RAKENDUSBIOLOOGIA I Raku ja embronaaltehnoloogia Koostas Kersti Veskimets

RAKENDUSBIOLOOGIA I Raku- ja embrüonaaltehnoloogia Koostas Kersti Veskimets

Fundamentaalteadused ja rakendusteadused Fundamentaalteadused püüavad välja selgitada loodusseadusi. l Rakendusteadused otsivad avastatud loodusseadustele kasutamisvõimalusi. Tooge näiteid, kus sellest kasu saab? l

Bioloogias on samuti… l l fundamentaalteadused … ja rakendusteadused… BIOTEHNOLOOGIA – rakendusbioloogia valdkond, kus kasutatakse organisme, et toota inimesele vajalikke aineid. Peamiselt bakterid, seened, GM-loomad ja GM-taimed.

Biotehnoloogia eelised: Säästab energiat l Vähem ja kahjutud jäätmed l Odav tooraine ja puudused: Ajakulu vastavate organismide leidmiseks, kasvatamiseks. Tundlikkus keskkonnategurite suhtes. l

Noored “biotehnoloogid” TTÜ Loodusteadustemaja õppelaboris Autori fotod

Mida toodetakse biotehnoloogiliselt? 1. Toiduainetetööstuses juba sajandeid tehakse: juustu, kohupiima, jogurtit jt. piimatooted.

Köögiviljade hapendamine (kurk, kapsas, seened) Pärmitaigen – leib, sai, jne. Autori foto

Õlle ja veini tootmisel

Uuemad tehnoloogiad Toidu omaduste parandamine Seentest saadud ensüümid kalgendavad piima juustu tootmisel, parandavad leiva ja õlle omadusi. Pintselhalliku abil toodetakse hallitusjuustu ja salaamit.

Tärklisest siirupi tootmisel kasutatakse bakterite ja hallitusseente amülaasi

Funktsionaalne toit … toidule on lisatud midagi, et see parandaks inimese tervist. Biokeefir, biojogurt – lisatud probiootilisi baktereid, parandavad seedimist, immuunsüsteemi. “Hellus” sisaldab Eestis patenteeritud Lactobacillus fermentum ME-3, hävitab düsenteeria, salmonelloosi ja ateroskleroosi Lactobacillus GG (välja- töötatud Soomes) on resistentne antibiootikumidele.

Probiootikumid - inimese soolest isoleeritud kasulikud bakterid Kuna inimese seedetraktis on piimhappebakterid (laktobatsillid ja bifidobakterid) väga kasulikud, siis soovitatakse tarvitada toiduks nende abil kääritatud piimatooteid, näiteks: Actimel sisaldab Lactobacillus casei baktereid, Activia sisaldab bifidobaktereid – kääritavad rinnapiima liitsuhkruid Gefiluse tooted sisaldavad bakterit Lactobacillus rhamnosus GG. Need bakterid pärsivad kahjulike bakterite paljunemist sooles, aitavad kaasa kaltsiumi omastamisele toidust, sünteesivad vitamiine jne

2. Meditsiinis kasutatakse biotehnoloogiat ka juba terve sajandi Antibiootikumid seentest ja bakteritest (penitsilliin ja tetratsükliin) A. Fleming avastas penitsilliini 1929. a Tänapäeval ligi 250 kasutusel. Alkaloidid, mida kasutatakse Parkinsoni tõve ja migreeni raviks.

3. Põllumajanduses • Silo valmistamisel • Mügarbakterid küntakse mulda – N-väetis! • Komposteerimise kiirendajad • Biotõrje (taimekaitsevahendid) – - seentest saadud ensüümid (mürgid) peletavad putukaid ja seenhaigusi. - feromoonidega meelitatakse kahjurid lõksu - bakteritoksiin (Bt-toksiin, saadud Bacillus thuringiensis-est on parim) tapab putuka vastseid selektiivselt ja inimesele mõju ei avalda.

Silotorn - kariloomade "hapukapsa" tünn

Miks liblikõielised rikastavad mulda lämmastikuga? http: //www. google. ee/imgres? imgurl=http: //www. luontoportti. com/suomi/images/6271. jpg • http: //www. oldergrupp. ee/index. php/page, Valgeristik. RETOR

4. Tööstuses Bioplast – laguneb looduses kiiremini. Biogaas – prügimägede lagundamine bakterite abil Bakterid puhastavad reovett, tekib aktiivmuda Bakterid lagundavad prügimäed ka alkoholiks Bakterid abistavad metallide kättesaamisel maardlates (üle 40 tehase) Pesuvahendites - ensüümid saadakse bakteritest ja seentest. "Intelligentsed" pesupulbrid lagundavad lipiide, valke, polüsahhariide jne.

Põhja-Soomes Talvivaaras: 2012 plaan: • 50 000 T niklit • 90 000 T tsinki • vaske • koobaltit • uraani Graniitne maak jahvatatakse, kuhjatakse, torudega õhustatakse, pritsitakse bakterite lahusega. Lahus pumbtakse kokku reaktorisse ja metallid esimesena Ni sadestatakse sulfiididena. Järjekorras sadestatakse välja järgmised. Külm segab ainult alla -20 kraadi.

RAKU- JA EMBRÜOTEHNOLOOGIA Kloonimine on geneetiliselt identsete järglaste saamine. Ka taimede vegetatiivne paljunemine on kloonimine. Meristeempaljundus on uuem meetod: Meristeemrakud on diferentseerumata ja paljunemisvõimelised. Nad on totipotentsed – “kõikvõimelised”.

Kasvukuhikust võetakse mõned meristeemrakud, pannakse söötmesse (steriilselt). Ühest meristeemist võib saada sadu võrseid. Saadakse viirusvabasid taimi: kartul, maasikas, nelk, krüsanteem. http: //oregonstate. edu/potatoes/CSS 322 Web. Notes. html

Hübridoomitehnoloogia ja monoklonaalsed antikehad • Teatud antigeen viiakse hiiresse. • Hiires tekivad vastavaid antikehi tootvad B -lümfotsüüdid. • B-lümfotsüüdid viiakse kokku kasvajarakkudega – need on hübridoomid. • Selektiivsöötmel jäävad ellu ja paljunevad ainult hübridoomid. • Nüüd on puhaskultuur ühte tüüpi antikehi tootvatest, hästi paljunevatest rakkudest.

Antigeen Monoklonaalsete antikehade tootmine Rakud ühendatakse Antikehasid tootvad B-lümfotsüüdid Kasvajarakud paljunevad hästi Monoklonaalsed antikehad topics/immune. System/frontiers Images. htm

Monoklonaalseid antikehi kasutatakse: 1. Antigeenide määramiseks st. saab avastada haigust 2. Teatud valkude puhtaks eraldamiseks 3. Rasedustestis. Testjoon värvub ainult siis, kui proov sisaldab kooriongonadotropiini. http: //thejenniferblog. files. wordpress. com/2008/01/pregnancy_test. jpg

Embrüosiirdamine ja viljastamine in vitro Superovulatsioonil küpseb lehmal palju munarakke. Pärast viljastamist pestakse embrüod välja. Nende hulgast valitakse parimad ja viiakse surrogaatemadesse. Kas sündivad vasikad on geneetiliselt identsed? Miks?

Katseklaasi (in vitro) viljastamise meetod 1970. a Miks tehakse? Heade omadustega loomalt saab palju järglasi. Embrüod säilivad sügavkülmutatult, saab transportida.

Autori foto http: //www. google. ee/imgres? imgurl=http: //img. dailymail. co. uk/i/pix/2007/12_01/tigerpigs. DM 3011 c_800 x 425. jpg

Embrüosiirdamine inimesel Esimene laps sündis Inglismaal 1978. a. , Eestis 1993. a. Nüüd on neid üle 2 miljoni. Lastetuid abielupaare on Eestis 10 – 20%. In vitro viibib embrüo ainult 2 -5 päeva. Munarakud võetakse otse munasarjast nõelpipetiga. Asendusema ei ole Eestis lubatud. Kas olete poolt või vastu?

Imetajate kloonimine 1. Embrüonaalkloonimine: Varase embrüo rakud (2 - 16 rakku) on totipotentsed, need eraldatakse üksteisest ja viiakse mitmetesse emasloomadesse. Igast rakust saab areneda tervikorganism.

Embrüonaalkloonimine

Embrüonaalkloonid Kas embrüonaalkloonid on identsed geneetiliselt ja fenotüübilt? Põhjenda!

2. Tuumkloonimine s. t. keharaku tuuma viimisel munarakku on saadud uus organism. 1997. a. saadi esimene tuumkloonitud lammas Dolly. Katse näitas, et imetajate tuumas on kogu organismi arenguks vajalik aktiivne geneetiline info olemas. Kas Dollyl on ainult tuumadoonori geenid?

Udararakust võeti tuum Munaraku tuum eemaldati Rakud liideti elektriimpulsiga Rakk jagunes nagu embrüo Sündis kloon – Dolly Embrüo siirdati kolmandale lambale http: //www. millerandlevine. com/cloning/dolly-fig-13 -13. jpg

Dolly Suurmeister piimaannis koos oma klooniga http: //www. cyagra. com/gallery/images/Jewel%20 plus%20 clone-web. jpg http: //www. emagazine. com/images/upload/1171566901 Dolly_. jpg

Kloonitud on hiiri, küülikuid, kasse, lambaid, kitsi, sigu, muulasid, veiseid, hobuseid jne. Pole suudetud kloonida ahve, konni. Tegelikult enamus katsetustest ei õnnestu: nt. hobune saadi 328 katsetuse tulemusel. Kloonide eluiga on normaalsest lühem. Miks? Tegelikult ei ole ka tuumkloonid väljanägemiselt ja omadustelt identsed. Ka ühemunakaksikute sõrmejäljed on erinevad. Miks?

Esimene kloonitud hobune. Tema emaks on tema õde. http: //www. wired. com/news/images/full/horse_clone_f. jpg

Kloonitud kassi värvus ei ole sama http: //www. mun. ca/biology/scarr/Cloned_Cat. html

Miks kloonida? : 1. Transgeensete organismide saamiseks 2. Mudelhiired luuakse, et leida ravimeid inimese haigustele. 3. Hävimisohus olevate liikide säilitamiseks: võetakse hävimisohus looma tüvirakust tuum ja viiakse see lähedase liigi munarakku. Munarakk siirdatakse tagasi looma emakasse. Sünnib hävimisohus liigi esindaja.

Gajaal (koduloom) ja Gaur - hävimisohus http: //www. vecherniy. kharkov. ua/userfiles/image/2007/ 08/22/gayal. jpg http: //www. ensnewswire. com/ens/pics 13/gaur. jpg

Inimese kloonimine? Miks ebaeetiline? Põhjenda, kas Neeme Järvi, Lennart Meri, Arvo Pärdi kloonid oleksid samade omadustega? http: //www. google. ee/imgres? imgurl=http: //www. jarva. ee/public/files/small_h 283/arvo_part. jpg http: //www. google. ee/imgres? imgurl=http: //uudised. err. ee/failid/216287_01. jpg

Kui kloonimisel saadakse tervikorganism, siis on see reproduktiivne kloonimine. Terapeutilisel kloonimisel tehakse embrüo in vitro ja kasutatakse selle rakke raviotstarbel. Selline kloonimine legaliseeriti Suurbritannias 2001. a, siis Holland, Hispaania. EL-s käivad vaidlused. . . Inimese raku tuum viiakse lehma rakku. . .

munarakk keharakk Terapeutiline kloonimine TERAPEUTILINE KLOONIMINE tuum eemladatakse Keharaku tuum viiakse munarakku Embrüo areng blastotsüsti staadiumini Embrüo tüvirakud kasvatatakse teatud koe rakkudeks

Tüvirakud ja rakuteraapia Selgroogsete tüvirakud on diferentseerumata või vähediferentseerunud rakud. Rakuteraapia – tüvirakke kasutatakse kahjustunud kudede taastamisel. Parimad on sügoodi esimestel jagunemistel tekkinud rakud (moorula) – totipotentsed. Embrüoplasti rakud võivad ainete toimel areneda igaks koeks: http: //biomedicum. ut. ee/armpgb/1 kursus/Ani_a 1. swf Nabaväädivere tüvirakud saavad ka areneda erinevateks kudedeks (külmutatakse)

Pluripotentsed tüvirakud embrüoplastist Totipotentsed In vitro viljastatud munarakk Blastotsüst ehk põisloode Kobarloode ehk moorula Embrüoplast Differentseerumata tüvirakukultuur Vererakud Närvikude Südamelihaskude http: //www. google. ee/imgres? imgurl=http: //www. amyshah. com/wp-content/uploads/2007/04/pluripotent-stem-cells. jp

Täiskasvanu tüvirakud: Ammu on tuntud vereloometüvirakud. Viimased uurimused näitavad, et kõikides kudedes on omad tüvirakud, ka närvikoes. Mida aktiivsem inimene, seda enam neuronid paljunevad! Näiteks: rasvkoest on saadud tüvirakke, mis muudeti luu-, kõhre-, rasva-, ja lihasrakkudeks. Peagi saab juba ükskõik millise keharaku suunata teatud ainetega arenema ükskõik millises suunas. Sea rakkudega saab ka inimesi ravida!

Kunstlik nahk on loodud 2006. a. Nabaväädivere tüvirakkude abil on inimesi terveks ravitud. Püütakse kasvatada terveid organeid: südant, rinda, kõrva jne. Esimene kunstlikult kasvatatud põis on loodud ja edukalt inimesele siirdatud. Edukalt kasvatatakse luid.

14 -aastasele poisile siirdati põsesarnaluud, mis olid kunstlikult kasvatatud: Spermatogoonid on muudetud pluripotentseteks rakkudeks! http: //www. thehealthage. com/hysterectomies-a-source-of-stem-cells/0622 http: //www. scientificamerican. com/article. cfm? id=stem-cells-bone-growth

Anatoomilise ehitusega luukoe kasvatamine (A–C) Scaffold preparation. (A and B) Clinical CT images were used to obtain high-resolution digital data for the reconstruction of exact geometry of human TMJ condyles. (C) These data were incorporated into Master. CAM software to machine TMJ-shaped scaffolds from fully decellularized trabecular bone. (D) A photograph illustrating the complex geometry of the final scaffolds that appear markedly different in each projection. (E) The scaffolds were seeded in stirred suspension of h. MSCs, to 3 million cells per scaffold (≈1 -cm 3 volume) and precultured statically for 1 week to allow cell attachment, and then the perfusion was applied for an additional 4 weeks. (F) A photograph of perfusion bioreactor used to cultivate anatomically shaped grafts in vitro. (G–I) Key steps in bioreactor assembly http: //3. bp. blogspot. com/_Id. E-xwj. B 1 Kc/S 7 oy. JSd. Rce. I/AAAAGRY/Stg. Bk. WGu. Nrg/s 1600/F 1. medium. gif

Potentsiaalsed võimalused tüvirakkude kasutamiseks http: //healthmad. com/health/spare-body-parts-growing-human-organs-in-the-lab/