Kultura ćelija

Iz Wikipedije, slobodne enciklopedije
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 - уреди | 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 - уреди | 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 aminokiselina 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 - уреди | uredi izvor]

Reference[uredi - уреди | 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 - уреди | uredi izvor]