Самые ранние работы по изолированию культур принадлежат Блоцишевскому (1876), Брауну и Моррису (1892), Боннэ, Саксу (1893). В этих исследованиях зародыши вычленялись из семени и выращивались в искусственных условиях. Первым исследователем, занявшимся установлением минимального размера экспланта, был Карл Рехингер (1893). Он выращивал тонкие срезы корня свеклы и одуванчика и сегменты стебля тополя на песке с применением водопроводной воды, без стерильных условий. Эти исследования показали, что каллус образуется при толщине среза не менее 1,5 мм. Еще в 19 веке Х. Фёхтинг провел ряд экспериментов, доказывающих тотипотентность клетки. При этом им убедительно показана полярность как органов, так и клеток.
Основы экспериментальной эмбриологии растений были заложены исследованиями Моссарта (1902), который наблюдал набухание завязей некоторых растений после обработки их спорами Licopodium, нежизнеспособными поллиниями и водными экстрактами пыльцы. В связи с этим было высказано предположение, что пыльцевая трубка не только обеспечивает передвижение спермиев к яйцеклетке, но и переносит в завязь ауксины, стимулирующие ее рост.
Г. Габерланд (1902) научился культивировать отдельные клетки в течение некоторого времени. Но он выбрал для культивирования зеленые клетки, изолированные из клеток палисадной паренхимы Lamium purpureum и волосков традесканции вирджинской и медуницы мягкой, резонно рассудив, что при этом отпадет потребность в источниках углеводов. Однако упустил из виду то, что ассимилирующие зеленые клетки — зрелые и высокодифференцированные, потеряли способность к меристематической деятельности. Исходное предположение автора, что содержащие хлорофилл клетки полностью обеспечивают себя питательными веществами, необходимыми для их жизнедеятельности и роста, не было подтверждено экспериментально. Габерланд также выдвинул гипотезу о тотипотентности любой живой клетки растения, которая впоследствии была подтверждена экспериментально. Ряд ученых, в том числе и его ученики, последовали его примеру и получили отрицательные результаты. Некоторые на основании этого усомнились в гипотезе тотипотентности растительных клеток. Исследования Габерландта с фотосинтезирующими клетками были неудачны, что привело к потере интереса к культивированию тканей и клеток растений. Однако они все же положили начало поиску адекватных питательных смесей и условий, необходимых для поддержания роста органов, тканей и клеток растений.
Толчком к возобновлению работ послужили исследования Гаррисона, проведенные в 1904 — 1907 гг. Он вырастил нейробласты лягушки в лимфатической жидкости, доказав возможность выращивания in vitro изолированных клеток. Большое влияние на направление дальнейших работ с растительными клетками оказали работы зоологов Карреля и Барроуза (1911), культивировавших ткани и клетки млекопитающих на среде сложного состава, содержащей плазму крови и экстракты эмбриональных тканей.
Французский ученый Мольяр уже в 1921 культивировал сегменты корня и гипокотиля молодых побегов редьки. Они были способны к росту в условиях культуры, но при этом не происходило формирования новых тканей.
В 1922 г. один из учеников Рехингера — Коттэ начал эксперименты с лишенными пигментов меристематическими тканями — изолированными кончиками корней, и добился успеха. Практически одновременно и независимо от Коттэ Роббинс подобрал состав питательной среды, обеспечивающий в культуре рост апикальной меристемы корня томатов и кукурузы. Эти опыты положили начало культивированию изолированных органов растений на питательных средах. Не всегда эти исследования были успешны. Под влиянием работ Карреля и Барроуза в 1927 году Прат начал культивировать клетки растений на средах с добавками растительных экстрактов. Результаты его экспериментов были отрицательны, так как он избрал неудачные объекты для исследований.
Начало длительным и удачным исследованиям по культивированию клеток и тканей растений положили работы американского исследователя Ф. Уайта и француза Р. Готре. Они показали, что изолированные органы и ткани могут расти в культуре неограниченно долгое время, если их пересаживать на свежую питательную среду. Такую же способность наблюдал Ф. Уайт для клеток опухолевого происхождения. Результаты чужих и собственных экспериментов Уайт обобщил в монографии «Культура растительных тканей», которая была переведена на русский язык и издана в СССР в 1949 году. В ней он выделяет несколько периодов в истории развития метода культуры клеток, тканей и органов растений:
- 1834 -1900 гг. — создание и разработка клеточной теории.
- 1900 – 1922 гг. — сформулирована идея культуры тканей.
- 1922 – 34 гг. — безуспешные поиски методов, обеспечивающих длительное культивирование тканей.
- 1934 — 39 гг. — детальная разработка техники культуры растительных тканей.
Читайте также: Ткань amsterdam dark fog
Период 1940 — 1960 гг. значительно расширил список видов, выращиваемых in vitro. В монографию Готре, вышедшую в 1959 г., включено уже 142 вида. Были разработаны составы питательных сред, изучено значение микро- и макроэлементов для поддержания нормальной ростовой активности тканей, определено влияние витаминов и стимуляторов роста. Проводились работы по выявлению значения различных натуральных экстрактов (из эндосперма кокосового ореха, каштана, кукурузы и других растений) для поддержания неорганизованного клеточного роста, а также для стимуляции органогенеза. Показано значение кинетина для пролиферации клеток in vitro и индукции стеблевого морфогенеза. Изучением этих вопросов занимались такие ученые, как Р. Хеллер, И. Нич, Ф. Скуг, Ф. Стевард, Р. Г. Бутенко. В это же время разработаны методы получения и выращивания клеточных суспензий, а также культивирования отдельной клетки, деление которой индуцируется с помощью ткани-няньки.
В 1960 — 1975 гг. положено начало методу получения изолированных протопластов из тканей корня и плодов томатов путем обработки их смесью пектолитических и целлюлолитических ферментов. Основоположник этого метода — Э. Коккинг. Такебе с сотрудниками были определены условия культивирования изолированных протопластов, при которых они образуют клеточные стенки, делятся и дают начало клеточным линиям, способным к морфогенезу. Были разработаны методы гибридизации соматических клеток путем слияния протопластов и введения в них вирусных РНК, клеточных органелл, бактерий. В лабораториях Р. Г. Бутенко, Ю. Ю. Глебы проводились исследования поведения ядерного и цитоплазматического геномов партнеров в гибридных клеточных линиях и потомстве соматических гибридов растений — регенерантов. В этот же период были разработаны методы получения безвирусных растений из меристематических тканей. Начались эксперименты по созданию установок для глубинного культивирования клеток.
Начиная с 1976 г., разработывались методы электрослияния протопластов и селекции гибридных клеток, культивирования гаплоидных клеток и получения новых форм и сортов сельскохозяйственных растений. Удалось создать системы иммобилизованных клеток для получения различных химических соединений и их биотрансформации. Ведутся работы по переносу генов в растительные клетки и получению трансгенных растений.
История развития метода культуры клеток и тканей растений
1Попытки культивировать изолированные клетки, ткани растений делались давно, и в истории развития этого метода можно выделить несколько этапов.
1 этап (1892-1902 гг.) связан с именами таких немецких исследователей, как Хаберландт, Фехтинг, Рехингер. Они пытались культивировать в растворе сахарозы различные растительные ткани. Для сегментов стеблей одуванчика и тополя был изучен первичный каллус. Не достигнув положительных результатов эти исследователи высказали ряд идей и гипотез, которые подтвердились позже. Так, Хаберландт выдвинул гипотезу о тотипотентности любой живой растительной клетки, т.е. способности клеток реализовывать свой потенциал развития и давать начало образованию целого растения при определенных условиях культивирования.
Читайте также: Поделки из льняной ткани своими руками
2 этап (1902-1922 гг.) ознаменовался созданием первых питательных сред для культивирования тканей животных. Эти среды были природного происхождения и содержали плазму крови и зародышевую жидкость. Попытки вырастить изолированные растительные ткани на искусственных питательных средах, содержащих растительные экстракты, оказались неудачными, т.к. использовались мало подходящие для проявления ростовой активности клетки и ткани высших растений.
3 этап (1922-1932 гг.) американский ученый Робинс и немецкий ученый Коте показали возможность культивирования на твердых питательных средах меристем кончиков корня томатов и кукурузы. Однако, через определенное время растительные ткани погибали.
4 этап (1932-1940 гг.) французский ученый Р. Готре показал возможность долгого культивирования в условиях in vitro растительных тканей за счет периодического пересеивания их на свежую питательную среду. Впоследствии с помощью этого метода многие растения были введены в культуру.
5 этап (1940-1960 гг.) с открытием в 1955 г. нового класса фитогормонов – цитокининов, была получена возможность стимулировать деление клеток кусочка ткани сердцевины паренхимы табака, лишенный проводящих пучков и камбия в зависимости от концентрации и соотношения стимуляторов роста можно было усиливать деление клеток экспланта, поддерживать рост каллусной ткани, индуцировать морфогенез. Было установлено положительное действие натуральных экстрактов типа эндосперма кокосового ореха, каштана, кукурузы и других растений для поддержания неорганизованного клеточного роста и стимуляции процессов морфогенеза в культуре каллусных тканей и клеточных суспензий.
6 этап (1960-1975 гг.) профессор Ноттингемского университета Э.Коккинг разработал ферментативный метод получения изолированных протопластов из корней и плодов томата и культивировать их в контролируемых условиях. Его сотрудником Пауэром было осуществлено искусственное слияние протопластов, что открыло новый путь к созданию соматических гибридов. Французский ученый Ж. Морель разработал метод микроразмножения растений в условиях in vitro с использованием меристемиды культуры и применял его для получения оздоровленного посадочного материала орхидей.
7 этап (1975 г. по настоящее время) продолжается быстрое развитие техники in vitro, изучение биологии культивируемых объектов, разрабатываются методы электрослияния изолированных протопластов, методы мутагенеза и клеточной селекции, методы получения гаплоидных растений, совершенствуется метод глубинного культивирования клеток с использованием изолированных протопластов и векторов, созданных на основе Ti- и Ri- плазмид Agrobacterium tumefaciens и A.rhizogenes. С помощью методов генной инженерии разработан эффективный метод переноса генов для двудольных растений. Таким образом, за последние десятилетия был сделан большой шаг вперед в раз-витии технических приемов работы с изолированными тканями и клетками растений. Однако объектом исследования, как правило, служили однодольные и двудольные травянистые растения и в редких случаях – древесные.
2 Приоритет развития биотехнологических производств, ориентированных на нужды здравоохранения, определен Государственной программой развития фармацевтической и медицинской промышленности РК, утвержденной Указом Президента РК от 20.08.1997 года, № 3621.В Республике Казахстан имеется огромный научный и производственный потенциал для развития медицинской биотехнологии. Это ведущие научно-исследовательские институты и предприятия республики, такие как Институт молекулярной биологии и биохимии им. М.А. Айтхожина (ИМБиБ), Научно-исследовательский сельскохозяйственный институт (НИСХИ), Институт физиологии, генетики и биоинженерии растений (ИФГБР), Алматинский биокомбинат, ОАО «Биомедпрепарат», ОАО «Биопрепарат», ОАО «Прогресс», Институт фармацевтической биотехнологии, Центральная лаборатория биологических исследований лекарственных соединений (ЦЛБИЛС), Институт микробиологии и вирусологии, Институт питания, Казахский государственный национальный университет им. аль-Фараби, Институт общей генетики и цитологии, Институт фитохимии. В период с 1993 по 2000 годы в Республике Казахстан основные прикладные исследования в области биотехнологии осуществлялись в рамках Республиканской целевой научно-технической программы (РЦНТП) «Использование методов биотехнологии и генной инженерии в медицине, сельском хозяйстве и промышленности», в рамках которой разработаны антигрибковый препарат «Розеофунгин», ранозаживляющее средство «Имозимаза», разработаны технологии получения экзополисахарида полимиксана в качестве мазевой основы, фермента декстраназы и пробиотика бифидумбактерина; получены лекарственные формы препаратов на основе первого отечественного противогрибкового антибиотика розеофунгина и фермента протосубтилин; создана везикулярная система для транспорта лекарств- СИТРАЛ; разработаны тест-системы для определения хориогонадотропина, гистамина и ВИЧ; разработаны методы получения и культивирования b-клеток поджелудочной железы кроликов и телят и их трансплантации интраокулярным и прямым способами в организм больного сахарным диабетом. В настоящее время в Институте фармацевтической биотехнологии совместно с ОАО «Биопрепарат» налаживается промышленный выпуск протеолитического иммобилизированного фермента «Имозимаза», b-каротина, антибиотиков низина и тилозина, а также разрабатывается экспресс-метод диагностики ВИЧ.Совместно с Институтом фитохимии проводятся исследования по полупромышленному культивированию клеток полыни, являющейся продуцентом сесквитерпеного лактона арглабина, на основе которого разработан одноименный противоопухолевый препарат.
Читайте также: Джинсы из лоскутков ткани
В научно-исследовательском сельскохозяйственном институте получены культуры гепатоцитов с высокой функциональной активностью. Гепатоциты имеют все морфофункциональные свойства, характерные для интактной печени, что доказано цитологическими и биохимическими исследованиями.
В институте молекулярной биологии и биохимии разработана новая лекарственная форма на основе фосфатидитинозитольного комплекса.
Значительным потенциалом обладают лаборатории, организованные в составе Национального центра по биотехнологии МОН РК. Уровень подготовки персонала и оснащение позволяют проводить сложные исследования по разработке лекарственных средств и диагностикумов на основе моноклональных антител. Под руководством НЦБ МОН РК осуществляется сбор, пополнение и поддержание микроорганизмов-продуцентов ценных биологически активных веществ. Существуют аппараты для культивирования микроорганизмов и растительных клеток Ак-203 и Ак-210, предназначенные для аэробного культивирования в жидких средах непатогенных микроорганизмов. Процесс культивирования в аппарате может проводиться как в периодическом, так и непрерывном режимах. Области применения: изучение биохимии и физиологии микроорганизмов; микробиологическое производство медицинских препаратов; пищевая промышленность; микробиологическая очистка сточных вод. Устройство: каждый аппарат Ак-203 и Ак-210 состоит из четырех основных частей : биохимического прибора, содержащего ферментер и вспомогательные устройства, связанные с ним гидравлическими, пневматическими и механическими связями; прибора измерения, включающего в себя измерители рН и рО2; прибора регулирования, в состав которого входят электронные блоки регулирования температуры жидкости, скорости вращения мешалки, задания расхода жидкости по четырем каналам и регулирования рН; автоматического потенциометра для регистрации параметров культивирования микроорганизмов. В состав каждого аппарата может быть дополнительно введен контроллер, осуществляющий связь аппаратов с компьютером типа IBM PC/АТ и программная система Ферм Сервис, что обеспечивает:
— автоматическое ведение процессов культивирования микроорганизмов;
— возможность корректного вмешательства оператора в процесс культивирования; протоколирование хода процесса с переключаемыми интервалами записи на принтере и жестком диске;
— графическое отображение параметров процесса и состояния аппаратуры комплекса;
— программирование процессов культивирования на специализированном языке Прок, существенно упрощающем задачу программирования для пользователя;
— обработку данных и управление процессом культивирования по алгоритмам заказчика.
В целях дальнейшего развития биотехнологии необходимо осуществлять творческие контакты с учеными международных биотехнологических центров и других научных учреждений развитых и развивающихся стран – США, Великобритании, Франции, Германии, Японии, Италии, Индии, Китая и других, а также обеспечить постоянную и эффективную государственную поддержку этих исследований, что позволит в дальнейшем выйти в области биотехнологии и особенно в биоинженерии на мировой уровень. По клеточной биотехнологии результаты исследований ученых нашей страны уже сегодня не уступают зарубежным, а по ряду важных направлений и превосходят их.
- Свежие записи
- Балкон в многоквартирном доме: является ли он общедомовым имуществом?
- Штраф за остекление балкона в 2022: что это и как избежать наказания
- Штраф за мусор с балкона: сколько заплатить за выбрасывание окурков
- Оформление балконного окна: выбираем шторы из органзы
- Как выбрать идеальные шторы для маленькой кухни с балконом