ქსოვილის კულტურის მეთოდი თანამედროვე ბიოტექნოლოგიის ერთ-ერთი მთავარი ინსტრუმენტია, რომელიც საშუალებას იძლევა გადაჭრას მცენარეთა ფიზიოლოგიის, ბიოქიმიისა და გენეტიკის პრაქტიკული პრობლემები. მასალის ხელოვნური კულტივაცია ხორციელდება გარკვეული პირობების მიხედვით: სტერილიზაცია, ტემპერატურის კონტროლი და სპეციალური მკვებავი გარემოს ზემოქმედება.
არსი
ქსოვილის კულტურის მეთოდია მათი ხანგრძლივი შენარჩუნება ან/და ხელოვნური კულტივაცია ლაბორატორიულ პირობებში საკვებ გარემოზე. ეს ტექნოლოგია საშუალებას გაძლევთ შექმნათ ბიოლოგიური მოდელი მცენარეების, ადამიანებისა და ცხოველების სხეულის გარეთ არსებულ უჯრედებში სხვადასხვა პროცესების შესასწავლად.
მცენარის ქსოვილის კულტურის რეპროდუქცია ემყარება ტოტიპოტენციის თვისებას - უჯრედების უნარს გადაიზარდოს მთლიან ორგანიზმად. ცხოველებში ეს რეალიზდება მხოლოდ განაყოფიერებულ კვერცხუჯრედებში (გარდა ზოგიერთი ტიპის კოელენტერატებისა).
განვითარების ისტორია
მცენარის ქსოვილების გაშენების პირველი მცდელობები გერმანელმა მეცნიერებმა მე-19-20 საუკუნეების მიჯნაზე გააკეთეს.მიუხედავად იმისა, რომ ისინი წარუმატებელი აღმოჩნდა, ჩამოყალიბდა რამდენიმე იდეა, რომელიც მოგვიანებით დადასტურდა.
1922 წელს, W. Robbins და W. Kotte, ერთმანეთისგან დამოუკიდებლად, შეძლეს სიმინდისა და პომიდვრის ფესვების გაშენება ხელოვნურ საკვებ გარემოზე. უჯრედებისა და ქსოვილების კულტურის ტექნიკის დეტალური შესწავლა დაიწყო 1930-იან წლებში. მე -20 საუკუნე რ. გოტრემ და ფ. უაითმა დაადასტურეს, რომ ქსოვილების კულტურების პერიოდული გადანერგვით ახალ საკვებ გარემოში, მათ შეუძლიათ განუსაზღვრელი ვადით გაიზარდონ.
1959 წლისთვის 142 მცენარის სახეობა იზრდებოდა ლაბორატორიულ პირობებში. XX საუკუნის მეორე ნახევარში. ასევე დაიწყო დისპერსიული (გამოყოფილი) უჯრედების გამოყენება.
სატესტო მასალის ტიპები
არსებობს მცენარეთა ქსოვილის კულტურის 2 ძირითადი ტიპი:
- იწარმოება განადგურების გარეშე და ცოცხალი ორგანიზმისთვის დამახასიათებელი თვისებების შენარჩუნების გარეშე.
- მოპოვებული პირველადი ქსოვილიდან დეგრადაციის გზით (ქიმიური, ფერმენტული ან მექანიკური). შეიძლება ჩამოყალიბდეს ერთი ან მეტი უჯრედული კულტურიდან.
გაშენების მეთოდით გამოირჩევა შემდეგი მეთოდები:
- "მკვებავ ფენაზე", რომელშიც ნივთიერება, რომელიც ასტიმულირებს ქსოვილის ზრდას, გამოიყოფა იმავე მცენარის სახეობის უჯრედების გაყოფით;
- საექთნო ქსოვილის გამოყენება კულტივირებული უჯრედების გვერდით;
- მკვებავი გარემოს გამოყენება იზოლირებული გამყოფი უჯრედების ჯგუფიდან;
- მზარდი ცალკეული ცალკეული უჯრედები შემადგენლობით გაჯერებულ მიკროწვეთებში.
ერთუჯრედოვანი კულტივაცია სავსეა გარკვეული სირთულეებით. იმისთვის, რომ ხელოვნურად "აიძულონ" გაყოფა, მათ უნდა მიიღონ სიგნალი მეზობელი, აქტიურად მოქმედი უჯრედებიდან.
ფიზიოლოგიური კვლევისთვის ქსოვილის ერთ-ერთი ძირითადი ტიპია კალიუსი, რომელიც წარმოიქმნება არახელსაყრელი გარეგანი ფაქტორების (ჩვეულებრივ, მექანიკური დაზიანების) ქვეშ. მათ აქვთ უნარი დაკარგონ ორიგინალური ქსოვილის თანდაყოლილი სპეციფიკური მახასიათებლები. შედეგად, კალიუსის უჯრედები იწყებენ აქტიურ დაყოფას და წარმოიქმნება მცენარის ნაწილები.
აუცილებელი პირობები
ქსოვილისა და უჯრედის კულტურის მეთოდის წარმატება დამოკიდებულია შემდეგ ფაქტორებზე:
- სტერილურობასთან შესაბამისობა. გადანერგვისთვის გამოიყენება სპეციალური ყუთები გაწმენდილი ჰაერით, აღჭურვილი ულტრაიისფერი ნათურებით. პერსონალის ხელსაწყოები და მასალები, ტანსაცმელი და ხელები უნდა დაექვემდებაროს ასეპტიკურ დამუშავებას.
- ნახშირბადის და ენერგიის (ჩვეულებრივ, საქაროზა და გლუკოზა), მიკრო და მაკროელემენტების, ზრდის რეგულატორების (აუქსინები, ციტოკინინები), ვიტამინების (თიამინი, რიბოფლავინი, ასკორბინის და პანტოტენინის მჟავა და სხვა) შემცველი სპეციალურად შერჩეული საკვები ნივთიერებების გამოყენება.
- შესაბამისობა ტემპერატურასთან (18-30 °C), განათების პირობებთან და ტენიანობასთან (60-70%). კალლუსის ქსოვილის კულტურების უმეტესობა იზრდება გარემოს შუქზე, რადგან ისინი არ შეიცავს ქლოროპლასტს, მაგრამ ზოგიერთ მცენარეს სჭირდება უკანა განათება.
ამჟამად მზადააკომერციული შემადგენლობა (მურასიგე და სკუგი, გამბორგი და ეველეგი, უაითი, კაო და მიხაილიუკი და სხვები).
დადებითი და უარყოფითი მხარეები
უჯრედული და ქსოვილის კულტურის მეთოდის უპირატესობებია:
- მიღებული შედეგების კარგი განმეორებადობა;
- უჯრედთაშორისი ურთიერთქმედების რეგულირება;
- რეაგენტების დაბალი მოხმარება;
- უჯრედული ხაზების გენეტიკური ჰომოგენურობა;
- მზარდი პროცესის მექანიზაციის შესაძლებლობა;
- კონტროლი გალიის პირობებზე;
- ცოცხალი კულტურების დაბალ ტემპერატურაზე შენახვა.
ამ ბიოტექნოლოგიის მინუსი არის:
- მკაცრი ასეპსისის პირობების დაცვა;
- უჯრედების თვისებების არასტაბილურობა და მათი არასასურველი შერევის შესაძლებლობა;
- ქიმიკატების მაღალი ღირებულება;
- დამუშავებული ქსოვილებისა და უჯრედების არასრული ეკვივალენტობა ცოცხალ ორგანიზმში.
აპლიკაცია
ქსოვილის კულტურის მეთოდი, რომელიც გამოიყენება კვლევისთვის:
- პროცესები უჯრედებში (დნმ-ის, რნმ-ის და ცილების სინთეზი, მეტაბოლიზმი და მასზე გავლენა წამლების დახმარებით);
- უჯრედთაშორისი რეაქციები (ნივთიერებების გავლა უჯრედის მემბრანებში, ჰორმონ-რეცეპტორული კომპლექსის მუშაობა, უჯრედების ერთმანეთთან მიბმის უნარი, ჰისტოლოგიური სტრუქტურების ფორმირება);
- ურთიერთქმედება გარემოსთან (ნუტრიენტების შეწოვა, ინფექციების გადაცემა, წარმოშობისა და განვითარების პროცესებისიმსივნეები და სხვა);
- უჯრედებთან გენეტიკური მანიპულაციების შედეგები.
ბიოლოგიისა და ფარმაკოლოგიის პერსპექტიული სფეროები, რომელთა განვითარებაშიც ეს ტექნოლოგია გამოიყენება, არის:
- ეფექტური ჰერბიციდების, აგრონომიული კულტურების ზრდის რეგულატორების, ბიოლოგიურად აქტიური ნაერთების მიღება მედიკამენტების წარმოებაში (ალკალოიდები, სტეროიდები და სხვა);
- მიმართული მუტაგენეზი, ახალი ჰიბრიდების გამოყვანა, პოსტგამური შეუთავსებლობის დაძლევა;
- კლონური გამრავლება, რომელიც საშუალებას გაძლევთ მიიღოთ გენეტიკურად იდენტური მცენარეების დიდი რაოდენობა;
- ვირუსებისადმი მდგრადი და ვირუსებისგან თავისუფალი მცენარეების მოშენება;
- გენფონდის კრიოკონსერვაცია;
- ქსოვილის რეკონსტრუქცია, ღეროვანი უჯრედების წყაროების შექმნა (ქსოვილის ინჟინერია).
