T'expliquem què és el cultiu de teixits vegetals, els tipus de tècniques que existeixen, els seus principals avantatges i com automatitzar-lo
El cultiu de teixits vegetals engloba un conjunt de tècniques amb múltiples aplicacions i que actualment està en plena expansió. Aquesta activitat es porta a terme en laboratoris especialitzats, els professionals dels quals es dediquen a cultivar explants in vitro, és a dir, una part separada d’una planta tals com protoplasts, cèl·lules, teixits o òrgans, en condicions ambientals estrictament controlades amb el propòsit d’aconseguir produir grans quantitats de plantes amb una genètica igual.
El cultiu de teixits vegetals es defineix com el cultiu d'explants in vitro en condicions ambientals estrictament controlades per aconseguir grans quantitats de plantes idèntiques entre si.
Biològicament, el cultiu de teixits vegetals és possible gràcies a la totipotencialitat cel·lular dels teixits merismàtics dels vegetals els quals són presents en diferents òrgans de les plantes. Aquesta facultat permet a aquestes cèl·lules vegetals reproduir-se asexualment i revertir-ne la diferenciació cel·lular per després tornar a diferenciar-se i formar una nova planta.
Al cultiu de teixits vegetals s’apliquen els coneixements de la biotecnologia vegetal, la qual comprèn diferents àrees de la ciència de la vida tan diverses com la bioquímica, la biologia molecular, la immunologia, la virologia, la indústria alimentària, la indústria farmacèutica, la genètica i l’agricultura.
Les principals aplicacions del cultiu de teixits vegetals
El cultiu de teixits vegetals permet l’estudi i la modificació genètica de les plantes per modificar-ne la seva resistència davant de virus i insectes, el seu valor nutricional, el seu aspecte físic o el seu metabolisme. Així mateix, també ofereix una comprensió més gran dels processos genètics i fisiològics dels vegetals, ja que les condicions mediambientals del cultiu in vitro es poden controlar i analitzar en profunditat. És el principal enfocament utilitzat per explotar el potencial de totipotència de les plantes i induir la manipulació genotípica i fenotípica a cèl·lules vegetals.
Actualment el cultiu de teixits vegetals és una eina important tant en recerca bàsica com en aplicacions comercials. Per exemple, la indústria biotecnològica continua innovant per tenir millors llavors que produeixin més fruits per planta. En cosmètica, es produeixen extractes proteics de col·lagen o factors de creixement produïts a base de cèl·lules mare de plantes, evitant l’ús de carn animal. En medicina, múltiples fàrmacs i vacunes es produeixen a partir de plantes modificades genèticament. Tot i que sens dubte el camp que està experimentant un major impacte és el de l’horticultura, on moltes empreses produeixen verticalment verdures i fruites en hivernacles produïdes mitjançant el cultiu de teixits vegetals, ja que permet obtenir vegetals amb un genotip idèntic, més productivitat per àrea de terreny i plantes més resistents a plagues.
Tipus de cultiu de teixits vegetals
Com dèiem al començament d’aquesta publicació, el cultiu de teixits vegetals engloba múltiples tècniques, que segons la seva finalitat podem diferenciar entre diferents tipus:
Cultiu de meristemes
En aquest mètode, els teixits meristemàtics de les plantes es cultiven en condicions artificials. És preferible per a casos de prevenció d'aparició de malalties provocades per virus, ja que aquests teixits no solen estar afectats per patògens vegetals.
Conreu d'òrgans
Tècnica que utilitza inicialment un òrgan de la planta com ara una fulla, les arrels o la tija. Aquest mètode s'utilitza per preservar l'estructura i les funcions de la planta desitjada.
Cultiu de call
El call és una massa de cèl·lules indiferenciada. Aquesta tècnica utilitza cèl·lules d'un call de qualsevol part de la planta per després diferenciar-les.
Cultiu de llavors
Es fan servir llavors i serveix per a la regeneració de la planta en un medi artificial.
Cultiu de protoplasts
En aquest mètode es recullen cèl·lules de la planta, s'obtenen protoplasts i després es cultiven per al desenvolupament de la paret cel·lular i posterior diferenciació de teixits i creixement d'una planta adulta.
Conreu d'embrions
Consisteix en l'aïllament estèril i el creixement in vitro d'un embrió immadur o madur per obtenir una planta viable.
Avantatges i desavantatges del cultiu de teixits vegetals respecte al cultiu tradicional
El cultiu de teixits vegetals té nombrosos avantatges davant del cultiu tradicional, a la taula següent et resumim en una comparativa els principals avantatges d’aquest conjunt de tècniques.
Avantatges
- Les tasques com el desherbatge i la fumigació són innecessàries.
- El procés ofereix biomassa uniforme en genotip i fenotip disponible tot el temps independent de les condicions del sòl i dels canvis en les condicions climàtiques.
- La producció és atemporal i es pot fer durant tot l'any, evitant l'estacionalitat. A més el rendiment de biomassa és molt més gran i es pot optimitzar amb el temps.
- Permet estudiar efectes de diversos mutàgens i intentar immobilitzacions de cèl·lules, per a biotransformació o reaccions bioquímiques.
- Pot proporcionar una font contínua i fiable de fitofàrmacs. A més permet la síntesi de compostos dels quals la seva síntesi química és difícil o impossible. També es podria utilitzar per al cultiu a gran escala de cèl·lules vegetals.
- Es pot fer servir fàcilment per produir plantes híbrides a partir de processos d'hibridació interespecífics i intergenèrics.
- Permet el cultiu d'espècies que amb el cultiu tradicional difícilment es podrien cultivar.
Desavantatges
- Per al cultiu de teixits vegetals es requereix de personal especialitzat, amb una bona formació i instal·lacions avançades, tant a nivell de laboratori com d'hivernacle, per la qual cosa implica una inversió econòmica inicial més gran.
- Les plantes produïdes depenen de fonts de nutrició específiques.
- Requereix un ambient asèptic, ja que la contaminació pot comprometre una collita sencera.
- Les plàntules són més susceptibles a la contaminació i pèrdua d'aigua a l'ambient extern, ja que es conreen a una humitat relativament alta.
- Les plantes no funcionen autotròficament en cultiu i han de passar per una fase de transició abans del creixement independent.
- Requereix un seguiment i una inspecció dels diferents estadis de desenvolupament més intensiu que en el cultiu tradicional.
Procediment habitual del cultiu de teixits vegetals
No ens estendrem molt pel que fa als diferents passos que componen aquesta tècnica perquè com a laboratori dedicat a aquesta tasca saps de sobres en què consisteix. A més, hi ha múltiples varietats de cultiu de teixits vegetals amb diferents particularitats. No obstant això, creiem oportú esmentar les principals fases per després posar èmfasi en algunes. En general, el cultiu de teixits vegetals in vitro consta de 5 etapes:
Selecció de l'espècie
Preparació del medi de cultiu
Desenvolupament del teixit o explantament
Arrelament
Condicionament i aclimatació
La majoria d’aquests passos es fan manualment per personal qualificat i la seva durada fluctua molt en funció del tipus d’aplicació utilitzada. Encara que un denominador comú en tots els casos és la forma en què es prepara el medi de cultiu, que pot arribar a ser especialment tediós i manual. Hi ha tres maneres d’afrontar aquest procediment: proveïment de producte acabat mitjançant la compra a un proveïdor extern, la preparació manual mitjançant l’ús d’una autoclau o la preparació automàtica mitjançant un preparador de medis.
Preparació del medi de cultiu utilitzat al cultiu de teixits vegetals
Els medis de cultiu utilitzats en el cultiu de teixits vegetals solen contenir sals inorgàniques, reguladors de creixement, vitamines, aminoàcids, carbohidrats i, de vegades, un agent gelificant, encara que no és obligatori. Així mateix, es poden afegir altres compostos, com ara antioxidants, retardants del creixement o complexos orgànics naturals.
També cal tenir molt en compte el pH del medi de cultiu perquè afecta tant el creixement de les plantes com l’activitat dels reguladors del creixement. En general, aquest s’ha d’ajustar a valors prop de 5.5. A més, el medi de cultiu s’ha d’esterilitzar per evitar la contaminació amb altres microorganismes i la tècnica més popular és per calor humida mitjançant una autoclau de laboratori.
Com ja saps, la correcta preparació del medi de cultiu requereix precisió i control. Cal afegir-hi diferents components, ser precisos en les quantitats, seguir un exhaustiu registre de les quanties expedides de cada nutrient. Per a continuació, esterilitzar tot el preparat a la temperatura i temps d’esterilització desitjada, aconseguint que la barreja quedi homogènia i llesta per dispensar als recipients de vidre o polipropilè corresponents sota una campana de flux laminar. De tot això, depèn l’èxit de la nostra feina. Precisió i control que poden ser complicades d’aconseguir tenint en compte que és una tasca que es duu a terme de manera manual. A més, cal parar atenció al risc de contaminació a cada pas.
No dubtem de la gran professionalitat del personal del teu laboratori de cultiu de teixits vegetals. Sabem de la seva dedicació i professionalitat. No obstant això, no podem obviar una realitat, el possible error humà. Aquest risc existeix i pot suposar greus conseqüències, especialment pel que fa a la salut i la integritat dels operaris. Així com, en la qualitat del producte preparat i també una pèrdua de temps i diners considerables.
La manualitat del cultiu de teixits vegetals comporta certs perills, tant pel resultat del procés com pel personal que manipula els fluids. A continuació, t’expliquem per què.
Els possibles riscos de preparar manualment el medi de cultiu utilitzat al cultiu de teixits vegetals
Tal com t’hem comentat, al cultiu de teixits vegetals hi ha tres aspectes que has d’intentar prevenir:
- L'error humà
- Els riscos laborals dels operaris
- Risc de contaminació del preparat
Tots tres poden suposar, tant per als teus preparats com per al teu laboratori i els teus empleats, un greu problema. Per això, la solució està en l’automatització del cultiu de teixits vegetals. Automatitzar al màxim el procés per estalviar-te equivocacions en l’elaboració i possibles accidents, alhora que temps i diners.
Repassarem les diferents dificultats que, durant el procediment realitzat de manera manual, poden donar-se i que amb l’ús d’un equip automàtic apte es podrien solucionar.
A l’esterilització del medi de cultiu, un dels majors obstacles que es donen resideix en l’exposició a la calor, la qual pot variar entre les mostres, ja que la temperatura d’esterilització, en general, només es controla en un recipient de referència . Així mateix, durant aquest procés, les ampolles amb el medi d’agar no es poden remoure completament impedint que el líquid es barregi de manera uniforme.
Un cop finalitzada l’esterilització, cal deixar que el medi es refredi a la temperatura de dispensació, això requereix un llarg temps d’espera per evitar que l’operari es pugui cremar. A més, si es refreda en excés l’agar gelificarà per això, si ho hem preparat per després dispensar-ho de nou, això comportarà un gran problema.
La imprecisió és una altra característica inherent en preparar manualment el medi de cultiu, especialment en la seva preparació i dispensació. Es poden ocasionar problemes d’homogeneïtat, composició, lots fora d’especificacions i desviacions al volum dispensat. Per solucionar aquest problema, qualsevol laboratori professional ha de tenir un sistema de garantia de qualitat del control de la seva producció. Sistema que sovint és manual i laboriós de reportar diàriament ja que implica anotar moltes dades fruit de controls periòdics.
Un altre gran problema en el cultiu de teixits vegetals són els possibles accidents i, per tant, les baixes laborals. Segur que has pogut observar que, a causa de les característiques del treball, el teu personal fa tasques repetitives i es veu obligat a adquirir postures poc còmodes que, amb el temps, poden acabar en baixes laborals a causa de dolors lumbars crònics, dolors d’articulacions o d’altres patologies. Així mateix, la manipulació d’objectes a temperatures elevades pot comportar, malgrat la formació tècnica dels teus operaris, dels protocols establerts i del vestuari i equipament necessaris, cremades i/o irritacions greus i perilloses.
Millora la qualitat, augmenta la teva productivitat, estalvia mà d'obra, elimina l'error humà i minimitza els possibles riscos laborals amb el preparador de medis de RAYPA
A RAYPA coneixem a la perfecció les necessitats del sector. Per això, hem creat el preparador de medis Sèrie AE-MP . Gràcies a ell, les diferents problemàtiques a dalt esmentades desapareixen donant lloc a una feina més ràpida, barata i menys arriscada, totalment automatitzada en un sol equip.
Amb el nostre preparador de medis:
- Tindràs una àmplia flexibilitat per preparar còmodament grans volums de medi de cultiu.
- Les línies de dispensació es poden netejar i desinfectar molt fàcilment abans, durant i després de cada cicle mitjançant polsos de vapor a temperatures altes.
- La temperatura d'esterilització és ajustable i homogènia a tot el medi. A més, disposa de velocitat d'agitació ajustable mitjançant un potenciòmetre extern i independent.
- Es poden dispensar còmodament nutrients, correctors del pH i antibiòtics durant o després d'acabar l'esterilització en el cas de substàncies termolàbils.
- Pel que fa a la refrigeració del medi per a la seva dispensació, el preparador té un control de pressió i un serpentí d'aigua que assegura un refredament extremadament ràpid al final del cicle sense haver d'extreure'l de la màquina. D'aquesta manera, evitem possibles cremades i també que la preparació quedi exposada a temperatures altes durant més temps del convenient. Així mateix, la temperatura de dispensació és graduable i es pot sostenir de manera indefinida i l'equip compta amb múltiples opcions de dispensació amb velocitats de 9ml/s a 90ml/s mitjançant l'ús de sensor òptic, pedal o bombes peristàltiques.
Per acabar, cal destacar el disseny ergonòmic de l’esterilitzador de medis AE-MP de RAYPA i els seus diferents dispositius de seguretat, gràcies als quals es prevenen postures incòmodes durant llargues hores, irritacions i ferides, per tant, s’eviten accidents i baixes laborals. A RAYPA prioritzem, sobretot, la prevenció i la seguretat i, per això, els nostres equips compten amb:
- Sistema de bloqueig de portes amb pressió positiva
- Sensor de porta oberta
- Missatges d'advertiment i alertes
- Detector del nivell d'aigua
- Vàlvula de seguretat
- Termòstat de seguretat
Automatitzar processos suposa gestionar i fer un millor control de tot el cicle mitjançant el registre d’indicadors de rendiment per obtenir un control i anàlisi més fiable. Per tant, això ens garanteix mostres homogènies i de més qualitat, amb menys risc de contaminació del medi i un augment de la productivitat amb una reducció de costos considerable.
Per poder gestionar millor aquest procediment, el preparador de medis registra tot el procés. Així mateix, gràcies a la seva gran capacitat, podem escalar i augmentar la producció, elaborant un volum més gran en menor temps. Per tant, el procés és més ràpid i fa que el laboratori sigui més eficient.
Si vols saber més sobre el nostre esterilitzador de medis de cultiu Sèrie AE-MP, capaç de preparar, esterilitzar, refredar i dispensar els teus medis de cultiu en un sol equip i amb una excel·lent reproductibilitat lot a lot, pots contactar amb nosaltres. Estarem encantats de poder ajudar-te.
