Koekultuuri meetod on kaasaegse biotehnoloogia üks peamisi tööriistu, mis võimaldab lahendada praktilisi taimefüsioloogia, biokeemia ja geneetika probleeme. Materjali kunstlik kasvatamine toimub teatud tingimustel: steriliseerimine, temperatuuri reguleerimine ja kokkupuude spetsiaalse toitainekeskkonnaga.
Essence
Koekultuuri meetod on nende pikaajaline säilitamine ja/või kunstlik kasvatamine laboritingimustes toitekeskkonnas. See tehnoloogia võimaldab teil luua bioloogilise mudeli mitmesuguste protsesside uurimiseks rakkudes, mis eksisteerivad väljaspool taimede, inimeste ja loomade keha.
Taimekoekultuuri paljunemine põhineb totipotentsuse omadusel – rakkude võimel areneda terviklikuks organismiks. Loomadel toimub see ainult viljastatud munades (välja arvatud teatud tüüpi koelenteraadid).
Arenguajalugu
Esimesi katseid taimekudede kasvatamiseks tegid Saksa teadlased 19.-20. sajandi vahetusel. Vaatamata sellele, et need ei õnnestunud, sõnastati mitmeid ideid, mis said hiljem kinnitust.
Aastal 1922 suutsid W. Robbins ja W. Kotte üksteisest sõltumatult kunstlikul toitekeskkonnal kasvatada maisi- ja tomatijuurte tippe. Raku- ja koekultuuritehnikate üksikasjalik uurimine algas 1930. aastatel. 20. sajandil R. Gautre ja F. White tõestasid, et koekultuuride perioodilise siirdamisega värskesse toitainekeskkonda võivad nad kasvada lõputult.
1959. aastaks kasvatati laboritingimustes 142 taimeliiki. XX sajandi teisel poolel. on alanud ka hajutatud (eraldatud) rakkude kasutamine.
Testimaterjali tüübid
Taimekoekultuure on kahte peamist tüüpi:
- Toodud ilma hävitamiseta ja säilitades elusorganismile omased omadused.
- Ekstraheeritakse degradatsiooni teel (keemiline, ensümaatiline või mehaaniline) esmasest koest. Võib moodustada ühest või mitmest rakukultuurist.
Kasvatusmeetodi järgi eristatakse järgmisi meetodeid:
- "toitekihil", kus sama taimeliigi jagunevate rakkude poolt eritub kudede kasvu stimuleeriv aine;
- kasutades kasvatatud rakkude kõrval õde;
- toitekeskkonna kasutamine isoleeritud jagunevast rakurühmast;
- üksikute üksikute rakkude kasvatamine koostisega küllastunud mikrotilkades.
Üksikrakkudest kasvatamine on täis teatud raskusi. Selleks, et neid kunstlikult "sundima" jagunema, peavad nad vastu võtma signaali naaberrakkudest, mis aktiivselt töötavad.
Üks peamisi füsioloogiliste uuringute koetüüpe on kallus, mis tekib ebasoodsate välistegurite (tavaliselt mehaaniliste vigastuste) mõjul. Neil on võime kaotada algkoele omased spetsiifilised omadused. Selle tulemusena hakkavad kalluserakud aktiivselt jagunema ja moodustuvad taimeosad.
Vajalikud tingimused
Koe- ja rakukultuuri meetodi edu sõltub järgmistest teguritest:
- Steriilsuse järgimine. Siirdamiseks kasutatakse spetsiaalseid ultraviolettlampidega varustatud puhastatud õhuga kaste. Tööriistu ja materjale, riideid ja töötajate käsi tuleb aseptiliselt töödelda.
- Süsiniku- ja energiaallikaid (tavaliselt sahharoosi ja glükoosi), mikro- ja makrotoitaineid, kasvuregulaatoreid (auksiinid, tsütokiniinid), vitamiine (tiamiin, riboflaviin, askorbiin- ja pantoteenhape jt) sisaldavate spetsiaalselt valitud toitainete kasutamine).
- Vastavus temperatuurile (18-30 °C), valgustingimustele ja niiskusele (60-70%). Enamikku kalluse koekultuure kasvatatakse ümbritseva valguse all, kuna need ei sisalda kloroplaste, kuid mõned taimed vajavad taustvalgustust.
Praegu valmiskommertskoosseisud (Murasige ja Skoog, Gamborg ja Eveleg, White, Kao ja Mihhailuk jt).
Pussid ja miinused
Raku- ja koekultuuri meetodi eelised on järgmised:
- saadud tulemuste hea reprodutseeritavus;
- rakkudevaheliste interaktsioonide reguleerimine;
- madal reaktiivide tarbimine;
- rakuliinide geneetiline homogeensus;
- kasvatusprotsessi mehhaniseerimise võimalus;
- kontroll puuritingimuste üle;
- eluskultuuride säilitamine madalal temperatuuril.
Selle biotehnoloogia puuduseks on:
- peab järgima rangeid aseptika tingimusi;
- raku omaduste ebastabiilsus ja nende soovimatu segunemise võimalus;
- kemikaalide kõrge hind;
- elusorganismis kultiveeritud kudede ja rakkude mittetäielik samaväärsus.
Rakendus
Uuringus kasutatud koekultuuri meetod:
- rakkude sees toimuvad protsessid (DNA, RNA ja valkude süntees, ainevahetus ja selle mõjutamine ravimite abil);
- rakkudevahelised reaktsioonid (ainete läbimine rakumembraanidest, hormoon-retseptori kompleksi töö, rakkude võime üksteisega haarduda, histoloogiliste struktuuride moodustumine);
- koostoimed keskkonnaga (toitainete imendumine, infektsioonide edasikandumine, tekke- ja arenguprotsessidkasvajad ja teised);
- rakkudega tehtud geneetiliste manipulatsioonide tulemused.
Bioloogia ja farmakoloogia paljulubavad valdkonnad, mille väljatöötamisel seda tehnoloogiat kasutatakse, on:
- tõhusate herbitsiidide, agronoomiliste põllukultuuride kasvuregulaatorite, ravimite tootmiseks kasutatavate bioloogiliselt aktiivsete ühendite hankimine (alkaloidid, steroidid ja muud);
- suunatud mutagenees, uute hübriidide aretamine, postgaamse kokkusobimatuse ületamine;
- klonaalne paljundamine, mis võimaldab saada suurel hulgal geneetiliselt identseid taimi;
- viirusekindlate ja viirusevabade taimede aretamine;
- geenifondi külmsäilitamine;
- kudede rekonstrueerimine, tüvirakkude allikate loomine (koetehnoloogia).
