Лекция №12 Онтогенез. Постэмбриональный период.

Периодизация постэмбрионального развития

Постэмбриональное развитие начинается с момента рождения или вылупления организма из под яйцевых оболочек и заканчивается смертью.

Условно постэмбриональное развитие подразделяется на 3 периода: 1- роста и дифференцировки (ювенильный), 2- зрелости (пубертатный), 3- старости, заканчивающийся смертью.

Длительность постэмбрионального периода у разных видов организмов различна от нескольких часов (бабочки однодневки) до сотен лет (черепахи, дубы).

Для человека рассчитана естественная продолжительность жизни (125 – 150 лет), но на неё влияют многие отрицательные факторы (войны, эпидемии болезней, природные катаклизмы – наводнения, землетрясения; социальные условия жизни и др.). Поэтому в разные века, в разных странах средняя продолжительность жизни человека была разной (слайд).

В настоящее время средняя продолжительность жизни человека на Земле составляет для женщин 72 года, для мужчин – 70 лет. Самое «старое» общество отмечается в Японии (87 – 89 лет).

Предложено несколько классификаций деления возрастов.

Так, в 1960 году предложена классификация, по которой считается, что у людей

45 – 60 лет – средний возраст

60 – 75 лет – пожилой

75 – 90 лет – старческий

более 90 лет – долгожитель.

Биологическая классификация деления возрастов берет за основу период роста (до 25 лет)

До 25 лет – период роста

25 – 50 – молодой и зрелый

50 – 75 – пожилой

75 – 100 – старость

более 100 лет – долгожитель

Характеристика ювенильного периода.

Начинается этот период с момента рождения или вылупления организма из под яйцевых оболочек и продолжается до периода зрелости. В этот период происходят процессы роста и дифференцировки.

Рост – это количественное увеличение размеров и массы тела, которое может осуществляться 3-мя путями увеличения:

1) размеров клеток (черви).

2) числа клеток

3) количества неклеточного вещества

Все организмы, в зависимости от характера роста, делятся на 2 группы:

1) с определенным (ограниченным) ростом, прекращают расти к определенному возрасту.

Например человек растет до 25 лет.

2) с неопределенным (неограниченным ростом, растут в течении всей жизни – рыбы, деревья).

Скорость роста, его интенсивность наибольшие в начале онтогенеза, с возрастом они снижаются; неодинаковы они и в разные периоды жизни.

Дифференцировка – это качественные изменения в строении клеток, тканей, органов. Это функциональное развитие систем органов.

На рост и дифференцировку влияют внутренние и внешние факторы.

Внутренние факторы - генотип, нейро-гуморальная регуляция.

Генетический аппарат определяет рост и дифференцировку любого организма. Состояние нервной системы оказывает огромное влияние на эти процессы.

Гуморальную регуляцию (влияние гормонов) переоценить невозможно. Так, гормон передней доли гипофиза – гормон роста (соматотропный гормон) регулирует рост. Его недостаток в детском возрасте приводит к заболеванию – гипофизарному нанизму (карликовости), избыток – гигантизму (выше 2 м). Избыток гормона роста в зрелом возрасте вызывает акромегалию (разрастание отдельных частей тела – костей кисти, стопы, лицевого черепа). Для оптимального действия гормона роста необходимо наличие гормонов щитовидной железы (тироксина Т3, Т4). Их нехватка в детском возрасте приводит к развитию кретинизма (слабоумию), во взрослом возрасте – миксидемы. Избыток этих гормонов вызывает заболевание тиреотоксикоз.

Внешние факторы: пища, температура, свет, давление и др.

Для нормального роста и дифференцировки организм нуждается в полноценном питании как по качеству, так и по количеству. Должно быть оптимальное соотношение всех органических соединений (белков, жиров, углеводов, витаминов) и микроэлементов, минеральных солей и воды.

Недостаток незаменимых аминокислот вызывает прекращение роста, нарушение дифференцировки и гибель организма.

Важная роль принадлежит витаминам. При их недостатке возникают заболевания: цинга (С), куриная слепота (А), бери-бери (В1), злокачественная анемия (В12), бесплодие (Е), повышение проницаемости сосудов (Р), рахит (Д).

Все свободноживущие организмы являются аэробами, т.е. им необходим кислород.

Существенное влияние на рост и дифференцировку оказывают такие внешние факторы как температура и свет. Прямые солнечные лучи тормозят рост, но способствуют дифференцировке; на свету в коже у человека образуется витамин Д.

К концу ювенильного периода в организме завершаются рост и дифференцировка.

Характеристика периода зрелости.

Этот период характеризуется максимальной дифференцировкой всех систем органов. Это репродуктивный период, когда организмы способны к размножению. У человека этот период наибольшей трудоспособности, расцвета физических и умственных способностей.

Характеристика периода старости.

Во время старения происходит инволюция (обратное развитие). Снижается функция всех систем органов, уменьшаются размеры органов и организма в целом. Преобладают процессы диссимиляции. Внешние проявления старости у человека: изменение осанки, эластичности и тургора кожи, поседение волос, выпадение зубов.

Различают физиологическую и преждевременную старость.

Изучает процессы старение наука геронтология.

Гериатрия – это наука изучающая болезни старческого возраста.

Почему же наступает старость организма?

Геронтология располагает сейчас огромным количеством фактов об изменении различных структур и функций организма в процессе старения. Выдвинуто свыше 300 гипотез о причинах старения. Многие из них имеют чисто исторический характер. Теории XIX века:

1) Самой первой теорией была эндокринная.

Автор – Броун Секар. По его мнению, причиной старения было угасание деятельности половых желез. Проводили опыты на животных, вводили им половые гормоны. Все процессы жизнедеятельности усиливалась, но затем происходил их резкий спад. Однако полностью отвергать значение половых гормонов в старении нельзя.

2) Затем была высказана теория возрастного изменения физколлоидного состояния цитоплазмы клеток чешским врачом Ружичка.

3) Ещё одна теория старения была предложена И. И. Мечниковым. Он различал старость физиологическую и патологическую, придавая большое значение не только биологическим, но и социальным факторам. Свои взгляды на эту проблему он изложил в произведениях «Этюды о природе человека», «Этюды оптимизма», «Продление жизни». По представлениям И. И. Мечникова, с возрастом в организме усиливаются процессы интоксикации, самоотравления в результате накапливающихся продуктов азотистого обмена (в частности, аммиака, как конечного продукта распада белков), а также под влиянием продуктов гниения в толстых кишках. Согласно этой теории, интоксикация сильнее поражает специфические паренхиматозные ткани (клетки печени, мозга), а клетки соединительной ткани, наоборот, гипертрофируются, размножаются, замещая собой погибшие клетки жизненно важных органов.

И. И. Мечников, рассматривая старческую атрофию с позиций учения о фагоцитозе, искал экспериментальные пути вмешательства в этот процесс для сохранения специфических паренхиматозных клеток. Им была предпринята первая попытка получить экспериментальную модель старости на животных под влиянием воздействия на их организм токсических веществ. Для прекращения гнилостных процессов в кишках Мечников предлагал употребление в пищу молочнокислых продуктов, что создает неблагоприятную среду для гнилостных бактерий.

И. И. Мечников считал, что продолжительность жизни зависит от соблюдения ряда условий, которые он объединил в ученье о нормальной жизни и назвал ортобиозом (гр. orthos - прямой, правильный, bios - жизнь). В основе ортобиоза - соблюдение правил гигиены, трудолюбивой, умеренной жизни без всякой роскоши и излишеств. Несмотря на ряд положительных сторон, теория И. И. Мечникова касается лишь одной из причин старения.

4) Важную роль в развитии геронтологии сыграли работы академика А.А.Богомольца, который считал, что причина старения - нарушение межтканевых системных отношений в организме. Особое значение он придавал соединительной ткани, которую считал активным регулятором трофики клеток и тканей. Известный афоризм старых клиницистов" человек имеет возраст своих артерий " Богомолец изменил, подчеркнув конкретно их соединительно - тканный компонент: " человек имеет возраст своей соединительной ткани ". По этой теории старение протоплазмы клеток является следствие созревания клеточных коллоидов, образующих биохимически инертные комплексы.

5) Для понимания причин старческих изменений имеет значение также учение И. П. Павлова о регулирующей и интегрирующей роли центральной нервной системы в жизнедеятельности организма. Сотрудница И. П. Павлова М. К. Петрова в экспериментах на животных показала, что нервные потрясения и продолжительное нервное перенапряжения вызывают преждевременное старение. Следовательно, состояние нервной системы имеет значение в профилактике преждевременной старости. И. П. Павлов обнаружил, что нервная ткань восстанавливает свои свойства ритмичным чередованием периодов активности и торможения. Учение И. П. Павлова об охранительном торможении - нормальном физиологическом сне - имеет непосредственное отношение к проблеме старения и долголетия.

6) М. Рубнер (1908) выдвинул «энергетическую» теорию старения, он объяснял ее тем, что каждый вид имеет свойственный ему энергетический фонд, который растрачивается в течение жизни, наподобие того, как расходует энергию заведенный механизм пружинных часов. По представлениям автора, время, в течение которого этот запас энергии будет израсходован, зависит от величины поверхности тела. Чем больше теплоотдача с поверхности тела, тем интенсивнее обмен энергии и меньше продолжительность жизни.

Мелкие животные, имеющие более высокое отношение площади поверхности к массе тела, имеют меньшую продолжительность жизни (крыса - 2-3 года, собака - 20 лет, слон - более 80 лет).

Однако ко многим видам эта теория неприменима. Так, близкородственные виды крысы и белки (отряд грызуны) имеют сходные размеры и массы тела; белки ведут подвижный образ жизни и живут 15-20 лет, а длительность жизни менее подвижных крыс 2.5-3 года. Более подвижные зайцы живут в 2 раза дольше, чем кролики.

Выводы, следовавшие из теории Рубнера и других теорий «растраты жизненной энергии», находятся в противоречии с данными экспериментальной и практической геронтологии, которые показывают, что предельное ограничение двигательной активности не продлевает жизнь, а наоборот сокращает ее. Лучшая самообновляемость протоплазмы клеток происходит именно при деятельной жизни, включающей активную физическую работу и упражнения.

7) Большое значение в раскрытии механизмов молекулярных изменений при старении имеют работы харьковской школы онтофизиологов. В 1940 г. А. В. Нагорный выдвинул теорию, согласно которой старение - это результат затухающего самообновления белков. Для старости характерно ухудшение процессов самообновления протоплазмы, ведущее к снижению синтеза белка, к появлению белковых структур с низким метаболизмом. В ходе дифференцировки протоплазма клетки перегружается специализированными белками, а относительное содержание нуклеопротеидов уменьшается. Эта теория развивается академиком В. Н. Никитиным и его сотрудниками (Биологический институт, Харьков).

8) В литературе приводятся данные о повышении с возрастом частоты хромосомных нарушений. Установлено (Н. П. Бочковым), что у человека и животных по мере старения повышается чувствительность хромосом к действию повреждающих агентов. У людей старше 75 - 90 лет обнаружена повышенная частота хромосомных аберраций. Однако выдвинутая теория (Куртис, 1956, Сииллард, 1959) о причинной роли хромосомных повреждений в старении вызывает сомнения. Возможно, что увеличение хромосомных аберраций с возрастом является следствием, а не причинной старения. В стареющих клетках уменьшается скорость синтеза ДНК. Причинами этого могут быть снижение активности фермента ДНК-полимеразы, образование дефектных ферментов, уменьшение энергетического потенциала клеток. Установлено, что в процессе старения изменяется структура дезоксирибонуклеопротеидов, связи между ДНК и белком становятся более прочными, инертными.

9) Многие современные теории предполагают, что старение является следствием первично возникающих изменений в генетическом аппарате клеток. В онтогенезе происходят количественные и качественные изменения нуклеопротеидных комплексов, приводящие к изменениям интенсивности их самообновления и снижающие активность белкосинтезирующих систем. Показано, что в старости увеличивается содержание гистонов и становятся более прочными их связи с ДНК, содержание негистоновых белков уменьшается (Бердышев. 1972; Никитин, 1972).

10) Американский исследователь Хейфлик установил, что в культурах фибропластов эмбрионов клетки способны дать всегда только ограниченное постоянное число генераций. При этом у различных видов обнаруживается неодинаковое число клеточных делений: у имеющих большую продолжительность жизни их больше, а у видов с короткой продолжительностью жизни - меньше. Так, фиброласты эмбрионов человека дают около 50, а мыши и курицы - около 15 генерации. Основываясь на этом, Хейфлик пришёл к выводу, что подобный ограниченный митотический потенциал свойствен и клеткам в организме.

Однако старение сложного организма нельзя свести к ограниченности митотического потенциала его клеток. К тому же большую часть клеток организма составляют высокодифференцированные клетки, не способные к делению в зрелом организме, и именно они играют большую роль в проявлении возрастных сдвигов, чем клетки, способные к делению. Этот факт признавал сам автор митотического " лимита".

11) Иммунная теория.

Начиная со зрелого возраста, иммунные способности организма постепенно снижаются. В силу этого у пожилых людей уменьшаются защитные механизмы как против возбудителей болезней различной природы, так и против собственных переродившихся, мутировавшихся клеток. Кроме того, в пожилом возрасте бывают нарушения деятельности системы иммунитета, приводящие к развитию аутоиммунных реакций с участием Т - и В-лимфоцитов, агрессивных по отношению к собственным антигенам клеток и тканей, разрушающих их.

12) В. В. Фролькис выдвинул адаптационно-регуляторную теорию старения. Согласно этой теории, старение не рассматривается как процесс равномерного угасания, нарушения обмена, структуры и функции, а как сложный, многокомпонентный и не однонаправленный процесс, противоречивый по своей сущности. В ходе старения происходит мобилизация важных адаптивных механизмов, направленных на сохранение жизнедеятельности организма и увеличение продолжительности жизни. Проявлением таких процессов является повышение чувствительности клеток к действию медиаторов и гормонов в условиях снижения синтеза этих веществ в старческом организме. Наблюдается усиление процесса гликолиза, гипертрофия некоторых клеток, возникновение в них полиплодии или многоядерности (например, в клетках печени).

Как видно из изложенного, авторы представленных теорий рассматривают процесс старения с различных позиций, находя определенные изменения на различных уровнях — от молекулярно-генетического до организменного. Единой теории старения не создано, но можно предполагать, что многие элементы частных теорий войдут в будущую синтетическую теорию старения.

Смерть, её виды.

Смерть является завершающим этапом онтогенеза. Она может быть естественной (физиологической), в результате выраженных процессов старения организма.

Может быть преждевременной (патологической) – в результате болезни.

У высших многоклеточных организмов в начале наступает клиническая, а затем биологическая смерть.

Клиническая смерть характеризуется отсутствием видимых признаков жизни, т.е. сознания, дыхания, сердцебиения. Длительность клинической смерти 5-8 минут. Однако клетки еще жизнеспособны, в них идет обмен веществ. Раньше всех наступают необратимые процессы в клетках коры головного мозга. Постепенно наступает биологическая смерть, характеризующаяся полным прекращением всех обменных процессов, наступают необратимые изменения в тканях и органах.

Реанимация организма.

Реанимация (оживление, возвращение жизни) организма возможна из состояния клинической смерти. Реанимационные мероприятия в первую очередь направлены на восстановление дыхательной функции, работы сердца и коры головного мозга.

Реанимационные мероприятия проводятся не только, когда человек находится в состоянии клинической смерти, но и при остановке работы жизненно важных органов во время операции, после наркоза. Для этого используются лекарственные препараты стимулирующие их работу, специальные аппараты – искусственного дыхания, электро-стимулятор сердца.

Благодаря реанимации многие люди были возращены к жизни. Научными основами реанимации человека занимается наука реаниматология. Созданы центры реанимации (Петров, Саркисян, Бакулев, Вишневский и др.)

Лекция №13 Регенерация и трансплантация.

I. Регенерация, её виды.

Регенерация – это процесс повторного развития, восстановление организмом утраченных или повреждённых органов и тканей, а также восстановление целого организма из его частей.

Процессы регенерации могут идти на различных уровнях: клеточном, тканевом, органном и организменном.

Виды регенерации:

I. Физиологическая.

II. Репаративная.

III.Патологическая.

I. Физиологическая регенерация – восстановление морфологических структур (на клеточном и тканевом уровнях) в процессе жизнедеятельности организма.

Примером физиологической регенерации может служить постановление эпителия кожи у человека, регенерация форменных элементов крови, волос, эпителия слизистых оболочек ротовой полости, желудка, кишечника и т.д.

II. Репаративная регенерация (от reparation- возмещение) – восстановление тканей и органов, отторгнутых насильственным путём. В зависимости от масштабов повреждения различают формы репаративной регенерации:

а) на клеточном уровне;

б) на тканевом уровне; например, при переломе кости у человека сначала появляется костная мозоль, а затем восстанавливается костная ткань.

в) на органном уровне; например, у человека может регенерироваться печень.

г) на организменном уровне; например, встречается у кишечнополостных, плоских и кольчатых червей.

Эту регенерацию Б.П. Токин в 1958 году выделил в самостоятельную форму и назвал её соматическим эмбриогенезом. Соматический эмбриогенез – восстановление целого организма из группы соматических клеток. Например, у кишечнополостных (гидра), у ресничных червей (белая планария) из группы клеток 1/10 организма восстанавливается новый организм.

Способы репаративной регенерации:

а) эпиморфоз

б) морфаллаксис

в) эндоморфоз

Эпиморфоз – отрастание утраченного органа от раневой поверхности. Ткани, прилежащие к ране рассасываются, клетки начинают активно делиться. Сначала образуется зачаток органа, а позже восстанавливается и сам орган. Например, регенерация хвоста у ящерицы.

Морфаллаксис – перегруппировка оставшейся части органа с последующим восстановлением органа меньших размеров или целого организма. Новая особь (или восстановленный орган) сначала оказывается меньших размеров, но в дальнейшем увеличивается.

Обычно эпиморфоз и морфаллаксис сопутствуют друг другу, но в одних случаях преобладает первая форма, а в других – вторая. Так, при отрастании хвоста у ящерицы или ноги у тритона имеет место преимущественно эпиморфоз, а при регенерации планарий, гидры, ноги таракана – морфаллаксис.

Эндоморфоз (регенерационная гипертрофия) – регенерация, происходящая внутри органа. В этом случае восстанавливается не форма, а масса органа. Регенерация по типу эндоморфоза начинается с заживления раны, а затем происходит увеличение оставшейся части органа за счет размножения клеток и их гипертрофии.

Восстановившийся орган в размерах сохраняет форму культи. Например, регенерация печени у млекопитающих.

III. Патологическая регенерация – разрастание тканей, не идентичных здоровым тканям в повреждённом органе. Например, на месте глубоких ожогов может быть массивное разрастание плотной соединительной рубцовой ткани, нормальная структура кожи не восстанавливается. После перелома кости при отсутствии совмещения обломков её нормальное строение не восстанавливается, а разрастается хрящевая ткань.

Формы патологической регенерации:

а) Заполнение дефекта. В результате травмы возникают дефект или рана, которые заполняются другой тканью. Например, при глубоком порезе вместо мышц разрастаются соединительная ткань и образуется рубец.

б) Регенерация патологически измененных тканей. Например, после инфаркта миокарда мышечная ткань сердца заменяется на соединительную ткань.

в) Заместительная регенерация – это искусственная регенерация. Сначала пересаживается ткань, которая затем отторгается и далее восстанавливается ткань организма. Например, при обширных ожогах используют кожную пластику. Кожный лоскут берут от другого организма и делают пересадку в область ожога. Со временем пересаженная кожа отторгается и восстанавливается собственная кожа организма.

г) Компенсаторная регенерация. Такая регенерация характерна для парных органов в случае, если парный орган удалён. Другой парный орган увеличивается в размерах. Например, компенсаторная регенерация характерна для почек легких.

В зависимости от результатов регенерации имеется ещё одна классификация:

1) Типичная регенерация (гетероморфоз) – восстанавливается тот же орган, или та же ткань, которые были утрачены.. Например, восстановление хвоста у ящерицы.

2) Атипичная регенерация (гетероморфоз) – на месте утраченного органа образуется другой орган. Например, при удалении у рака глаза на его месте вырастает клешня, что объясняется видоизменениями зачатков ног в процессе онтогенеза.

Условия, влияющие на течение восстановительных процессов и стимуляцию регенерации.

Основой регенерации являются молекулярно-генетические и внутриклеточные механизмы: редупликация ДНК, синтез белка, накопление АТФ, митотическая активность клеток.

Процессы, происходящие в регенерате регулируются:

- нервной системой. Денервация вызывает прекращение регенерации и, наоборот, сохранение иннервации стимулирует регенерацию.

- гуморальной системой. В частности, гормоны щитовидной железы и гипофиза усиливают регенерацию мышечной ткани. У животных с удаленной щитовидной железой процессы регенерации замедлены. Гормон коры надпочечников – альдостерон также стимулирует регенерацию. Полноценное витаминное питание способствует регенерации.

- стимулирующее влияние на регенеративный процесс оказывает функциональное состояние органа. Например, процесс восстановления мышц протекает интенсивнее при их упражнении.

- возрастом. Чем старше организм, тем менее интенсивна регенерация.

- уровнем организации. У низкоорганизованных организмов регенерация выражена лучше, вплоть до восстановления целого организма из его части (гидра, планарии).

На свойстве регенерации в медицине основана трансплантация.

Трансплантация (от лат. transplantacio – пересадка) – это пересадка или приживление тканей и органов.

Трансплантология – наука, которая изучает вопросы заготовки, хранения и техники пересадки тканей и органов у человека.

Термины, используемые в трансплантологии:

Донор – организм у которого берут ткань или орган

Реципиент – организм, которому пересаживают ткань или орган.

Трансплантант – ткань или орган, которые пересаживают.

Виды трансплантации

1. Аутотрансплантация – пересадка осуществляется в пределах одного организма.

2. Аллотрансплантация – производят пересадку от одного организма другому, принадлежащего к этому же виду.

3. Ксенотрансплантация – донор и реципиент относятся к разным видам. Например, были пересажены почки свиньи человеку.

Выделяют особый вид трансплантации – изотрансплантацию – трансплантацию между однояйцевыми близнецами.

По месту пересадки различают:

1. Ортотопическую трансплантацию – пересадку трансплантата производят на то же место.

2. Гетеротопическую трансплантацию – орган пересаживают на другое место.

Этапы становления трансплантологии как науки.

I.Хирургический. На этом этапе врачи – хирурги занимались трансплантацией с целью устранения дефектов. Врачам в этот период становления трансплантологии не было известно об иммунной совместимости донора и реципиента. Такие операции приводили к отторжению трансплантата.

II.Биолого-хирургический с середины 20 века. Он характеризуется изучением биологических особенностей донора и реципиента, их гистосовместимости.

Вклад отечественных и зарубежных ученых в развитие трансплантологии.

Пластическая, или восстановительная хирургия занимается оперативным восстановлением нормальной формы или функции органов человеческого тела, которые утрачены или нарушены в результате травмы, болезни или вследствие порока развития.

Пластическая хирургия существовала с далёкой древности, исправляя главным образом дефекты, обезображивающие человека. Сто лет назад – 7 марта 1902 г. – Австрией Tmerich Uelmann (Ульман) выполнил первую экспериментальную пересадку почки у собаки. А 7 марта 2002 г. В Вене состоялся симпозиум, посвященный 100-летию трансплантологии.

Рождение отечественной трансплантологии связано с именем великого русского хирурга Н.И. Пирогова. 9 декабря 1835 г.в Санкт-Петербургской Академии наук доктор медицины прочитал лекцию «О пластических операциях вообще, ринопластике в особенности». В этой

работе он детально проанализировал проблему трансплантологии. Пирогову Н.И. принадлежит замечательная мысль о возможности свободной пересадке кожи. В 1852 г Н.И. Пирогов разработал метод создания опорной культи при ампутации стопы с применением костнопластической операции и провёл эту операцию успешно.

В 1865 г. Р.К.Шимановский издал в Киеве руководство по кожной пластике, в котором описал известные к этому времени операции на теле человека.

С.М.Янович – Чайнский в 1872 г. Предложил метод пересадки кожных островков в толщу грануляций, В.П.Филатов – метод мигрирующей пластинки кожи на ножке, который получил широкое распространение.

В.П.Филатов в Одессе впервые сделал пересадку роговицы от трупа. В 1928 г. В.Н.Шамов впервые в мире высказал мысль о возможности переливания трупной крови (жидкая ткань) и доказал это в опытах на собаках. Человеку трупную кровь впервые перелил С.С. Юдин в 1930 г.

Первая в мире попытка пересадки почки человеку была произведена в 1934 г. русским хирургом Ю.Ю.Вороным; успешную пересадку почки с учетом иммунной совместимости сделал в 1958 г академик Б.В.Петровский.

В 1946 г. Владимир Петрович Демихов впервые в мире пересадил второе донорское сердце в грудную полость собаки. В 1947 г. также впервые в мире он осуществил пересадку лёгкого без сердца. Через год он сделал пересадку печени у собаки. В 1957 г. В.П.Демихов произвёл пересадку головы от одной собаки на туловище другой. Такое двуглавое животное прожило пять дней, обе головы реагировали на внешние раздражители. В.П.Демихов разработал технику пересадки почек у собаки.

В 1954 г. Josef E. Murray (Нобелевский лауреат) впервые успешно выполнил пересадку почки у человека.

Thomas Starzl в 1963 г. выполнил первую удачную пересадку печени у человека.

John Najarian впервые в 1967 г. выполнил пересадку поджелудочной железы у человека.

Первая, ставшая известной на весь мир, операция по пересадке сердца от человека человеку была сделана 3^го декабря 1967 г. Кристианом Бернардом, хирургом из Кейптауна, считавшим В.П.Демихова своим учителем. К.Бернард дважды, в 1960 и 1963 гг., приезжал в лабораторию В.П.Демихова и ассистировал ему.

В 1967 г. Johannes Joseph von Rood основал «Евротрансплант» - международную организацию, которая отвечает за посредничество и распределение дарственных процедур на донорские органы в Австрии, Бельгии, Германии, Люксембурге, Голландии и Словении. В этот объединенный центр стекается информация из всех специализированных центров трансплантации, лабораторий типирования и больниц, в которых осуществляется забор органов. На территории, подконтрольной «Евротрансплантату», проживает более 118 млн человек.

В настоящее время главная проблема специалистов по пересадке органов – отсутствие материала по трансплантации – почек, сердец, печени. Результаты исследований в области генной инженерии, как надеются сотрудники московского НИИ трансплантологии, могут в перспективе полностью решить проблему нехватки донорских органов. Российские хирурги начинают пересаживать пациентам клонированные органы. Выращивать сердца и почки будут из клеток самих больных. На основе стволовых клеток, которые берут из эмбрионов, или из спинного мозга человека, специалистами разработан кардиомиоцит – клетка сердечной мышцы. Кардиомиоциты способны помочь в лечении больных, перенёсших инфаркт миокарда.

Делались попытки пересадки сердца от обезьян, свиней, но безуспешно.

В крайних случаях временным вариантом является подключение пациента к искусственному сердцу.

Лекция №14 Молекулярная генетика. Гены. Теория гена. Функционирование генов в процессе биосинтеза белка у прокариот и эукариот. Генная инженерия

Ген - функциональная единица генетического аппарата организма(ДНК или РНК); информационная структура, кодирующая полипептид, р-РНК или т-РНК. Действие генов проявляется в фенотипе.

Химическое строение гена

Так как ген – участок ДНК, то в его состав входят такие химические вещества: азотистые основания (А, Г, Т, У); остатки фосфорной кислоты и дезоксирибоза.

Структура гена:

Гены включают такие единицы:

мутоны – минимально одна пара нуклеотидов, способных мутировать (изменяться)

реконы - минимально две пары нуклеотидов, способных рекомбинировать (меняться местами)

цистроны – десятки и сотни нуклеотидов, контролирующих синтез полипептидов

По функциям гены условно делят на 3 группы

I. Структурные:

Они транскрибируются и определяют структуру:

а) информационной РНК и структурных белков

б) информационной РНК и белков – ферментов

в) рибосомной РНК, транспортной РНК

II. Функциональные - выполняют регуляторные функции:

1) влияют на активность структурных генов.

2) подают сигнал начала и конца синтеза структурных генов.

3) обозначают запуск или окончание транскрипции.

К этим группам относятся гены промоторы, терминаторы, регуляторы, операторы

III. Гены, выполняющие функции модуляторов:

а) ингибиторы - супрессоры;

б) интенсификаторы;

в) модификаторы.

Свойства генов:

1) Свойство контролировать определенные ферментативные реакции.

2) Свойство к мутировать.

3) Свойство рекомбинировать.

4) Дискретность (делимость на более мелкие единицы).

5) Плейотропность (множественное действие).

6) Дозированность (зависимость результата от дозы гена).

7) Пенетрантность гена – количественный показатель: частота фенотипического проявления гена (в %) в популяции.

8) Экспрессивность – свойство характеризует степень выраженности признака.

9) Проявление гена зависит от факторов внешней среды.

Схема генетической регуляции биосинтеза белка у про- и эукариот.

Р. Жакоб и Ж. Моно в 1961 г. предложили гипотезу регуляции биосинтеза белка у прокариот – "гипотезу оперона".(слайд 11)

Строение оперона прокариот.

1) Ген-промотор (место первичного прикрепления фермента).

2) Ген- оператор – включает и выключает работу структурных генов.

3) Структурные гены расположены единым блоком – образуют центральное звено оперона.

4) Ген – регулятор находится изолировано на расстоянии от основной части оперона. Он кодирует белок – репрессор, блокирующего при присоединении к гену – оператору транскрипцию – способность блокировать транскрипцию зависит от конформации белка – репрессора. Конформация меняется при связывании его с веществами индукторами – субстратами ферментативных реакций, или супрессорами – продуктами ферментативных реакций, которые регулируют транскрипцию по типу прямой активации, индукции или обратной связи (ингибирование, репрессия). (слайд 13).

В 1972 году Георгиев Г.П. предложил схему функционирования оперона у эукариот (слайд 12). Каждый оперон состоит из двух зон: информативной и неинформативной (акцепторной зоны).

Информативная зона образована структурными генами. Особенности этой зоны у эукариот:

а) один структурный ген может повторяться в опероне многократно;

б) структурные гены, ответственные за разные звенья одной цепи биохимических реакций могут находится не в одной, а в разных частях генома, т.е. рассеянными по всему геному.

Неинформативная зона имеет 2 части: проксимальную (акцепторную) – представленную несколькими последовательно расположенными генами – промоторами, генами операторами; и дистальную (регуляционную) – представленную генами – регуляторами, рассеянными в различных местах генома.

Особенности регуляции активности структурных генов у эукариот:

1) подавление геном - регулятором активности структурных генов через белки репрессоры.

2) механизм группового подавления активности структурных генов в целой хромосоме или на большом ее протяжении белками гистонами, находящимися в хромосомах.

Но в настоящее время не все особенности взаимодействия генов в опероне эукариот изучены, так как:

1) Есть обособленное ядерной оболочкой ядро, т.е. обособлен генетический аппарат клетки.

2) Сложное строение хромосомы эукариот.

3) Высокая дифференцировка многих клеток, следовательно не реализуется весь геном полностью.

4) Большое влияние гормонов.

Основные положения теории гена.

1. Ген занимает в хромосоме определенный участок – локус.

2. Ген (цистрон) часть молекулы ДНК, имеющаяся определенную последовательность нуклеотидов, представляющую собой функциональную единицу наследственной информации. Число нуклеотидов, входящих в состав различных генов неодинаково.

3. Внутри гена могут происходить мутации - к ним способны участки гена – мутоны и рекомбинации - к ним способны частицы гена – реконы.

4. Существуют структурные и функциональные гены.

5. Структурные гены кодируют синтез белка, но непосредственного участия в сборке белковой цепи не принимают (ДНК - матрица для молекул и-РНК).

6. Функциональные гены контролируют и направляют деятельность структурных генов.

7. Расположение триплетов нуклеотидов в структурных генах коллинеарно последовательности аминокислот в полипептидной цепи, кодируемой данным геном.

8. Молекулы ДНК, входящие в состав гена способны к репарации, поэтому не всякое повреждение гена ведёт к мутациям.

9. Генотип дискретен (состоит из отдельных генов), но функционирует как единое целое. На функционирование генов оказывают влияние факторы внутренней и внешней среды.

Генная инженерия:

Генная инженерия – область молекулярной генетики, перед которой поставлена задача: конструирование новых генетических структур по заранее намеченному плану.

Методы генной инженерии разработаны в 60-70 годы и включают 3 этапа:

1) получение генетического материала.

2) создание рекомбинантных фрагментов ДНК, включение полученных генов в ДНК.

3) введение рекомбинантной ДНК в генотип клетки реципиента с помощью фагов и плазмид.

Разработаны:

1) принципы экспериментального переноса генов из одного генома в другой – трансгенез.

2) способы получения генов:

а) химический – в 1970году индийский генетик Корана получил структурный ген

б)ферментативный (по принципу обратной трансрипции и - РНК →ДНК→ и - РНК →белок). Синтезированы гены глобина, митохондрий

В настоящие время достижения генной инженерии используются в реконструировании микроорганизмов для получения:

а) антибиотиков, витаминов

б) антител

в) имунномодуляторов (гормонов пептидной природы - инсулин, гормон роста).

г) кормовых продуктов

д) пищевых продуктов