کشت بافت

در میان روش های مختلف به دست آمده برای تکثیر گیاهان مختلف، کشت بافت یا “Tissue Culture”  تیشو کالچر یکی از اثبات شده ترین روش هاست که بسیار مورد استفاده و مورد تایید واقع شده است. این فرآیند که روشی برای تحقیقات بیولوژیکی است، شامل مجموعه ‌ای از تکنیک‌ هایی است که برای نگهداری یا رشد سلول ‌ها، بافت‌ ها یا اندام‌ های گیاهی در شرایط استریل بر روی یک محیط کشت مغذی با ترکیب شناخته شده یا کشت دانه ‌ها، اندام ‌ها، ریز نمونه ‌های گیاهی، بافت ‌ها، سلول ‌ها یا پروتوپلاست‌ ها بر روی محیط‌ های مغذی مصنوعی تعریف‌ شده شیمیایی در شرایط استریل و کنترل‌شده نور، دما و رطوبت تعریف می‌شود. به تعبیری دیگر انتقال قطعاتی از بافت بدن حیوان یا گیاه به محیطی مصنوعی، استریل و مناسب سازی شده برای ادامه به حیات و عملکرد آنها می باشد، اولین بار در سال 1885 توسط جانورشناس آلمانی ویلهلم روکس “Wilhelm Roux” انجام شد که بافت جنین جوجه را در محلول نمک گرم کشت داد.

اما اولین جهد منجر به موفقیت واقعی در سال 1907، زمانی که جانورشناس آمریکایی راس جی. هریسون “Ross G. Harrison” رشد فرآیند های سلول عصبی قورباغه را در محیطی از لنف لخته شده نشان داد به وقوع پیوست و پس از آن نیز به همین منوال محققینی موفق به پرورش سلول‌های حیوانی با استفاده از انواع مایعات بیولوژیکی مانند لنف، سرم خون، پلاسما و عصاره‌ های بافتی به عنوان محیط کشت شدند. این کوشش ها و پیشرفت ‌ها در نهایت ایجاد و نگهداری رده ‌های سلول‌های بنیادی جنینی انسان را امکان ‌پذیر کرد، درک محققان از زیست ‌شناسی انسان را ارتقا داده و پیشرفت در درمان و پزشکی بازساختی را بسیار تسهیل کرد.

همانطور که گفتیم برای فرآیند کشت بافت نیاز به شرایط زیست محیطی مناسب داریم؛ممکن است سلول ها در محیط کشت با منشاء بیولوژیکی مانند سرم خون یا عصاره بافت یا در محیطی مصنوعی شیمیایی، یا در مخلوطی از این دو محیط رشد کنند. البته هریک از این محیط ها باید دارای نسبت های استانداردی از مواد مغذی و همچنین میزان مناسب اسیدی یا بازی به نسبت سلول تحت کشت بافت باشند. شرایط استریل نیز برای جلوگیری از آلودگی با میکروارگانیسم ها ضروری است و باید حفظ شود. کشت ها معمولاً به صورت تک لایه سلول روی سطح شیشه ای یا پلاستیکی یا به صورت سوسپانسیون در یک محیط مایع یا نیمه جامد رشد می کنند.

برای شروع یک فرآیند کشت، نمونه کوچکی از بافت در شرایط استریل درون یا روی محیط پراکنده شده سپس فلاسک، لوله (تیوب) یا صفحات حاوی کشت معمولاً در دمایی نزدیک به دمای محیط طبیعی بافت، کشت می‌شوند. گاهی کشت از سلول ‌های منفرد شروع می‌ شود و به تولد جمعیت ‌های بیولوژیکی یکنواختی به نام کلون منجر می شود که معمولا طی 10 تا 14 روز این اتفاق می افتد. کشت بافت در اصل به دو نوع است؛ کشت بافت اولیه (Mortal – فانی) و کشت رده های سلولی تثبیت شده (جاودانه – Immortal): کشت های اولیه شامل سلول ها، بافت ها یا اندام های طبیعی هستند که مستقیماً از بافت جمع آوری شده توسط بیوپسی از یک موجود زنده جدا می شوند. کشت های اولیه از این جهت مفید هستند که اساساً عملکرد طبیعی سلول، بافت یا اندام مورد مطالعه را شکل می دهند. با این حال، هر چه مدت زمان نگهداری نمونه ها در کشت طولانی ‌تر باشد، جهش‌ های بیشتری در آنها انباشت می گردد که منجر به تغییر در ساختار کروموزوم و عملکرد سلول خواهد شد. سلول‌ همچنین تحت یک روند مسن سازی قرار گرفته که طی آن، برای 50 تا 100 نسل تکثیر می‌شوند و پس از آن میزان تکثیرش به‌ طور قابل‌توجهی کاهش می‌یابد. در مقابل، رده های سلولی ایجاد شده می توانند به طور نامحدود تداوم داشته باشند.

یکی از منابع اصلی انرژی گیاهان برای کشت بافت، ساکارز می باشد. ساکارز (Sucrose) بخش بسیار مهمی از محیط غذایی به عنوان منبع انرژی است، زیرا اغلب کشت های گیاهی به دلیل رشد ضعیف سلولی و بافتی، کمبود کلروفیل، تبادل ناکافی گاز و دی اکسید کربن در رگ های کشت بافت و غیره به خودی خود قادر به فتوسنتز موثر نیستند. از این رو، آنها فاقد توانایی اکسوتروفیک هستند و برای انرژی به کربن خارجی نیاز دارند. جذب قند در کشت بافت گیاهی تا حدی از طریق نفوذ غیرفعال و تا حدی از طریق انتقال فعال رخ می دهد. با این حال، غلظت بالای ساکارز در محیط کشت، با کاهش آنزیم‌ های کلیدی برای فتوسنتز، سطوح کلروفیل و موم‌ های اپی‌کوتیکولی، کارایی فتوسنتزی گیاهان کشت‌ شده را محدود می‌کند و باعث تشکیل روزنه‌ های غیرطبیعی ساختاری و فیزیولوژیکی می‌شود. ارجح ترین منبع کربن یا انرژی، ساکارز با غلظت 20 تا 60 گرم در لیتر است. اما سطوح ساکارزی که به طور معمول برای حمایت از رشد کشت بافت استفاده می شود، اغلب بازدارنده ی سنتز کلروفیل است.

آینده کشت بافت

امروزه کشت بافت را نه تنها برای تحقیقات وبهبود صفاتی در سلول های زنده گیاهان و دیگر موجودات زنده، بلکه به عنوان ابزاری برای تکثیر گیاهان در حجم انبوه و مقیاس بزرگ استفاده می کنند. در نتیجه تکنیک کشت بافت، نه تنها در علم، بلکه در صنعت کشاورزی و در زمینه تکثیر گیاهان، حذف بیماری ها، اصلاح گیاه و تولید متابولیت های ثانویه نیز امروز از اهمیت بالایی برخوردار است و می توان از آن برای تولید صدها و هزاران گیاه در یک فرآیند مداوم استفاده کرد. میدانیم بدون مطالعات و پیشرفت های انجام شده در این زمینه و بدون توسعه تکنیک‌ های کشت بافت، فراهم آوردن ابزار های ویژه جهت معرفی و پیشروی در اطلاعات ژنتیکی سلول‌ های گیاهی امری غیرممکن می نماید. امروزه یکی از امیدوارکننده ترین روش های تولید پروتئین و سایر مواد دارویی مانند آنتی بادی ها و واکسن ها، استفاده از گیاهان ترا ژن کشت بافت شده در آزمایشگاه است که بدون کمک کشت بافت باز بی معنا خواهد بود. گیاهان ترا ژن کشت بافت شده جایگزین اقتصادی سیستم های تولیدی بر مبنی تخمیر هستند. همچنین واکسن ‌ها یا آنتی ‌بادی ‌های گیاهی که به اصطلاح “PlantiBody” نام گرفته اند، بسیار مورد توجه قرار گرفته اند، چرا که گیاهان عاری از بیماری ‌های انسانی هستند و بنابراین هزینه‌ های غربالگری برای مقابله با ویروس ‌ها و سموم باکتریایی را کاهش می‌دهند که نتیجه صرفه جویی چشمگیری خواهد بود. تعداد کشاورزانی که گیاهان کشت بافت شده ترا ژن را در سیستم های تولید خود وارد کرده اند در سال 2018، 43.3 میلیون نفر بوده که در مقایسه با 11 میلیون در سال 2007 پیشرفت چشمگیر در این زمینه را نشان می دهد.

نویسنده امین موسوی