전기. 배아 유도란 무엇입니까? 실험 발생학 분야 연구 Speman이 실험을 결정한 이유

실험 발생학의 창시자 중 한 명인 독일 발생 학자.

수상자 노벨상 1935년 "배아 발달에서 조직화 효과 발견"으로 생리학 또는 의학 분야에서 수상했습니다.

"연구 빌헬름 루독일 발생 학자를 확장하고 심화 한스 슈페만. 그는 얇은 메스, 마이크로 피펫, 헤어 루프, 유리 바늘 등 더 풍부한 도구 세트를 마음대로 사용할 수 있었습니다. 이러한 도구의 도움으로 놀라운 인내와 기술을 보여주는 Spemann은 배아에 대한 최고의 미세 수술을 수행하여 새롭고 흥미로운 많은 것을 배울 수 있었습니다.
그의 실험 중 하나에서 그는 눈 기초를 배아 신체의 여러 부분에 이식했고 이 기초 위의 피부가 모든 곳에서 각막으로 변한다는 것을 발견했습니다.
이로 인해 그는 배아의 다른 부분이 인접한 부분의 발달에 영향을 미치는 물질을 분비한다는 생각을 갖게 되었습니다. 슈페만은 1901년에서 1918년 사이에 기초 실험을 수행했습니다.

그리고 이번에 그는 배아의 다른 부분을 이식하고 교환하면서 자신의 아이디어에 대한 새로운 확인을 찾고있었습니다. 한 배아에서 그는 정상적으로 뇌로 발달하는 신경판을 다른 배아의 피부에 넣었고 그곳에서 정상적인 피부로 바뀌는 것을 발견했습니다. 그는 또한 역 실험을 시작했습니다. 두 번째 배아의 표피 일부를 취하여 첫 번째 배아의 신경판 대신에 배치하여 본격적인 뇌로 발전했습니다.

그는 세포의 분화와 전문화에 영향을 미치는 호르몬과 유사한 물질이 방출되는 배아의 다양한 지점을 설명하는 이른바 "조직 센터"라는 이론을 공식화했습니다.

이 연구들은 이론적으로 매우 흥미로울 뿐만 아니라 중생의 문제에 빛을 비추기 때문에 실천적으로도 매우 중요합니다. 이와 관련하여 인간의 능력은 매우 완만하지만, 예를 들어 도마뱀에서는 새로운 꼬리가 자라고 뉴트에서는 새로운 팔다리가 자랍니다. (사람에게 그런 기회가 있다면 얼마나 좋을까요!)

결과에 감사 스피맨, Karolinska Institute의 전문가들은 1935년 발달 중인 배아에서 "조직 센터"를 발견한 공로로 그에게 노벨 생리의학상을 수여하기로 결정했습니다.

세포 상호 작용의 문제는 유전 공학 및 면역학의 새로운 방향인 면역 공학과 밀접한 관련이 있습니다. 이러한 방향은 점차적으로 결합되어 사람의 생명체를 제어할 수 있는 가능성을 열어줄 놀라운 합성을 제공합니다.

발레리 촐라코프, 노벨상 수상자. 과학자 및 발견, M., Mir, 1986, p. 339-340.

15년 전인 1996년 7월 5일, 최초의 복제 생명체인 양 돌리(Dolly)가 탄생했습니다.

같은 해에 중국 연구원 Tong Dizhou는 처음으로 물고기를 복제했습니다. 그는 성인 아시아 잉어의 유전 물질을 알에 이식하여 새로운 개인이 등장한 후 자손을 낳았습니다.

1964년 코넬 대학의 프레데릭 스튜어드(Frederic Steward) 교수는 완전히 분리된 근경 세포에서 당근을 통째로 재배하여 분화된(분리된) 세포를 사용한 복제 가능성을 입증했습니다.

1969년 하버드 대학교 교수인 James Shapiero와 Jonathan Bechwith가 첫 번째 유전자를 분리했습니다.

1972년 스탠포드 대학의 Paul Berg 교수는 최초의 재조합 DNA 분자를 만들었습니다.

1979년 칼 일멘시(Karl Illmensee)는 쥐 3마리 복제에 성공했다고 발표했다.

1983년 Kary Mullis는 중합효소를 개발했습니다. 연쇄 반응(PCR) 특정 조각의 낮은 농도에서 상당한 증가를 달성할 수 있습니다. 핵산(DNA) 생물학적 물질(샘플).

1984년 덴마크 과학자 Steen Willadsen은 배아 세포에서 양을 복제했습니다. 이것은 포유류를 복제하는 최초의 실험이었습니다. Villadsen은 핵 이식 방법을 사용했습니다.

1986년에 Villadsen은 1주일 된 배아의 분화된 세포에서 소를 복제했습니다. 같은 해에 위스콘신 대학교 교수인 Neal First, Randal Prather, Willard Eyestone도 태아 세포에서 소를 복제했습니다.

1990년에 인간 유전자 코드를 구성하는 30억 개 이상의 뉴클레오티드 서열을 결정하는 것을 목표로 하는 국제 연구 프로그램인 인간 게놈 프로젝트가 시작되었습니다.

1995년 스코틀랜드 로슬린 연구소(Roslyn Institute)의 교수인 이안 윌머트(Ian Wilmut)와 키스 캠벨(Keith Campbell)은 분리된 두 배아의 유전 물질을 사용하여 두 마리의 양 메간(Megan)과 모라그(Morag)를 성공적으로 복제했습니다.

1996년 Wilmut과 Campbell은 처음으로 성인 세포에서 동물을 복제하는 실험을 시작했으며, 그 결과 1996년 7월 5일 양 Dolly가 탄생했습니다.

1997 년 Don Wolf (Don Wolf) 오레곤 지역 영장류 연구 센터 (오레곤 지역 영장류 연구 센터)의 실험실에서 과학자들은 두 마리의 붉은 털 원숭이를 복제했습니다.

같은 해에 빌 클린턴 미국 대통령은 인간 복제 자금 조달을 위한 공적 자금 사용을 금지했습니다.

1997년 Ian Wilmuth와 Keith Campbell은 유전적으로 이식된 인간 유전자가 있는 실험실에서 배양한 피부 세포를 사용하여 또 다른 양인 Polly를 복제했습니다.

1998년 돌리는 건강한 자연 임신 양 세 마리를 낳았습니다.

같은 해에 하와이 대학교에서 야나기마치 류조 교수가 이끄는 과학자 그룹이 성인 세포에서 50마리의 쥐를 복제했습니다. 최초의 복제 마우스는 Cumulina라는 별명을 얻었습니다.

2001년 12월 22일, 텍사스 A&M 대학에서 세계 최초의 복제 고양이 Sisi(CopyCat, CC)가 태어났습니다. 2년 후, 최초의 복제 사슴 듀이와 최초의 복제 말 프로메테우스가 이 대학에서 태어났다.

2001년 Advanced Cell Technology, Inc.의 과학자들은 멸종 위기에 처한 종에 속하는 최초의 복제 동물이 된 노아라는 gaur 황소의 탄생을 발표했습니다. 이 실험은 복제를 통해 멸종 위기에 처한 동물 종을 구할 수 있는 가능성을 열었습니다.

2003년 세계적으로 유명한 양 돌리(Dolly)가 안락사되었습니다. 원인은 바이러스에 의한 진행성 폐암이었다. 돌리는 6.5세였습니다.

2005년 대한민국세계 최초의 복제견인 아프리칸 그레이하운드 스내피가 탄생했습니다.

2009년 두바이(UAE)에서 최초의 복제 낙타가 태어났습니다. Injas는 아랍어에서 "성취"로 번역되었습니다.

인간 배아 복제에 대한 성공적인 실험(1998, 2004 - 한국, 2002 - 미국)에 대한 여러 진술에도 불구하고 현재까지 이에 대한 과학적 확인은 없습니다.

유전 공학은 많은 사람들에게 보이는 것처럼 결코 지난 수십 년 동안의 발명품이 아닙니다. 그것에 대한 접근 방식은 지난 세기 초에 발견되었습니다.

첫 번째 단계 중 하나는 1920년대 중반에 진행된 독일 연구원 Spemann과 그의 동료들의 실험이었습니다. 실험을 위해 우리는 빗질 (흰 계란 포함)과 줄무늬 (노란색 포함)의 두 가지 품종의 새끼를 가져 왔습니다. 도롱뇽의 등쪽 입술 조각이 다른 종의 한쪽 옆구리에 이식되었습니다. 두 유기체 모두 낭배 단계의 배아였습니다.

관찰 결과 이식은 신경관을 포함한 다양한 기관의 형성을 유발하는 것으로 나타났습니다. 개발 과정에서 추가 핵이 나타날 수도 있습니다. 주로 수혜자의 세포에서 형성되지만 기증자의 세포도 모든 장기에서 추적됩니다.

Spemann의 실험 - 복제의 길

그 후, 유사한 방식에 따라 다른 실험을 수행하여 세 가지 결론을 확정할 수 있었습니다. 첫째, 포구 등 입술 부위의 이식은 특이한(자연에서는 발견되지 않는) 형태로 주변 조직의 발달 방향을 바꿀 수 있습니다. 두 번째는 낭배의 복부 및 측면에서 실험의 일반 표면이 전체 배아로 대체된다는 것입니다. 그리고 세 번째 - 이식으로 인한 장기의 구조는 배아 조절에 의해 발생합니다.

Spemann은 blastopore의 등쪽 입술을 주요 조직자로 명명했습니다. 초기 개발 단계에서는 그런 종류의 어떤 것도 기록되지 않았습니다. 오늘날 입술 전체가 아니라 척색중배엽 기초만이 결정적으로 중요하다는 것은 이미 알려져 있습니다. 한 배아의 단편이 다른 배아의 발달에 미치는 영향의 바로 그 과정을 생물학자들은 배아 유도라고 합니다.

전간기에 과학자들은 유도 효과를 결정하는 요인을 찾고 있었습니다. 그들은 다양한 죽은 조직, 동식물 추출물, 유기 및 무기 물질에 의해 유도가 유발된다는 것을 알아 냈습니다. 한편, 수용자의 반응 특성은 영향 인자의 화학적 매개변수와 전혀 관련이 없는 것으로 밝혀졌습니다.

따라서 발생학자들은 유도 조직 연구에 집중해 왔습니다. 그들은 유도가 태아가 충격을 인지하는 능력에 의해 제한된다는 것을 발견했습니다. 조기 낭배는 전뇌, 후기 낭배 - 척추 및 중배엽 조직의 형성을 유발합니다. 유도를 방지하는 가장 쉬운 방법은 핵단백질 분획을 사용하는 것입니다.

이러한 방식으로 영향을 미치는 배아 기관과 조직의 반응을 역량이라고 합니다. "책갈피" 형성 능력이 정상적인 개발 영역보다 넓고 일정 기간 내에 만 개발 과정을 변경할 수 있습니다. 다른 유기체의 능력의 규모와 기간은 동일하지 않습니다.

오늘날, 주로 분자 및 세포 수준에서 작동하는 유도 메커니즘이 연구되고 있습니다.

Spemann-Mangold 실험은 미분 알고리즘에 대한 가설에 대한 테스트(완전히 확인)였습니다. 경험을 통해 다른 세포에 작용하고(특정 요구 사항 충족) 발달 벡터를 변경하는 특정 세포 조직자의 존재가 입증되었습니다. 분화는 다른 세포에 대한 일부 세포의 세포질 영향에 의해 결정됩니다.

1921 년에 Hilda Mangold가 작업을 시작했으며 그 샘플은 위에 설명되어 있습니다. 이것이 배아 유도가 발견되고 입증된 방법입니다. 나중에 연구자들은 성인 유기체의 많은 조직이 외배엽의 형성을 중화하고 노긴과 코딘 인덕터 물질을 발견했음을 발견했습니다. 한스 슈페만은 11년 후에 노벨상을 받았고, 그가 연구한 등입술의 영역을 슈페만의 조직자라고 불렀습니다.

처음에 Sh.는 의사가 되려고 했으나 공부를 하던 중 발생학에 관심을 갖게 되어 실용의학을 그만두고 연구 활동. 1893년 말에 그는 하이델베르크를 떠나 겨울에는 뮌헨 대학교에서 공부했고 봄에는 뷔르츠부르크 대학교 동물학 연구소에서 발생학 논문 작업을 시작했습니다. 그 지도자는 세계 최고의 발생 학자 중 한 명인 Theodore Boveri였습니다.

이미 그의 연구 경력 초기에 W.는 당시 발생 학자들을 걱정했던 여러 가지 질문을 스스로 설정했습니다. 그 후 그는 이러한 질문을 다음과 같이 공식화했습니다. “개별 프로세스 간의 조화로운 상호 작용이 어떻게 이루어지고 그 결과 단일 통합 개발 프로세스가 형성됩니까? 이러한 프로세스는 서로 독립적으로 발생하여 처음부터 매우 정교하게 균형을 이루어 결국 전체 유기체의 가장 복잡한 "산물"을 형성하게 됩니까, 아니면 서로 영향을 주어 강화, 지원 또는 제한합니까? 서로?

W. 배아 발달에 관한 첫 번째 작업의 방향은 구스타프 볼프 하이델베르크 대학의 동료가 그에게 제안했습니다. 이 과학자는 도롱뇽 배아의 발달 중인 눈에서 렌즈를 제거하면 망막 가장자리에서 새로운 렌즈가 발달한다는 사실을 발견했습니다. Sh.는 Wolf의 실험에 충격을 받아 렌즈가 재생되는 방식이 아니라 초기 형성 메커니즘이 무엇인지에 중점을 두어 계속하기로 결정했습니다.

일반적으로 뉴트 눈의 수정체는 뇌의 특수한 파생물 인 아이 컵이 배아 표면에 도달하는 순간 외배엽 세포 그룹 (배아 조직의 바깥 쪽 시트)에서 발생합니다. Sh.는 렌즈 형성 신호가 아이 컵에서 나온다는 것을 증명했습니다. 그는 수정체가 형성되어야 할 외배엽을 제거하고 배아의 완전히 다른 영역의 세포로 교체하면 이식된 세포에서 정상적인 수정체가 발달하기 시작한다는 사실을 발견했습니다. 그들의 문제를 해결하기 위해 W.는 매우 복잡한 방법과 장치를 개발했으며, 그 중 다수는 발생학자와 신경과학자들이 개별 세포에 대한 정밀한 조작을 위해 여전히 사용하고 있습니다.

한편 W.는 박사 학위 논문을 완성했고 1895년에 이학 박사 학위를 받았습니다. 그 후 그는 뷔르츠부르크에 남아 3년 후 동물학 강사로 임명되었습니다. 1908년 로스토크로 옮겨 동물학과 비교 해부학 교수가 되었다. 제1차 세계대전이 발발하자 그는 달렘(베를린 교외)에 있는 카이저 빌헬름 생물학 연구소(현 막스 플랑크 연구소)의 부소장이 되어 전쟁 내내 이 직책을 맡았습니다. 1919년 프라이부르크 대학의 동물학 교수가 되었다.

렌즈와 아이 컵에 대한 그의 초기 실험에서 Sh.는 렌즈가 형성되는 외배엽의 발달이 망막의 영향에 달려 있음을 보여주었습니다. 또한 그는 배아 전체의 발달이 어떤 조건으로 결정되는지 연구하기로 결정했습니다. 이를 위해 그는 사람의 머리카락으로 만든 고리를 사용하여 영원의 알을 두 부분으로 나눴습니다. 이 작업이 배아 발생의 초기 단계 (배아 발달)에서 수행되면 각 절반은 표준 배아에 비해 작지만 완전한 배아를 발달시킬 수 있음이 밝혀졌습니다. 나중에 같은 작업을 수행하면 배아의 절반이 각 절반에서 자랍니다. 이것으로부터 W.는 계란의 각 절반의 "개발 계획"이 이 중간 기간에 결정된다고 결론지었습니다.

Sh.는 개발을 결정하는 프로세스의 메커니즘에 많은 관심을 기울이지 않았습니다. 그는 배아 발달이 너무 복잡해서 분자 수준에서 분석할 수 없다고 믿었고, 따라서 그의 노력을 시간적 순서, 즉 발달 과정에서 배아의 어떤 부분이 먼저 결정되고 다양한 부분 사이의 관계는 무엇인지.

이러한 질문에 답하기 위해 Sh.는 밀접하게 관련된 두 도롱뇽 종에 속하는 배아 사이에 조직 이식을 했습니다. 이 종의 개체는 색이 다르기 때문에 W.는 이식된 세포의 운명을 쉽게 따를 수 있습니다. 함께. 그의 동료들(특히 Hilda 및 Otto Mangold와 함께)과 함께 그는 Wolff의 수정체에 대한 첫 번째 실험에서와 같이 이식된 조직의 운명은 거의 전적으로 이전 위치에서 어떤 기관이 발달했는지에 달려 있지 않다는 것을 발견했습니다. 새로운 위치. 동시에 Sh.는 한 가지 놀라운 예외를 밝혔습니다. 3개의 주요 세포 시트(외배엽, 내배엽 및 중배엽) 사이의 접합부 근처에 위치한 배아의 특정 부분이 같은 기간의 다른 배아의 어느 위치로든 이식되어 새로운 방식으로 발달하지 않은 것으로 밝혀졌습니다. 위치가 아니라 오히려 자체 개발 라인을 계속 유지하고 주변 조직의 개발을 지시했습니다. 이 데이터는 W.와 Hilda Mangold가 1922년에 출판했습니다. 다른 배아의 어느 곳에나 이식되었을 때 조직이 두 번째 배아의 원시 구조(배아 발생 중에 나타나는 최초의 식별 가능한 구조)의 조직화를 일으키는 배아의 영역이 있음이 밝혀졌습니다. 이와 관련하여 이러한 영역을 "조직 센터"라고 불렀습니다.

오늘의 최고

Sh가 나중에 쓴 것처럼, 배아 사이의 조직 이식에 관한 그의 후속 연구에서 다른 유형"유도 자극은 [유도 기관의] 특정 속성을 설정하지 않지만 반응하는 조직에 이미 내재된 속성의 발달을 촉발합니다... 개발 시스템의 복잡성은 주로 기관의 구조에 의해 결정됩니다. 반응하는 조직, 그리고... 인덕터에는 방아쇠만 있고 경우에 따라 안내 효과가 있습니다."

1935년에 Mr.. Sh.는 "배아 발달에서 조직화 효과의 발견"으로 노벨 생리의학상을 수상했습니다. 그러나이 발견의 모든 중요성에도 불구하고 그것은 많은 발견 중 하나에 불과했습니다. 과학적 성과 Sh. 그가 개발한 방법과 그가 제기한 질문은 20세기 전반부 발생학 발전의 방향을 설정했습니다. 1936년에 그는 발생 생물학 분야의 고전이 된 배아 발생 및 유도에 대한 그의 작업의 대부분을 요약했습니다.

Sh.는 많은 경우에 배아 시트 사이의 상호 작용이 의존적이라는 것을 보여줄 수 있었습니다. 추가 개발특정 세포 그룹(및 그 딸 세포)을 성숙한 배아로 전환해야 하는 조직 및 기관으로 변환합니다. 명확한 실험 Sh.는 그를 식별 가능한 세포 그룹의 특정 및 잘 정의된 개발 프로세스 사이의 인과 관계에 대한 명확한 질문을 공식화하도록 이끌었습니다. 그의 작업 전체는 배아 발달에 관한 현대 이론의 토대를 마련했습니다.

1895년 Mr.. W.는 Clara Binder와 결혼했습니다. 가족 중에는 두 자녀가있었습니다. 여가 시간에 Sh는 친구 및 동료와 예술, 문학 및 철학의 문제에 대해 토론하는 것을 좋아했습니다. 그는 종종 다음과 같이 반복했습니다. "제 생각에는 분석 정신이 최소한 예술적 성향과 결합되지 않은 과학자는 유기체 전체를 이해할 수 없습니다." 1941년 9월 12일 Sh.는 Freiburg 근처의 시골집에서 사망했습니다.

배아 유도는 한 부위가 다른 부위의 운명에 영향을 미치는 배아 부분의 상호 작용 과정입니다. 이 개념은 실험 발생학을 의미합니다.

이 기사는 이 과학의 가장 중요하고 복잡한 질문 중 하나인 "배아 유도란 무엇을 의미합니까?"에 대해 다룹니다.

약간의 역사

배아 유도 현상은 1901년 Hans Spemann과 Hilda Mangold와 같은 독일 과학자들에 의해 발견되었습니다. 이 과정은 처음으로 배아 상태의 양서류의 렌즈를 예로 들어 연구되었습니다. 역사는 Spemann의 이론에 기초한 이 주제에 대한 많은 예와 실험을 보존했습니다.

가설

앞서 언급했듯이 배아 유도는 배아 부분 간의 상호 작용 과정입니다. 따라서 가설에 따르면 발달의 변화를 유발하는 조직자로서 다른 세포에 작용하는 세포가 많이 있습니다. 이 과정을 보다 명확하게 설명하기 위해 지난 세기의 20대 과학자들은 일련의 실험을 수행했으며 이에 대해 아래에서 자세히 설명합니다.

한스 슈페만 실험

그의 실험 결과, Spemann 박사는 일부 기관이 다른 기관에 엄격하게 의존하여 발생하는 패턴을 밝혔습니다. 실험은 트리톤에서 수행되었습니다. Spemann은 한 배아의 뒤쪽에서 다른 배아의 복강으로 포구 입술의 일부를 이식했습니다. 그 결과 장기가 이식된 곳에서 새로운 배아가 형성되기 시작했습니다. 일반적으로 신경관은 복강에 형성되지 않습니다.

경험을 바탕으로 의사는 신체의 추가 발달에 영향을 미치는 조직자가 있다고 결론지었습니다. 그러나 주최자는 우리가 유능한 경우에만 시작할 수 있습니다. 무슨 뜻이에요? 역량은 다양한 종류의 영향을 받아 예상되는 운명을 바꾸는 발아 물질의 능력으로 이해됩니다. 유도 상호 작용을 연구할 때 다양한 종류 chordate 과학자들은 다양한 유기체의 능력 영역과 조건에 많은 것들이 있다는 결론에 도달했습니다. 개별 기능. 즉, 주최자는 세포가 인덕터를 수용할 수 있는 경우 행동하지만 모든 유기체에서 이 과정 또는 저 과정은 다른 방식으로 발생합니다.

결론을 내리자 : 유기체의 발달은 연쇄 과정이며 하나의 세포 없이는 다른 세포의 형성이 불가능합니다. 배아 유도는 점차적으로 기관의 형성과 분화를 결정합니다. 또한 이 과정은 발달하는 개인의 외모 형성의 기초가 된다.

Hilda Mangold의 연구

Hans Spemann에게는 대학원생인 Hilda Mangold가 있었습니다. 놀라운 손재주로 그녀는 미세한 도롱뇽 배아(직경 1.5mm)로 일련의 복잡한 실험을 수행할 수 있었습니다. 그녀는 한 배아에서 작은 조직 조각을 분리하여 다른 종의 배아에 이식했습니다. 또한 이식을 위해 그녀는 다른 배아의 입자가 이식 된 배아가 계속해서 성공적으로 발달 할 세포 형성이 일어나는 배아 영역을 선택했습니다. 그리고 이식된 조직 조각은 등, 척추, 복부 및 머리가 부여된 새로운 몸을 일으켰습니다.

실험의 의미는 무엇이었습니까? 그 과정에서 Mangold는 배아 유도가 있음을 증명했습니다. 이것은 작은 사이트가 이러한 고유한 속성을 가지고 있기 때문에 가능하며, 이를 Organizer라고 합니다.

유도의 종류

두 가지 유형이 있습니다: 이종 유도 및 동종 유도. 그것은 무엇이며 차이점은 무엇입니까? 첫 번째 유형은 이식된 세포가 공통된 리듬으로 스스로를 재건하도록 강제되는 과정입니다. 즉, 일종의 새로운 기관을 생성합니다. 두 번째는 주변 세포의 변화를 유발합니다. 재료가 같은 방향으로 전개되도록 장려합니다.

기본 셀룰러 프로세스

보다 명확하게 하기 위해 아래에 표가 나와 있습니다. 우리는 그 예를 사용하여 배아 유도의 주요 세포 과정을 연구할 것을 제안합니다.

이 현상의 징후는 유기체 발달의 다양한 단계에서 발견되었습니다. 현재 배아 유도가 활발히 연구되고 있습니다.