Kudosviljelymenetelmä on yksi modernin biotekniikan tärkeimmistä työkaluista, joka mahdollistaa käytännön kasvien fysiologian, biokemian ja genetiikan ongelmien ratkaisemisen. Materiaalin keinotekoinen viljely suoritetaan tietyin edellytyksin: sterilointi, lämpötilan säätö ja altistuminen erityiselle ravintoaineelle.
Essence
Kudosviljelymenetelmä on niiden pitkäaikainen säilytys ja/tai keinotekoinen viljely laboratorio-olosuhteissa ravintoalustalla. Tämän tekniikan avulla voit luoda biologisen mallin erilaisten prosessien tutkimiseen soluissa, jotka ovat olemassa kasvien, ihmisten ja eläinten kehon ulkopuolella.
Kasvien kudosviljelmän lisääntyminen perustuu totipotenssin ominaisuuteen - solujen kykyyn kehittyä kokonaiseksi organismiksi. Eläimillä tämä tapahtuu vain hedelmöitetyissä munissa (lukuun ottamatta tiettyjä koelenteraatteja).
Kehityshistoria
Ensimmäiset yritykset viljellä kasvikudoksia tekivät saksalaiset tiedemiehet 1800- ja 1900-luvun vaihteessa. Huolimatta siitä, että ne eivät onnistuneet, muotoiltiin useita ideoita, jotka vahvistettiin myöhemmin.
Vuonna 1922 W. Robbins ja W. Kotte pystyivät toisistaan riippumatta kasvattamaan maissin ja tomaatin juurien kärkiä keinotekoisessa ravintoalustassa. Solu- ja kudosviljelytekniikoiden yksityiskohtainen tutkimus alkoi 1930-luvulla. 20. vuosisata R. Gautre ja F. White osoittivat, että kun kudosviljelmiä siirretään säännöllisesti tuoreeseen ravintoalustaan, ne voivat kasvaa loputtomasti.
Vuoteen 1959 mennessä 142 kasvilajia kasvatettiin laboratorio-olosuhteissa. XX vuosisadan toisella puoliskolla. hajautettujen (eroteltujen) solujen käyttö on myös alkanut.
Testimateriaalin tyypit
Kasvikudosviljelmiä on 2 päätyyppiä:
- Tuotettu tuhoamatta ja säilyttäen elävälle organismille ominaiset ominaisuudet.
- Uutettu hajottamalla (kemiallisesti, entsymaattisesti tai mekaanisesti) primaarisesta kudoksesta. Voidaan muodostaa yhdestä tai useammasta soluviljelmästä.
Seuraavat menetelmät eroavat viljelymenetelmän mukaan:
- "syöttökerroksessa", jossa saman kasvilajin jakautuvat solut erittävät kudosten kasvua stimuloivaa ainetta;
- käyttäen hoitajakudosta viljeltyjen solujen vieressä;
- ravinnealustan käyttö eristetystä jakautuvasta soluryhmästä;
- yksittäisten yksittäisten solujen kasvattaminen koostumukseltaan kyllästetyssä mikropisarassa.
Yksisoluista viljelyyn liittyy tiettyjä vaikeuksia. Jotta ne voidaan keinotekoisesti "pakottaa" jakautumaan, heidän on vastaanotettava signaali viereisistä, aktiivisesti toimivista soluista.
Yksi fysiologisen tutkimuksen pääkudostyypeistä on kallus, joka syntyy haitallisten ulkoisten tekijöiden (yleensä mekaanisten vaurioiden) vaikutuksesta. Niillä on kyky menettää alkuperäisen kudoksen ominaispiirteet. Tämän seurauksena kallussolut alkavat jakautua aktiivisesti ja kasvin osia muodostuu.
Tarvittavat ehdot
Kudos- ja soluviljelymenetelmän menestys riippuu seuraavista tekijöistä:
- Steriiliyden noudattaminen. Elinsiirtoa varten käytetään erityisiä laatikoita, joissa on puhdistettua ilmaa ja jotka on varustettu ultraviolettilampuilla. Työkaluja ja materiaaleja, vaatteita ja henkilökunnan käsiä tulee käsitellä aseptisesti.
- Erityisesti valittujen ravintoalustojen käyttö, jotka sisältävät hiili- ja energialähteitä (yleensä sakkaroosia ja glukoosia), mikro- ja makroravinteita, kasvunsäätelyaineita (auksiinit, sytokiniinit), vitamiineja (tiamiini, riboflaviini, askorbiini- ja pantoteenihappo ja muut).
- Lämpötilan (18-30 °C), valaistusolosuhteiden ja kosteuden (60-70%) mukainen. Useimpia kalluskudosviljelmiä kasvatetaan ympäristön valossa, koska ne eivät sisällä kloroplasteja, mutta jotkut kasvit tarvitsevat taustavaloa.
Tällä hetkellä valmiskaupalliset kokoonpanot (Murasige ja Skoog, Gamborg ja Eveleg, White, Kao ja Mikhailyuk ja muut).
Hyvät ja huonot puolet
Solu- ja kudosviljelymenetelmän edut ovat:
- saattujen tulosten hyvä toistettavuus;
- solujen välisten vuorovaikutusten säätely;
- vähä reagenssien kulutus;
- solulinjojen geneettinen homogeenisuus;
- mahdollisuutta koneistaa kasvatusprosessi;
- häkkiolosuhteiden hallinta;
- elävien kulttuurien varastointi alhaisessa lämpötilassa.
Tämän biotekniikan haittapuoli on:
- täytyy noudattaa tiukkoja aseptisia ehtoja;
- solujen ominaisuuksien epävakaus ja niiden ei-toivotun sekoittumisen mahdollisuus;
- kemikaalien korkeat kustannukset;
- viljeltyjen kudosten ja solujen epätäydellinen vastaavuus elävässä organismissa.
Hakemus
Tutkimuksessa käytetty kudosviljelymenetelmä:
- solujen sisällä tapahtuvat prosessit (DNA:n, RNA:n ja proteiinien synteesi, aineenvaihdunta ja siihen vaikuttaminen lääkkeiden avulla);
- solujen väliset reaktiot (aineiden kulkeutuminen solukalvojen läpi, hormoni-reseptorikompleksin toiminta, solujen kyky tarttua toisiinsa, histologisten rakenteiden muodostuminen);
- vuorovaikutus ympäristön kanssa (ravinteiden imeytyminen, infektioiden leviäminen, alkuperä- ja kehitysprosessitkasvaimet ja muut);
- solujen geenimanipulaatioiden tulokset.
Biologian ja farmakologian lupaavia alueita, joiden kehittämisessä tätä tekniikkaa käytetään, ovat:
- tehokkaiden rikkakasvien torjunta-aineiden, viljelykasvien kasvunsäätelyaineiden, biologisesti aktiivisten yhdisteiden hankkiminen lääkkeiden valmistukseen (alkaloidit, steroidit ja muut);
- ohjattu mutageneesi, uusien hybridien jalostus, postgamisen yhteensopimattomuuden voittaminen;
- klonaalinen lisääntyminen, jonka avulla voit saada suuren määrän geneettisesti identtisiä kasveja;
- virusresistenttien ja viruksista vapaiden kasvien jalostus;
- geenipoolin kylmäsäilytys;
- kudosten rekonstruktio, kantasolulähteiden luominen (kudostekniikka).
