Метод культури тканин: сутність і застосування

Метод культури тканин: сутність і застосування


Метод культури тканин служить одним з головних інструментів сучасних біотехнологій, дозволяючи вирішувати практичні проблеми фізіології, біохімії та генетики рослин. Штучне вирощування матеріалу проводиться з дотриманням певних умов: стерилізації, температурного режиму і з витримкою в спеціальному живильному середовищі.

Сутність

Метод культури тканин являє собою їх тривале збереження і/або штучне вирощування в лабораторних умовах на живильному середовищі. Ця технологія дозволяє створити біологічну модель для вивчення різних процесів у клітинах, що існують поза організмом рослин, людини і тварин.

В основі розмноження культури тканин рослин лежить властивість тотипотентності - здатності клітин розвиватися до цілого організму. У тварин це реалізується тільки в запліднених яйцеклітинах (за винятком деяких видів кишечнополісних).

Історія розвитку

Перші спроби культивування рослинних тканин робилися німецькими вченими на рубежі XIX-XX ст. Незважаючи на те, що вони виявилися невдалими, був сформульований ряд ідей, які підтвердилися в подальшому.

У 1922 р. В. Роббінс і В.Котте, незалежно один від одного, змогли виростити кінчики коріння кукурудзи і томатів на штучному живильному середовищі. Детальне опрацювання техніки культури клітин і тканин почалося в 30-ті рр. XX ст. Р. Готре і Ф. Вайт довели, що при періодичній пересадці тканинних культур у свіже живильне середовище вони можуть рости необмежено довго.

До 1959 р. в лабораторних умовах вирощувалося вже 142 види рослин. У другій половині XX ст. почалося також використання диспергованих (роз'єднаних) клітин.

Типи досліджуваного матеріалу

Розрізняють 2 основні види культур тканин рослин:

  • Одержувані без руйнування і зберігають характерні особливості, притаманні живому організму.
  • Витягувані в результаті розщеплення (хімічного, ферментативного або механічного) з первинної тканини. Можуть формуватися з однієї або декількох клітинних культур.

За способом вирощування виділяють такі методи:

  • на «годуючому шарі», при якому речовина, що стимулює зростання тканин, виділяють клітини того ж виду рослин;
  • з використанням ткані- «няньки», яка знаходиться поруч з культивованими клітинами;
  • застосування живильного середовища від відокремленої клітинної групи;
  • вирощування окремих одиничних клітин у мікрокаплі, насиченій за складом.

Культивування з окремих клітин пов'язане з певними труднощами. Для того щоб штучно «змусити» їх ділитися, вони повинні отримувати сигнал від сусідніх, активно функціонуючих клітин.

Одним з основних видів тканин для фізіологічних досліджень служать каллусні, що виникають при несприятливих зовнішніх факторах (зазвичай при механічному травмуванні). Вони мають здатність до втрати специфічних характеристик, властивих вихідній тканині. У результаті клітини каллуса починають активно ділитися і утворюються частини рослини.

Необхідні умови

Успішність методу культури тканин і клітин залежить від таких факторів:

  • Дотримання стерильності. Для проведення пересадок застосовуються спеціальні бокси з подачею очищеного повітря, оснащені ультрафіолетовими лампами. Асептичній обробці повинні піддаватися інструменти і матеріали, одяг і руки персоналу.
  • Використання спеціально підібраних поживних середовищ, що містять джерела вуглецю та енергії (зазвичай цукрозу і глюкозу), мікро- і макроелементи, регулятори росту (ауксини, цитокініни), вітаміни (тіамін, рибофлавін, аскорбінова і пантотенова кислота та інші).
  • Дотримання температурного (18-30 ° С), світлового режиму та вологості (60-70%). Більшість калісних культур тканин вирощують при розсіяному світлі, оскільки вони не містять хлоропластів, але для деяких рослин потрібне підсвічування.

В якості поживних середовищ в даний час застосовують готові комерційні склади (Мурасіге і Скуга, Гамборга і Евелега, Уайта, Као і Михайлюка та інші).

Гідності та недоліки

Перевагами методу культури клітин і тканин є:

  • хороша відтворюваність отриманих результатів;
  • регулювання міжклітинних взаємодій;
  • невелика витрата реагентів;
  • генетична однорідність клітинних ліній;
  • можливість механізації процесу вирощування;
  • контроль над умовами утримання клітин;
  • низькотемпáне зберігання живих культур.

До нестачі даної біотехнології відносять:

  • необхідність дотримання суворих умов асептики;
  • нестабільність властивостей клітин і можливість їх небажаного змішування;
  • дорожнеча хімічних реагентів;
  • неповна рівноцінність культивованих тканин і клітин у живому організмі.

Застосування

Метод культури тканин використовується для проведення досліджень:

  • процесів всередині клітин (синтез ДНК, РНК і білків, обмін речовин і вплив на нього за допомогою лікарських препаратів);
  • міжклітинних реакцій (проходження речовин через клітинні мембрани, робота комплексу гормон-рецептор, здатність клітин злипатися один з одним, формування гістологічних структур);
  • взаємодії з навколишнім середовищем (поглинання поживних речовин, зараження інфекціями, процеси зародження і розвитку пухлин та інші);
  • результатів генетичних маніпуляцій з клітинами.

Перспективними напрямками біології та фармакології, при розвитку яких використовується дана технологія, є:

  • отримання ефективних гербіцидів, регуляторів зростання для агрономічних культур, біологічно активних сполук для застосування у виробництві лікарських препаратів (алкалоїди, стероїди та інші);
  • спрямований мутагенез, виведення нових гібридів, подолання постгамної несумісності;
  • клональне розмноження, яке дозволяє отримати велику кількість генетично ідентичних рослин;
  • виведення вірусостійких і безвірусних рослин;
  • кріоконсервація генофонду;
  • реконструкція тканин, створення джерел стовбурових клітин (тканинна інженерія).


Матеріали по темі