Como método 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 tecnología de ingeniería celular para el mejoramiento de cultivos es uno de los aspectos más beneficiosos para la humanidad hasta el momento. China ha alcanzado el nivel más avanzado del mundo en este campo. Ha cultivado casi un centenar de variedades o cepas de arroz mediante el mejoramiento de anteras haploides y ha cultivado 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 mejoramiento híbrido convencional, generalmente 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 en gran medida el ciclo de mejoramiento, generalmente con 2 a 3 años de anticipación. y tiene propicio para la selección de rasgos excelentes. La tecnología de micropropagación introducida en la etapa inicial también se utiliza ampliamente en la producción agrícola. La tecnología es relativamente madura y ha logrado grandes beneficios económicos. Por ejemplo, China ha resuelto el problema de la degradación de la papa, y la compañía japonesa Kirin ha podido cultivar una gran cantidad de minitubérculos libres de virus como semilla de papa en contenedores de 1.000 litros, logrando la automatización de la producción de semilla de papa. A través de la variación genética de las células somáticas de las plantas, se eliminan varios mutantes de importancia económica, lo que desempeña un papel en la creación de recursos de germoplasma y el cultivo de nuevas variedades. Se desarrollaron nuevas variedades de tomates de alta calidad, lino resistente y arroz, trigo y maíz. Se espera que esta tecnología mejore la calidad de los cultivos y los haga más adecuados para las necesidades nutricionales humanas.
Las verduras son un componente indispensable de la dieta humana, aportando vitaminas, minerales, etc. esenciales al cuerpo humano. Las hortalizas suelen propagarse de forma económica a partir de semillas, tubérculos, tubérculos, esquejes o raíces. Sin embargo, la tecnología de ingeniería de células vegetales todavía tiene un gran potencial en algunos eslabones intermedios del proceso de introducción y mejoramiento, purificación y rejuvenecimiento de variedades y mejoramiento. Por ejemplo, cuando se introducen nuevas variedades de hortalizas desde el extranjero, al principio normalmente sólo hay unas pocas semillas o tubérculos y tubérculos. Para llevar a cabo una plantación a gran escala, primero se requiere la propagación masiva, que puede utilizar tecnología de micropropagación para expandir rápidamente la población en un corto período de tiempo. En el proceso de mejoramiento convencional, también se puede utilizar 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 bosques frutales es principalmente tecnología de micropropagación y desintoxicación. Casi todos los árboles frutales padecen enfermedades virales y la mayoría se transmite de generación en generación mediante reproducción vegetativa. La tecnología de vacunas en probeta sin virus puede prevenir eficazmente la invasión de enfermedades virales, restaurar especies y acelerar la reproducción. En la actualidad, la tecnología de desintoxicación de plántulas in vitro de más de diez tipos de árboles frutales, incluidos plátanos, cítricos, espinos, uvas, melocotones, peras, lichis, longans 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 reproducirse mediante propagación vegetativa. Los métodos tradicionales generalmente utilizan la propagación por gemación, que es muy susceptible a las enfermedades y tiene una baja tasa de reproducción. El uso de tecnología de micropropagación libre de virus no sólo mejora la calidad, sino que también aumenta el rendimiento por mu entre un 30% y un 50%, lo que la hace fácilmente aceptada por los productores de banano.
En los últimos años, la investigación sobre la tecnología económica del cultivo de tejidos arbóreos también ha recibido gran atención. Esta tecnología se puede utilizar para plantaciones a gran escala años antes que los métodos tradicionales. En particular, las semillas de algunos árboles tienen un largo período de inactividad, lo que hace que el cultivo convencional requiera mucho tiempo. Según estadísticas incompletas, se han estudiado con éxito más de 100 tipos de plántulas de probeta de plantas forestales, como muchas especies de pino, eucalipto y álamo, así como paulownia, Sophora japonica, ginkgo, árbol del té, palmera, café y coco. árbol, etc. Entre ellos, el eucalipto, el álamo y el abeto Douglas se utilizan ampliamente en la producción. Australia ha implementado in vitro la forestación de plántulas de eucalipto, y cada año se pueden propagar 400.000 árboles de eucalipto mediante cultivo de brotes.
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 se formó un sistema de producción industrializado basado en la tecnología de cultivo de tejidos: la industria de las orquídeas. Actualmente existen en el mercado mundial de orquídeas más de 150 productos, 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 del clima, la geografía y los desastres naturales. Hasta la fecha, se han reportado más de 360 plántulas de cultivo de tejidos florales. Decenas de ellos ya se encuentran en producción comercial.
La investigación de nuestro país sobre claveles, rosas, gladiolos, crisantemos y violetas africanas ha madurado, y algunos de ellos se han comercializado, vendiéndose un gran número de productos 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 en 1975 utilizando tecnología de fusión de células animales, muchas enfermedades virales que los humanos no tienen otra opción. pero para enfrentar se han encontrado con su némesis. Los anticuerpos monoclonales se pueden utilizar para detectar diferencias muy sutiles entre varios virus e identificar especies y subespecies de bacterias. 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, la sensibilidad de los anticuerpos monoclonales anti-HBsAg es 100 veces mayor que la de los mejores antisueros actuales y puede detectar el 60% de los falsos negativos de los antisueros.
En los últimos años, la aplicación de anticuerpos monoclonales puede detectar algunas lesiones microtumorales sin manifestaciones clínicas y detectar la ubicación y área del infarto de miocardio, lo que proporciona comodidad para un tratamiento eficaz. Los anticuerpos monoclonales se han utilizado con éxito en el tratamiento clínico, dirigidos principalmente a algunas enfermedades virales para las que no existen fármacos específicos, especialmente en niños con poca resistencia. Se están estudiando "misiles biológicos" que utilizan anticuerpos monoclonales como portadores para transportar medicamentos de modo que puedan alcanzar con precisión las células cancerosas, evitando así los efectos secundarios de matar células normales y cancerosas junto con la quimioterapia o la radioterapia.
Los anticuerpos monoclonales pueden detectar con precisión la ovulación. También se está desarrollando una nueva generación de inmunocontraceptivos. El principio básico es preparar anticuerpos monoclonales a partir de espermatozoides, zona pelúcida o embriones tempranos e inyectarlos en el cuerpo de la mujer para provocar que el cuerpo produzca una respuesta inmune al esperma, logrando así un efecto anticonceptivo. Con la madurez de la tecnología de fertilización humana in vitro, los humanos tienen mayores opciones en las actividades reproductivas, promoviendo la eugenesia y la atención posnatal, mejorando la calidad de la población y brindando 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. , es un producto intermedio o secreción del metabolismo del organismo. En el pasado, las vacunas se extraían de tejidos animales, con bajo rendimiento y largo tiempo de consumo. Hoy en día, mediante la ingeniería celular o la fusión celular, como el cultivo y la mutación, no solo se mejora enormemente la eficiencia, sino que también se pueden preparar vacunas multivalentes que pueden resistir la invasión de dos o más patógenos al mismo tiempo. Utilizando el mismo método, también se pueden cultivar líneas celulares que pueden crecer, dividirse y secretar ciertas hormonas durante mucho tiempo en condiciones de cultivo. En 1982, científicos estadounidenses obtuvieron una línea celular que puede secretar continuamente interferón in vitro mediante mutación e hibridación celular, que ahora se ha utilizado.
4. Cultivar variedades excelentes
En la actualidad, tecnologías como la inseminación artificial y el trasplante de embriones se han utilizado ampliamente en la producción ganadera. La aplicación integral de la tecnología de criopreservación de semen y embriones en nitrógeno líquido (-196 grados Celsius) ha ampliado enormemente el número y variedad de apareamientos de ganado macho y aves de corral excepcionales, rompiendo las restricciones estacionales sobre el apareamiento de animales. Además, también se pueden aislar óvulos y espermatozoides de animales hembras o machos excelentes, someterlos a fertilización in vitro, y luego los nuevos óvulos fertilizados controlados artificialmente se pueden plantar en el útero de animales hembras pobres para criar nuevos individuos excelentes. Uso integral de diversas tecnologías, como tecnología de segmentación de embriones, tecnología de fusión de células por transferencia nuclear, tecnología de micromanipulación, etc. , la modificación de los óvulos a nivel celular puede crear nuevas razas de vacas lecheras y cerdos magros de alto rendimiento. En particular, la creación de células madre presenta perspectivas prometedoras.