Автор: Кисурина-Евгеньева О.П.Статей: 3Культура клеток и тканейКУЛЬТУРА КЛЕТОК И ТКАНЕЙАвторы: О.П. Кисурина-ЕвгеньеваКУЛЬТУРА КЛЕТОК И ТКАНЕЙ, клетки, кусочки тканей или зачатков органов, выращенные вне организма (in vitro). В основе выращивания клеток и тканей лежит строгое соблюдение стерильности и использование спец. питат. сред, обеспечивающих поддержание жизнедеятельности культивируемых клеток и максимально сходных со средой, с которой клетки взаимодействуют в организме. Метод получения К. к. и т. является одним из важнейших в эксперим. биологии. К. к. и т. могут быть заморожены и сохраняться длительное время при темп-ре жидкого азота (-196 °C). Основополагающий эксперимент по культивированию клеток животных провёл амер. учёный Р. Гаррисон в 1907, поместив кусочек зачатка нервной системы зародыша лягушки в сгусток лимфы. Клетки зачатка оставались живыми неск. недель, из них вырастали нервные волокна. Со временем метод был усовершенствован А. Каррелем (Франция), М. Берроузом (США), А.А. Максимовым (Россия) и др. учёными, использовавшими в качестве питат. среды плазму крови и вытяжку из тканей зародыша. В дальнейшем успехи в получении К. к. и т. были связаны с разработкой сред определённого химич. состава для культивирования разл. типов клеток. Обычно они содержат соли, аминокислоты, витамины, глюкозу, факторы роста, антибиотики, предупреждающие заражение культуры бактериями и микроскопич. грибами. Начало созданию метода К. к. и т. у растений (на кусочке флоэмы моркови) положено Ф. Стюардом (США) в 1958. Для культивирования клеток животных и человека могут быть использованы клетки разного происхождения: эпителиальные (печень, лёгкие, молочная железа, кожа, мочевой пузырь, почка), соединительнотканные (фибробласты), скелетные (кость и хрящи), мышечные (скелетные, сердечная и гладкие мышцы), нервной системы (глиальные клетки и нейроны), железистые клетки, секретирующие гормоны (надпочечники, гипофиз, клетки островков Лангерганса), меланоциты и разл. типы опухолевых клеток. Выделяют 2 направления их культивирования: культура клеток и органная культура (культура органов и тканей). Для получения культуры клеток - генетически однородной быстро пролиферирующей популяции - кусочки ткани (обычно ок. 1 мм 3) извлекают из организма, обрабатывают соответствующими ферментами (для разрушения межклеточных контактов) и образующуюся суспензию помещают в питат. среду. Культуры, полученные из эмбриональных тканей, характеризуются лучшей выживаемостью и более активным ростом (из-за низкого уровня дифференцировки и наличия стволовых клеток-предшественников в эмбрионах) по сравнению с соответствующими тканями, взятыми из взрослого организма. Нормальные ткани дают начало культурам с ограниченным временем жизни (т. н. предел Хейфлика), тогда как культуры, полученные из опухолей, способны пролиферировать неограниченно долгое время. Однако даже в культуре нормальных клеток некоторые клетки спонтанно иммортализуются, т. е. становятся бессмертными. Они выживают и дают начало клеточным линиям с неограниченным сроком жизни. Исходно клеточная линия может быть получена из популяции клеток или из отд. клетки. В последнем случае линию называют клоновой, или клоном. При длительном культивировании под воздействием разл. факторов свойства нормальных клеток изменяются, происходит трансформация, осн. признаками которой являются нарушения морфологии клеток, изменение числа хромосом (анеуплоидия). При высокой степени трансформации введение таких клеток животному может вызывать образование опухоли. В органной культуре сохраняются структурная организация ткани, межклеточные взаимодействия, поддерживается гистологич. и биохимич. дифференцировка. Ткани, зависимые от гормонов, сохраняют чувствительность к ним и характерные ответы, железистые клетки продолжают секретировать специфич. гормоны и т. д. Такие культуры выращивают в культуральном сосуде на плотиках (бумажных, миллипоровых) или на металлич. сетке, плавающих на поверхности питат. среды. У растений культивирование клеток основано в общем на тех же принципах, что и у животных. Различия же в способах культивирования определяются структурными и биологич. особенностями клеток растений. Большинство клеток растит. тканей обладают тотипотентность ю: из одной такой клетки при определённых условиях может развиться полноценное растение. Для получения культуры растит. клеток используется кусочек любой ткани (напр., каллуса) или органа (корня, стебля, листа), в котором присутствуют живые клетки. Его помещают на питат. среду, содержащую минер. соли, витамины, углеводы и фитогормоны (чаще всего цитокины и ауксины). Растит. культуры поддерживают при темп-рах от 22 до 27 ° C, в темноте или при освещении. К. к. и т. находят широкое применение в разных областях биологии и медицины. Культивирование соматич. клеток (все клетки органов и тканей за исключением половых) вне организма определило возможность развития новых способов изучения генетики высших организмов с использованием, наряду с методами классич. генетики, методов молекулярной биологии. Наибольшее развитие получила молекулярная генетика соматич. клеток млекопитающих, что связано с появившейся возможностью постановки прямых экспериментов с клетками человека. К. к. и т. используют при решении таких общебиологич. проблем, как выяснение механизмов экспрессии генов, раннего эмбрионального развития, дифференцировки и пролиферации, взаимодействия ядра и цитоплазмы, клеток со средой, адаптации к разл. химич. и физич. воздействиям, старения, злокачественной трансформации и др., её применяют для диагностики и лечения наследств. заболеваний. В качестве тест-объектов клеточные культуры являются альтернативой использованию животных при испытании новых фармакологич. средств. Они необходимы при получении трансгенных растений, клонального размножения. Важную роль клеточные культуры играют в биотехнологии при создании гибридов, произ-ве вакцин и биологически активных веществ. См. также Клеточная инженерия. Литература Лит.: Методы культивирования клеток. Л., 1988; Культура животных клеток. Методы / Под ред. Р. Фрешни. М., 1989; Биология культивируемых клеток и биотехнология растений. М., 1991; Freshney R. I. Culture of animal cells: a manual of basic technique. 5th ed. Hoboken, 2005. Межклеточные соединенияМЕЖКЛЕТОЧНЫЕ СОЕДИНЕНИЯАвторы: О.П. Кисурина-ЕвгеньеваМЕЖКЛЕТОЧНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ (межклеточные контакты), связывают клетки, входящие в состав ткани, друг с другом и с внеклеточным матриксом, обеспечивая межклеточные взаимодействия. Известно неск. вариантов М. с. - простые, плотные, заякоривающие, коммуникативные. При простых (рыхлых) М. с. между клетками сходного происхождения создаётся слабая механич. связь с помощью гликопротеинов плазматич. мембран; при этом остаётся зазор шириной 20 нм, заполненный гликокаликсом. Разновидностью таких контактов является М. с. типа «замок», при котором мембраны соседних клеток разделены таким же расстоянием, но изгибаются, образуя на поверхности клеток впячивания. Плотные (запирающие) М. с. встречаются в осн. в однослойных эпителиях (железистый, кишечный) и представляют собой точечные соединения между наружными слоями двух соседних плазматич. мембран; два внешних слоя сливаются в один толщиной 2-3 нм (в местах слияния находятся трансмембранные белки клаудины и окклюдины). Плотные соединения опоясывают клетки в апикальной части, блокируя транспорт веществ в межклеточном пространстве и изолируя межклеточные полости от внешней среды. Заякоривающие (сцепляющие) М. с. характеризуются тем, что к участкам соединения плазматич. мембран со стороны цитоплазмы подходят нитеподобные белковые элементы цитоскелета (микро- или промежуточные филаменты), которые как бы заякориваются на их поверхности, формируя прочную механич. связь. К разновидностям таких соединений относятся сцепляющие ленты, точечные контакты, десмосомы и полудесмосомы. Сцепляющие ленты опоясывают апикальные части клеток однослойного эпителия. В этом типе соединений связывание клеток обеспечивают трансмембранные белки из группы кадгеринов, а связывание с микрофиламентами - цитоплазматич. белки катенины, винкулин, α -актинин. Кооперативное сокращение микрофиламентов во многих соседствующих клетках может привести к изменению рельефа всего эпителиального пласта. При точечном контакте, специфичном для фибробластов соединит. ткани, происходит сцепление клетки с внеклеточным матриксом, а не с соседней клеткой; в образовании этого контакта также участвуют микрофиламенты. Десмосомы представляют собой структуры в виде бляшек (диаметр ок. 0,5 мкм) на плазматич. мембране, которые состоят из 2 «половинок» (принадлежат соседним клеткам); образованы трансмембранными белками десмоглеинами и десмоколлинами, обеспечивающими межклеточное узнавание, и промежуточными филаментами (каждая клетка эпидермиса кожи, напр., может иметь до нескольких сотен десмосом). С помощью десмосом клетки прочно связываются друг с другом, что позволяет, напр., эпителиальным пластам и мышечным клеткам сердца выдерживать большие механич. нагрузки. Полудесмосомы участвуют в сцеплении эпителиальных клеток с внеклеточным матриксом (базальной мембраной) и имеют сходное строение. Коммуникативные (щелевые) М. с. встречаются во всех группах тканей и обеспечивают прямую передачу химич. веществ из клетки в клетку. В местах щелевых М. с. расстояние между мембранами клеток составляет 2-3 нм; трансмембранные белки коннектины пронизывают плазматич. мембраны соседних клеток друг против друга, формируя каналы - коннексоны (в области М. с. их насчитывается до нескольких тысяч). Особыми формами М. с. являются синапсы, а также плазмодесмы растит. клеток. Литература Лит.: Молекулярная биология клетки: В 3 т. 2-е изд. М., 1994; Фаллер Дж., Шилдс Д. Молекулярная биология клетки. М., 2003. МикроворсинкиМИКРОВОРСИНКИАвторы: О.П. Кисурина-ЕвгеньеваМИКРОВОРСИНКИ в биологии, пальцеобразные тонкие (0,1 мкм) выросты клеточной мембраны ряда органов беспозвоночных и позвоночных. Особенно многочисленны в клетках, активно участвующих в поглощении веществ. Напр., на плазматич. мембране клетки кишечного эпителия (энтероците), обращённой в просвет кишечника, на 1 мм 2 приходится 2 Ч 10 8 М.; они образуют т. н. щёточную каёмку, которая увеличивает всасывающую поверхность в неск. десятков раз. Под действием пищеварит. ферментов на внешних мембранах М. слизистой оболочки кишки происходит пристеночное (мембранное) пищеварение. Внутр. каркас М., придающий ей прочность, образован продольным пучком актиновых микрофиламентов, связанных поперечными белковыми сшивками. Нижняя часть актинового пучка вплетена в примембранную кортикальную сеть. В состав М. также входит белок миозин I, головки которого связываются с актиновыми филаментами и могут вызывать укорочение или удлинение М. по принципу скользящих нитей. М. обнаружены и у соединительнотканных клеток (фибробласты, лейкоциты). Из М. состоят кутикулы у позвоночных животных. Литература Лит.: Свенсон К., Уэбстер П. Клетка. М., 1980; Ченцов Ю.С. Введение в клеточную биологию. 4-е изд. М., 2005. |
 |