Криобанки
Проблема надежного и неограниченно длительного хранения организмов с наименьшими затратами и на минимальной площади решается за счет использования криобанков. Это направление биотехнологии стало развиваться с начала 1970-х гг. Для спасения исчезающих видов в дополнение к традиционным способам было предложено хранить в жидком азоте семена, апексы, эмбриоиды и клетки, культивируемые in vitro и способные регенерировать растения. Криобанки семян сельскохозяйственных культур и их дикорастущих сородичей существуют в развитых странах уже около 40 лет.
Проблема хранения генофонда растений и их клеточных штаммов стала, в сущности, проблемой криосохранения семян, апексов побегов, эмбрионов и клеток in vitro. Апексы in vitro, в отличие от клеток, регенерируют исходный генотип и обеспечивают не только сохранение сортов, форм и видов, вегетативно размножающихся и других растений, но и клонирование отдельных элитных экземпляров.
Благодаря сохранению криоконсервированного генофонда, селекционерам в любое время может быть предоставлен генотип, имеющий искомые признаки: необходимую пыльцу для проведения гибридизации; уникальные и единичные семена, в том числе не выносящие обезвоживания; трансформированные, мутантные, гибридные клетки разных видов растений, способных к морфогенезу in vitro; зиготиче-ские и соматические зародыши и т. д.
Кроме того, создание на биотехнологическом производстве запасов посевного криоконсервированного материала с высокой специфической активностью позволяет добиваться получения стандартного высокоактивного продукта, исключить потери, связанные со снижением специфической активности на различных этапах схем наработки посевного материала. Приемы криоконсервирования можно использовать также на стадии хранения особо ценного продукта.
Хранение материала в жидком азоте практически не лимитировано. Например, в криобанке Института физиологии растений РАН хранятся клетки моркови, которые находятся в жидком азоте около 25 лет, меристемы картофеля — более 10 лет и др.
Уже разработаны способы криосохранения для культивируемых клеток более 30 видов, полученных из растений (13 видов), каллусных культур (около 10 видов), изолированных протопластов (8 видов), меристем (25 видов, в числе которых земляника, наперстянка, ромашка, малина, гвоздика, картофель) и кончиков стебля (13 видов). Из них 14 штаммов — продуценты экономически важных веществ (рис. 5.1, см. цв. вклейку). Полное восстановление роста культур получено после 25 лет хранения. Возобновленные культуры сохранили все свои основные характеристики, клетки картофеля, моркови и меристемы регенерировали растения. В криобанке хранятся также семена более 100 видов охраняемых растений, собранных сотрудниками разных институтов на территории от Балтики до Курил.
Таким образом, криосохранение — современный, надежный способ длительного хранения клеточных штаммов, тканей и микроорганизмов.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
Что вам известно об условиях, в которых наиболее полноценно сохраняется генофонд дикорастущих видов растений и животных?
Какие способы сохранения живых объектов вам известны?
Сколько стоит создание и сохранение коллекции микроорганизмов?
Какие технологические подходы используют для снижения экономических затрат при сохранении генофонда растений?
Какие способы применяются для замедления роста объектов?
Расскажите о методе лиофильной сушки и его применении.
Дайте определение термина «криосохранение».
В чем сущность понятия «криоконсервация»? Каково его биологическое значение?
Перечислите методы, используемые при криосохранении объектов.
Какие организмы или их ткани и клетки могут служить объектами криоконсервации?
Почему замораживание является важнейшим этапом процесса криосохранения?
Какие задачи стоят при проведении криосохранения живых организмов?
В чем сложность замораживания растительных клеток, по сравнению с клетками животных и микроорганизмов?
Сравните, как влияет на клетки внеклеточный и внутриклеточный лед, образующийся при замораживании объектов.
Как предотвратить образование внутриклеточного льда?
Расскажите о биологических антифризах.
Какие изменения в метаболизме живых организмов происходят при криосохранении?
Что такое криопротекторы?
Какова функциональная роль криопротекторов при подготовке живых объектов к криосохранению? В чем заключаютсяособенности их применения?
Сравните технологии быстрого и медленного замораживания и перспективы их применения.
Какие изменения происходят в мембранах клеток при низких температурах?
Какой фитогормон играет важную роль при адаптации клеток к низким температурам и в чем его значение?
Перечислите этапы технологического процесса криоконсервации и расскажите о них.