שיטת תרבית הרקמות היא אחד הכלים העיקריים של הביוטכנולוגיה המודרנית, המאפשרת לפתור בעיות מעשיות של פיזיולוגיה של צמחים, ביוכימיה וגנטיקה. גידול מלאכותי של החומר מתבצע בכפוף לתנאים מסוימים: עיקור, בקרת טמפרטורה וחשיפה למדיום מזין מיוחד.
Essence
השיטה של תרבית רקמות היא שימור לטווח ארוך ו/או גידול מלאכותי בתנאי מעבדה על מצע מזין. טכנולוגיה זו מאפשרת ליצור מודל ביולוגי לחקר תהליכים שונים בתאים הקיימים מחוץ לגוף של צמחים, בני אדם ובעלי חיים.
הרבייה של תרבית רקמת צמחית מבוססת על תכונת הטוטיפוטנציה - היכולת של תאים להתפתח לאורגניזם שלם. בבעלי חיים, זה מתממש רק בביצים מופרות (למעט סוגים מסוימים של coelenterates).
היסטוריית פיתוח
הניסיונות הראשונים לטפח רקמות צמחיות נעשו על ידי מדענים גרמנים בתחילת המאות ה-19-20.למרות העובדה שהם לא הצליחו, גובשו מספר רעיונות אשר אושרו מאוחר יותר.
בשנת 1922, W. Robbins ו- W. Kotte, ללא תלות זה בזה, הצליחו לגדל קצוות של שורשי תירס ועגבניות על מצע מזין מלאכותי. מחקר מפורט של טכניקות תרבית תאים ורקמות החל בשנות ה-30. המאה ה -20 R. Gautre ו-F. White הוכיחו שעם השתלה תקופתית של תרביות רקמה לתוך תווך מזין טרי, הם יכולים לגדול ללא הגבלת זמן.
עד 1959, 142 מיני צמחים גודלו בתנאי מעבדה. במחצית השנייה של המאה העשרים. החל גם השימוש בתאים מפוזרים (מופרדים).
סוגי חומרי בדיקה
ישנם 2 סוגים עיקריים של תרביות רקמות צמחיות:
- מיוצר ללא הרס ומשמר את התכונות האופייניות הגלומות באורגניזם חי.
- מופק על ידי פירוק (כימי, אנזימטי או מכני) מרקמה ראשונית. יכול להיווצר מתרביות תאים אחת או יותר.
השיטות הבאות נבדלות בשיטת הטיפוח:
- על "שכבת ההזנה", שבה מופרש חומר הממריץ צמיחת רקמות על ידי חלוקה של תאים מאותו מין צמחים;
- באמצעות רקמת האחות ליד התאים התרבותיים;
- שימוש במדיום תזונתי מקבוצת תאים מתחלקת מבודדת;
- גידול תאים בודדים בודדים במיקרוטיפה רוויה בהרכב.
טיפוח מתאי בודד טומן בחובו קשיים מסוימים. על מנת "להכריח" אותם באופן מלאכותי להתחלק, עליהם לקבל אות מתאי שכנים שמתפקדים באופן פעיל.
אחד מסוגי הרקמה העיקריים למחקר פיזיולוגי הוא מחלת היבלת, המופיעה תחת גורמים חיצוניים שליליים (בדרך כלל פגיעה מכנית). יש להם את היכולת לאבד את המאפיינים הספציפיים הטמונים ברקמה המקורית. כתוצאה מכך, תאי קאלוס מתחילים להתחלק באופן פעיל ונוצרים חלקים מהצמח.
תנאים הכרחיים
הצלחת שיטת התרבית הרקמה והתאים תלויה בגורמים הבאים:
- עמידה בסטריליות. עבור השתלה, נעשה שימוש בקופסאות מיוחדות עם אוויר מטוהר מסופק, מצוידות במנורות אולטרה סגול. כלים וחומרים, בגדים וידיים של צוות צריכים להיות נתונים לעיבוד אספטי.
- השימוש בחומרי הזנה שנבחרו במיוחד המכילים מקורות של פחמן ואנרגיה (בדרך כלל סוכרוז וגלוקוז), מיקרו- ומקרו-נוטריינטים, מווסתי גדילה (אוקסינים, ציטוקינינים), ויטמינים (תיאמין, ריבופלבין, חומצה אסקורבית ופנטותנית ואחרים).
- עמידה בטמפרטורה (18-30 מעלות צלזיוס), תנאי אור ולחות (60-70%). רוב תרביות רקמת היבלת גדלות תחת אור הסביבה מכיוון שהן אינן מכילות כלורופלסטים, אך חלק מהצמחים דורשים תאורה אחורית.
כרגע מוכןהרכבים מסחריים (Murasige ו-Skoog, Gamborg and Eveleg, White, Kao and Mikhailyuk ואחרים).
יתרונות וחסרונות
היתרונות של שיטת תרבית התאים והרקמות הם:
- שחזור טוב של התוצאות שהתקבלו;
- וויסות של אינטראקציות בין-תאיות;
- צריכה נמוכה של ריאגנטים;
- הומוגניות גנטית של שורות תאים;
- אפשרות למיכון של תהליך הגידול;
- שליטה על תנאי הכלוב;
- אחסון בטמפרטורה נמוכה של תרבויות חיות.
החיסרון של ביוטכנולוגיה זו הוא:
- צריך לציית לתנאי אספסיס מחמירים;
- חוסר יציבות של מאפייני התא והאפשרות של ערבוב לא רצוי שלהם;
- עלות גבוהה של כימיקלים;
- השקילות לא מלאה של רקמות ותאים מתורבתים באורגניזם חי.
Application
שיטת תרבות רקמות המשמשת למחקר:
- תהליכים בתוך תאים (סינתזה של DNA, RNA וחלבונים, חילוף חומרים והשפעה עליו בעזרת תרופות);
- תגובות בין-תאיות (מעבר חומרים דרך ממברנות התא, עבודת קומפלקס הקולטנים להורמונים, יכולת ההיצמדות של תאים זה לזה, יצירת מבנים היסטולוגיים);
- אינטראקציות עם הסביבה (ספיגה של חומרים מזינים, העברת זיהומים, תהליכי מוצא והתפתחותגידולים ואחרים);
- תוצאות של מניפולציות גנטיות עם תאים.
תחומים מבטיחים של ביולוגיה ופרמקולוגיה, שבפיתוחם נעשה שימוש בטכנולוגיה זו, הם:
- השגת קוטלי עשבים יעילים, מווסתי צמיחה לגידולים אגרונומיים, תרכובות פעילות ביולוגית לשימוש בייצור תרופות (אלקלואידים, סטרואידים ואחרים);
- מוטגנזה מכוונת, גידול של כלאיים חדשים, התגברות על אי התאמה פוסטגמית;
- ריבוי משובטים, המאפשר להשיג מספר רב של צמחים זהים מבחינה גנטית;
- רבייה של צמחים עמידים וירוסים וללא וירוסים;
- שמירה בהקפאה של מאגר הגנים;
- שחזור רקמות, יצירת מקורות תאי גזע (הנדסת רקמות).
