Audu kultūras metode ir viens no galvenajiem mūsdienu biotehnoloģijas instrumentiem, kas ļauj risināt praktiskas augu fizioloģijas, bioķīmijas un ģenētikas problēmas. Materiāla mākslīgo kultivēšanu veic, ievērojot noteiktus nosacījumus: sterilizāciju, temperatūras kontroli un pakļaušanu īpašai barotnei.
Essence
Audu kultūras metode ir to ilgstoša saglabāšana un/vai mākslīga kultivēšana laboratorijas apstākļos uz barības vielu barotnes. Šī tehnoloģija ļauj izveidot bioloģisku modeli dažādu procesu pētīšanai šūnās, kas eksistē ārpus augu, cilvēku un dzīvnieku ķermeņa.
Augu audu kultūras pavairošana balstās uz totipotences īpašību – šūnu spēju attīstīties par veselu organismu. Dzīvniekiem tas tiek realizēts tikai apaugļotajās olās (izņemot dažus koelenterātu veidus).
Attīstības vēsture
Pirmos mēģinājumus kultivēt augu audus veica vācu zinātnieki 19.-20.gadsimta mijā. Neskatoties uz to, ka tie bija neveiksmīgi, tika formulētas vairākas idejas, kuras vēlāk apstiprinājās.
1922. gadā V. Robinss un V. Kote neatkarīgi viens no otra spēja izaudzēt kukurūzas un tomātu sakņu galus mākslīgā barotnē. Detalizēta šūnu un audu kultūras metožu izpēte sākās 1930. gados. 20. gadsimts R. Gotre un F. Vaits pierādīja, ka, periodiski transplantējot audu kultūras svaigā barotnē, tās var augt bezgalīgi.
Līdz 1959. gadam laboratorijas apstākļos tika audzētas 142 augu sugas. XX gadsimta otrajā pusē. ir sākusies arī izkliedēto (atdalīto) šūnu izmantošana.
Pārbaudes materiāla veidi
Ir divi galvenie augu audu kultūru veidi:
- Ražots bez iznīcināšanas un saglabājot dzīvam organismam raksturīgās iezīmes.
- Iegūts, sadaloties (ķīmiski, fermentatīvi vai mehāniski) no primārajiem audiem. Var veidot no vienas vai vairākām šūnu kultūrām.
Pēc kultivēšanas metodes izšķir šādas metodes:
- uz "barošanās slāņa", kurā, daloties vienas augu sugas šūnām, izdalās viela, kas stimulē audu augšanu;
- izmantojot medmāsas audus blakus kultivētajām šūnām;
- barības barotnes izmantošana no izolētas dalīšanās šūnu grupas;
- atsevišķu vienšūnu audzēšana sastāva piesātinātā mikropiliņā.
Audzēšana no vienšūnām ir saistīta ar zināmām grūtībām. Lai mākslīgi "piespiestu" tās dalīties, tām jāsaņem signāls no blakus esošajām, aktīvi funkcionējošām šūnām.
Viens no galvenajiem audu veidiem fizioloģiskai izpētei ir kalluss, kas rodas nelabvēlīgu ārējo faktoru (parasti mehānisku traumu) ietekmē. Viņiem ir iespēja zaudēt specifiskās īpašības, kas raksturīgas sākotnējiem audiem. Tā rezultātā kallusa šūnas sāk aktīvi dalīties un veidojas auga daļas.
Nepieciešamie nosacījumi
Audu un šūnu kultūras metodes panākumi ir atkarīgi no šādiem faktoriem:
- Atbilstība sterilitātei. Transplantācijai tiek izmantotas īpašas kastes ar attīrītu gaisu, kas aprīkotas ar ultravioletajām lampām. Instrumenti un materiāli, apģērbs un personāla rokas ir jāpakļauj aseptiskai apstrādei.
- Īpaši atlasītu uzturvielu barotņu izmantošana, kas satur oglekļa un enerģijas avotus (parasti saharozi un glikozi), mikro- un makroelementus, augšanas regulatorus (auksīnus, citokinīnus), vitamīnus (tiamīnu, riboflavīnu, askorbīnskābi un pantotēnskābi un citus)).
- Atbilstība temperatūrai (18-30 ° C), apgaismojuma apstākļiem un mitrumam (60-70%). Lielākā daļa kalusa audu kultūru tiek audzētas apkārtējā apgaismojumā, jo tās nesatur hloroplastus, taču dažiem augiem ir nepieciešams apgaismojums.
Šobrīd gatavskomerciālās grupas (Murasige un Skoog, Gamborg un Eveleg, White, Kao un Mihailyuk un citi).
Prusi un mīnusi
Šūnu un audu kultūras metodes priekšrocības ir:
- laba iegūto rezultātu reproducējamība;
- starpšūnu mijiedarbības regulēšana;
- mazs reaģentu patēriņš;
- šūnu līniju ģenētiskā viendabīgums;
- audzēšanas procesa mehanizācijas iespēja;
- kontrolēt būra apstākļus;
- Dzīvu kultūru uzglabāšana zemā temperatūrā.
Šīs biotehnoloģijas trūkums ir:
- jāievēro stingri aseptikas nosacījumi;
- šūnu īpašību nestabilitāte un to nevēlamas sajaukšanās iespēja;
- augstas ķīmisko vielu izmaksas;
- nepilnīga kultivēto audu un šūnu līdzvērtība dzīvā organismā.
Pieteikums
Izpētē izmantotā audu kultūras metode:
- procesi šūnu iekšienē (DNS, RNS un olb altumvielu sintēze, vielmaiņa un ietekme uz to ar medikamentu palīdzību);
- starpšūnu reakcijas (vielu iziešana cauri šūnu membrānām, hormonu-receptoru kompleksa darbība, šūnu spēja saķerties viena ar otru, histoloģisko struktūru veidošanās);
- mijiedarbība ar vidi (barības vielu uzsūkšanās, infekciju pārnešana, rašanās un attīstības procesiaudzēji un citi);
- ģenētisko manipulāciju ar šūnām rezultāti.
Bioloģijas un farmakoloģijas perspektīvās jomas, kuru izstrādē tiek izmantota šī tehnoloģija, ir:
- iegūstot efektīvus herbicīdus, augšanas regulatorus lauksaimniecības kultūrām, bioloģiski aktīvus savienojumus izmantošanai zāļu ražošanā (alkaloīdus, steroīdus un citus);
- virzīta mutaģenēze, jaunu hibrīdu audzēšana, postgāmiskās nesaderības pārvarēšana;
- klonālā pavairošana, kas ļauj iegūt lielu skaitu ģenētiski identisku augu;
- vīrusu izturīgu un vīrusu brīvu augu audzēšana;
- gēnfonda kriokonservēšana;
- audu rekonstrukcija, cilmes šūnu avotu izveide (audu inženierija).
