Kultura ćelija

S Wikipedije, slobodne enciklopedije
Idi na: navigaciju, pretragu
Ćelijska kultura u specijalnoj (namjenskoj) posudi
Epitelne ćelije u kulturi, obojene za keratin (crveno) i DNK (zeleno)
Bočica sa DMEM medijem za kulturu ćelija

Kultiviranje ćelija obuhvata niz metoda i postupaka koji se primjenjuju u uzgoju ćelija i tkiva u kontroliranim uvjetima in vitro.

Kultura biljnih ćelija i tkiva[uredi | uredi izvor]

Kultura biljnih ćelija i tkiva omogućava gajenja biljaka i pojedinih biljnih organa u sterilnim uvje­tma. Tu mogućnost u in vitro uvjetima prvi je predvidio Haberlandt, 1902. godine. White je, 1934. pojasnio je hranid­bene potrebe biljaka u uvjetitna sterilnog medija. Prvi kompletan hranidbeni medij (koji je sadržavao sve potrebne maakroelemente, mikroelemente, šećere, vitamine i biljne hormone) napravili su Murashige i Skoog (1962.). Oni su na spomenutoj podlozi uspjeli dobiti kompletne biljke duhana iz tkiva srčike. Posljednjih 35 godina metod kultura in vitro neprikosnoveno se učvrstio u repertoar bioloških metoda koji, pored fundamentalnog, sve više imaju i aplikativni karakter.[1][2]

Kao što je poznato, sve ćelije biljaka više organizacije nastaju iz zigota (putem mitoznih dioba). Zigot nastaje u spolnom kontaktu dvije haploidne ćelije koje se same po sebi u uvjetitna in vivo ("uživo") ne bi mogle dalje razvijati. Spajanjem spolnih ćelija u zigot nastavlja se kontinuitet i ostali potencijali "pritajene", tj. supresi­rane (prigušene) specifičnosti sastavnica novonastale unutarćelijske sredine. To daje mogućnosti svakoj ćeliji biljaka da, i nakon diferencijacije, u povoljnim uvjetitna ba­lansa hranljivih matetija i hornona, povrati meristemski karakter, te svoje razviće us­mjerj u pravcu kompletiranja čitavog novog organizma. Pojava vraćanja ćelije iz diferen­ciranog stanja na meristetnski nivo (mogucnost ponovnog dijeljenja) naziva se dediferencijacija.

Osobina i potencijali totipotentnosti ("svemogucnosti") posebno se intenzivno plimijenjuje u razvoju tehnologije kultura ćelija, tkiva i organa in vitro. Ćelije koje se u cjelini biljnog sistetna nalaze pod strogom kontrolom, integralnih funkcija organizma, nakon izdvajanja iz funkcionalne cjeline, do punog izražaja koriste vlastitu totipotentnost.

Metodi in vitro kultura su danas jako razvijeni i usavršeni, do (nekada) neslućenih mogućnosti. Tako u somatskoj embriogenezi iz somatskih (soma = tijelo) ćelija moguce je dobiti embrioide (embrione) koji u kasnijim fazama pogodnim manipulira­njem podloga daju kompletne biljke.

Svaka novonastala diploidna ćelija, nakon mitotske podjele sadrži kompletne (iste) nasljedne infotmacije - ona je nasljedno totipotentna. U procesu diferencijacije ćelija, raspoložive genetičke mogucnosti se svode samno na određenu funkciju, dok su u uvjetima kultiviranje ćelija prenosi genetička informacija o svim nasljednim obilježjima pripadajuće vrste.

Mogućnosti hibridizacije protoplasta dvije ćelije srodnih vrsta stara je koliko i mogućnost metoda kalemljenja. U početku se smatralo da će doći do fuzije protoplasta kada se kalem postavi i ptihvati za podlogu. Međutim, tome se suprotstavlja čvrsticelulozni zid. Otkrićem i izo­lacijom posebnih enzima (celulaza, hemicelulaza i pektinaza) koji razlažu poje­dine strukture ćelijskog zida i opne, pre­vaziđen je i problem cvrste ćelijske barijere. Goli protoplasti se mogu gajiti na specijal­nim podlogama ili spajati, nakon čega ćelijski zid moze biti nadograđen (čak za 24 sata).

U prisustvu odgovarajućih supstanci (natrij-nitrata, polietilen-glikola i dr.) ogoljeli protoplasti se mogu međusobno spojiti. Prva somatska fuzija proto­plasta urađena je kod dvije srodne vrste duhana (1972. godine), kojom je dobijen plodni (fertilni) hibrid. Mogućnosti hib­ridizacije protoplasta rastu sa povećanjetn njihove genetičke srodnosti.

Ekspetitnenti se razvijaju i u pravcu dobi­janja somatskih hibrida filogenetski uda­ljenih kategorija. Do krajnjeg cilja ovi eksperitnenti moraju uspješno proći veći broj specijalnih faza - od izolacije protoplasta iz tkiva različitih biljnih vrsta, do indukci­je organogeneze fuzioniranih cjelina do razvo­ja odrasle hibridne biljke. Ptimjenom odgovarajućih postupaka, dobijeni su (1978.) npr. hibridi iznmeđu krompira i paradajza. Cilj je bio da se dobije biljka koja će istovretneno davati plodove paradajza i gomolje krompira U ekspetimentu je dobijeno 9 biljaka koje su bile sterilne (sterilis = neplodan).

Dosadašnja saznanja i uspješna manipulacija kulturom ćelija i tkiva daje solidnu osnovu za prijenos nekih pozitivnih osobina iz ćelije u ćeliju putem rekombinantne DNK. Putem specijalnih metoda genetičkog inženjerstva, u genetički matetijal (molekule DNK) primatelja moguće je unijeti nasljedne jedinice (gene) stranog porijekla, koji omogućuju da takav organizam stekne sposobnosti koje ranije nije posjedovao (kao ni vrsta kojoj pripada). U prirodnim uvjetitna mogućnost prenošenje svojih gena ima bakterija Agrobacterium, koja kod paradajza izaziva tumor. Dokazano je da je ova baktetija, preko posebnih posrednika (plazmida), sposobna da u jedro ćelija paradaj­za ugradi gen koji dovodi do promjena gena koji je odgovoran za pojavu tumora. Bakterijski geni u biljnoj ćeliji kontroliraju sintezu nekih posebnih detivata aminokiselina (opina) i izazivaju promnjene u metabolizmu hormona domaćina.

Po ugledu na prethodne pojave, danas se u svijetu intenzivno radi na genetičkoj modiftkaciji privredno značajnih biljaka, koja bi doprinijela njihovom oplemenjivanju. Dosta pažnje ptivlači ideja da se gen, koji je odgovoran za fiksaciju i redukci­ju dušika, izolira iz nekog organizma sa takvom sposobnošću ("azotofiksatora") i prenese u ćelije viših biljaka, koje inače nemaju tu sposobnost. Time bi se ostvarile ogrmnne uštede u potrošnji relativno skupih dušičnih đubriva i spriječilo zagađivanje životnog okoliša njihovim vjestačkim preparatima.

Naučnicima je pošlo za rukom da u kulturu tkiva unesu gen svica koji je odgovoran za sintezu enzima luciferaze u biljke duhana. Pojavu svjetlucanja kod svica noću izaziva kontakt bjelancevinaste materije luciferin (koja nastaje u prisustvu enzima luciferaze) i slo­bodnog kisika. U reakciji se luciferin oksidira, što oslobađa svjetlost. Da bi provjerili učinkovitost ovog postupka, poslije transfera gena za sintezu luciferaze u biljke duhana, naučnici su noću polili biljku vodom koja je sadržavala luciferin, nakon čega se pojavio zućkastoze­leni sjaj.

Kultura biljnih ćelija i tkiva u uvjetitna in vitro daje takve tnogućnosti koje su neka­ da graničile sa naučnom fantastikotn. Dovoljno se podsjetiti da je metod kultura in vitro danas vodeći postupak u proizvodnji cvijeća i dobijanju bezvirusnih sorti krompira. Spmnenuti metodi su doprinijeli razvoju klonskog šumnarstva, hortikulture, te povećali šansu hibridizacijske selekcije i dobijanja novih klonova, otpotnih na novonastale poremećaje u atmosferi i ostale stresove.

Kultura životinjskih ćelija[uredi | uredi izvor]

Kultivirane HeLa ćelije obojene Hoechstovom bojom: jedra su obojena plavo
(To je bila jedna od prvih linija kultiviranih koje potiču ljudskih od Henriete Lacks, koja je umrla od raka slijepog crijeva.
– naziv linije ćelija potiče od po dva prva slova njenog imena i prezimena)

Kultura animalnih ćelija je tehnika koja se danas široko koristi u raznim granama fundamentalne i primijenjene biologije, od molekularne biologije do biotehnologije. Kultura ćelija se odnosi na kultiviranje disagregiranih ćelija i podrazumijeva njihovo održavanje in vitro, tj. u vještački kontroliranoj sredini koja pogoduje njihovom rastu. Kultiviranje tkiva označava se pojmom kultura tkiva, a tehnika kultiviranja cijelih organa s ciljem praćenja njihove kontinuirane funkcije ili razvoja zove se kultura organa.

Osnivačem kulture ćelija smatra se Ross Harrison, koji je uspio kultivirati neuroblaste embrija žabe 1-4 sedmice u limfnom mediju. Iako je Harrison prvi uspješno kultivirao animalne ćelije 1907. godine, šira primjena ove tehnike u nauci počela je tek kasnih 40-ih i ranih 50-ih godina 20. stoljeća. Prvu kontinuiranu ćelijsku liniju glodara uspostavio je Wilton Earle 1943., a prvu humanu tumorsku ćelijsku liniju (HeLa) uspostavio je Gey 1951. godine.[3]

Za uspješan rast animalnih ćelijskih kultura in vitro, neophodno je obezbijediti optimalnu sredinu podešavanjem adekvatnih uslova sljedećih faktora:

  • sadržaj i količina hranljivog medija,
  • posude za kultivaciju,
  • temperatura,
  • koncentracija CO2,
  • pH,
  • sterilnost.

Većina vještačkih medija koji se i danas koriste za kultiviranje ćelija razvijeni su pedesetih godina 20. stoljeća. Jedan od prvih medija za kulturu ćelija je BME medij. Ovaj medij je optimizirao Harry Eagle, a u njegov sastav ulaze samo najesencijalniji sastojci. BME medij je kasnije modificiran povećanjem sadržaja amino kiselina te se tako dobio Eagles minimum essential medium (MEM), dok je Dulbecco povećanjem količine amino kiselina i vitamina za 4 puta razvio Dulbeccos modified Eagles medium (DMEM). Morgan je sa saradnicima opisao medij (Medium 199), koji sadrži mnogo više komponenti od MEM-a i ima širu primjenu za kultiviranje većeg broja ćelijskih tipova. Moor je sa saradnicima u Roswell Park Memorial Institute, razvio RPMI 1640 medij, koji predstavlja jedan od najuniverzalnijih medija za kultiviranje ćelija.[4]

Također pogledajte[uredi | uredi izvor]

Reference[uredi | uredi izvor]

  1. ^ Međedović S., Maslić E., Hadžiselimović R. (2000): Biologija 2. Svjetlost, Sarajevo, ISBN 9958-10-222-6.
  2. ^ Bajrović K, Jevrić-Čaušević A., Hadžiselimović R., Ed. (2005): Uvod u genetičko inženjerstvo i biotehnologiju. Institut za genetičko inženjerstvo i biotehnologiju (INGEB), Sarajevo, ISBN 9958-9344-1-8.
  3. ^ Ibrulj S., Haverić S., Haverić A. (2008): Citogenetičke metode – Primjena u medicini. Institut za genetičko inženjerstvo i biotehnologiju (INGEB), Sarajevo, ISBN 978-9958-9344-5-2.
  4. ^ Haverić S., Čakar J., Haverić A., Parić A. (2014): Kultura ćelija i tkiva. U Pojskić L., editor. Uvod u genetičko inženjerstvo i biotehnologiju, 2. izdanje. Institut za genetičko inženjerstvo i biotehnologiju (INGEB), Sarajevo, ISBN 978-9958-9344-8-3.

Vanjski linkovi[uredi | uredi izvor]