Онтогенезом называется индивидуальное развитие особи (Э. Геккель, 1866).
Онтогенез растений и животных состоит из качественно различных периодов: эмбриогенез, юность, зрелость и старость.
Дифференциальная активность генов в ходе онтогенеза. В результате дифференциальной активности генов формируются различные дифференцированные клеточные линии, а на их основе — ткани и органы. Дифференцировкой называют комплекс изменений, вовлеченных в прогрессивные расхождения в структуре и функциях клеток организма. При этом в каждой линии клеток дифференцировка приводит к постоянному сужению спектра транскрипции. Организм взрослых гермафродитов нематод состоит из 959 соматических клеток, у самцов 1031 клетка. Число зародышевых клеток у обоих полов варьирует. Число соматических клеток фиксировано. Каждая клеточная линия (ткань, орган) характеризуется определенным набором генов, активируемых в процессе ее развития. Число генов, вовлеченных в развитие и функционирование органов и тканей человека: мозг – 3195, глаз – 547, почка 712, эмбрион – 1989.
ТОТИПОТЕНТНОСТЬ способность отдельных клеток в процессе реализации заключенной в них генетической информации не только к дифференцировке, но и к развитию в целый организм. Тотипотентны оплодотворенные яйцеклетки растений и животных. Для соматических клеток животных характерна тканевая специфичность с ранних стадий эмбрионального развития, и поэтому они не обладают тотипотентностью. Однако стволовые клетки в обновляющихся тканях животных в пределах одного типа ткани могут развиваться в разных направлениях. Например, стволовые клетки кроветворной ткани млекопитающих дают начало эритроцитам и лейкоцитам. Соматические клетки растений способны полностью реализовать свой потенциал развития с образованием целого организма. Специализированные клетки самых разных органов (листа, корня, цветка) способны к размножению в искусственной среде вне организма. При создании оптимального соотношения фитогормонов в питательной среде культивируемые клетки могут образовывать побеги или превращаться в результате соматического эмбриогенеза в зародышеподобные структуры, которые затем развиваются в целый организм. Способность соматических клеток растений проявлять тотипотентность зависит от генотипа. Тотипотентность соматических клеток лежит в основе их использования в генетической и клеточной инженерии. Гомеозисные мутации у дрозофилы. После завершения формирования сегментации, вступают в действие гомеозисные гены — большой класс генов, которые контролируют развитие какой-то части тела из определенного сегмента. В результате гомеозисной мутации из данного сегмента развивается какая-то другая часть тела.
Канцерогенез — сложный патофизиологический процесс зарождения и развития опухоли.
Онкологические заболевания занимают второе место как причина смертности населения в экономически развитых странах, уступая только заболеваниям сердечно-сосудистой системы. В разных регионах земного шара число больных опухолями колеблется от 65 до 360 на 100 000 населения.
Опухоль – это избыточное, некоординируемое организмом, потенциально беспредельное разрастание ткани, состоящей из качественно измененных клеток, для которых характерны безудержная пролиферация, нарушение дифференцировки, морфологический, биохимический и функциональный атипизм.
Опухолевый процесс – это несбалансированный тканевый рост, избыточное размножение клеток, не отвечающее потребностям ткани и организма в целом.
В патологии встречаются и другие процессы, сопровождающиеся разрастанием ткани, но они существенно отличаются от истинного опухолевого роста. Так, одним из тканевых проявлений воспалительной реакции является пролиферация клеток. Но при воспалении пролиферируют клетки различного генеза: специфические клетки данной ткани, клетки соединительной ткани, сосудов, некоторые клетки крови. Рост же опухоли осуществляется за счет размножения клеток одного типа, являющихся потомками одной клетки, подвергшейся трансформации. Пролиферация клеток при воспалении не беспредельна, она регулируема, сопровождается клеточной дифференцировкой и продолжается до восполнения тканевого дефекта. В основе гиперплазии и регенерации также лежит размножение клеточных элементов одного типа, но и эта пролиферация не беспредельна, как в опухолях, и завершается созреванием клеток.
Таким образом, самой существенной особенностью опухолевой ткани является беспредельная пролиферация клеток с нарушением процесса их дифференцировки.
Дополнительные вопросы:
Методы молекулярной биологии.
I. Методы исследования тонкой структуры клеток:
1 – электронная микроскопия
2 – цитохимический анализ – ряд красочных приемов, направленных на выделение специфических химических веществ.
3 – авторадиография – регистрация веществ , меченных изотопами. Необходим для выяснения локализации мест синтеза биополимеров, для определения путей переноса веществ в клетке, для наблюдения за миграцией или свойствами отдельных клеток.
4 – метод дробного фракционирования– позволяет получить в виде отдельных фракций разнообразные клеточные компоненты и изучить их химию, ультраструктуру и свойства.
II. Методы анализа ДНК:
1 – выделение– отбирают слой плазмы, обогащенный лейкоцитами, и с помощью детергентов производят быстрый лизис клеток. Обычная процедура лизиса включает:
Экстрагирование и удаление из раствора фрагментов белков, углеводов, липидов чаще всего производят с помощью фенольной, а затем хлороформной очисткой. При необходимости процедуру повторяют. В дальнейшем молекулы ДНК концентрируют путем осаждения в этаноле. При необходимости использование образца ДНК ее осаждают с помощью высокоскоростного центрифугирования, сливают спирт и растворяют в буферном растворе.
2 – электрофорез - это аналитический метод, применяемый для разделения фрагментов ДНК по размеру (длине) и форме. Силы электрического поля, прикладываемого к образцам, заставляют фрагменты ДНК мигрировать через гель. Гель помещается в камеру с буферным раствором, в котором суммарный заряд ДНК отрицателен, так что при подключении электрического тока фрагменты начинают двигаться в геле от катода к аноду. Более длинные молекулы мигрируют медленнее, так как задерживаются в геле, более короткие молекулы двигаются быстрее. Для электрофоретического анализа ДНК обычно используют агарозные (для относительно длинных молекул ДНК) и полиакриламидные (для высокого разрешения коротких молекул ДНК, например, в случае секвенирования) гели.
3 – рестрикция – это метод разделения ДНК на фрагменты. Здесь используется специфические ферменты рестриктазы, которые выделяются из бактериальных клеток. Их примерно 20 видов, которые отличаются друг от друга специфическим сайтом рестрикции (определенная нуклеотидная последовательность, которая узнается рестрикцией). Данный метод рестрикции для различных целей:
Ø Идентификации подвидов, видов
Ø Установление родства между видами и т. д.
4 – секвенирование – это метод определения нуклеотидной последовательности ДНК. Секвенирование проводят на аппаратах секвинаторах. Существует 2 основных метода секвенировния:
Ø Сензиматический (ферментативный или метод Сэнджера)
Ø Химический (рестракционный или метод Максама-Гильберта)
5 – ДНК – зонд – идентификация специфических участков в протяженных молекулах ДНК. Зондом может служить любая однонитевая ДНК ограниченного размера. При добавлении такой молекулы к пулу разнообразных однонитевых ДНК и обеспечении условий для гибридизации ДНК-зонд образует двунитевую структуру только с одной молекулой ДНК и только в том месте, где он найдет комплементарную последовательность.
Клонирование. Последовательности ДНК предварительно клонируют, чтобы иметь возможность получать их в любое время и в неограниченном количестве. Клонирование предполагает встраивание (инсерцию) чужеродной (экзогенной) ДНК в векторную молекулу ДНК и введение этой конструкции в клетки хозяина.
Векторные системы.В качестве клонирующих векторов используют модифицированные плазмиды, фаги, ретровирусы, аденовирусы, а также некоторые другие генетические конструкции.
6 – гиридизация – объединение 1-нитевых структур в 2-нитевые структуры по принципу комплементарности.
7 – библиотека генов представляет с собой набор клонированных фрагментов ДНК, полностью перекрывающих исходную молекулу ДНК, выделенную из какого-либо источника.
8 – полимеразная цепная реакция - экспериментальный метод молекулярной биологии, позволяющий добиться значительного увеличения малых концентраций определённых фрагментов нуклеиновой кислоты (ДНК) в биологическом материале (пробе). (Для идентификации фрагмента ДНК, прибор-амплификатор).
Метод основан на многократном избирательном копировании определённого участка ДНК при помощи ферментов в искусственных условиях (in vitro). При этом происходит копирование только того участка, который удовлетворяет заданным условиям, и только в том случае, если он присутствует в исследуемом образце. В отличие от амплификации ДНК в живых организмах, (репликации), с помощью ПЦР амплифицируются относительно короткие участки ДНК.