วิธีการเพาะเลี้ยงเนื้อเยื่อเป็นหนึ่งในเครื่องมือหลักของเทคโนโลยีชีวภาพสมัยใหม่ ซึ่งช่วยแก้ปัญหาในทางปฏิบัติของสรีรวิทยาของพืช ชีวเคมี และพันธุศาสตร์ การเพาะเลี้ยงด้วยวัสดุเทียมจะดำเนินการภายใต้เงื่อนไขบางประการ: การฆ่าเชื้อ การควบคุมอุณหภูมิ และการสัมผัสกับสารอาหารพิเศษ
เอสเซนส์
วิธีการเพาะเลี้ยงเนื้อเยื่อคือการเก็บรักษาและ / หรือการเพาะปลูกเทียมในห้องปฏิบัติการโดยใช้สารอาหาร เทคโนโลยีนี้ช่วยให้คุณสร้างแบบจำลองทางชีววิทยาเพื่อศึกษากระบวนการต่างๆ ในเซลล์ที่อยู่นอกร่างกายของพืช คน และสัตว์
การสืบพันธุ์ของเนื้อเยื่อพืชขึ้นอยู่กับคุณสมบัติของ totipotency - ความสามารถของเซลล์ในการพัฒนาเป็นสิ่งมีชีวิตทั้งหมด สำหรับสัตว์ จะพบได้เฉพาะในไข่ที่ปฏิสนธิแล้วเท่านั้น (ยกเว้นปลาซีเลนเทอเรตบางประเภท)
ประวัติการพัฒนา
ความพยายามครั้งแรกในการปลูกฝังเนื้อเยื่อพืชถูกสร้างขึ้นโดยนักวิทยาศาสตร์ชาวเยอรมันในช่วงเปลี่ยนศตวรรษที่ 19-20แม้ว่าจะไม่ประสบความสำเร็จ แต่ก็มีการจัดทำแนวคิดจำนวนหนึ่ง ซึ่งได้รับการยืนยันในภายหลัง
ในปี ค.ศ. 1922 W. Robbins และ W. Kotte แยกจากกัน สามารถปลูกปลายข้าวโพดและรากมะเขือเทศโดยใช้สารอาหารเทียม การศึกษาเทคนิคการเพาะเลี้ยงเซลล์และเนื้อเยื่อโดยละเอียดเริ่มขึ้นในช่วงทศวรรษที่ 1930 ศตวรรษที่ 20 R. Gautre และ F. White ได้พิสูจน์ว่าการปลูกถ่ายเนื้อเยื่อเป็นระยะๆ ให้เป็นอาหารเลี้ยงเชื้อที่สดใหม่ พวกมันสามารถเติบโตได้อย่างไม่มีกำหนด
ภายในปี 2502 มีการปลูกพืช 142 สายพันธุ์ภายใต้สภาพห้องปฏิบัติการ ในช่วงครึ่งหลังของศตวรรษที่ XX การใช้เซลล์ที่แยกย้ายกันไป (แยกจากกัน) ได้เริ่มต้นขึ้นแล้ว
ประเภทวัสดุที่ใช้ในการทดสอบ
การเพาะเลี้ยงเนื้อเยื่อพืชมี 2 ประเภทหลัก:
- ผลิตโดยไม่ทำลายและรักษาลักษณะเฉพาะที่มีอยู่ในสิ่งมีชีวิต
- สกัดโดยการย่อยสลาย (เคมี เอนไซม์ หรือกลไก) จากเนื้อเยื่อปฐมภูมิ สามารถเกิดขึ้นได้จากการเพาะเลี้ยงเซลล์ตั้งแต่หนึ่งเซลล์ขึ้นไป
วิธีต่อไปนี้มีความโดดเด่นด้วยวิธีการเพาะ:
- บน "ชั้นให้อาหาร" ซึ่งสารที่กระตุ้นการเจริญเติบโตของเนื้อเยื่อจะถูกหลั่งโดยการแบ่งเซลล์ของพืชชนิดเดียวกัน
- ใช้ทิชชู่พยาบาลข้างเซลล์เพาะ;
- การใช้สารอาหารจากกลุ่มเซลล์แบ่งแยก
- เติบโตเซลล์เดี่ยวแต่ละเซลล์ในไมโครดรอปเล็ตที่อิ่มตัวในองค์ประกอบ
การเพาะปลูกจากเซลล์เดียวเต็มไปด้วยปัญหาบางอย่าง เพื่อที่จะ "บังคับ" ให้แตกตัวปลอม พวกเขาจะต้องรับสัญญาณจากเซลล์เพื่อนบ้านที่ทำงานอย่างแข็งขัน
เนื้อเยื่อหลักชนิดหนึ่งสำหรับการวิจัยทางสรีรวิทยาคือแคลลัสซึ่งเกิดขึ้นภายใต้ปัจจัยภายนอกที่ไม่พึงประสงค์ (โดยปกติคือการบาดเจ็บทางกล) พวกเขามีความสามารถในการสูญเสียลักษณะเฉพาะที่มีอยู่ในเนื้อเยื่อเดิม เป็นผลให้เซลล์แคลลัสเริ่มแบ่งตัวอย่างแข็งขันและเกิดส่วนต่าง ๆ ของพืช
เงื่อนไขบังคับ
ความสำเร็จของวิธีการเพาะเลี้ยงเนื้อเยื่อและเซลล์ขึ้นอยู่กับปัจจัยต่อไปนี้:
- การปฏิบัติตามข้อกำหนดเรื่องการปลอดเชื้อ สำหรับการปลูกถ่ายจะใช้กล่องพิเศษที่มีอากาศบริสุทธิ์ที่มาพร้อมกับหลอดอัลตราไวโอเลต เครื่องมือและวัสดุ เสื้อผ้าและมือของบุคลากรควรผ่านกระบวนการปลอดเชื้อ
- การใช้สารอาหารที่คัดเลือกมาเป็นพิเศษซึ่งประกอบด้วยแหล่งของคาร์บอนและพลังงาน (โดยปกติคือซูโครสและกลูโคส) สารอาหารขนาดเล็กและธาตุอาหารหลัก สารควบคุมการเจริญเติบโต (ออกซิน ไซโตไคนิน) วิตามิน (ไทอามีน ไรโบฟลาวิน แอสคอร์บิก และกรดแพนโทธีนิก และอื่นๆ).
- สอดคล้องกับอุณหภูมิ (18-30 ° C) สภาพแสงและความชื้น (60-70%) การเพาะเลี้ยงเนื้อเยื่อแคลลัสส่วนใหญ่ปลูกภายใต้แสงแวดล้อมเนื่องจากไม่มีคลอโรพลาสต์ แต่พืชบางชนิดต้องการแสงพื้นหลัง
ปัจจุบันสำเร็จรูปรายชื่อผู้เล่นในเชิงพาณิชย์ (Murasige และ Skoog, Gamborg และ Eveleg, White, Kao และ Mikhalyuk และอื่นๆ)
ข้อดีและข้อเสีย
ข้อดีของการเพาะเลี้ยงเซลล์และเนื้อเยื่อคือ:
- ทำซ้ำได้ดีของผลลัพธ์ที่ได้;
- กฎระเบียบของการโต้ตอบระหว่างเซลล์
- การบริโภครีเอเจนต์ต่ำ
- ความสม่ำเสมอทางพันธุกรรมของเส้นเซลล์;
- ความเป็นไปได้ของการใช้เครื่องจักรของกระบวนการเติบโต
- ควบคุมสภาพกรง;
- การเก็บรักษาวัฒนธรรมสดที่อุณหภูมิต่ำ
ข้อเสียของเทคโนโลยีชีวภาพนี้คือ:
- ต้องปฏิบัติตามเงื่อนไขการติดเชื้อที่เข้มงวด
- ความไม่แน่นอนของคุณสมบัติเซลล์และความเป็นไปได้ของการผสมที่ไม่ต้องการ
- สารเคมีราคาแพง;
- ความสมมูลที่ไม่สมบูรณ์ของเนื้อเยื่อและเซลล์ที่เพาะเลี้ยงในสิ่งมีชีวิต
แอปพลิเคชัน
วิธีเพาะเลี้ยงเนื้อเยื่อที่ใช้ในการวิจัย:
- กระบวนการภายในเซลล์ (การสังเคราะห์ DNA, RNA และโปรตีน เมแทบอลิซึมและอิทธิพลที่มีต่อมันด้วยความช่วยเหลือของยา)
- ปฏิกิริยาระหว่างเซลล์ (การผ่านของสารผ่านเยื่อหุ้มเซลล์, การทำงานของคอมเพล็กซ์ตัวรับฮอร์โมน, ความสามารถของเซลล์ในการเกาะติดกัน, การก่อตัวของโครงสร้างเนื้อเยื่อ);
- ปฏิสัมพันธ์กับสิ่งแวดล้อม (การดูดซึมสารอาหาร การแพร่เชื้อ กระบวนการกำเนิดและการพัฒนาเนื้องอกและอื่นๆ);
- ผลลัพธ์ของการดัดแปลงพันธุกรรมกับเซลล์
ด้านชีววิทยาและเภสัชวิทยาที่มีแนวโน้มว่าจะใช้เทคโนโลยีนี้ ได้แก่:
- การได้รับสารกำจัดวัชพืชที่มีประสิทธิภาพ สารควบคุมการเจริญเติบโตสำหรับพืชไร่ สารออกฤทธิ์ทางชีวภาพสำหรับใช้ในการผลิตยา (อัลคาลอยด์ สเตียรอยด์ และอื่นๆ);
- ทำให้เกิดการกลายพันธุ์โดยตรง, ผสมพันธุ์ลูกผสมใหม่, เอาชนะความไม่ลงรอยกันหลังเกม;
- การขยายพันธุ์โคลน ซึ่งช่วยให้คุณได้รับพืชที่เหมือนกันทางพันธุกรรมจำนวนมาก
- การเพาะพันธุ์พืชที่ต้านไวรัสและปลอดไวรัส
- การเก็บรักษายีนพูล
- การสร้างเนื้อเยื่อใหม่ การสร้างต้นกำเนิดเซลล์ต้นกำเนิด (วิศวกรรมเนื้อเยื่อ)