Метод культури тканин: сутність і застосування

Метод культури тканин є 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 є їх тривале збереження та/або штучне вирощування в лабораторних умовах у живильному середовищі. Ця технологія дозволяє створити біологічну модель для вивчення різних процесів в клітинах, існуючих поза організму рослин, людини і тварин.

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

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 підтвердились у подальшому.

У 1922 р. В. Роббінс і Ст. Котте, незалежно один від одного, змогли виростити кінчики коренів кукурудзи і томатів на штучної живильному середовищі. Детальне опрацювання техніки культури клітин і тканин почалася в 30-х роках XX в. Р. Готре і Ф. Уайт довели, що при періодичній пересадки тканинних культур у свіже живильне середовище вони можуть зростати 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 основних види культур тканин рослин:

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

За способом вирощування виділяють наступні методи:

  • на «кормящем шарі», при якому речовина, що стимулює ріст тканин, виділяють діляться клітини того ж виду рослин;
  • з використанням тканини-«няньки», яка знаходиться поруч з культивованими клітинами;
  • застосування живильного середовища від відокремленої ділиться клітинної групи;
  • вирощування окремих одиничних клітин в микрокапле, насиченою за складом.
Дивіться також:  Глікокалікс — це... Визначення, характеристика, структура і функції.

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 калюсні, що виникають при несприятливих зовнішніх факторах (зазвичай при механічному травмуванні). Вони володіють здатністю до втрати специфічних характеристик, притаманних вихідної тканини. У результаті клітини калюсу починають активно ділитися і утворюються частини рослини.

Необхідні умови

Успішність методу культури тканин і клітин залежить від наступних факторів:

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

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

Переваги і недоліки

Перевагами методу культури клітин і тканин є:

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

До недоліком 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.
Дивіться також:  Семінарське заняття - це... Визначення поняття, характеристики, особливості

Застосування

Метод культури тканин використовується для проведення досліджень:

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