De methode van weefselkweek is een van de belangrijkste instrumenten van de moderne biotechnologie, waarmee praktische problemen van plantenfysiologie, biochemie en genetica kunnen worden opgelost. Kunstmatige teelt van het materiaal wordt uitgevoerd onder bepaalde voorwaarden: sterilisatie, temperatuurregeling en blootstelling aan een speciaal voedingsmedium.
Essentie
De methode van weefselkweek is hun langdurige bewaring en / of kunstmatige cultivatie in laboratoriumomstandigheden op een voedingsbodem. Met deze technologie kun je een biologisch model maken voor het bestuderen van verschillende processen in cellen die buiten het lichaam van planten, mensen en dieren bestaan.
De reproductie van plantenweefselkweek is gebaseerd op de eigenschap van totipotentie - het vermogen van cellen om zich te ontwikkelen tot een heel organisme. Bij dieren wordt dit alleen gerealiseerd in bevruchte eieren (met uitzondering van sommige soorten coelenteraten).
Ontwikkelingsgeschiedenis
De eerste pogingen om plantenweefsel te kweken werden gedaan door Duitse wetenschappers aan het begin van de 19e-20e eeuw. Ondanks dat ze niet succesvol waren, werden er toch een aantal ideeën geformuleerd, die later werden bevestigd.
In 1922 waren W. Robbins en W. Kotte, onafhankelijk van elkaar, in staat om de toppen van maïs- en tomatenwortels te laten groeien op een kunstmatige voedingsbodem. Een gedetailleerde studie van cel- en weefselkweektechnieken begon in de jaren dertig van de vorige eeuw. 20ste eeuw R. Gautre en F. White bewezen dat met periodieke transplantatie van weefselculturen in een vers voedingsmedium, ze onbeperkt kunnen groeien.
In 1959 werden 142 plantensoorten gekweekt onder laboratoriumomstandigheden. In de tweede helft van de twintigste eeuw. het gebruik van verspreide (gescheiden) cellen is ook begonnen.
Soorten testmateriaal
Er zijn 2 hoofdtypen plantenweefselculturen:
- Geproduceerd zonder vernietiging en met behoud van de karakteristieke kenmerken die inherent zijn aan een levend organisme.
- Geëxtraheerd door afbraak (chemisch, enzymatisch of mechanisch) uit primair weefsel. Kan worden gevormd uit een of meer celculturen.
De volgende methoden onderscheiden zich door de teeltwijze:
- op de "voedingslaag", waarin een stof die weefselgroei stimuleert wordt uitgescheiden door delende cellen van dezelfde plantensoort;
- met behulp van het verpleegsterweefsel naast de gekweekte cellen;
- gebruik van voedingsbodem uit een geïsoleerde delende celgroep;
- individuele enkele cellen laten groeien in een microdruppel verzadigd in samenstelling.
Kweek uit enkele cellen brengt bepaalde moeilijkheden met zich mee. Om ze kunstmatig te "dwingen" om te delen, moeten ze een signaal ontvangen van naburige, actief functionerende cellen.
Een van de belangrijkste soorten weefsel voor fysiologisch onderzoek is callus, dat optreedt onder ongunstige externe factoren (meestal mechanisch letsel). Ze hebben het vermogen om de specifieke kenmerken die inherent zijn aan het oorspronkelijke weefsel te verliezen. Als gevolg hiervan beginnen calluscellen zich actief te delen en worden delen van de plant gevormd.
Noodzakelijke voorwaarden
Het succes van de weefsel- en celkweekmethode hangt af van de volgende factoren:
- Naleving van steriliteit. Voor transplantatie worden speciale dozen met gezuiverde lucht gebruikt, uitgerust met ultraviolette lampen. Gereedschap en materialen, kleding en handen van personeel moeten aseptisch worden verwerkt.
- Het gebruik van speciaal geselecteerde voedingsmedia die bronnen van koolstof en energie (meestal sucrose en glucose), micro- en macronutriënten, groeiregulatoren (auxines, cytokinines), vitamines (thiamine, riboflavine, ascorbinezuur en pantotheenzuur en andere) bevatten
- Naleving van temperatuur (18-30 ° C), lichtomstandigheden en vochtigheid (60-70%). De meeste eeltweefselculturen worden gekweekt onder omgevingslicht omdat ze geen chloroplasten bevatten, maar sommige planten hebben achtergrondverlichting nodig.
Momenteel kant en klaarcommerciële line-ups (Murasige en Skoog, Gamborg en Eveleg, White, Kao en Mikhailyuk en anderen).
Voors en tegens
De voordelen van de cel- en weefselkweekmethode zijn:
- goede reproduceerbaarheid van de verkregen resultaten;
- regulatie van intercellulaire interacties;
- laag verbruik van reagentia;
- genetische homogeniteit van cellijnen;
- mogelijkheid tot mechanisering van het groeiproces;
- controle over kooiomstandigheden;
- opslag bij lage temperatuur van levende culturen.
Het nadeel van deze biotechnologie is:
- moeten voldoen aan strikte asepsisvoorwaarden;
- instabiliteit van celeigenschappen en de mogelijkheid van hun ongewenste vermenging;
- hoge kosten van chemicaliën;
- onvolledige equivalentie van gekweekte weefsels en cellen in een levend organisme.
Toepassing
Weefselkweekmethode gebruikt voor onderzoek:
- processen in cellen (synthese van DNA, RNA en eiwitten, metabolisme en invloed daarop met behulp van medicijnen);
- intercellulaire reacties (de passage van stoffen door celmembranen, het werk van het hormoon-receptorcomplex, het vermogen van cellen om aan elkaar te hechten, de vorming van histologische structuren);
- interacties met de omgeving (opname van voedingsstoffen, overdracht van infecties, processen van oorsprong en ontwikkelingtumoren en anderen);
- resultaten van genetische manipulaties met cellen.
Veelbelovende gebieden van biologie en farmacologie, bij de ontwikkeling waarvan deze technologie wordt gebruikt, zijn:
- het verkrijgen van effectieve herbiciden, groeiregulatoren voor landbouwgewassen, biologisch actieve verbindingen voor gebruik bij de productie van medicijnen (alkaloïden, steroïden en andere);
- gerichte mutagenese, fokken van nieuwe hybriden, overwinnen van postgame incompatibiliteit;
- klonale vermeerdering, waarmee je een groot aantal genetisch identieke planten kunt krijgen;
- veredeling van virusresistente en virusvrije planten;
- cryopreservatie van de genenpool;
- weefselreconstructie, creatie van stamcelbronnen (tissue engineering).
