de diferen?iere celular?. Modific?rile în munca genelor pot fi reversibile. În cazul acesta textul înscris în molecula ADN nu se schimb?, schimb?rile au loc în alte molecule (de exemplu, la proteine) care colaboreaz? cu ADN ?i care conduc citirea informa?iei de pe el. Dac? într-adev?r a?a este, atunci din orice celul? somatic? se poate cre?te un organism întreg ?i devine realizabil? în principiu clonarea animalelor. Iar dac? la specializarea celulelor se produce restructurarea unor anumite segmente de ADN, modific?rile în programul ereditar al celulei devin ireversibile. Aceasta înseamn? c? din celula pielii sau a ficatului nu se poate ob?ine o celul? a creierului. Prin urmare, este imposibil? ?i clonarea organismelor. Cum se poate controla dac? modific?rile pe care le sufer? ADN-ul în timpul diferen?ierii celulelor sunt reversibile sau ireversibile. R?spunsul poate fi diferit. Se pot, bun?oar?, analiza am?nun?it succesiunile nucleotidice ADN din diferite ?esuturi ale aceluia?i organism în diferite etape de dezvoltare. Dar aceast? cale este extrem de grea. Informa?ia ereditar? a celulei este înscris? atât în genele unice (ele con?in informa?ia despre proteine), cât ?i în succesiuni ale ADN-ului, repetate în molecul? de sute ?i mii de ori. Exist? ?i o alt? cale pentru c?ut?ri. Se pot transplanta nucleele din diferitele celule specializate ale organismului într-un ovul fecundat, din care în prealabil a fost îndep?rtat nucleul propriu. În continuare se observ? cum se realizeaz? programul genetic înscris în nucleul transferat. În citoplasma ovulului fecundat exist? to?i componen?ii proteici necesari pentru dezvoltarea embrionului Dac? nucleul transplantat dispune de o informa?ie de valoare complect? ?i se va dezvolta, transformându-se într-un organism de valoare complect?, înseamn? c? toate genele celulelor diferen?iate pot reveni u?or la starea lor ini?ial?. Dac?, îns?, dezvoltarea embrionului se va întrerupe în etapele timpurii, înseamn? c? programul ereditar al nucleului transplantat s-a modificat ireversibil. Bineîn?eles, în cazul acesta trebuie s? fim convin?i, c? celula a suportat bine opera?ia. În prezent zeci de laboratoare din lume se ocup? cu transplantarea nucleelor. Aceast? metod? a ap?rut în anul 1952, când R. Briggs ?i T. Ching au transplantat pentru întâia oar? în Anglia nucleul unei celule de broasc?. Dar un timp destul de îndelungat aceast? realizare nu avea nici o aplicare în solu?ionarea problemelor practice. În anul 1975, îns?, totul s-a schimbat J. Giordon, biolog englez, a reu?it pentru prima oar? s? creasc? un mormoloc viu, transplantând în ovul un nucleu de celul? epitelial? (de piele) a unei broa?te. Aceast? munc? a convins c? metoda transplant?rii nucleelor poate da r?spuns la întrebarea cât de profunde sunt modific?rile din genomul celulelor specializate. Este interesant c? mormolocul lui Giordon nu s-a transformat în broasc? Afar? de aceasta, nu s-au ob?inut mormoloci nici prin transplantarea nucleelor de la alte celule (ne epiteliale) ale broa?tei. Embrionul înceta a se dezvolta la cele mai timpurii etape ?i aceasta, dup? p?rerea lui Giordon, ?inea mai degrab? de ireversibilitatea modific?rilor programului ereditar al nucleelor transplantate, decât de un e?ec al tehnicii microchirurgilor Între timp Brigs ?i Ching au reu?it s? ob?in? prin aceast? metod? o broasc? matur?. A fost absolut identic? cu cea de la care s-a luat nucleul. Datele analizelor biochimice convingeau c? broasca donatoare ?i broasca urma?? erau parc? croite dup? acela?i model. Au continuat încerc?rile de a se cre?te asemenea «germeni» ?i la ceilal?i reprezentan?i ai regnului animal. Una din primele lucr?ri de utilizare a celulelor de mamifere a fost efectuat? de doctorul D. Bromholl din Oxford (Anglia). El a reu?it s? transplanteze nucleul unei celule somatice într-un ovul de iepure de cas?. Doctorul Bromholl a folosit celulele, care au crescut mai mul?i ani în cultura unui ?esut în afara organismului. Cu aceste celule, care pot fi crescute în orice cantitate, el fecunda ovulele. Nucleul propriu ovulului a fost scos din func?iune cu ajutorul razelor ultraviolete. Ovulul fecundat se implanta în uterul iepuroaicei care juca rolul de incubator viu. Drept urmare, se ob?inea un embrion celulele c?ruia purtau numai genele iepurelui de cas? (care demult a murit) ?i ale c?rui celule erau cultivate în condi?ii artificiale. O ?tire cu adev?rat senza?ional? pentru lumea savan?ilor a devenit comunicarea f?cut? de C. Ilimenzee, profesor din Elve?ia, autor al experien?elor de clonare a ?oarecilor, publicate în anul 1981. Ilimenzee a comunicat c? a reu?it s? ob?in? dezvoltarea a trei ?oareci de valoare complect? ?i proliferici, transplantând în ovule nucleele luate din embrioni care au trecut primele etape de dezvoltare. 363 de nuclee de celule embrionare au fost transplantate în ovulele chiar atunci fecundate, din care au fost exstirpate nucleele lor proprii. Numai 142 de ovule au supravie?uit opera?ia, din ele numai 96 au început s? se dezvolte, dar curând jum?tate au încetat divizarea. 48 de embrioni, crescu?i în eprubet?, au atins, totu?i, etapa de implantare, dup? care 16 din ei au fost insera?i în uterul femelelor. Ca urmare, s-au n?scut trei ?oareci care s-au dezvoltat normal. Ei se asem?nau în toate nu cu mamele lor, ci cu ?oarecii a c?ror nuclee au fost folosite pentru transplantare. Aceste experien?e ne demonstreaz? c? în principiu este posibil? clonarea animalelor prin metoda transplant?rii nucleelor ?i c? greut??ile tehnice pot fi învinse. Când C. Ilimenzee ?i coautorul lui P. Hoppe au comunicat c? au reu?it s? cloneze (s? ob?in? copii genetic identice) animalele, aceasta a provocat un interes general. Era ?i de a?teptat. C?ci succesul acestor experimente ar exercita o mare influen?? asupra productivit??ii multor ramuri din agricultur?. În primul rând ar fi devenit posibil? înmul?irea animalelor cu o productivitate record, prin «luarea de copii». În prezent nimeni nu se mai îndoie?te c? în principiu aceasta este posibil. Cu câ?iva ani în urm? savan?ii americani, dup? numeroase e?ecuri, au reu?it, totu?i, s? fecundeze în condi?ii artificiale un ovul de vac? ?i prin metoda transplant?rii s? creasc? din el un t?ura?. Dar acum este vorba de altceva. Am mai men?ionat, c? natura a sortit ca fiecare vac? s? devin? mam? doar de câteva ori în via?a ei. Întrucât ovarele ei sunt tixite de ovocite – ovule ne maturizate, din punct de vedere teoretic ea poate s? nasc? zeci de mii de vi?ei, pierzându-se în acest fel turme colosale de vite de mare randament. Se consider? c? exist? dou? c?i reale pentru a utiliza eficace acest poten?ial enorm de productivitate a animalelor. Ambele au c?p?tat o dezvoltare în lucr?rile savan?ilor de la Institutul de înmul?ire ?i de genetic? a animalelor agricole (ora?ul Pu?chin). Aici embrionul este «dezbr?cat» în etapa timpurie de dezvoltare, este lipsit de membran? ?i «se destram?» în celule aparte, care-s capabile s? tr?iasc? independent ?i chiar s? se divizeze – s? dea câteva genera?ii. În anumite condi?ii ele se adun? în grupuri, formând ceva asem?n?tor embrionilor. Dac? acest proces va continua, se va putea ob?ine dintr-un singur embrion zeci de embrioni gemeni. Aceast? înmul?ire atât de brusc? a poten?ialului de procrea?ie a celor mai bune vaci este o cale direct? spre noi principii de selec?ie. Dac? avem în vasul lui Diuar cu azot lichid câteva zeci de embrioni identici nu este greu, crescând doar câ?iva dintre ei, s? stabilim valoarea veridic? a celorlal?i. ?i dac? ei satisfac toate cerin?ele, fiecare poate fi f?râmi?at în înc? zeci de gemeni de valoare complect? ?i recolta total? de la o vac? va constitui de acum câteva sute de vi?ei. Men?ion?m, aici practicienii se pot folosi ?i de metodele perfec?ionate de determinare a sexului embrionilor congela?i. Metoda care promite determinarea la sigur a sexului embrionilor vitelor cornute mari în vârst? de mai pu?in de dou? s?pt?mâni a fost elaborat? la Institutul unional de cercet?ri ?tiin?ifice în domeniul zootehniei. Toat? procedura de preg?tire a micropreparatelor din celule de embrion ocup? aproximativ dou? ore. Astfel se va afla totul despre embrionul p?strat în azotul lichid. Pentru a ob?ine un r?spuns ferm sunt destule câteva celule de metafaz?: dac? g?sim acolo cromozomul Y, înseamn? c? în colb? se p?streaz? o descenden?? masculin?; dac? se afl? numai cromozomii X – a?tept?m numai o descenden?? feminin?. Dac? la determinarea sexului vom observa mai atent cromozomii (?i nu numai cei sexuali), vom putea s? apreciem capacitatea embrionului de transplantare, s? clarific?m, dac? nu exist? vre-o anomalie cromozomic?. Dac? le eviden?iem, embrionul trebuie rebutat. A fost elaborat? ?i o alt? cale de ob?inere a unei descenden?e numeroase. Odat? ce majoritatea covâr?itoare a celulelor embrionare, a ovocitelor nu se matureaz? în condi?ii naturale, ar fi bine s? se asigure maturarea lor în condi?ii artificiale. Dup? cum poveste?te A. Golubev, conduc?torul laboratorului de cultivare a embrionilor la institutul indicat mai sus, aceast? tehnologie de reproducere se prezint? în felul urm?tor: dup? ce vaca recordist? de la care s-a ob?inut de acum totul, a fost rebutat?, din ovarele ei se extrag ovocitele care se pun într-un mediu nutritiv favorabil matur?rii. Apoi ovulele maturate sunt fecundate ?i embrionii ob?inu?i sunt transplanta?i mamelor adoptive. Tocmai a?a procedeaz? savan?ii de la Institutul de înmul?ire ?i de genetic? a animalelor agricole. În vara anului 1982 ei au extras din ovarul unei vaci adus de la combinatul de carne celulele embrionare, aflate la etapa timpurie de dezvoltare, ?i le-au pus într-un mediu nutritiv artificial. Dup? maturare ele au fost fecundate. Peste o zi ovarele au început a se diviza. Mecanismul vie?ii care, dup? pieirea vacii-mame, s-a oprit, a început iar. Trei embrioni au fost transplanta?i juncii recipiente. Unul dintre ei s-a prins ?i în ianuarie 1983 vaca «Nadejda» a n?scut fiul s?u adoptiv, numit «Pervene?». Experimentul reu?it de fecundare artificial? a ovocitului ?i de cre?tere în eprubet?, de transplantare a acestuia vacii recipiente, a devenit un pas important în dezvoltarea biologiei mondiale. Peste un an profesorul A. Golubev a declarat într-un interviu acordat coresponden?ilor: «Pervene?» se distinge printr-o s?n?tate excelent? ?i prin ritmul dezvolt?rii sale. Cu toate c? ra?ia sa de hran? este obi?nuit?, el spore?te zilnic în greutate cu mai bine de un kilogram ?i cânt?re?te peste patru chentare. Speciali?tii din multe centre ?tiin?ifice ale lumii se ocup? cu ob?inerea artificial? a embrionilor ?i cu transplantarea lor. Se pune sarcina de a înv??a cum s? clon?m – s? înmul?im animalele de tip genetic unical pe cale industrial?. Astfel se vor accelera cu mult termenele de selec?ie a unor rase de vite de mare randament. Pân? în prezent, îns?, au reu?it doar experien?ele cu alte animale, precum ?i transplant?rile la vacile recipiente a unor embrioni vii, lua?i de la vacile donatoare. Speciali?tii geneticieni în frunte cu academicianul L. C. Ernst, au elaborat pentru prima dat? metodele de modelare în eprubet? a celor mai fine procese de na?tere a organismului viu. Aceast? orientare a ingineriei celulare este o cale sigur? de ob?inere a vi?eilor ?i a altor animale agricole, care prezint? o copie fidel? a p?rin?ilor lor. 13.4 Animale transgenice F. Bernet, laureat al premiului Nobel, cu aproape cincisprezece ani în urm? în cartea sa «Genele. Visuri ?i realitate» a prezis, c? ingineria genetic? la nivelul unui întreg organism nu va putea fi realizat? tehnic decât în secolul XXI. Într-adev?r, pân? în prezent toate realiz?rile ingineriei genice a animalelor se refereau la celule sau embrioni aparte, crescu?i în afara organismului. ?i erau numai celule somatice, nu sexuale. Iar ob?inerea unui organism animal normal, viabil dintr-o celul? somatic? este o problem? foarte complicat?. Dup? cum am mai men?ionat, dificult??ile ?in de modific?rile ireversibile din programul ereditar al celulelor somatice specializate. Chiar ?i la plante un organism poate fi ob?inut numai din celule meristematice (ne specializate) sau din celule callus (dediferen?iate) ale altor organe, cu toate c? multe dintre ele, dup? cum ?tim, se înmul?esc u?or pe cale vegetativ?. Oricum, numai celulele sexuale pot transforma programul ereditar într-un individ de valoare complecta. Aceasta înseamn? c? dac? vom insera gena necesar? în cromozomul celulei sexuale, individul matur ob?inut din ea va con?ine aceast? gen? în fiecare celul? a corpului s?u ?i o va transmite prin ereditate. Succesele ob?inute de microchirurgie la operarea unor celule aparte au f?cut ca aceast? sarcin? s? devin? absolut real?. Dar se cerea îndr?zneal? ca dup? opera?ia de inginerie genic? s? se creasc? un organism viu. Acest lucru l-au realizat pentru prima dat? F. Leisi de la Universitatea Oxford (Anglia). Trebuia transplantat? o gen? a unui epure de cas? unui ?oarece. Gena globinei a fost în prealabil clonat?, adic? separat? din cromozomul epurelui de cas? ?i multiplicat? în componen?a plazmidei inelare. Apoi copii ale acestei gene au fost inserate cu o micropipet? foarte fin? în nucleele ovulelor de ?oarece chiar atunci fecundate. Dup? transpalntare au r?mas viabile jum?tate din celule. Ele au fost introduse înapoi în oviductul femelelor. Numai 15% din ele au evoluat în ?oricei de valoare complect?. Controlul a demonstrat c? nu la toate animalele nou-n?scute gena str?in? s-a integrat în cromozomi. Au fost cerceta?i 24 de ?oricei ?i numai 9 dintre ei purtau gena globinic? a iepurelui de cas?. Trebuia de verificat dac? aceste gene se transmit prin ereditate. În acest scop masculii, care aveau gena iepurelui, au fost încruci?a?i cu ?oarecii obi?nui?i. S-a constatat c? în toate cazurile gena a fost mo?tenit?. Iar aceasta însemna c? s-a integrat stabil nu numai în cromozomii celulelor somatice, dar ?i în cele sexuale. Primele experien?e reu?ite au fost urmate de altele. În anul 1981 în pres? au ap?rut comunic?ri cu privire la inserarea genelor str?ine clonate în ovulele fecundate de ?oarece, care apoi se introduceau din nou în uter pentru dezvoltarea lor continu?. În ovulul fecundat al ?oarecilor era inserat? o molecul? de ADN, care con?inea gena globulinei ( de iepure de cas? ?i de om, gena virotic?, fermentul timidinchinaza de codificare, precum ?i gena hormonului de cre?tere a ?obolanului. Ne vom opri mai am?nun?it asupra ultimului exemplu. Experimentul efectuat de un grup de biologi americani în frunte cu R. Palmiter ?i R. Brinster consta în urm?toarele. La început a fost creat? gena artificial?, compus? dintr-un sector de reglare – promotor al uneia din genele ?oarecelui, ?i o gen? structural?, ce codific? hormonul de cre?tere a ?obolanului. Apoi copiile genei artificiale au fost inserate în pronucleele feminine ale ovulelor ?oarecilor, dup? care aceste ovule se implantau ?oarecilor, care jucau rolul de mame adoptive. La ?apte din 21 de ?oricei nou-n?scu?i a fost descoperit? expresia genei hormonului de cre?tere a ?obolanului – cu alte cuvinte, genele ?obolanului au început s? func?ioneze în organismul ?oarecelui. Numai unul dintre cei ?apte ?oareci a crescut pân? la o m?rime normal? – ceilal?i erau mult mai mari ?i cre?teau mai repede decât cei obi?nui?i. Este u?or de în?eles: la ace?ti ?oareci «transgeni» (cu gene transplantate) în serul sângelui se aflau foarte mul?i hormoni de cre?tere – la unii de 800 de ori peste norm?! Astfel, prima dat? introducerea ADN-ului str?in a provocat un efect extern foarte pronun?at. Afar? de aceasta, deoarece s-a reu?it s? se demonstreze c? 10 dintre cei 19 urma?i ai unuia din masculii transgeni au mo?tenit hormonul «str?in» de cre?tere, aceasta poate servi drept dovad? a faptului c? astfel se va putea ob?ine mo?tenirea caracterelor ?i propriet??ilor programate de c?tre savan?i. Aceast? orientare poate g?si aplicare în practica zootehniei, bun?oar? la stimularea cre?terii animalelor ?i sporirea randamentului de lapte. O confirmare a acestui fapt sunt experien?ele efectuate recent asupra oilor. Savan?ii australieni au creat pentru prima dat? în lume o oaie «transgen?», introducând în embrion o gen? responsabil? de produc?ia hormonului de cre?tere la oi. A fost un pas înainte pe calea cre?rii unor animale mai mari, care cresc repede, precum ?i a acceler?rii procesului de selec?ie în zootehnie. Gena hormonului de cre?tere la oi a fost inserat? în embrion, atunci când acesta era compus dintr-o singur? celul?. Apoi celula a fost implantat? într-o alt? oaie, în care a crescut mielul. Cercet?rile de laborator au ar?tat, conform spuselor lui T. Scot, conduc?torul experimentului, c? genele noi s-au inserat în celulele «transgene». Dac? experimentul va reu?i, aceast? metod? va permite s? se ob?in? animale de 1,5 ori mai mari, care cresc de 1,3 ori mai repede decât de obicei. Transplantul genetic al lui Scot este rezultatul unei munci de peste trei ani. El este considerat în sferele ?tiin?ifice drept un pas fundamental înainte, care va conduce la o abordare nou? în principiu în ce prive?te înmul?irea animalelor agricole. Experien?e asem?n?toare se fac ?i cu popula?iile marine. Din cauza mic?or?rii rezervelor de pe?te din Oceanul mondial se studiaz? posibilitatea cre?rii unei re?ele largi de ferme marine, în care lumea animal? a m?rilor se va afla sub controlul omului. Dar principalele obstacole în realizarea acestui scop sunt: poluarea cu substan?e toxice a apelor litoralului m?rii, bolile infec?ioase ale pe?tilor ?i cre?terea lor relativ lent?. În leg?tur? cu aceasta D. Pauers ?i colaboratorii s?i (SUA) au elaborat metode de inginerie genic? în scopul de a accelera cre?terea pe?tilor, precum ?i pentru a le elabora rezisten?a la temperaturi joase, la substan?e toxice ?i la agen?i patogeni ai bolilor infec?ioase. Pentru a m?ri viteza de cre?tere a pe?tilor se folose?te gena clonat? a hormonului de cre?tere a mamiferelor, care seam?n? mult cu gena analog? a pe?tilor. Savan?ii americani au constatat c? introducerea acestei gene în icrele fecundate ale unor specii de pe?ti provoac? o sporire sim?itoare a ritmului lor de cre?tere. Ei au efectuat de asemenea experien?e de transplantare a genelor, care le acord? pe?tilor rezisten?? fa?? de temperaturile sc?zute. Aceste gene codific? formarea proteinelor cu propriet??i de antigen. Una dintre aceste proteine este în stare s? adi?ioneze cristale foarte mici de ghea??, sc?zând astfel cu 1 – 2°CE temperatura de înghe?are a lichidului. Aceste proteine au fost separate din ?esuturile speciilor de pe?ti din Antarctida. ?i, în sfâr?it, a treia orientare este utilizarea genelor care codific? proteinele metalotioneinei, care fixeaz? compu?ii toxici, de exemplu ionii metalelor grele. Inserarea acestor gene în icrele fecundate ale pe?tilor trebuie s? sporeasc? rezisten?a puietului de pe?te în caz de prezen?? în apa m?rilor a substan?elor toxice. Conform p?rerii autorilor, prezint? perspective mai mari utilizarea genelor clonate ale metalotioneinelor pentru ob?inerea acestor proteine prin metod? microbiologic? ?i apoi îndep?rtarea cu ajutorul lor a' metalelor grele din apa marin?. A?a dar, am examinat rezultatele unor experimente de transferare a genelor str?ine în ovulele diferitelor clase de animale. În ultimul timp în diferite ??ri ale lumii se efectueaz? asemenea. cercet?ri, deoarece ele prezint? nu numai o mare importan?? ?tiin?ific?, dar ?i o mare însemn?tate practic?. În timpul apropiat rezultatele ob?inute vor putea fi, probabil, folosite pentru tratamentul bolilor ereditare ale oamenilor ?i animalelor, provocate de anomaliile congenitale ale aparatului genetic al celulelor. Inserarea în aparatul genetic al embrionilor de mamifere a genelor str?ine respective va putea restabili func?ionarea normal? a unor sectoare anumite ale ADN-ului ?i preveni în felul acesta dezvoltarea bolilor ereditare. XIV. FONDUL GENETIC AL BIOSFREREI 14.1 Rolul organismelor vii în natur? ?i în economia na?ional? Lumea vie care ne înconjoar? ne frapeaz? prin varietatea sa. În aceasta const? frumuse?ea ei care stimuleaz? munca creatoare a pictorilor ?i sculptorilor, compozitorilor ?i cânt?re?ilor, scriitorilor ?i poe?ilor. Varietatea regnului vegetal ?i animal creeaz? un anumit echilibru în natur?, el oglinde?te starea real? a fondului genetic al popula?iilor ?i speciilor, care s-au format timp de milioane de ani în decursul evolu?iei biologice. No?iunea de fond genetic include, de obicei, totalitatea genelor tuturor indivizilor, care determin? formarea celor mai diferite caractere ?i propriet??i ale fiec?rui individ în parte, precum ?i a speciei luate în ansamblu, datorit? c?rora ea poate s? se adapteze la orice condi?ii de existen?? ?i s?-?i continue evolu?ia. Popula?iile care se înmul?esc pe cale sexuat? au un fond genetic relativ stabil. Specia luat? ca un tot întreg are un fond genetic unic, care st? la baza procesului de formare a noi rase ?i specii. Fiecare dintre noi ?tie c? existen?a oric?rei specii este imposibil?, dac? ea este izolat? de toate celelalte la fel dup? cum ar fi imposibil? existen?a oric?rui om în afara comunit??ii umane. În natur? toate speciile se afl? într-o leg?tur? reciproc?, fiind legate unele de altele prin mii de fire invizibile care în ansamblu contribuie la suprave?uirea fiec?reia din ele. Este vorba în primul rând de leg?turile trofice, care se stabilesc între produc?torii de substan?e organice (plantele verzi), consumatori (organismele heterotrofe) ?i reductorii resturilor organice (microorganismele). Aceste trei grupe de organisme formeaz? împreun? taxoni mai mari — biocenozele, în limitele c?rora se produce ciclul biologic al substan?elor. Cu cît biocenoza se caracterizeaz? printr'o varietate mai mare a fiec?rei specii din aceste grupe de organisme, cu atât în ea se va observa un echilibru genetic mai bun. Din aceast? cauz? no?iunea de fond genetic cap?t? ?i un sens mai larg. Putem vorbi despre fondul genetic nu numai al unor specii aparte, dar ?i a biocenozelor luate în ansamblu ?i, în ultim? in-stan??, despre fondul genetic mondial sau biosferic. Pentru planeta noastr? luat? în ansamblu no?iunea de fond genetic se asociaz? cu totalitatea speciilor de plante, animale ?i microorganisme ce o populeaz? ?i care creeaz? un anumit echilibru în biosfera P?mântului f?r? care omenirea n-ar putea exista. Noi to?i ?tim ce rol joac? plantele, animalele ?i regnul fiin?elor invizibile în natur? ?i în via?a omului. Plantele verzi, care realizeaz? procesul fotosintezei, sînt izvorul existen?ei bun?st?rii ?i dezvolt?rii vie?ii pe P?mânt. Vegeta?ia exercit? o mare influen?? asupra climei, bazinelor de ap?, lumii animale ?i asupra celorlal?i componen?i ai biocenozelor. Ea este o surs? de nesecat de produse alimentare, tehnice ?i de materie prim? medicamentoas?, de materiale de construc?ie foarte variate. Aproape 50% din toate medicamentele sînt de origine vegetal?; 80°CE de pic?turi cardiace sînt ni?te extracte preg?tite din ierburi ?i flori. A?i auzit, probabil, ?i despre plantele-meteoroloji. barometre vii, indicatori de minerale utile. Pu?ini ?tiu, îns?, c? plantele se pricep ?i la muzic?. Când se cânt? la vioar? muzica antic? indian?, mimoza cea timid? cre?te de 1,5 ori mai repede. Plantele cele mai «muzicale», adic? care reac?ioneaz? pozitiv la sunete, sînt orezul ?i tutunul. C. Roberts, un gr?dinar amator din Anglia, interpretând diferite melodii, a crescut una dintre cele mai mari p?tl?gele ro?ii din lume, cu greutatea de 2 kg. Savan?ii americani au observat c? muzica clasic?, de camer? accelereaz? cre?terea plantelor, în timp ce muzica de jaz o încetine?te. Probabil, nu degeaba jazul, mai ales în interpretare proast?, provoac? multor oameni emo?ii negative. Uneori plantele servesc drept obiecte de cercetare bionic?. Natura a înzestrat unele organe cu o structur? atât de perfect?, încât inginerii n- au putut s? nu acorde aten?ie acestui fapt ?i utilizeaz? aceste principii la proiectarea construc?iilor tehnice. Savan?ii germani au folosit, bun?oar?, schema structurii crustei diatomeelor la construirea suportului marelui ecran pentru Teatrul verde din Berlin. Arhitectul P. Soleri a proiectat un pod peste un fluviu cu o lungime de peste 1 km. Construc?ia acestui pod prezint? o copie a unei frunze semir?sucite, care are o deosebit? tr?inicie. Se poate vorbi înc? mult despre folosul plantelor. Mu?chii ?i lichenii servesc drept indicatori minuna?i ai polu?rii radioactive. Euhornia e o simpl? buruian?. Ea cre?te în regiunile subtropicale ?i oamenii caut? pe m?sura posibilit??ilor s? scape de ea, deoarece, înmul?indu-se foarte ^ repede, umple canalele ?i albiile râurilor, împiedic? naviga?ia. S-a constatat, îns?, c? aceast? plant? absoarbe repede din ap? (datorita cre?terii ei rapide) multe substan?e d?un?toare, inclusiv insecticidele ?i fenolii; afar? de aceasta, ea suge ca un burete compu?ii celor mai periculoase metale grele — mercurul, plumbul, cadmiul. De aceea acolo unde cre?te ea, apa este totdeauna curat?. Deci cum am aprecia folosul ?i dauna pe care le aduce euhornia? La fel de important este ?i rolul pe care îl au animalele în natur? ?i în via?a omului. Lumea animal? constituie o parte important? a biosferei, participând la circuitul biologic al substan?elor. Animalele exercit? o mare influen?? asupra vie?ii plantelor. S? ne amintim în acest sens de insectele polenizatoare ?i de p?s?rile transportatoare de semin?e. Animalele s?lbatice constituie o surs? inepuizabil? pentru domesticirea ?i încruci?area lor cu animalele domestice, pentru crearea unor rase noi. Cunoa?tem cu to?ii importan?a estetic? a animalelor. E vorba nu numai de p?s?rile decorative, de fluturii ?i pe?ti?orii din acvariu... Animalele servesc ca obiecte de cercet?ri ?tiin?ifice, inclusiv de cercet?ri medicale ?i bionice. Înc? filozoful antic Democrit (sec. 4—3 î. e. n.) a men?ionat: «Noi am înv??at de la animale, imitând cele mai importante lucruri: de la p?ianjen am înv??at croitoria; cântecul — de la privighetoare; construirea locuin?elor — de la rândunele». În unul din capitolele anterioare am vorbit despre serviciul pe care îl presteaz? truditorii microlumii. Dar activitatea lor este mult mai vast?. S? nu uit?m c? microbii efectueaz? aproape o mie de reac?ii chimice. Fiecare dintre ei poate prelucra o mas? biologic? de 30—40 de ori mai mare decât greutatea lui proprie. Cu ajutorul lor sînt sintetizate antibioticele, vitaminele (B12, A, D2) pe care, deocamdat?, nu le putem ob?ine pe cale ne biologic?. Folosirea micro-bilor pentru ob?inerea hormonului cortizon a redus costul acestui preparat de 100 de ori. Recent savan?ii au descoperit înc? o însu?ire a microbilor: s-a constatat c? mul?i dintre ei pot face rezerve de metale. Mucegaiurile aspergilei, bun?oar?, con?in 0,3% de cupru — de 30 000 de ori mai mult decât mediul ambiant. Multe bacterii acumuleaz? în cantit??i mari uran: alga microscopic?, clorela de ap? dulce — aproximativ 0,4% de mas? uscat?, actinomicitele — 4,5%, bacteriile denitrificative — 14%, iar culturile alese special de drojdii sau pseudomonade — aproape 50 %. Bacteria bacilus subtilis poate extrage din solu?ii apoase – aproximativ 40 metale diferite, inclusiv aurul. Tulpinile special construite de microorganisme extrag din sol în condi?ii de laborator aproximativ 82% din aurul pe care-l con?ine. Majoritatea microorganismelor despre care am amintit tr?iesc în mediul acvatic, mai alee în ocean. În ultimii ani, îns?, Oceanul mondial este considerat tot mai mult o surs? poten?ial? de diferite substan?e utile, ale c?ror rezerve pe uscat s-au mic?orat mult, iar unele sînt pe cale de dispari?ie. În apa marin? sînt dizolvate 6 miliarde tone de cupru, 4 miliarde tone de uran, 0,5 miliarde tone de argint, aproape 10 milioane tone de aur. Nu pot fi oare extrase aceste bog??ii cu ajutorul microorganismelor, care au minunata capacitate de a concentra metalele? Aceasta nu este o idee fantastic?. Doar microbii care acumuleaz? metalele întrec sorben?ii chimici prin capacitatea lor de absorb?ie, cît ?i specificul absorb?iei. Afar? de aceasta, microbii bioabsorben?i pot purifica de metale grele, inclusiv de cele radioactive, scurgerile industriale. Cultura mucegaiurilor de ficomicete separ? uranul din apa poluat? de 3,5 ori mai repede, iar torul — de 2—3 ori mai repede decât r??inile schimb?toare de ioni. ?i dac? vom utiliza cultura de bacterii dinitrificative, peste 8 minute de contact cu bioabsorbantul, concentra?ia de uran din ap? se reduce de la 25 la 0,5 mg/l. Pentru sporirea eficacit??ii acestor sisteme de purificare pot fi «perfec?ionate» microorganismele folosite în ele prin metode de inginerie genic?. În SUA a fost patentat? metoda de detoxificare biologic? a apelor de scurgere — acolo func?ioneaz? bacteriile pseudomonadei, c?rora le-au fost încorporate plazmidele ce determin? sinteza proteinei, care separ? mercurul din compu?ii ei. Celulele uzate sînt arse apoi, iar mercurul — separat din produsele lor de ardere. Dar din toate cele create pân? în prezent de natur? nimic nu poate fi comparat cu capacitatea fantastic? de adaptare, caracteristic? fiin?elor invizibile. Exist? bacterii care se pot afla în hidrogen lichid (-252°C) timp de 20 de minute, iar temperatura de —200°C o suport? câteva luni. Savan?ii americani au descoperit bacterii vii în craterele vulcanilor de pe fundul oceanului. Ele tr?iesc ?i se înmul?esc la o temperatur? de 250°C ?i la o presiune de 265 atmosfere. Pe fundul Oceanului Pacific a fost descoperit un izvor termal cu temperatura de 400°C. În acest «uncrop» tr?iesc nu numai |
|
© 2007 |
|