Te contamos que es el cultivo de tejidos vegetales, los tipos de técnicas que existen, sus principales ventajas y como automatizarlo
El cultivo de tejidos vegetales engloba un conjunto de técnicas con múltiples aplicaciones y que actualmente está en pleno auge. Esta actividad se lleva a cabo en laboratorios especializados, cuyos profesionales se dedican a cultivar explantes in vitro, es decir, una parte separada de una planta tales como protoplastos, células, tejidos u órganos, en condiciones ambientales estrictamente controladas con el propósito de conseguir producir grandes cantidades de plantas con una genética igual.
El cultivo de tejidos vegetales se define como el cultivo de explantes in vitro en condiciones ambientales estrictamente controladas con el objetivo de conseguir grandes cantidades de plantes idénticas entre si.
Biológicamente, el cultivo de tejidos vegetales es posible gracias a la totipotencialidad celular de los tejidos merismáticos de los vegetales los cuales están presentes en distintos órganos de las plantas. Esta facultad permite a estas células vegetales reproducirse asexualmente y revertir su diferenciación celular para luego volver a diferenciarse y formar una nueva planta.
En el cultivo de tejidos vegetales se aplican los conocimientos de la biotecnología vegetal, la cual comprende diferentes áreas de la ciencia de la vida tan diversas como la bioquímica, biología molecular, inmunología, virología, industria alimentaria, industria farmacéutica, genética y agricultura.
Las principales aplicaciones del cultivo de tejidos vegetales
El cultivo de tejidos vegetales permite el estudio y la modificación genética de las plantas para modificar su resistencia frente a virus e insectos, su valor nutricional, su aspecto físico o su metabolismo. Asimismo, también ofrece una mayor comprensión de los procesos genéticos y fisiológicos de los vegetales, ya que las condiciones medioambientales del cultivo in vitro se pueden controlar y analizar en profundidad. Es el principal enfoque utilizado para explotar el potencial de totipotencia de las plantas e inducir la manipulación genotípica y fenotípica en células vegetales.
En la actualidad el cultivo de tejidos vegetales es una herramienta importante tanto en investigación básica como en aplicaciones comerciales. Por ejemplo, la industria biotecnológica continuamente está innovando para tener mejores semillas que produzcan más frutos por planta. En cosmética, se producen extractos proteicos de colágeno o factores de crecimiento producidos a base de células madre de plantas, evitando el empleo de carne animal. En medicina, múltiples fármacos y vacunas se producen a partir de plantas modificadas genéticamente. Aunque sin duda el campo que está experimentando un mayor impacto es el de la horticultura, donde muchas empresas producen verticalmente verduras y frutas en invernaderos producidas mediante el cultivo de tejidos vegetales ya que permite obtener vegetales con un genotipo idéntico, mayor productividad por área de terreno y plantas más resistentes a plagas.
Tipos de cultivo de tejidos vegetales
Como decíamos al principio de esta publicación, el cultivo de tejidos vegetales engloba múltiples técnicas, que según su finalidad podemos diferenciar entre diferentes tipos:
Cultivo de meristemas
En este método, los tejidos meristemáticos de las plantas se cultivan en condiciones artificiales. Es preferible para casos de prevención de aparición de enfermedades provocadas por virus ya que estos tejidos no suelen estar afectados por patógenos vegetales.
Cultivo de órganos
Técnica que usa inicialmente un órgano de la planta como por ejemplo una hoja, las raíces o el tallo. Este método se utiliza para preservar la estructura y funciones de la planta deseada.
Cultivo de callo
El callo es una masa de células indiferenciada. Esta técnica usa células de un callo de cualquier parte de la planta para luego diferenciarlas.
Cultivo de semillas
Se usan semillas y sirve para la regeneración de la planta en un medio artificial.
Cultivo de protoplastos
En este método se recogen células de la planta, se obtienen protoplastos y luego se cultivan para el desarrollo de la pared celular y posterior diferenciación de tejidos y crecimiento de una planta adulta.
Cultivo de embriones
Consiste en el aislamiento estéril y el crecimiento in vitro de un embrión inmaduro o maduro con el objetivo de obtener una planta viable.
Ventajas y desventajas del cultivo de tejidos vegetales con respecto al cultivo tradicional
El cultivo de tejidos vegetales tiene numerosas ventajas frente al cultivo tradicional, en la siguiente tabla te resumimos en una comparativa las principales ventajas de este conjunto de técnicas.
Ventajas
- Las tareas como el deshierbe y la fumigación son innecesarias.
- El proceso ofrece biomasa uniforme en genotipo y fenotipo disponible todo el tiempo independiente de las condiciones del suelo y de los cambios en las condiciones climática
- La producción es atemporal y puede realizarse durante todo el año, evitando la estacionalidad. Además el rendimiento de biomasa es mucho mayor y se puede optimizar con el tiempo.
- Permite estudiar efectos de varios mutágenos e intentar inmovilizaciones de células, para biotransformación o reacciones bioquímicas.
- Puede proporcionar una fuente continua y confiable de fitofármacos. Además permite la síntesis de compuestos cuya síntesis química es difícil o imposible. También podría utilizarse para el cultivo a gran escala de células vegetales.
- Se puede utilizar fácilmente para producir plantas híbridas a partir de procesos de hibridación interespecíficos e intergenéricos.
- Permite el cultivo de especies que con el cultivo tradicional difícilmente podrían cultivarse.
Desventajas
- Para el cultivo de tejidos vegetales se requiere de personal especializado, con una buena formación e instalaciones avanzadas, tanto a nivel de laboratorio como de invernadero, por lo que implica una inversión económica inicial mayor.
- Las plantas producidas dependen de fuentes de nutrición específicas.
- Requiere de un ambiente aséptico ya que la contaminación puede comprometer una cosecha entera.
- Las plántulas son más susceptibles a la contaminación y pérdida de agua en el ambiente externo, ya que se cultivan a una humedad relativamente alta.
- Las plantas no funcionan autotróficamente en cultivo y tienen que pasar por una fase de transición antes de su crecimiento independiente.
- Requiere de un seguimiento e inspección de los distintos estadios de desarrollo más intensivo que en el cultivo tradicional.
Procedimiento habitual del cultivo de tejidos vegetales
No nos extenderemos mucho por lo que respecta a los diferentes pasos que componen esta técnica porque como laboratorio dedicado a dicha labor sabes de sobra en qué consiste. Además, existen múltiples variedades de cultivo de tejidos vegetales con distintas particularidades. Sin embargo, creemos oportuno mencionar las principales fases para después hacer hincapié en algunas de ellas. En general, el cultivo de tejidos vegetales in vitro consta de 5 etapas:
Selección de la especie
Preparación del medio de cultivo
Desarrollo del tejido o explante
Enraizamiento
Acondicionamiento y aclimatación
La mayoría de estos pasos se realizan manualmente por personal cualificado y su duración fluctúa mucho en función del tipo de aplicación usada. Aunque un denominador común en todos los casos es la forma en la que se prepara el medio de cultivo, que puede puede llegar a ser especialmente tedioso y manual. Existen tres formas de afrontar este procedimiento: aprovisionamiento de producto terminado mediante la compra a un proveedor externo, la preparación manual mediante el uso de una autoclave o la preparación automática mediante un preparador de medios.
Preparación del medio de cultivo usado en el cultivo de tejidos vegetales
Los medios de cultivo usados en el cultivo de tejidos vegetales suele contener sales inorgánicas, reguladores de crecimiento, vitaminas, aminoácidos, carbohidratos y, a veces, un agente gelificante, aunque no es obligatorio. Asimismo, se pueden añadir otros compuestos, como antioxidantes, retardantes del crecimiento o complejos orgánicos naturales.
También hay que tener muy en cuenta el pH del medio de cultivo porque este afecta tanto al crecimiento de las plantas como a la actividad de los reguladores del crecimiento. En general este se debe de ajustar a valores cerca de 5.5. Además, el medio de cultivo debe esterilizarse para evitar la contaminación con otros microorganismos y la técnica más popular es por calor húmedo mediante una autoclave de laboratorio.
Como ya sabes, la correcta preparación del medio de cultivo requiere de precisión y control. Hay que añadir diferentes componentes, ser precisos en las cantidades, seguir un exhaustivo registro de las cuantías expedidas de cada nutriente. Para a continuación, esterilizar todo el preparado a la temperatura y tiempo de esterilización deseada, consiguiendo que la mezcla quede homogénea y lista para dispensar en los recipientes de vidrio o polipropileno correspondientes bajo una campana de flujo laminar. De todo ello depende el éxito de nuestro trabajo. Precisión y control que pueden ser complicadas de lograr teniendo en cuenta que es una labor que se lleva a cabo de manera manual. Además, hay que prestar atención al riesgo de contaminación en cada paso.
Para nada dudamos de la gran profesionalidad del personal de tu laboratorio de cultivo de tejidos vegetales. Sabemos de su dedicación y profesionalidad. Sin embargo, no podemos obviar una realidad, el posible error humano. Este riesgo existe y puede suponer graves consecuencias, especialmente por lo que respecta a la salud e integridad de nuestros operarios. Así como, en la calidad del producto preparado y también una pérdida de tiempo y dinero considerable.
La manualidad del cultivo de tejidos vegetales acarrea ciertos peligros, tanto para el resultado del proceso como para el personal que manipula los fluidos. A continuación, te contamos por qué.
Los posibles riesgos de preparar manualmente el medio de cultivo usado en el cultivo de tejidos vegetales
Tal como te hemos comentado, en el cultivo de tejidos vegetales hay dos aspectos que debes intentar prevenir:
- El error humano
- Los riesgos laborales de los operarios
- Riesgo de contaminación del preparado
Los tres pueden suponer, tanto para tus preparados como para tu laboratorio y tus empleados, un grave problema. Para ello, la solución está en la automatización del cultivo de tejidos vegetales. Automatizar al máximo el proceso para ahorrarte equivocaciones en la elaboración y posibles accidentes, a la par que tiempo y dinero.
Repasaremos las diferentes dificultades que, durante el procedimiento realizado de manera manual pueden darse y que con el uso de un equipo automático apto para ello se podrían solucionar.
En la esterilización del medio de cultivo, uno de los mayores obstáculos que se dan reside en la exposición al calor, la cual puede variar entre las muestras, ya que la temperatura de esterilización, por lo general, sólo se controla en un recipiente de referencia. Asimismo, durante este proceso, las botellas con el medio de agar no se pueden remover completamente impidiendo que el líquido se mezcle de manera uniforme.
Ya una vez finalizada la esterilización, hay que dejar que el medio se enfríe a la temperatura de dispensación, ello requiere un largo tiempo de espera para evitar que el operario pueda quemarse. Además, si se enfría en exceso el agar gelificará por lo que, si lo hemos preparado para luego dispensarlo de nuevo, esto comportará un gran problema.
La imprecisión es otra característica inherente al preparar manualmente el medio de cultivo, en especial en su preparación y dispensación. Se pueden ocasionar problemas de homogeneidad, composición, lotes fuera de especificaciones y desviaciones en el volumen dispensado. Para solventar este problema, cualquier laboratorio que se precie debe tener un sistema de garantía de calidad del control de su producción. Sistema que a menudo es manual y laborioso de reportar a diario ya que implica anotar muchos datos fruto de controles periódicos.
Otro gran problema en el cultivo de tejidos vegetales son los posibles accidentes y, por consecuencia, las bajas laborales. Seguro que has podido observar que, debido a las características del trabajo, tu personal realiza tareas repetitivas y se ve obligado a adquirir posturas poco cómodas que, con el tiempo, pueden acabar en bajas laborales a causa de dolores lumbares crónicos, dolores de articulaciones u otras patologías. Asimismo, la manipulación de objetos a temperaturas elevadas puede acarrear, a pesar de la formación técnica de tus operarios, de los protocolos establecidos y del vestuario y equipamiento necesarios, quemaduras y/o irritaciones graves y peligrosas.
Mejora la calidad, aumenta tu productividad, ahorra mano de obra, elimina el error humano y minimiza los posibles riesgos laborales con el preparador de medios de RAYPA
En RAYPA conocemos a la perfección las necesidades de este sector. Por ello, hemos creado el preparador de medios Serie AE-MP. Gracias a él, las diferentes problemáticas arriba mencionadas desparecen dando lugar a un trabajo más rápido, barato y menos arriesgado, totalmente automatizado en un solo equipo.
Con nuestro preparador de medios:
- Dispondrás de una amplia flexibilidad para preparar cómodamente grandes volúmenes de medio de cultivo.
- Las líneas de dispensación se pueden limpiar y desinfectar muy fácilmente antes, durante y después de cada ciclo mediante pulsos de vapor a altas temperaturas.
- La temperatura de esterilización es ajustable y homogénea en todo el medio. Además, dispone de velocidad de agitación ajustable mediante un potenciómetro externo e independiente.
- Puede dispensarse cómodamente nutrientes, correctores del pH y antibióticos durante o tras terminar la esterilización en el caso de sustancias termolábiles.
- Por lo que respecta a la refrigeración del medio para su dispensación, el preparador tiene un control de presión y un serpentín de agua que asegura un enfriamiento extremadamente rápido al final del ciclo sin tener que extraerlo de la máquina. De este modo, evitamos posibles quemaduras y también que la preparación quede expuesta a altas temperaturas durante más tiempo del conveniente. Asimismo, la temperatura de dispensación es graduable y se puede sostener de manera indefinida y el equipo cuenta con múltiples opciones de dispensación con velocidades de 9mL/s a 90ml/s mediante el uso de sensor óptico, pedal o bombas peristálticas.
Por último, cabe destacar el diseño ergonómico del esterilizador de medios AE-MP de RAYPA y sus diferentes dispositivos de seguridad, gracias a los cuales se previenen posturas incómodas durante largas horas, irritaciones y heridas, por tanto, se evitan accidentes y bajas laborales. En RAYPA priorizamos, ante todo, la prevención y la seguridad y, por ello, nuestros equipos cuentan con:
- Sistema de bloqueo de puertas con presión positiva
- Sensor de puerta abierta
- Mensajes de advertencia y alertas
- Detector del nivel de agua
- Válvula de seguridad
- Termostato de seguridad
Automatizar procesos supone gestionar y realizar un mejor control de todo el ciclo mediante el registro de indicadores de rendimiento para obtener un control y análisis más fiable. Por ende, ello nos garantiza muestras homogéneas y de mayor calidad, con menor riesgo de contaminación del medio y un aumento de la productividad con una reducción de costes considerable.
Para poder gestionar mejor este procedimiento, el preparador de medios registra todo el proceso. Asimismo, gracias a su gran capacidad, podemos escalar y aumentar la producción, elaborando un mayor volumen en menor tiempo. Por tanto, el proceso es más rápido y hace que el laboratorio resulte más eficiente.
