Цілі уроку: ознайомити учнів із сучасними ембріотехнологіями та технологіями клонування, розглянути історію їх розвитку й перспективи використання в медицині, сільському господарстві й промисловості; розвивати логічне мислення; виховувати почуття відповідальності за свої дії та дбайливе ставлення до живих організмів.

Обладнання й матеріали: таблиці, фотографії або слайди презентації, які демонструють схеми ембріотехнологій та клонування, їх досягнення та головні напрямки розвитку й можливого застосування.

Базові поняття й терміни: ембріотехнології, ембріони, штучне запліднення, клонування, цитотехнології, гістотехнології, стовбурові клітини.

Хід уроку

І. Організаційний етап

II. Актуалізація опорних знань і мотивація навчальної діяльності учнів

Питання для бесіди

1. Які особливості притаманні життєвим циклам рослин?

2. Які особливості притаманні життєвим циклам тварин?

3. Які переваги й недоліки мають складні життєві цикли?

4. Які процеси відбуваються в організмі під час ембріогенезу?

5. Які фактори підвищують ризик вад розвитку людини?

III. Вивчення нового матеріалу

Розповідь учителя з елементами бесіди

Ембріотехнології та стовбурові клітини

Мабуть, наймолодшим напрямком сучасної медицини можна вважати клітинні технології, в яких клітини є джерелом тих або інших необхідних чинників, наприклад пухлинних антигенів під час вакцинотерапії. Але використовувати клітину можна не тільки як джерело будь-яких субстанцій, а й для регенеративноїмедицини. Тут особливий інтерес викликають технології, засновані на стовбурових клітинах. Здатність до необмеженого поділу й перетворення на різні типи клітин (так звана плюрипотентность) робить їх ідеальним матеріалом для трансплантаційних методів терапії. Найбільш доступними вважаються стовбурові клітини дорослого організму. Однак реальний потенціал їх диференціювання ще мало вивчений.

Термін «стовбурова клітина» (СК) був уведений у біологію О. О. Максимовим 1908 р. Досліджуючи процеси кровотворення, він дійшов висновку: у нашому організмі протягом усього життя зберігаються недиференційовані клітини, які можуть перетворюватися на лімфоцити та інші спеціалізовані клітини сполучної тканини й крові. Пізніше О. О. Максимов назвав ці клітини стовбуровими.

На ранніх стадіях розвитку ембріона клітини неспеціалізовані. Вони отримали назву стовбурових (СК), тому що розташовані біля основи уявного стовбура генеалогічного дерева клітин, яке вінчає корона з різних спеціалізованих клітин. На відміну від звичайних клітин, приречених виконувати чітко визначені функції в організмі,

СК у процесі розвитку мають можливість набувати спеціалізації. СК розмножуються шляхом поділу, як і всі інші клітини. Відмінність полягає в тому, що вони можуть ділитися необмежено, а зрілі клітини зазвичай мають обмежену кількість циклів поділу. Тож говорять, що СК здатна до проліферації, тобто до тривалого розмноження і репродукції великої кількості клітин.

Вони здатні до диференціювання — процесу необоротної спеціалізації клітин. Сили, що дають поштовх початку диференціювання, очевидно, можуть бути внутрішніми й зовнішніми. Внутрішні сигнали управляються генами клітини, а зовнішні — хімічними речовинами, які виділяють інші клітини, фізичним контактом із сусідніми клітинами, а також деякими молекулами навколишнього середовища. У всіх випадках ці впливи мають по суті інформаційний характер, а не фізичний, хімічний чи характер середовища.

Протягом життя в дорослому організмі постійно відбувається загибель клітин різних тканин, як у результаті природного відновлення (апоптоз), так і через ушкодження (некроз). Унаслідок цього в організмі постійно відбуваються процеси відновлення (репарації) втрачених клітин. У результаті клітинного поділу зі стовбурових клітин виникають материнська й дочірня клітини. Материнські використовуються для самопідтримання популяції, а дочірні або перетворюються на камбіальну клітину, або безпосередньо диференціюються. Стовбурова клітина зберігає властивості ранніх ембріональних клітин — плюрипотентність, а камбіальна цю здатність утрачає й виробляє лише регіональні структури. Таким чином, камбіальні клітини забезпечують відновлення втрачених клітин відповідних тканин і органів.

Потрапляючи в організм під час трансплантації, СК продовжують ділитися й самі знаходять місце, де їхня допомога найпотрібніша. Ця здатність СК отримала назву хоумінга. Отже, хоумінг — це здатність клітин до міграції в «потрібне місце» — «рідний» орган і тканину (у свою стовбурову нішу) або в ділянку ушкодження.

Надзвичайно привабливими для використання в медицині є ембріональні стовбурові клітини (ЕСК) людини: з них можна отримувати будь-які типи клітин організму. Але багато властивостей і клітинні механізми так званої «стовбурової» клітини ставлять її дуже близько до трансформованої, ракової клітини. Саме тому так важливо сьогодні вивчати характеристики самих ембріональних клітин. За вісім років, що минули з моменту одержання перших ліній ЕСК людини, вдалося з’ясувати лише невелику частину механізмів, що забезпечують у культурі самопідтримку недиференційованих клітин або їх диференціювання.

Ембріональні стовбурові клітини отримують із внутрішньої клітинної маси бластоцисти на найбільш ранніх стадіях розвитку ембріона, коли вона ще не імплантувалася в стінку матки. Саме з клітин внутрішньої клітинної маси в подальшому розвивається цілий організм.

Ще недавно кількість ліній ЕСК людини, доступних для вивчення, було невелике. Сьогодні їх стало набагато більше, але методологічні труднощі й висока вартість роботи з ними ще обмежують коло дослідників. Не менші обмеження на дослідження в галузі ембріональних клітин людини накладає етична сторона. Незважаючи на дебати про етичність чи неетичності роботи з Е СК людини, очевидно, що питання вже не в тому, чи проводити дослідження у сфері ЕСК людини, а в тому, як будуть проводитися дослідження в цій галузі. За останні два роки у великій кількості країн уже були прийняті закони, які дозволяють дослідження ембріональних стовбурових клітин людини.

Клонування

Клонування — це метод розмноження статевороздільних істот (тварин і людей), з допомогою якого в нестатевий спосіб можна отримати новий організм, який буде генетично ідентичним до організму, що передбачається клонувати. Клонування є відомим явищем у рослинному світі. Перші спроби клонування тварин здійснювалися в 30-х рр. ХХ ст. Велику роль у цьому зіграв технічний прогресс у сфері молекулярної біології, генетики і штучного запліднення. Новий етап у клонуванні визначають експерименти шотландських учених, які завершилися народженням вівці Доллі (27 лютого 1997 р.). Це досягнення відкриває шлях до клонування людини.

Існують два різні шляхи, з допомогою яких можна досягнути клонування.

1. Перенесення ядра клітини суб’єкта, якого хочуть клонувати (дублювати). Ядро вводять у запліднену або незапліднену яйцеклітину після видалення або нейтралізації існуючого в ній ядра. Ядро клітини має повний генетичний код певного організму, що дозволяє «відтворити» генетично ідентичний організм. Така техніка передбачає два моменти: видалення ядра з яйцеклітини або одноклітинного ембріона (зиготи) і злиття клітини, з якої береться ядро, з указаною яйцеклітиною або одноклітинним ембріоном з допомогою електричного шоку. Це дає змогу привести в дію процес поділу нового отриманого індивіда, якого потім переносять у матку особини жіночої статі.

2. Розщеплення ембріонів, тобто штучне проведення природного процесу формування ідентичних близнюків (або монозигот), який полягає в мікрохірургічному поділі ембріональних клітин на перших стадіях їхнього розвитку (до 14 днів після запліднення) на два або більше ідентичних ембріонів. Після цього розділені організми здатні незалежно розвиватися завдяки клітинній поліпотенції — властивості однієї клітини давати початок різним тканинам, що формують організм.

IV. Узагальнення, систематизація й контроль знань і вмінь учнів

Дати відповіді на питання:

1. На яких процесах і властивостях організму засновані ембріотехнології?

2. Яким чином здійснюють клонування?

3. Для яких цілей можна використовувати ембріотехнології?

4. Навіщо людству треба розвивати технології клонування?

5. Які проблеми можуть виникнути в суспільстві у зв’язку з розвитком ембріотехнологій?

6. Які проблеми можуть виникнути в суспільстві у зв’язку з розвитком технологій клонування?

V. Домашнє завдання

Вивчити відповідний параграф підручника.