§ 11. Методи дослідження клітин. Наука цитологія

• До змісту відповідей

ПОМІРКУЙТЕ Й ОБГОВОРІТЬ СИТУАЦІЮ

Ви прийшли до лікаря з болем у горлі. Лікар каже: «Я візьму мазок і відправлю на бактеріальний посів. Через кілька днів буде результат».

Чому лікар не може відразу призначити антибіотик?

Біль у горлі найчастіше викликають віруси, проти яких антибіотики взагалі безсилі. Прийом ліків без точного діагнозу марно навантажує організм, знищує корисну мікрофлору та викликає звикання небезпечних бактерій.

Навіщо чекати кілька днів?

Цей час потрібен лабораторії, щоб висіяти взяті бактерії на поживне середовище й виростити з них видимі колонії в термостаті. Тільки після розмноження мікробів проводять тести на їхню чутливість до конкретних груп антибіотиків.

Що саме досліджують, коли беруть мазок?

Досліджують клітини мікроорганізмів, які оселилися на слизовій оболонці зіву й мигдаликів. Фахівці визначають конкретний вид бактерій-збудників та з’ясовують, які саме препарати здатні зупинити їхній ріст.

І який це має стосунок до клітин?

Бактерії є одноклітинними організмами, які для дослідження розмножують методом клітинних культур. Лікар підбирає антибіотик, здатний зруйнувати клітинну оболонку або припинити синтез білка всередині клітин цього конкретного мікроба.

РОБОТА В ГРУПІ

Пригадайте, як улаштований світловий мікроскоп. Поясніть послідовність дій, як на ньому працювати.

Світловий мікроскоп складається з механічної частини (підставка, штатив, предметний столик із затискачами, тубус, револьвер для зміни об’єктивів, макрогвинт і мікрогвинт) та оптичної системи (окуляр, набір об’єктивів, вбудована лампа або дзеркало з діафрагмою).

Послідовність роботи:

1. Поставити мікроскоп штативом до себе на відстані 5–10 см від краю парти.
2. Обертанням револьвера встановити об’єктив малого збільшення навпроти отвору предметного столика.
3. Налаштувати дзеркалом чи лампою світло так, щоб в окулярі з’явилося рівномірне яскраве коло.
4. Покласти препарат на предметний столик покривним склом догори та закріпити клемами.
5. Дивлячись збоку, за допомогою макрогвинта опустити об’єктив майже впритул до скла на відстань 1–2 мм.
6. Дивлячись в окуляр, повільно піднімати тубус макрогвинтом до появи обрисів клітин.
7. Відрегулювати чіткість мікрогвинтом, перемістити потрібну ділянку в центр поля зору та за потреби перемкнути револьвер на більше збільшення.

РОБОТА В ПАРІ

Оберіть один тип мічених атомів (³²P, ¹⁴C, ³⁵S, ³H), який ви б використали для вивчення: а) нуклеїнових кислот; б) білків.

а) Для нуклеїнових кислот підходить ізотоп ³²P, тому що залишки ортофосфатної кислоти з атомами фосфору обов’язково входять до складу кожного нуклеотиду ДНК і РНК, але не містяться в молекулах простих білків.

б) Для білків підходить ізотоп ³⁵S, оскільки атоми сірки входять до складу специфічних амінокислот (метіоніну та цистеїну), з яких будуються білкові молекули, а в нуклеїнових кислотах сірка відсутня.

ВІДКРИТИЙ МІКРОФОН

Чому культивування клітин проводиться в стерильних умовах, а дослідники й дослідниці працюють у захисних костюмах і гумових рукавичках?

Стерильність необхідна, бо в багатому поживному розчині будь-яка випадкова бактерія або спора цвілі з повітря розмножиться за лічені години й повністю витіснить досліджувану лінію клітин. Спецодяг та рукавички захищають зразок від відмерлих лусочок шкіри й мікрофлори вченого, а людину — від прямого контакту з патогенними вірусами чи токсинами, які можуть тестуватися на цих клітинах.

ПОШУК, ОЦІНЮВАННЯ, СИСТЕМАТИЗАЦІЯ ТА ПРЕЗЕНТАЦІЯ ІНФОРМАЦІЇ

Знайдіть і презентуйте інформацію про внесок вітчизняних учених у розвиток цитології.

⚠️

Тези для презентації:

1. Іван Чистяков у 1874 році першим у світі зафіксував і описав стадії мітозу (непрямого поділу) в рослинних клітинах, зробивши фундаментальний прорив у розумінні клітинного циклу.
2. Сергій Навашин, професор Київського університету, у 1898 році відкрив явище подвійного запліднення у квіткових рослин, що стало світовим відкриттям у цитології та ембріології.
3. Ілля Мечников відкрив процес фагоцитозу — здатність захисних клітин організму поглинати й перетравлювати чужорідні мікроорганізми, за що отримав Нобелівську премію.
4. Олександр Богомолець заснував інститут клінічної фізіології та створив цитотоксичну сироватку, яка вибірково впливала на клітини сполучної тканини для стимуляції імунітету.
5. Петро Костюк розробив унікальні мікроелектродні методи дослідження нервових клітин та детально з’ясував роботу кальцієвих каналів на поверхні клітинних мембран.

ЗАПИТАННЯ І ЗАВДАННЯ

1. У науковій лабораторії розробляють наночастинки для цільової доставки ліків одразу в ракову пухлину. Як дослідити, чи справді ліки потрапляють, куди треба, і не вражають здорові тканини? Запропонуйте схему такого експерименту.

Для цього використовують метод мічених атомів або флуоресцентні барвники разом із методом клітинних культур. До наночастинок із ліками прикріплюють речовину, що світиться під дією ультрафіолету (флуорофор). Отримані ліки паралельно додають у дві різні лабораторні посудини: в одну з культурою ракових клітин, а в іншу — зі здоровими клітинами людини.

Через флуоресцентний мікроскоп спостерігають, де саме накопичується світіння. Якщо наночастинки потрапляють лише всередину пухлинних клітин і знищують їх, а здорові клітини залишаються цілими й без слідів препарату, то адресна доставка працює правильно.

2. Уявіть, що до вашої лабораторії привезли зразки води з антарктичного озера. Ваше завдання: ідентифікувати бактерії та з’ясувати, які корисні речовини вони виробляють. Запропонуйте схему досліджень. Які методи дослідження клітин ви будете використовувати?

Схема дослідження антарктичних бактерій:

1. Посів води на поживне середовище в чашки Петрі та вирощування бактеріальних колоній за низьких температур.
2. Вивчення зовнішнього вигляду клітин і їхнього забарвлення під світловим мікроскопом.
3. Дослідження внутрішньої будови знайдених клітин під електронним мікроскопом.
4. Руйнування бактеріальних клітин і розділення їхніх компонентів у центрифузі на різні фракції за масою та густиною.
5. Проведення цитохімічних та біохімічних реакцій для виявлення корисних ферментів, ліпідів чи природних антибіотиків.

Використані методи дослідження:

• Метод клітинних культур (культивування) для розмноження невідомих мікроорганізмів.
• Світлова та електронна мікроскопія для визначення форми й ультраструктури бактерій.
• Центрифугування для виділення окремих органел і розчинних біомолекул.
• Цитохімічний аналіз для визначення хімічного складу вироблених речовин.

3. Уявіть, що ви досліджуєте ефективність і безпечність нового медичного препарату. Його можна тестувати на піддослідних тваринах або на культурі клітин людини. Який шлях ви б обрали? Поясніть чому.

Найкраще поєднати обидва методи поетапно, розпочавши саме з культури клітин людини.

На першому етапі клітинні культури дають змогу швидко й недорого дізнатися, як саме препарат впливає на клітини людини, чи є він для них отруйним, і водночас не завдавати страждань живим істотам. Тільки якщо ліки показали гарний результат у пробірці, їх варто перевіряти на тваринах. Другий етап на тваринах є необхідним, оскільки окремі клітини не можуть показати реакцію всього організму — роботу нирок, печінки, нервової та імунної систем.