Según los requisitos de diseño y los diferentes niveles operativos del material genético que debe transformarse, la ingeniería celular se puede dividir en ingeniería cromosómica, ingeniería genómica, ingeniería citoplasmática e ingeniería de fusión celular.
(1) Ingeniería cromosómica La ingeniería cromosómica se basa en las necesidades de las personas, añadiendo o eliminando los cromosomas de un organismo, o reemplazándolos por cromosomas de otros organismos. Se puede dividir en ingeniería de cromosomas animales e ingeniería de cromosomas vegetales. La ingeniería cromosómica animal utiliza principalmente la micromanipulación de células (como la transferencia celular microscópica) para lograr el propósito de la transferencia de genes. En la actualidad, la ingeniería de células vegetales utiliza principalmente métodos tradicionales como la hibridación y el retrocruzamiento para lograr el propósito de agregar, eliminar o reemplazar cromosomas.
(2) Paquete de ingeniería genómica La ingeniería cromosómica es una tecnología general que cambia el número de cromosomas. Desde la introducción de la colchicina en biología en 1937, los trabajos sobre poliploidía se han desarrollado rápidamente, como la obtención de trigo tetraploide y triticale octoploide.
(3) La ingeniería citoplasmática, también conocida como ingeniería de desensamblaje celular, consiste en separar el citoplasma del núcleo mediante métodos físicos o químicos, para luego reorganizar el citoplasma entre diferentes células para reconstruir nuevas células, que pueden ser Se utiliza para investigaciones básicas y trabajos de mejoramiento, estudiando la relación entre el núcleo y el citoplasma.
(4) La ingeniería de fusión celular es el proceso de fusionar dos o varias células diferentes en una sola mediante métodos naturales o artificiales. Se puede utilizar para producir nuevas especies o cepas (principalmente para plantas, menos para animales) y para producir anticuerpos monoclonales, etc. Entre ellos, la tecnología de anticuerpos monoclonales utiliza células de hibridoma clonadas para secretar anticuerpos monoclonales de alta pureza, lo que tiene un alto valor práctico y amplias perspectivas de aplicación en el diagnóstico y tratamiento de enfermedades.
El cultivo celular a gran escala se puede dividir en tres niveles: cultivo de células individuales, cultivo de tejidos y cultivo de órganos. La tecnología de cultivo de células vegetales y protoplastos se puede utilizar para el mejoramiento y la rápida propagación de diversas plantas, y desempeña un papel importante en el cultivo de plántulas no tóxicas, la conservación de semillas a largo plazo y la producción de metabolitos secundarios. La tecnología de cultivo de células animales se puede utilizar para preparar muchos productos celulares valiosos, como vacunas y factores de crecimiento. Las drogas y los narcóticos se pueden analizar utilizando sistemas de cultivo celular. Algunas células cultivadas se pueden utilizar terapéuticamente.
La ingeniería celular ha penetrado en muchas áreas de la vida humana y ha logrado numerosos resultados de desarrollo e investigación, algunos de los cuales han sido promovidos en producción y han recibido evidentes beneficios económicos y sociales. A medida que la investigación sobre la tecnología de ingeniería celular continúe profundizándose, sus perspectivas e impactos serán cada vez más evidentes.
Ingeniería celular
Categorías abiertas: ciencia, investigación científica, ingeniería genética, ingeniería celular, biología celular
La ingeniería celular se refiere al uso de la biología celular y las moléculas. Los principios y métodos de la biología son una ciencia y tecnología integrales que utilizan algunos medios de ingeniería para cambiar el material genético en las células u obtener productos celulares a nivel de célula completa u orgánulo de acuerdo con los deseos humanos. Según los diferentes tipos de células, la ingeniería celular se puede dividir en ingeniería de células vegetales e ingeniería de células animales.
Ingeniería de células vegetales
Medios técnicos habituales: 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: propagación rápida, cultivo de plantas libre de virus, producción de cultivos de células vegetales a gran escala de medicamentos, aditivos alimentarios, especias y pigmentos. y pesticidas.
Hibridación de células somáticas vegetales
La hibridación de células somáticas vegetales es un método para fusionar dos células somáticas de diferentes plantas en células híbridas y cultivar las células híbridas para obtener nuevas plantas.
Ingeniería de células animales
Medios técnicos habituales: cultivo de células animales, fusión de células animales, anticuerpos monoclonales, trasplante de embriones, transferencia nuclear, etc. (La tecnología de cultivo de células animales es la base de otras tecnologías de ingeniería de células animales)
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 puede obtener una gran cantidad de proteína secretada mediante un cultivo de células animales a gran escala.
Aplicación de la tecnología de cultivo de células animales
Producción de muchos productos biológicos proteicos valiosos, como vacunas virales, interferones y anticuerpos monoclonales.
Fusión celular
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 monoclonales es necesario utilizar linfocitos B únicos para la reproducción asexual, es decir, mediante clonación, para formar una población celular. , que pueden producir anticuerpos químicamente únicos y con una fuerte especificidad: los anticuerpos monoclonales.
Aplicaciones de los anticuerpos monoclonales
Los misiles biológicos administran fármacos a las células cancerosas y las destruyen sin dañar las células sanas.
Con el desarrollo actual de la biotecnología, las células se han convertido en un paraíso para que los científicos usen su imaginación a voluntad, e incluso pueden ensamblar vida como si fueran bloques de construcción. Jugando un juego combinatorio de vida a nivel celular. Uno de los juegos de combinación de vidas más representativos es la obra maestra del profesor Klebert L. Maget y el profesor Robert M. Peters de la Universidad de Yale en Estados Unidos. Cuando los óvulos fertilizados de ratones negros, blancos y amarillos se dividieron en ocho células, usaron una pipeta especial para succionar los embriones de ocho células de las trompas de Falopio y luego usaron una enzima para envolver los embriones de ocho células en cada embrión. . de disolución del moco. Luego se colocaron los embriones de 8 células de estos tres ratones en la misma solución para ensamblarlos en un "embrión ensamblado" de 24 células. Maget y Peters trasplantaron el "embrión ensamblado" al útero de un ratón. Pronto, apareció un extraño ratón ensamblado. Estaba cubierto de pelaje de tres colores diferentes: amarillo, blanco y negro. Hasta ahora, además de ratones, el Reino Unido y Estados Unidos también han logrado ensamblar quimeras de ovejas y cabras.
Aplicación de la ingeniería celular
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 y ha desarrollado casi un centenar de variedades o cepas de arroz mediante el mejoramiento de anteras haploides, y unas 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 está madura y ha logrado enormes beneficios económicos. Por ejemplo, se ha solucionado en el país. La empresa japonesa Kirin ha podido cultivar grandes cantidades 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. Ahora se han desarrollado nuevas variedades de tomates de alta calidad, lino, arroz, trigo, maíz, etc. Se espera que esta tecnología mejore la calidad de los cultivos.
Las verduras son un componente indispensable de la dieta humana, aportando vitaminas, minerales, etc. esenciales al cuerpo humano. Las hortalizas suelen propagarse mediante métodos tradicionales como semillas, tubérculos, esquejes o raíces, que son relativamente baratos. Sin embargo, la tecnología de ingeniería de células vegetales todavía tiene un gran potencial en algunos eslabones intermedios, como la introducción y el mejoramiento, la purificación y rejuvenecimiento de variedades y el 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, se requiere una propagación a gran escala y se puede utilizar tecnología de micropropagación para expandir rápidamente la población en un corto período de tiempo. En los procesos de mejoramiento convencionales, también se pueden utilizar técnicas 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 desintoxicación. Casi todos los árboles frutales padecen enfermedades virales y la mayoría se transmite de generación en generación mediante reproducción vegetativa. El uso de tecnología de plántulas en tubos de ensayo libres de virus puede prevenir eficazmente la invasión de enfermedades virales, restaurar especies y acelerar la reproducción.
En la actualidad, las plántulas in vitro de más de diez tipos de árboles frutales, incluidos plátanos, cítricos, espino, uvas, melocotones, peras, lichis, longans y nueces, están libres de virus. Básicamente maduro. La tecnología de micropropagación de plántulas de banano libres de virus se ha convertido en uno de los precedentes para la industrialización y comercialización. Dado 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 tecnología económica de cultivo de tejidos arbóreos ha recibido gran atención y puede llevarse a cabo varios años antes que los métodos convencionales.