Методът на тъканната култура е един от основните инструменти на съвременната биотехнология, позволяващ решаването на практически проблеми на физиологията, биохимията и генетиката на растенията. Изкуственото култивиране на материала се извършва при определени условия: стерилизация, контрол на температурата и излагане на специална хранителна среда.
Есенция
Методът на тъканна култура е тяхното дългосрочно съхранение и/или изкуствено култивиране в лабораторни условия върху хранителна среда. Тази технология ви позволява да създадете биологичен модел за изучаване на различни процеси в клетките, които съществуват извън тялото на растенията, хората и животните.
Възпроизвеждането на растителна тъканна култура се основава на свойството тотипотентност - способността на клетките да се развиват в цял организъм. При животните това се осъществява само в оплодени яйца (с изключение на някои видове кишечно-ентеролитни).
История на развитие
Първите опити за култивиране на растителни тъкани са направени от немски учени в началото на 19-20 век. Въпреки факта, че те бяха неуспешни, бяха формулирани редица идеи, които бяха потвърдени по-късно.
През 1922 г. У. Робинс и У. Коте, независимо един от друг, успяват да отглеждат връхчетата на царевицата и корените на домати върху изкуствена хранителна среда. Подробно проучване на техниките за клетъчни и тъканни култури започва през 30-те години на миналия век. 20-ти век R. Gautre и F. White доказаха, че при периодична трансплантация на тъканни култури в прясна хранителна среда, те могат да растат за неопределено време.
До 1959 г. 142 растителни вида се отглеждат в лабораторни условия. През втората половина на XX век. използването на разпръснати (разделени) клетки също започна.
Видове тестови материали
Има 2 основни типа култури от растителна тъкан:
- Произведено без унищожаване и запазване на характерните черти, присъщи на живия организъм.
- Извлича се чрез разграждане (химично, ензимно или механично) от първичната тъкан. Може да се образува от една или повече клетъчни култури.
Следните методи се отличават по метода на отглеждане:
- на "хранещия слой", в който вещество, което стимулира растежа на тъканите, се секретира от делящи се клетки от един и същи растителен вид;
- с помощта на медицинската кърпичка до култивираните клетки;
- използване на хранителна среда от изолирана деляща се клетъчна група;
- отглеждане на отделни единични клетки в микрокапчица, наситена по състав.
Култивирането от единични клетки е изпълнено с определени трудности. За да ги „принуди“изкуствено да се делят, те трябва да получат сигнал от съседни, активно функциониращи клетки.
Един от основните видове тъкани за физиологични изследвания е калусът, който възниква при неблагоприятни външни фактори (обикновено механични наранявания). Те имат способността да губят специфичните характеристики, присъщи на оригиналната тъкан. В резултат на това клетките на калуса започват активно да се делят и се образуват части от растението.
Необходими условия
Успехът на метода за тъканна и клетъчна култура зависи от следните фактори:
- Спазване на стерилност. За трансплантация се използват специални кутии с подаван пречистен въздух, оборудвани с ултравиолетови лампи. Инструментите и материалите, дрехите и ръцете на персонала трябва да бъдат подложени на асептична обработка.
- Използването на специално подбрани хранителни среди, съдържащи източници на въглерод и енергия (обикновено захароза и глюкоза), микро- и макроелементи, регулатори на растежа (ауксини, цитокинини), витамини (тиамин, рибофлавин, аскорбинова и пантотенова киселина и др.).
- Съответствие с температура (18-30°C), светлинни условия и влажност (60-70%). Повечето калусни тъканни култури се отглеждат при околна светлина, тъй като не съдържат хлоропласти, но някои растения изискват фоново осветление.
В момента готовотърговски състави (Murasige и Skoog, Gamborg и Eveleg, White, Kao и Mikhailyuk и други).
Плюсове и минуси
Предимствата на метода за клетъчни и тъканни култури са:
- добра възпроизводимост на получените резултати;
- регулиране на междуклетъчните взаимодействия;
- ниска консумация на реагенти;
- генетична хомогенност на клетъчните линии;
- възможност за механизиране на процеса на отглеждане;
- контрол върху условията в клетката;
- съхранение на живи култури при ниска температура.
Недостатъкът на тази биотехнология е:
- трябва да се спазват строги условия на асептика;
- нестабилност на свойствата на клетките и възможността за тяхното нежелано смесване;
- висока цена на химикалите;
- непълна еквивалентност на култивирани тъкани и клетки в жив организъм.
Заявление
Метод на тъканна култура, използван за изследване:
- процеси вътре в клетките (синтез на ДНК, РНК и протеини, метаболизъм и влияние върху него с помощта на лекарства);
- междуклетъчни реакции (преминаване на вещества през клетъчните мембрани, работата на хормон-рецепторния комплекс, способността на клетките да се придържат една към друга, образуването на хистологични структури);
- взаимодействия с околната среда (усвояване на хранителни вещества, предаване на инфекции, процеси на възникване и развитиетумори и други);
- резултати от генетични манипулации с клетки.
Обещаващи области на биологията и фармакологията, при разработването на които се използва тази технология, са:
- получаване на ефективни хербициди, регулатори на растежа за агрономически култури, биологично активни съединения за използване в производството на лекарства (алкалоиди, стероиди и други);
- насочена мутагенеза, развъждане на нови хибриди, преодоляване на постгамна несъвместимост;
- клонално размножаване, което ви позволява да получите голям брой генетично идентични растения;
- отглеждане на устойчиви на вируси и свободни от вируси растения;
- криоконсервация на генофонда;
- реконструкция на тъкани, създаване на източници на стволови клетки (тъканно инженерство).
