Культура клеток и тканей
Знание законов управления движением, размножением клетки, механизмов синтеза в ней различных веществ, клеточных контактов имеет важнейшее значение для биологии, медицины и сельского хозяйства.
Но как изучать клетки животных? С бактериями и другими одноклеточными микроорганизмами дело обстоит проще. Другое дело — клетки, например, млекопитающих, включенные в сложную систему организма. Они контролируются нервной системой, гормонами и другими веществами; продукты их жизнедеятельности немедленно захватываются другими клетками, и сами они зависят от химических превращений в соседних клетках. А современная наука требует, чтобы любой опыт проводился в строго контролируемых условиях: должны быть известны состав добавляемых веществ, их количество, длительность эксперимента, температура и т. п. Поэтому, чтобы изучать такие клетки, их нужно прежде всего извлечь из организма и затем создать им все необходимые условия для существования. Для этого используют культуру клеток и тканей, растущих вне организма в растворе питательных веществ.
Первые культуры клеток были получены в 1907 г. С тех пор техника культивирования клеток усовершенствовалась. В первую очередь улучшились питательные среды. Клеточные культуры сейчас выращивают в чашках и флаконах разных размеров, которые помещают в специальные термостатируемые шкафы со стерильным воздухом. Чтобы добиться еще большей стерильности, применяют антибиотики. Посуду для клеток изготовляют из специальной пластмассы, к которой клетки быстро прикрепляются, что также способствует их росту.
Широкие возможности, которые культуры клеток растений и животных открывают для проведения точных, легко повторяемых опытов, позволяют применять их в самых различных областях биологии. На культурах изучают, как клетки размножаются, как они синтезируют белок и нуклеиновые кислоты, как работают их органоиды. Даже старение организма можно изучать с помощью клеточных структур. Выяснилось, что вирусы заражают клетки в культуре так же, как в целом организме. Но в отличие от организма в культуре за всеми этапами взаимодействия вируса с клеткой можно наблюдать с помощью электронного микроскопа, делать различные химические анализы и использовать весь арсенал современных методов исследования. Исследования раковых клеток также удобно проводить на культуре.
Поняв, как устроена и живет каждая клетка, можно подойти и к секретам отдельных тканей, органов и, наконец, целого организма.
Культуры клеток имеют и практическое значение. Их используют для приготовления вакцин — ослабленных препаратов вирусов, вызывающих иммунитет. Вирус полиомиелита поражает только клетки человека и обезьян, поэтому раньше для получения большого количества ослабленного вируса приходилось заражать им обезьян. Сейчас получены линии клеток человека. Их и заражают этим вирусом, собирая затем урожай для вакцины. На выделенных клетках разумнее подбирать лекарства, убивающие клетки именно данной опухоли больного: на них можно попробовать любое сочетание лекарственных препаратов и подобрать самое действенное.
Растительные клетки в культуре продолжают вырабатывать свойственные им вещества — эфирные масла, алкалоиды, смолы и другие, применяющиеся в различных отраслях промышленности и в медицине. Это важный источник ценнейших природных веществ. Культуру растительных клеток можно использовать и для оздоровления сортов. Многие растения поражены вирусными заболеваниями, которые грозят уничтожить ценный сорт. Из ростков их можно выделить группу здоровых клеток и получить из них растение, не пораженное вирусом, а затем уж размножить его отводками, черенками или клубнями. С помощью культур можно сохранить и исчезающие виды растений.
Широкие возможности открываются для генетиков и селекционеров, выводящих новые сорта. Изолированные ткани и клетки можно обрабатывать химическими веществами или облучать рентгеновскими лучами, вызывая мутации — изменения в наследственном аппарате. Из таких клеток и тканей образуются растения с новыми, иногда очень ценными свойствами. Культура ткани помогает преодолевать также трудности, возникающие при гибридизации отдаленных форм растений. В культуре можно получать гибриды не только растений, но и животных, причем отдаленных видов. Для этого смесь клеток обрабатывают веществами, вызывающими их слияние. Получаются новые клетки, суммирующие свойства и признаки слившихся.
Путем гибридизации получены линии клеток, вырабатывающих антитела (см. Антиген и антитело). Точно такие же, какие производит целый организм в ответ на введение чужеродного белка. Нужда в чистых антителах для экспериментальных исследований и практической медицины очень велика, но получить их в больших количествах до недавнего времени было невозможно. Дело в том, что клетки, синтезирующие в организме эти антитела, не удается долго поддерживать в культуре — они гибнут. Ученым удалось получить гибриды этих клеток и линии опухолевых клеток, практически бессмертных. Гибриды соединили в себе полезные свойства тех и других. Получение чистых (не загрязненных массой других антител, которые обычно вырабатываются в организме) антител от таких гибридных клеточных линий (гибридом) — одна из важнейших задач биотехнологии. Так, культуры клеток, полученные для решения научных проблем, уже сегодня используются для нужд практической медицины.
