¿Alguien puede hablarme sobre ingeniería celular?

Ingeniería celular: (concepto de escuela secundaria) se refiere a la aplicación de métodos de biología celular y biología molecular, a través de algún medio de ingeniería, a nivel celular o de orgánulos, según los deseos de las personas. Es una ciencia integral y Tecnología que cambia el material genético de las células para obtener nuevos productos o productos celulares biológicos o especiales. La ingeniería celular y la ingeniería genética juntas representan la última frontera de desarrollo de la biotecnología. Con la llegada de las plantas y los animales de probeta, los biorreactores genéticamente modificados, etc., la ingeniería celular está desempeñando un papel cada vez más importante en los campos de las ciencias de la vida. La agricultura, la medicina, la alimentación, la protección del medio ambiente y otros campos tienen un papel cada vez más importante.

(Concepto más específico) se refiere a la aplicación de las teorías y métodos modernos de biología celular, biología del desarrollo, genética y biología molecular, de acuerdo con las necesidades y diseños de las personas, operaciones genéticas a nivel celular, recombinar la estructura. y el contenido de las células para cambiar la estructura y función de los organismos, es decir, a través de métodos como la fusión celular, el trasplante nucleocitoplasmático, el trasplante de cromosomas o genes y el cultivo de tejidos y células, para reproducir y cultivar rápidamente nuevas especies que necesitan las personas. .

[Editar este párrafo] Tipos

Según los diferentes tipos de células, la ingeniería celular se puede dividir en dos categorías: ingeniería de células vegetales e ingeniería de células animales.

Ingeniería de células vegetales

Métodos técnicos comúnmente utilizados: cultivo de tejidos vegetales, hibridación de células somáticas vegetales.

Base teórica: Totipotencia de las células vegetales.

Cultivo de tejidos vegetales

Ámbito de aplicación de la tecnología de cultivo de tejidos vegetales: rápida propagación y cultivo de plantas libres de virus, producción de medicamentos, aditivos alimentarios, especias y pigmentos a gran escala. cultivo de células vegetales y pesticidas, etc.

Hibridación de células somáticas vegetales

La hibridación de células somáticas vegetales es la fusión de dos células somáticas de diferentes plantas en una célula híbrida, y las células híbridas se cultivan en un nuevo método vegetal.

Ingeniería de células animales

Métodos técnicos de uso común: cultivo de células animales, fusión de células animales, anticuerpos monoclonales, trasplante de embriones, transferencia nuclear, etc. (La tecnología de cultivo de células animales es otra técnica de células animales). ingeniería La base de la tecnología)

Cultivo de células animales

Las células animales pueden secretar proteínas, como anticuerpos. Sin embargo, la cantidad de proteína secretada por una sola célula es muy pequeña y se deben obtener grandes cantidades de proteína secretada con la ayuda de cultivos de células animales a gran escala.

Aplicación de la tecnología de cultivo de células animales

Producir muchos productos biológicos proteicos valiosos, como vacunas virales, interferones, anticuerpos monoclonales, etc.

Fusión de células animales

El uso más importante de la tecnología de fusión de células animales es la preparación de anticuerpos monoclonales.

Anticuerpos monoclonales

Para obtener una gran cantidad de anticuerpos únicos se debe utilizar un solo linfocito B para la reproducción asexual, es decir, mediante la clonación se forma un grupo celular. Un grupo de células de este tipo tiene la posibilidad de producir anticuerpos con propiedades químicas únicas y una fuerte especificidad: los anticuerpos monoclonales.

La aplicación de anticuerpos monoclonales

Los "misiles biológicos" pueden transportar medicamentos a la ubicación de las células cancerosas, destruyendo las células cancerosas sin dañar las células sanas.

Con el desarrollo de la biotecnología actual, las células se han convertido en un paraíso para que los científicos usen su imaginación a voluntad. Incluso pueden ensamblar vida como bloques de construcción y jugar juegos de combinación de vida a nivel celular. Uno de los juegos de combinación de vidas más representativos es la obra maestra de los profesores de la Universidad de Yale, Klebert L. Maggot y Robert M. Peters. Cuando los óvulos fertilizados de ratas de pelo negro, ratas de pelo blanco y ratas de pelo amarillo se dividieron en 8 células, usaron una pajita especial para succionar los embriones de 8 células de las trompas de Falopio y luego usaron una enzima para disolver los moco que rodeaba cada embrión y luego lo extrajeron. Los embriones de 8 células de estos tres ratones se colocaron en la misma solución para ensamblarlos en un "embrión ensamblado" con 24 células. Margot y Peters trasplantaron el "embrión ensamblado" en el útero de un ratón. Pronto apareció un extraño ratón ensamblado. Este ratón ensamblado estaba cubierto de tres colores diferentes: amarillo, blanco y negro. Hasta ahora, además de ensamblar ratones, el Reino Unido y los Estados Unidos también han ensamblado con éxito quimeras de ovejas y cabras: ovejas-cabras. Se dice que investigadores científicos de todo el mundo están entusiasmados y están montando el "Cinco en Uno".

Una criatura "seis en uno", realmente no puedo imaginar cómo sería una criatura así.

[Editar este párrafo] Aplicación de la ingeniería celular

Como medio de investigación científica, la ingeniería celular ha penetrado en todos los aspectos de la bioingeniería y se ha convertido en una tecnología de apoyo indispensable. En los campos de la agricultura, la silvicultura, la horticultura y la medicina, la ingeniería celular está aportando grandes contribuciones a la humanidad.

1. Producción de alimentos y hortalizas

El uso de la tecnología de ingeniería celular para el mejoramiento de cultivos es el aspecto que más ha beneficiado a la humanidad hasta el momento. Nuestro país ha alcanzado el nivel más avanzado del mundo en este campo. A través del mejoramiento de anteras haploides, se han cultivado casi un centenar de variedades o cepas de arroz y hay alrededor de 30 variedades de trigo. Entre ellas, las nuevas variedades de trigo desarrolladas por la Academia de Ciencias Agrícolas de Henan tienen excelentes características como resistencia al acame, resistencia a la roya y resistencia al mildiú polvoriento.

En el cruzamiento convencional, normalmente se necesitan de 8 a 10 años para generar una nueva variedad. El uso de tecnología de ingeniería celular para cultivar anteras híbridas in vitro puede acortar considerablemente el ciclo de reproducción, generalmente 2 a 3 años antes. años, y es propicio para la selección de rasgos excelentes. La tecnología de micropropagación introducida anteriormente también se utiliza ampliamente en la producción agrícola. Su tecnología es relativamente madura y ha logrado grandes beneficios económicos. Por ejemplo, nuestro país ha resuelto el problema de la degradación de la papa. La empresa japonesa Kirin ha podido cultivar grandes cantidades de microtubérculos de papa libres de virus como semilla de papa en contenedores de 1.000 litros, logrando la automatización de la producción de semilla de papa. Mediante la variación genética de las células somáticas de las plantas se seleccionan diversos mutantes económicamente significativos, lo que desempeña un papel en la creación de recursos de germoplasma y en la selección y mejoramiento de nuevas variedades. Se han obtenido tomates de alta calidad, lino resistente al frío y nuevas variedades de arroz, trigo, maíz, etc. Se espera que esta tecnología pueda mejorar la calidad de los cultivos y hacerlos más adecuados para las necesidades nutricionales humanas.

Las verduras son un componente indispensable de la dieta humana. Aportan vitaminas, minerales, etc. esenciales al cuerpo humano. Las hortalizas suelen propagarse mediante métodos tradicionales como semillas, raíces, tubérculos, esquejes o divisiones de raíces, con bajos costos químicos. Sin embargo, la tecnología de ingeniería de células vegetales todavía tiene un gran potencial en la introducción y mejoramiento, la purificación y rejuvenecimiento de variedades y algunos eslabones intermedios en el proceso de mejoramiento. Por ejemplo, cuando se introducen nuevas variedades de hortalizas desde el extranjero, a menudo al principio sólo tienen unas pocas semillas o una cantidad muy pequeña de raíces, tubérculos, etc. Para llevar a cabo una plantación a gran escala, primero se debe llevar a cabo una proliferación a gran escala, de modo que la tecnología de micropropagación pueda aplicarse para expandir rápidamente la población en un corto período de tiempo. En el proceso de mejoramiento convencional, también se puede aplicar tecnología de cultivo de protoplastos o haploides para reproducir rápidamente la descendencia y simplificar los procedimientos de producción de semillas. Además, la tecnología de ingeniería genética vegetal también se puede combinar para mejorar las variedades de hortalizas.

2. Flores de jardín

La aplicación de la tecnología de ingeniería celular en la práctica de producción de árboles frutales y forestales es principalmente tecnología de micropropagación y eliminación de virus. Casi todos los árboles frutales padecen enfermedades virales y la mayoría de ellas se transmiten de generación en generación mediante reproducción vegetativa. La tecnología de vacunas en probeta sin virus puede prevenir eficazmente enfermedades virales, restaurar especies y acelerar la reproducción. En la actualidad, la tecnología de eliminación de virus para plántulas in vitro de más de diez tipos de árboles frutales, incluidos plátanos, cítricos, espino, uvas, melocotones, peras, lichis, longanes y nueces, está básicamente madura. La tecnología de micropropagación de plántulas in vitro de banano libres de virus se ha convertido en uno de los precedentes para la industrialización y comercialización. Debido a que los plátanos son plantas triploides, deben continuar con su descendencia mediante reproducción asexual. Los métodos tradicionales generalmente utilizan la propagación de yemas, que es muy susceptible a las enfermedades y tiene una baja tasa de reproducción. El uso de tecnología de micropropagación libre de virus no solo mejora la calidad, sino que también mejora la calidad. También aumenta el rendimiento por mu entre un 30% y un 50%, lo que es fácilmente aceptado por los productores de banano.

En los últimos años, la investigación sobre la tecnología económica del cultivo de tejidos forestales también ha recibido gran atención. Con esta tecnología se pueden plantar grandes superficies años antes que con los métodos convencionales. En particular, las semillas de algunos árboles forestales tienen un largo período de inactividad, lo que hace que el cultivo convencional requiera mucho tiempo. Según estadísticas incompletas, se han estudiado con éxito in vitro más de cien especies de plántulas de plantas forestales, como muchas especies de Pinus, Eucalyptus y Poplar, así como Paulownia, Sophora japonica, Ginkgo, té, palma, café y árbol de coco, etc. Entre ellos, el eucalipto, el álamo y el abeto Douglas se utilizan en grandes áreas para la producción. Australia ha logrado la forestación de plántulas de eucalipto in vitro, y cada año se pueden reproducir 400.000 árboles de eucalipto mediante el cultivo de plántulas.

La tecnología de ingeniería de células vegetales ha revolucionado la producción floral moderna. En 1960, los científicos utilizaron por primera vez la tecnología de micropropagación para cultivar callos de orquídeas y convertirlos en plantas, y pronto formaron un sistema de producción industrializado basado en la tecnología de cultivo de tejidos: la industria de las orquídeas. Actualmente existen más de 150 tipos de productos en el mercado mundial de orquídeas, la mayoría de los cuales son plántulas in vitro obtenidas mediante tecnología de micropropagación rápida.

Desde entonces, la oferta del mercado se ha liberado de las limitaciones de factores como el clima, la geografía y los desastres naturales. Hasta ahora, se han reportado más de 360 ​​especies de plántulas de flores en probetas. Hay decenas de especies que se han puesto en producción comercial. La investigación de nuestro país sobre claveles, rosas, gladiolos, crisantemos, violetas africanas y otras variedades está relativamente madura, y algunas se han comercializado, con un gran número de productos vendidos a Hong Kong, Macao y el Sudeste Asiático.

3. Medicina clínica y medicamentos

Desde que científicos de la Universidad de Cambridge en el Reino Unido obtuvieron por primera vez anticuerpos monoclonales utilizando tecnología de fusión de células animales en 1975, muchas enfermedades virales que los humanos no pueden combatir lucha se han encontrado con su némesis. Los anticuerpos monoclonales pueden detectar diferencias muy sutiles entre cepas de múltiples virus e identificar especies y subespecies bacterianas. Estos están más allá de las capacidades de los métodos séricos tradicionales o de los métodos de inmunidad animal, y el diagnóstico es extremadamente preciso y la tasa de diagnóstico erróneo se reduce considerablemente. Por ejemplo, un anticuerpo monoclonal contra el antígeno de superficie del virus de la hepatitis B (HBsAg) es 100 veces más sensible que los mejores antisueros actuales y puede detectar el 60% de los falsos negativos con antisueros.

En los últimos años, la aplicación de anticuerpos monoclonales puede detectar algunas lesiones tumorales muy pequeñas que no presentan manifestaciones clínicas, y detectar la localización y zona del infarto de miocardio, lo que facilita un tratamiento eficaz. Los anticuerpos monoclonales se han utilizado con éxito en el tratamiento clínico, principalmente para algunas enfermedades virales para las que no existen fármacos específicos, especialmente para niños con poca resistencia. Se están estudiando los "misiles biológicos": anticuerpos monoclonales como portadores de medicamentos para que puedan alcanzar con precisión las células cancerosas y evitar los efectos secundarios de la quimioterapia o la radioterapia que matan las células normales y las cancerosas juntas.

Los anticuerpos monoclonales pueden detectar con precisión la ovulación. También se está desarrollando una nueva generación de inmunocontraceptivos. El principio básico es utilizar esperma, zona pelúcida del óvulo o embriones tempranos para preparar anticuerpos monoclonales en el cuerpo de la mujer, y el cuerpo producirá una respuesta inmune al esperma, previniendo así el embarazo. . efecto. La creciente madurez de la tecnología de fertilización humana in vitro ha brindado a los humanos mayores opciones en actividades reproductivas, ha promovido la eugenesia y la atención posnatal, ha mejorado la calidad de la población y también ha traído buenas noticias a los pacientes infértiles o a las personas que no son aptas para tener hijos.

Los medicamentos biológicos incluyen principalmente diversas vacunas, vacunas, antibióticos, sustancias biológicamente activas, anticuerpos, etc., que son productos intermedios o secreciones del metabolismo en los organismos. En el pasado, las vacunas se preparaban a partir de tejidos animales, lo que daba lugar a rendimientos bajos y consumía mucho tiempo. Ahora, mediante ingeniería celular o métodos de fusión celular como el cultivo y la mutagénesis, no solo se ha mejorado enormemente la eficiencia, sino que también se pueden preparar vacunas multivalentes que pueden resistir la invasión de más de dos bacterias patógenas al mismo tiempo. Usando el mismo método, también se pueden cultivar líneas celulares que pueden crecer y dividirse durante mucho tiempo en condiciones de cultivo y secretar ciertas hormonas. En 1982, científicos estadounidenses utilizaron mutagénesis e hibridación celular para obtener una línea celular cultivada in vitro que podía secretar interferón de forma continua, algo que ahora se ha aplicado.

4. Obtención de variedades excelentes

Actualmente, tecnologías como la inseminación artificial y la transferencia de embriones se han utilizado ampliamente en la producción ganadera. El uso integral de la tecnología de conservación de semen y embriones a temperatura ultrabaja (-196 grados Celsius) con nitrógeno líquido ha ampliado enormemente el número y la variedad de apareamientos de excelentes animales machos y aves de corral, y ha superado las restricciones estacionales sobre el apareamiento de animales. Además, se pueden separar óvulos y espermatozoides de animales machos o hembras excelentes, fertilizarlos in vitro y luego se pueden plantar nuevos óvulos fertilizados controlados artificialmente en el útero de animales hembras con germoplasma pobre para criar nuevos individuos excelentes. Al utilizar de manera integral diversas tecnologías, como la tecnología de segmentación de embriones, la tecnología de fusión de células de transferencia nuclear y la tecnología de micromanipulación, para transformar óvulos a nivel celular, es posible crear nuevas variedades, como vacas lecheras de alto rendimiento y cerdos magros. En particular, el establecimiento de células madre presenta perspectivas prometedoras.