Конструювання клітин

Протопласти широко використовуються також в якості реципієнтів для клітинних органел. У 1973 році І. Потрікус і Ф. Хоффман успішно трансплантували ізольовані ядра петунії в протопласти тютюну. Яким чином можна ввести ядро чи інші клітинні органели в протопласт?

При використанні сандвіч-методу трансплантацію проводять в умовах слабкого деплазмолізу протопласта. Перед введенням протопласти і ядра обробляють лізоцимом, який модифікує клітинну мембрану. Далі здійснюють поперемінне осадження ядер і протопластів центрифугуванням. У результаті центрифугування в пробірках формується декілька почергових шарів. Центрифужні пробірки заповнюють осмотичним розчином (маніту) без лізоциму і центрифугують півгодини при 140 g, залишають на 2 години при температурі +4°С. Осад ресуспендують і продивляються під мікроскопом. Ядра можна виявити і в цитоплазмі, і у вакуолях. В деяких випадках при поглинанні ядра утворюються життєздатні гібриди, в інших – в клітинному циклі відбувається втрата інтеграції між чужорідним ядром і ядром господаря.

Клітинні органели можна також переносити ліпосомами. Широкий спектр одно- і багатоламельних частинок, які зливаються з мембранами протопластів, одержані із застосуванням таких речовин, як фосфатидилсерин, холестерол і т.д. Можна також преносити органели шляхом мікроін’єкцій. Цей метод широко використовується для введення в клітину ДНК, РНК, а нещодавно був успішно використаний для переносу клітинних органел у рослин.

Крім ядра трансплантують й інші органели, такі як мітохондрії і хлоропласти. Вибір цих органел пояснюється їх напівавтономністю, тобто наявністю власної ДНК і здатність ділитися самостійно, незалежно від ділення самої клітини. Крім того, ці органели контролюють найважливіші фізіологічні процеси рослинної клітини, такі як фотосинтез і дихання. Наприклад, перенос хлоропластів може використовуватися для виведення нових форм господарсько важливих сортів рослин. Трансплантація високоефективних хлоропластів може сприяти активації фотосинтезу і підвищенню продуктивності рослини.

Одним з важливих моментів являється збереження клітинних органел, тому для їх переносу останнім часом використовуються субпротопласти – фрагменти, одержані з протопластів. Вони можуть містити велику частину цитоплазми, але без ядра (цитопласти), ядро з невеликою кількістю цитоплазми (каріопласти), частина хромосом з невеликою кількістю цитоплазми (каріопласти), частина хромосом з невеликою кількістю цитоплазматичного матеріалу (мікропротопласти).

Біологічне конструювання на рівні клітини може виявитися корисним і перспективним для створення клітин, клітинних систем і цілих рослин, які б задовольняли потреби людини. Під біологічним конструюванням слід розуміти не лише введення окремих органел. Аналогічно в клітину можна вводити в чужорідний генетичний матеріал як у вигляді фрагментів ДНК, так і у вигляді окремих хромосом. Крім того, в ізольовані протопласти можна вводити клітини мікроорганізмів, створюючи таким чином штучні асоціації.