Итоговая проверочная работа по курсу биологии 10 класса.

Вариант 1

Часть 1

Выбрать один верный ответ.

А1. Как называется наука о клетке?

1) цитология 2) гистология 3) генетика 4) молекулярная биология

А2. Кто из ученых открыл клетку?

1) А.Левенгук 2) Т.Шванн 3) Р.Гук 4) Р.Вирхов

А3. Содержание какого химического элемента преобладает в сухом веществе клетки?

1) азота 2) углерода 3) водорода 4) кислорода

А4. Какая фаза мейоза изображена на рисунке? 

1) Анафаза I 2) Метафаза I 3) Метафаза II 4) Анафаза II

А5. Какие организмы относятся к хемотрофам?

1) животные 2) растения 3) нитрифицирующие бактерии 4) грибы

А6. Образование двухслойного зародыша происходит в период

1) дробления 2) гаструляции 3) органогенеза 4) постэмбриональный период

А7. Совокупность всех генов организма называется

1) генетика 2) генофонд 3) геноцид 4) генотип

А8. Во втором поколении при моногибридном скрещивании и при полном доминировании наблюдается расщепление признаков в соотношении

1) 3:1 2) 1:2:1 3) 9:3:3:1 4) 1:1

А9. К физическим мутагенным факторам относится

1) ультрафиолетовое излучение 2) азотистая кислота 3) вирусы 4) бензпирен

А10. В каком участке эукариотической клетки синтезируются рибосомные РНК?

1) рибосома 2) шероховатая ЭПС 3) ядрышко ядра 4) аппарат Гольджи

А11. Каким термином называется участок ДНК, кодирующий один белок?

1) кодон 2) антикодон 3) триплет 4) ген

А12. Назовите автотрофный организм

1) гриб-подберезовик 2) амеба 3) туберкулезная палочка 4) сосна

А13. Чем представлен хроматин ядра?

1) кариоплазма 2) нити РНК 3) волокнистые белки 4) ДНК и белки

А14. В какой стадии мейоза происходит кроссинговер?

1) профаза I 2) интерфаза 3) профаза II 4) анафаза I

А15. Что образуется в ходе органогенеза из эктодермы?

1) хорда 2) нервная трубка 3) мезодерма 4) энтодерма

А16. Неклеточная форма жизни – это

1) эвглена 2) бактериофаг 3) стрептококк 4) инфузория

А17. Синтез белка на и-РНК называется

1) трансляция 2) транскрипция 3) редупликация 4) диссимиляция

А18. В световой фазе фотосинтеза происходит

1) синтез углеводов 2) синтез хлорофилла 3) поглощение углекислого газа 4) фотолиз воды

А19. Деление клетки с сохранением хромосомного набора называется

1) амитоз 2) мейоз 3) гаметогенез 4) митоз

А20. К пластическому обмену веществ можно отнести

1) гликолиз 2) аэробное дыхание 3) сборка цепи и-РНК на ДНК 4) расщепление крахмала до глюкозы

А21. Выберите неверное утверждение

У прокариот молекула ДНК

1) замкнута в кольцо 2) не связана с белками 3) вместо тимина содержит урацил

4) имеется в единственном числе

А22. Где протекает третий этап катаболизма – полное окисление или дыхание?

1) в желудке 2) в митохондриях 3) в лизосомах 4) в цитолазме

А23. К бесполому размножению относится

1) партенокарпическое образование плодов у огурца 2) партеногенез у пчел

3) размножение тюльпана луковицами 4) самоопыление у цветковых растений

А24. Какой организм в постэмбриональном периоде развивается без метаморфоза?

1) ящерица 2) лягушка 3) колорадский жук 4) муха

А25. Вирус иммунодефицита человека поражает

1) половые железы 2) Т-лимфоциты 3) эритроциты 4) кожные покровы и легкие

А26. Дифференцировка клеток начинается на стадии

1) бластулы 2) нейрулы 3) зиготы 4) гаструлы

А27. Что является мономерами белков?

1) моносахариды 2) нуклеотиды 3) аминокислоты 4) ферменты

А28. В каком органоиде происходит накопление веществ и образование секреторных пузырьков?

1) аппарат Гольджи 2) шероховатая ЭПС 3) пластида 4) лизосома

А29. Какая болезнь наследуется сцепленно с полом?

1) глухота 2) сахарный диабет 3) гемофилия 4) гипертония

А30. Укажите неверное утверждение

Биологическое значение мейоза состоит в следующем:

1) увеличивается генетическое разнообразие организмов

2) повышается устойчивость вида при изменении условий среды

3) появляется возможность перекомбинации признаков в результате кроссинговера

4) понижается вероятность комбинативной изменчивости организмов.

Часть 2

Выберите 3 верных ответа

В1. Характерные признаки типа простейших

1) ведут только паразитический образ жизни

2) одноклеточные

3) многоклеточные

4) безъядерные

5) имеют оформленное ядро

6) могут быть как автотрофными, так и гетеротрофными организмами.

В2. Структурные компоненты митохондрии

1) 5-8 мембранных полостей

2) гранулы, состоящие из двух субъединиц

3) два слоя мембран

4) кристы

5) граны

6) рибосомы

В3. Значение энергетического обмена

1) синтез АТФ

2) распад отслуживших свой срок макромолекул

3) построение новых клеток и тканей

4) матричный синтез макромолекул

5) распад АТФ до АДФ

6) образование энергии, необходимой организму для жизнедеятельности

Установите соответствие между левым и правым столбцом

В4. Установите соответствие между признаками и организмами

ПРИЗНАКИ ОРГАНИЗМЫ

А) автотрофный способ питания 1) грибы

Б) гетеротрофный способ питания 2) растения

В) запасное питательное вещество крахмал

Г) запасное питательное вещество гликоген

Д) наличие в клеточных стенках хитина

Е) наличие в клеточных стенках целлюлозы

В5. Установите соответствие между процессом и периодом онтогенеза

ПРОЦЕСС ПЕРИОД

А) дробление зиготы 1) эмбриональный

Б) смерть организма 2) постэмбриональный

В) образование бластулы

Г) развитие без превращения

Д) гаструляция

Е) развитие с метаморфозом

В6. Установите соответствие между примером и формой изменчивости организмов

ПРИМЕР ФОРМА ИЗМЕНЧИВОСТИ

А) родился бесшерстный щенок с недораз- 1) модификационная

витыми зубами 2) мутационная

Б) на плодородной почве капуста образует 3) соотносительная

крупные кочаны

В) в гнезде галки один птенец альбинос

Г) на поле от мороза погибли все растения

льна, а одно растение выжило

Д) у собаки выработали условный рефлекс

Е) у журавленка клюв и ноги оказались

длиннее, чем у других птенцов

Ж) у сизого голубя появился птенец с

перепонками между пальцами

Установите правильную последовательность биологических процессов

В7. Установите последовательность расположения органов в дыхательной системе человека

А) трахея Б) бронхи В) носовая полость Г) гортань Д) легкие Е) носоглотка

В8. Установите последовательность процессов, происходящих при биосинтезе белка

А) образование пептидных связей между аминокислотами

Б) связывание антикодона т-РНК с кодоном и-РНК

В) соединение и-РНК с рибосомой

Г) раскручивание участка двойной спирали ДНК с помощью фермента

Д) транскрипция

Е) выход и-РНК из ядра в цитоплазму

Часть 3

На задания дайте развернутый ответ

С1. Сколько содержится нуклеотидов аденина (А) во фрагменте молекулы ДНК, если в нем обнаружено 120 нуклеотидов цитозина (Ц), что составляет 20% от общего количества нуклеотидов в этом фрагменте ДНК?

С2. Участок молекулы и-РНК имеет строение УЦЦАГГАЦАУУУ. Какова последовательность нуклеотидов в соответствующем участке ДНК? Какова последовательность аминокислот в полипептиде, синтезированном на этом участке

и-РНК?

С3.

В родильном доме перепутали двоих детей. Родители одного из них имеют I и II группы крови, родители другого – II и IV. Исследование показало, что дети имеют I и II

группы крови. Определите, кто чей ребенок.

 

Культура клеток HeLa: бессмертное наследие Генриетты Лакс

Культура клеток HeLa: бессмертное наследие Генриетты Лакс

Сайт издательства «Медиа Сфера»
содержит материалы, предназначенные исключительно для работников здравоохранения. Закрывая это сообщение, Вы подтверждаете, что являетесь дипломированным медицинским работником или студентом медицинского образовательного учреждения.

Ляпун И.Н.

ФГБНУ «Научно-исследовательский институт эпидемиологии и микробиологии им. Г.П. Сомова», Владивосток, Россия

Андрюков Б.Г.

ФГБНУ «Научно-исследовательский институт эпидемиологии и микробиологии им.  Г.П. Сомова», Владивосток, Россия, 690087;
Дальневосточный Федеральный университет, Владивосток, Россия, 690091

Бынина М.П.

ФГБНУ «Научно-исследовательский институт эпидемиологии и микробиологии им. Г.П. Сомова», Владивосток, Россия, 690087

Культура клеток HeLa: бессмертное наследие Генриетты Лакс

Авторы:

Ляпун И.Н., Андрюков Б.Г., Бынина М.П.

Подробнее об авторах

Журнал: Молекулярная генетика, микробиология и вирусология. 2019;37(4): 151‑157

DOI: 10.17116/molgen201937041151

Как цитировать:

Ляпун И.Н., Андрюков Б.Г., Бынина М.П. Культура клеток HeLa: бессмертное наследие Генриетты Лакс. Молекулярная генетика, микробиология и вирусология. 2019;37(4):151‑157.
Lyapun IN, Andryukov BG, Bynina MP. HeLa cell culture: Henrietta Lacks immortal heritage. Molecular Genetics, Microbiology and Virology. 2019;37(4):151‑157. (In Russ.)
https://doi.org/10.17116/molgen201937041151

Читать метаданные

Используя в лабораторных исследованиях клеточные культуры, мы часто не задумываемся об истории их происхождения, интересной и поучительной, а порой трагичной. В 50-е годы ХХ века в большую науку неожиданно пришла культура клеток HeLa, которая стала одной из самых известных. Эти клетки были взяты у женщины по имени Генриетта Лакс (Henrietta Lacks), у которой был рак шейки матки, и вскоре после этого она умерла, а клеточная линия HeLa оказалась незаменимым инструментом для нескольких поколений ученых всего мира при разработке новых видов лечения и в биомедицинских исследованиях. Уникальность этих клеток состоит в их «бессмертии», способности бесконечно делиться, неприхотливости в культивировании и приспособленности к условиям консервации, при этом они остаются упрощенной имитацией человеческого организма.

Ключевые слова:

клеточные культуры

клеточная линия HeLa

Генриетта Лакс

молекулярная генетика

Авторы:

Ляпун И.Н.

ФГБНУ «Научно-исследовательский институт эпидемиологии и микробиологии им. Г.П. Сомова», Владивосток, Россия

Андрюков Б.Г.

ФГБНУ «Научно-исследовательский институт эпидемиологии и микробиологии им. Г.П. Сомова», Владивосток, Россия, 690087;
Дальневосточный Федеральный университет, Владивосток, Россия, 690091

Бынина М.П.

ФГБНУ «Научно-исследовательский институт эпидемиологии и микробиологии им. Г.П. Сомова», Владивосток, Россия, 690087

Закрыть метаданные

Одним из важнейших достижений экспериментальной биологии нашего века стало создание методов культивирования клеток животных и растений in vitro. С помощью этого метода клетки самых разно-образных тканей человека можно выращивать на специально подобранных питательных средах, подобно бактериям или другим одноклеточным организмам. Множество клеточных культур человека изначально было получено из клеток раковых опухолей. Эти клетки могут делиться в культуре неограниченное число раз, и поэтому их называют бессмертными (immortalitate). Ученые долгое время были уверены, что как in vitro, так и in vivo бесконечно долго могут делиться и нормальные клетки человека.

Однако в начале 60-х годов XX века профессор анатомии Калифорнийского университета Леонард Хейфлик (Leonard Hayflick) открыл ограничение числа делений у нормальных диплоидных клеток человека в клеточной культуре: приблизительно после 50 делений выявляются признаки старения (senescence), а при достижении данной границы они погибают («предел Хейфлика») [1]. Этот феномен сильно зависит от возраста индивидуума, которому такие клетки изначально принадлежали: клетки новорожденных делились в культуре до 80—90 раз, а у 70-летнего человека — только 20—30 раз. Количество делений зависит от длины теломеров — концевых участков хромосом, выполняющих защитную функцию. Таким образом, теломеры не только защищают хромосомы от деградации и слияния, но и в зависимости от своей длины определяют потенциальную кратность деления клетки. Исходная длина теломерных ДНК человека составляет от 2—20 тыс. нуклеотидных пар (н.п.). При каждом клеточном делении длина теломеров нормальных клеток сокращается на 50—60 н.п. В 1984 г. Кэрол Грайдер выделил фермент, который синтезирует (удлиняет) теломерную ДНК. Этот фермент был назван теломеразой. Искусственная индукция экспрессии гена каталитического компонента теломеразы (при помощи методов генной инженерии) делает клеточную культуру бессмертной, т. е. способной делиться неограниченно долго, отменяя тем самым для этой культуры «предел Хейфлика» [2, 3].

При разработке новых видов лечения в биомедицинских исследованиях учеными часто используются культуры человеческих клеток, выращенные в лабораторных условиях. Среди множества клеточных линий одной из самых известных является HeLa — культура клеток эндотелия матки Генриетты Лакс (Henrietta Lacks). Эти клетки, адекватно имитирующие упрощенный человеческий организм в лабораторных условиях, представляют собой хороший пример бессмертия раковых клеток [4, 5].

Полученные в 1951 г. несколько опухолевых клеток делятся по сей день, переносят десятки лет замороженное состояние, поделены на части в разных пропорциях. На своей поверхности они несут достаточно универсальный набор рецепторов, что позволяет использовать их для исследования действия различных цитокинов; они очень неприхотливы в культивировании; хорошо переносят консервацию. За эти годы произведены тонны этих клеток, и все они являются «потомками» клеток опухоли Г. Лакс.

В большую науку эти клетки попали совершенно неожиданно. Они были взяты у женщины по имени Генриетта Лакс (Henrietta Lacks), которая вскоре после этого умерла, однако клеточная популяция убившей ее опухоли осталась жить. Все предыдущие попытки получить культуры клеток из опухолевых тканей вне организма человека заканчивались не-удачей: после определенного количества делений вся клеточная линия погибала [5].

Уникальность этой клеточной линии, названной в честь Генриетты «HeLa», состояла в том, что in vitro они размножались вдвое быстрее клеток из нормальных тканей, при полностью отключенной внутриклеточной программе подавления роста. Клеточная культура HeLa стала первой, и в течение многих лет остается единственным и незаменимым инструментом для нескольких поколений ученых. В результате ученые получили первую стабильную и бессмертную клеточную культуру, что обеспечило ей статус одной из самых популярных линий клеток, используемых в научных изысканиях. Это открывает небывалые перспективы для исследований в молекулярной и клеточной биологии, медицине и фармакологии.

Генриетта Лакс

Красивая чернокожая американка Генриетта Лакс (рис. 1),

Рис. 1. Генриетта Лакс, фото S. Gilgenkrantz [5].

потомок белых плантаторов и их черных рабов, одна из дочерей в семье с десятком детей, проживала в небольшом городке Тернер в Южной Вирджинии вместе с мужем и 5 детьми. 1 февраля 1951 г. Генриетта Лакс поступила в гинекологическое отделение госпиталя Дж. Хопкинса: ее беспокоили странные кровянистые выделения в межменструальном периоде. При осмотре была обнаружена 23 см опухоль шейки матки. После проведения биопсии был выставлен диагноз: «эпидермальная карцинома шейки матки». Восемь месяцев спустя, несмотря на оперативное лечение и радиационную терапию, в возрасте 31 года она умерла [4, 5].

В ходе обследования лечащий врач отправил биопсию ее опухоли на анализ Джорджу Гею (George Gey), руководителю лаборатории исследования клеток и тканей при университете Джонса Хопкинса (Балтимор, Штат Мэриленд), который занимался проблемой лечения рака и поиском бессмертной клеточной линии человека для научных исследований (рис. 2).

Рис. 2. Джордж Отто Гей George Otto Gey (1899—1970), фото S. Gilgenkrantz [5].

Он первым открыл необыкновенные свойства этих опухолевых клеток, которым было суждено стать первой человеческой культурой. Ему удалось выделить одну конкретную клетку, нарастить ее и начать клеточную линию. Он запустил процесс размножения клеток Лакс, создав бессмертную клеточную линию, в отличие от нормальных популяций клеток, имеющих «предел Хейфлика». Вскоре Джордж Гей обнаружил, что клетки HeLa способны пережить даже пересылку по почте, и разослал их своим коллегам по всей стране. Очень скоро спрос на клетки HeLa вырос, и их растиражировали в лабораториях по всему миру. Они стали первой в мире стандартной клеточной линией, которая пролиферировала необычайно быстро и была более устойчивой даже в сравнении с другими раковыми клетками [5].

1 сентября 1951 г. Джордж Гей, держа в руках пробирку с клеточной культурой HeLa, выступал перед телевизионными камерами. Он заявил, что благодаря полученной клеточной линии в медико-биологических научных исследованиях началась новая эпоха, открывающая невиданные перспективы в разработке новых лекарственных препаратов и что не далек тот день, когда будет найдено лекарство от рака. Генриетта Лакс умерла в госпитале Хопкинса 4 октября 1951 г., а популяция ее клеток продолжала свой безудержный рост, значительно опережая развитие биоэтических норм и правил, необходимых для регулирования научного прогресса.

Почему ее клетки так важны?

Джордж Гей был прав. Действительно, клетки HeLa стали долгожданным событием для исследователей всего мира. Эта популяция клеток, идентичная во всех лабораториях мира, позволила ученым быстро получать и независимо друг от друга подтверждать все новые и новые данные. Можно смело сказать, что гигантский прыжок молекулярной биологии в конце прошлого века был обусловлен возможностью культивировать клетки in vitro. Клетки HeLa — первые бессмертные человеческие клетки, которые когда-либо были выращены на искусственной питательной среде. Они дали возможность ученым культивировать сотни других линий раковых клеток. И хотя до сих пор не найдено условий для культивирования нетрансформированных клеток, раковые клетки в большинстве своем являются адекватной моделью для поиска ответов на вопросы, задаваемые учеными и медиками.

В отличие от обычной популяции человеческих клеток, которые делятся от 40 до 50 раз, прежде чем умереть, клетки HeLa способны делиться бесконечно.

Нормальные клетки человека имеют кариотип, состоящий из 46 хромосом, в то время как клетки HeLa — от 76 до 80 хромосом, в значительной степени мутированных [6]. Появление этого отклонения от нормального кариотипа связано с вирусом папилломы человека (ВПЧ) HPV18, ответственного почти за все случаи рака шейки матки. ВПЧ «вставляет» свою ДНК в клетку-хозяина, в результате чего она начинает синтезировать протеин, который связывается и инактивирует белок p53, известный как хранитель генома из-за его роли в пред-отвращении мутации и подавлении опухоли. Поэтому инактивация белка р53 может иметь катастрофические последствия [7].

Даже по сравнению с другими раковыми клетками клетки HeLa растут чрезвычайно быстро. В свое время доктор Дж. Гей был поражен, увидев, что в течение 24 ч культивирования своего первого образца HeLa количество клеток удвоилось. Причиной этой аномалии служит активность фермента теломеразы HeLa. Так, в процессе деления нормальной клетки повторяющиеся короткие последовательности ДНК на концах всех хромосом, известные как теломеры, сокращаются вследствие снижения активности данного фермента [8]. Это приводит к старению и, в конечном счете, к апоптозу и гибели клеток. Нормальные клетки имеют максимальное количество делений прежде, чем эти теломеры истощаются. А в клетках HeLa, за счет высокой активности теломеразы, теломеры удлиняются, достигая при этом неограниченной репликативной возможности [9]. Эта аномалия позволяет клеткам HeLa делиться бесконечно, что делает их сейчас старше возраста Генриетты на момент ее смерти.

Этой клеточной культуре ученый мир обязан многими замечательными достижениями. Например, без клеток HeLa была бы невозможна разработка в 1953 г. вирусологом Национального фонда детского паралича Джонасом Солком (Jonas Salk) вакцины против полиомиелита из инактивированных вирусов [4]. Это был большой и многообещающий научный успех, но прежде чем применять новый препарат на людях, его необходимо было испытать на живых человеческих клетках. Популяция клеток HeLa оказалась совершенным инструментом. Они не только быстро росли, что позволяло своевременно накопить огромное количество клеток, необходимых для исследования, но и, как оказалось, легко заражались вирусом полиомиелита. Менее чем за 1 год вакцина была готова для применения на пациентах [10].

После успешного использования клеток HeLa для получения вакцины вируса полиомиелита линии культур клеток человека стали незаменимыми для выделения и культивирования ряда других вирусов, производства антител, интерферона, противоопухолевых химиопрепаратов. С тех пор список прорывных технологий и достижений с использованием клеток HeLa стал постоянно пополняться. Они повсе-дневно используются для вирусологических исследований, изучения таких заболеваний, как рак, СПИД, для оценки воздействия радиации и токсичных веществ, составления генетических карт, развития методов клеточной инженерии и решения огромного количества других научных задач [5].

В конце 60-х годов XX века НеLa и другие клеточные культуры дали толчок для возникновения генетической инженерии (условно относят к 1972 г. ), когда в США П. Бергом (Paul Naim Berg) и его коллегами из Стэнфордского университета была создана первая рекомбинантная молекула ДНК. Открылась возможность целенаправленно конструировать искусственные генетические программы и многие нужные лекарственные препараты [11].

В декабре 1960 г. клетки HeLa полетели в космос на советском космическом аппарате «Спутник-6», в последующем они побывали в космосе еще несколько раз. Результаты показали, что HeLa хорошо себя чувствуют не только в земных условиях, но и в невесомости. С тех пор HeLa применяли для клонирования (в том числе знаменитой овечки Долли), многочисленных генетических исследований, отработки методов искусственного оплодотворения и для тысяч других исследований. С 1972 г. эти клетки активно используются в международной программе совместной борьбы с раком, при участии медиков всего мира [5].

Благодаря клеткам HeLa была выявлена связь ВПЧ и раком шейки матки, а также роль теломеразы в пред-отвращении деградации хромосом. За это Харальд цур Хаузен в 2008 г. и Элизабет Блэкберн, Кэрол Грейдер и Джек Шостак в 2011 г. были удостоены двух Нобелевских премий [12, 13].

«Мать вирусологии, клеточных и тканевых технологий, биотехнологии, современной медицины» — вот далеко не полный перечень эпитетов, которые заслужила за многие десятилетия эта клеточная культура.

Таким образом, невольный вклад Генриетты Лакс в медицину бесценен, за более чем полувековое служение науке и человечеству клеточная культура HeLa стала неоценимой и неотъемлемой частью биомедицинских исследований (рис. 3).

Рис. 3. История использования клеток в молекулярной биологии и медицине (рисунок авторов).

А тем временем…

А тем временем личность самой Генриетты Лакс долгое время не афишировалась. Доктор Гей, конечно, знал о происхождении клеток HeLa, но он считал, что конфиденциальность в этом вопросе является приоритетной, и в течение многих лет никто, и в том числе семья Лакс, не знал, что это именно ее клетки прославились на весь мир [5].

После смерти доктора Джорджа Гея в 1970 г. тайна раскрылась. Это произошло случайно. На заре зарождения технологий исследований с помощью клеточных культур многие ученые не уделяли должного внимания стандартам стерильности при работе с клетками и возможности перекрестного заражения многочисленных клеточных линий [4]. Более агрессивные и живучие клетки HeLa заражали менее сильные клеточные культуры, перемещаясь по воздуху с частицами пыли или на нестерильных инструментах, недостаточно тщательно вымытых руках, одежде [4, 5]. Спустя 25 лет ученые обнаружили, что чистота культуры клеток HeLa оказалась под вопросом — одна и та же клеточная линия в различных лабораториях имела разные генетические характеристики [14]. Возникшую проблему было решено исправить путем генотипирования, для чего ученые разыскали родственников Генриетты и попросили дать им образцы ДНК семьи, чтобы составить карту генов. Таким образом тайное и стало явным.

При этом в течение нескольких десятилетий согласие на эксплуатацию клеток самой Г. Лакс и ее родственников игнорировалось. Небогатая семья Генриетты так и не получила компенсацию за применение клеток HeLa без согласия донора, а материальная помощь ее многочисленным родственникам, не имевшим средств на оплату медицинского обслуживания, была бы очень кстати. Но все запросы упираются в глухую стену, ответчиков давно уж нет [5, 15]. В 2013 г. ее родственники впервые получили авторское право на использование клеточного материала своей прабабушки в научно-популярных публикациях. От всякой денежной награды семья отказалась. В это же время было принято соглашение между Национальными институтами здравоохранения США (NIH) и членами семьи Генриетты о помещении последовательности генома HeLa «в базу данных с контролируемым доступом», то есть в базу данных NIH о генотипах и фенотипах (dbGaP; http://www.ncbi.nlm.nih.gov/gap)». В настоящее время ученым необходимо обратиться в NIH для использования данных в своих исследованиях, согласившись с выдвигаемыми условиями. Также по закону требуется, чтобы семья Lacks была упомянута в любых научных публикациях [16].

Хотелось бы отметить, что некоторыми учеными клетки HeLa были вынесены в отдельный вид, не относящийся к человеческому — Helacyton gartleri (Hela, в честь самих клеток HeLa; cyton, от греческого цитоса, что означает клетка; и gartleri — в честь генетика Стэнли Гартлера, который первым задокументировал поразительные свойства этих клеток). Эволюционный биолог Ли Ван Вален относит клетки HeLa к новому микробному виду из-за их не-ограниченного деления, собственного клонального кариотипа, хромосомной несовместимости с людьми, разной экологической ниши и способности выживания вне человеческого тела. Однако многие с этим не согласны, так как считают выживание клеток HeLa искусственным явлением и утверждают, что эволюция в чашке Петри мало влияет на эволюцию в природе [17]. В парках, скверах и городах, созданных людьми, живет большое количество микро- и макроорганизмов, адаптированных к этим условиям, добавляет Ван Вален. Так, человеком были искусственно созданы новые виды, хотя и не от своей собственной плоти. Если бы HeLa не был получен из человеческой ткани, утверждает Ван Вален, не было бы никаких сомнений в том, что его выделили бы в новый вид [18, 19].

Тем не менее образец раковой опухоли, ради любопытства помещенный в питательную среду, стал быстро размножаться, не стареет, и вот уже 65 лет активно используется в науке. В наше время клеточная культура HeLa — это важный научный инструмент многих исследовательских лабораторий, благодаря ему были проведены тысячи исследований, защищены диссертации, опубликованы более 70 тыс. научных статей и получены более 11 тыс. патентов. На сегодняшний день их настолько много, что если бы Генриетта была жива, то их вес в общем количестве в десятки раз превысил бы вес самой женщины, которая, к сожалению, так и не узнала о том, какой бесценный, хоть и невольный вклад она внесла в науку.

Поэтому хочется почтить память Генриетты Лакс. Ее клетки — оставшееся после нее бессмертное наследие, спасли и продолжают спасать жизней больше, чем в силах сделать любой врач.

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

The authors declare no conflicts of interest.

Сведения об авторах

Ляпун И.Н. — e-mail: [email protected]; https://orcid.org/0000-0002-5290-3864

Андрюков Б.Г. — e-mail: [email protected]; https://orcid.org/0000-0003-4456-808X

Бынина М.П. — e-mail: [email protected]; https://orcid.org/0000-0001-8255-328X

Автор, ответственный за переписку:

Андрюков Б.Г. — e-mail: [email protected]

Как цитировать:

Ляпун И.Н., Андрюков Б.Г., Бынина М.П. Культура клеток HeLa: бессмертное наследие Генриетты Лакс. Молекулярная генетика, микробиология и вирусология. 2019;37(4):151-157. https://doi.org/10.17116/molgen201937041

История клетки: открытие клетки

Хотя внешне они очень разные, внутри слон, подсолнух и амеба состоят из одних и тех же строительных блоков. От отдельных клеток, составляющих самые простые организмы, до триллионов клеток, составляющих сложную структуру человеческого тела, каждое живое существо на Земле состоит из клеток. Эта идея, часть клеточной теории, является одним из центральных элементов биологии. Клеточная теория также утверждает, что клетки являются основной функциональной единицей живых организмов и что все клетки происходят от других клеток. Хотя сегодня это знание является основополагающим, ученые не всегда знали о клетках.

Открытие клетки было бы невозможно, если бы не усовершенствования микроскопа. Заинтересованный узнать больше о микроскопическом мире, ученый Роберт Гук усовершенствовал конструкцию существующего сложного микроскопа в 1665 году. В его микроскопе использовались три линзы и сценический свет, которые освещали и увеличивали образцы. Эти достижения позволили Гуку увидеть нечто удивительное, когда он поместил кусок пробки под микроскоп. Гук подробно описал свои наблюдения за этим крошечным и ранее невидимым миром в своей книге 9. 0005 Микрография . Для него пробка выглядела так, как будто она была сделана из крошечных пор, которые он стал называть «клетками», потому что они напоминали ему кельи в монастыре.

Наблюдая за клетками пробки, Гук отметил в Micrographia , что «я мог чрезвычайно ясно ощутить, что она полностью перфорирована и пориста, очень похожа на соты, но поры в ней неправильные… эти поры, или клетки… были действительно первыми микроскопическими порами, которые я когда-либо видел, и, возможно, которые когда-либо видели, ибо я не встречал ни одного Писателя или Человека, который упоминал бы о них до этого…»

Вскоре после открытия Гука голландский ученый Антони ван Левенгук обнаружил другие скрытые крошечные организмы — бактерии и простейшие. Неудивительно, что ван Левенгук сделал такое открытие. Он был мастером изготовления микроскопов и усовершенствовал конструкцию простого микроскопа (у которого была только одна линза), что позволило ему увеличивать объект примерно в двести-триста раз по сравнению с его первоначальным размером. В эти микроскопы ван Левенгук увидел бактерии и простейших, но он назвал этих крошечных существ «анималькулами».

Ван Левенгук был очарован. Он стал первым, кто наблюдал и описал сперматозоиды в 1677 году. Он даже посмотрел на зубной налет под микроскопом. В письме в Королевское общество он писал: «Тогда я всегда с большим удивлением видел, что в упомянутом вопросе было много очень маленьких живых животныхкул, очень красиво двигающихся».

В девятнадцатом веке биологи начали более внимательно изучать как животные, так и растительные ткани, совершенствуя клеточную теорию.Ученые могли легко сказать, что растения полностью состоят из клеток благодаря их клеточной стенке.Однако это было не так очевидно для клетки животных, у которых отсутствует клеточная стенка.Многие ученые считали, что животные состоят из «глобул».

Немецкие ученые Теодор Шванн и Маттиас Шлейден изучали клетки животных и растений соответственно. Эти ученые определили ключевые различия между двумя типами клеток и выдвинули идею о том, что клетки являются фундаментальными единицами как растений, так и животных.

Однако Шванн и Шлейден неправильно поняли, как растут клетки. Шлейден считал, что клетки «посеяны» ядром и растут оттуда. Точно так же Шванн утверждал, что клетки животных «кристаллизуются» из материала между другими клетками. В конце концов, другие ученые начали раскрывать правду. Еще одна часть головоломки клеточной теории была обнаружена Рудольфом Вирховым в 1855 году, который заявил, что все клетки генерируются существующими клетками.

На рубеже веков внимание начало смещаться в сторону цитогенетики, целью которой было связать изучение клеток с изучением генетики. В 1880-х годах Уолтер Саттон и Теодор Бовери были ответственны за определение хромосомы как узла наследственности, навсегда связав генетику и цитологию. Более поздние открытия еще больше подтвердили и укрепили роль клетки в наследственности, например, исследования структуры ДНК Джеймса Уотсона и Фрэнсиса Крика.

Открытие клетки продолжало оказывать влияние на науку сто лет спустя, когда были открыты стволовые клетки, недифференцированные клетки, которым еще предстоит развиться в более специализированные клетки. Ученые начали получать эмбриональные стволовые клетки от мышей в 19 веке.80-х, а в 1998 году Джеймс Томсон выделил эмбриональные стволовые клетки человека и разработал клеточные линии. Затем его работа была опубликована в статье в журнале Science . Позже было обнаружено, что взрослые ткани, обычно кожа, могут быть перепрограммированы в стволовые клетки, а затем формировать другие типы клеток. Эти клетки известны как индуцированные плюрипотентные стволовые клетки. В настоящее время стволовые клетки используются для лечения многих заболеваний, таких как болезнь Альцгеймера и болезни сердца.

Открытие клетки оказало гораздо большее влияние на науку, чем Гук мог когда-либо мечтать в 1665 году. Кроме того, что открытие клетки дало нам фундаментальное понимание строительных блоков всех живых организмов, оно привело к прогрессу. в медицинской технике и лечении. Сегодня ученые работают над персонализированной медициной, которая позволит нам выращивать стволовые клетки из наших собственных клеток, а затем использовать их для понимания процессов болезни. Все это и многое другое выросло из одного наблюдения за ячейкой в ​​пробке.

Видео

TedEd: Дурацкая история клеточной теории

5.2: Открытие клеток и клеточной теории

  1. Последнее обновление
  2. Сохранить как PDF
  • Идентификатор страницы
    16740
    • Сюзанна Ваким и Мандип Гревал
    • Колледж Бьютт
    Большая синяя клетка

    Что это за невероятный объект? Вас бы удивило, если бы вы узнали, что это человеческая клетка? Ячейка на самом деле слишком мала, чтобы увидеть ее невооруженным глазом. Здесь он виден так подробно, потому что рассматривается в очень мощный микроскоп. Клетки могут быть небольшого размера, но они чрезвычайно важны для жизни. Как и все другие живые существа, вы состоите из клеток. Клетки являются основой жизни, и без клеток жизнь, какой мы ее знаем, не существовала бы. Вы узнаете больше об этих удивительных кирпичиках жизни, когда будете читать этот раздел.

    Рисунок \(\PageIndex{1}\): Здоровая Т-клетка человека

    Если вы посмотрите на живое вещество в микроскоп, даже в простой световой микроскоп, вы увидите, что оно состоит из клеток. Клетки являются основными единицами строения и функции живых существ. Это мельчайшие единицы, способные осуществлять процессы жизнедеятельности. Все организмы состоят из одной или нескольких клеток, и все клетки имеют много одинаковых структур и выполняют одни и те же основные жизненные процессы. Знание строения клеток и процессов, которые они осуществляют, необходимо для понимания самой жизни.

    Открытие клеток

    Впервые слово клетка использовалось для обозначения этих крошечных единиц жизни в 1665 году британским ученым по имени Роберт Гук. Гук был одним из первых ученых, изучавших живые существа под микроскопом. Микроскопы того времени были не очень сильными, но Гук все же смог сделать важное открытие. Когда он посмотрел на тонкий срез пробки под микроскопом, он был удивлен, увидев нечто похожее на пчелиные соты. Гук сделал рисунок на рисунке ниже, чтобы показать то, что он видел. Как видите, пробка состояла из множества крошечных единиц, которые Гук назвал клетками.

    Вскоре после того, как Роберт Гук обнаружил клетки в пробке, Антон ван Левенгук в Голландии сделал другие важные открытия с помощью микроскопа. Левенгук сделал свои собственные линзы для микроскопов, и у него это получалось настолько хорошо, что его микроскоп был мощнее, чем другие микроскопы того времени. На самом деле микроскоп Левенгука был почти таким же сильным, как и современные световые микроскопы. Используя свой микроскоп, Левенгук был первым человеком, который наблюдал человеческие клетки и бактерии.

    Рисунок \(\PageIndex{2}\): Роберт Гук зарисовал эти клетки пробки, как они выглядят под простым световым микроскопом.

    Cell Theory

    К началу 1800-х годов ученые наблюдали за клетками многих различных организмов. Эти наблюдения привели двух немецких ученых по имени Теодор Шванн и Матиас Якоб Шлейден к предположению, что клетки являются основными строительными блоками всех живых существ. Около 1850 года немецкий врач Рудольф Вирхов изучал клетки под микроскопом, когда случайно увидел, как они делятся и образуют новые клетки. Он понял, что живые клетки производят новые клетки путем деления. Основываясь на этом понимании, Вирхов предположил, что живые клетки возникают только из других живых клеток.

    Идеи всех трех ученых — Шванна, Шлейдена и Вирхова — привели к клеточной теории , которая является одной из фундаментальных теорий, объединяющих всю биологию. Клеточная теория утверждает, что:

    • Все организмы состоят из одной или нескольких клеток.
    • Все жизненные функции организмов происходят внутри клеток.
    • Все ячейки происходят из уже существующих ячеек.

    Видение клеток изнутри

    Начиная с Роберта Гука в 1600-х годах, 9Микроскоп 0068 открыл удивительный новый мир — мир жизни на уровне клетки. По мере того как микроскопы продолжали совершенствоваться, было сделано больше открытий о клетках живых существ. Однако к концу 1800-х световые микроскопы достигли своего предела. Объекты намного меньше клеток, включая структуры внутри клеток, были слишком малы, чтобы их можно было увидеть даже в самый сильный световой микроскоп.

    Затем, в 1950-х годах, был изобретен новый тип микроскопа. Названный электронным микроскопом, он использовал пучок электронов вместо света для наблюдения за очень маленькими объектами. С помощью электронного микроскопа ученые наконец-то смогли увидеть крошечные структуры внутри клеток. Фактически, они даже могли видеть отдельные молекулы и атомы. Электронный микроскоп оказал огромное влияние на биологию. Это позволило ученым изучать организмы на уровне их молекул и привело к возникновению области клеточной биологии. С помощью электронного микроскопа было сделано гораздо больше открытий клеток. На рисунке \(\PageIndex{3}\) показано, как структуры ячеек называются 9Органеллы 0068 проявляются при сканировании под электронным микроскопом.

    Рисунок \(\PageIndex{3}\): Это изображение структур внутри клетки получено с помощью электронного микроскопа.

    Структуры, общие для всех клеток

    Хотя клетки разнообразны, все клетки имеют некоторые общие части. Эти части включают плазматическую мембрану, цитоплазму, рибосомы и ДНК.

    1. Плазматическая мембрана (также называемая клеточной мембраной) представляет собой тонкий слой фосфолипидов, окружающий клетку. Он образует физическую границу между клеткой и окружающей средой, поэтому вы можете думать о нем как о «коже» клетки.
    2. Цитоплазма относится ко всему клеточному материалу внутри плазматической мембраны. Цитоплазма состоит из водянистого вещества, называемого цитозолем, и содержит другие клеточные структуры, такие как рибосомы.
    3. Рибосомы представляют собой структуры в цитоплазме, в которых производятся белки.
    4. ДНК представляет собой нуклеиновую кислоту, обнаруженную в клетках. Он содержит генетические инструкции, необходимые клеткам для производства белков.

    Эти части являются общими для всех клеток таких разных организмов, как бактерии и люди. Как получилось, что все известные организмы имеют такие похожие клетки? Сходства показывают, что вся жизнь на Земле имеет общую эволюционную историю.

    Обзор

    1. Описание ячеек.
    2. Объясните, как были открыты клетки.
    3. Опишите, как развивалась клеточная теория.
    4. Определите структуры, общие для всех ячеек.
    5. Верно или неверно. Пробка не является живым организмом.
    6. Верно или неверно. Некоторые организмы состоят только из одной клетки.
    7. Верно или неверно. Рибосомы находятся вне цитоплазмы клетки.
    8. Белки производятся на _____________.
    9. В чем разница между световым микроскопом и электронным микроскопом?
    10. Первые микроскопы были сделаны около
      1. 1965
      2. 1665
      3. 1950
      4. 1776
    11. Кто из этих ученых сделал каждое из следующих открытий? (Антон ван Левенгук, Роберт Гук, Рудольф Вирхов)
      1. Обнаружил некоторые из первых клеток и впервые использовал термин «клетка»
      2. Обнаружены первые клетки человека
      3. Наблюдалось деление клеток
    12. Роберт Гук зарисовал то, что выглядело как соты, или повторяющиеся круглые или квадратные единицы, когда он наблюдал растительные клетки под микроскопом.
      1. Что такое каждая единица?
      2. Что из общих частей всех клеток составляет внешнюю поверхность каждой единицы?
      3. Что из общих частей всех ячеек составляет внутреннюю часть каждой ячейки?

    Attributions

    1. Здоровая человеческая Т-клетка по фотопотоку NIAID Flickr, общественное достояние через Wikimedia Commons
    2. Микрофотография пробки Роберта Хука, общественное достояние через Wikimedia Commons
    3. Chlamydomonas от Dartmouth Electron Microscope Facility Дартмутского колледжа, опубликовано в общественное достояние через Wikimedia Commons
    4. Текст адаптирован из книги «Биология человека» по лицензии CK-12, лицензия CC BY-NC 3.