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.
Культура клеток
соединительной ткани мыши. Клетки,
выращенные в капилляре,
перемещаются на дно чашки.
Увеличение в 200 раз.
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.
Вид клеток в культуре.
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.