¿Qué es el cultivo de tejidos vegetales in vitro y cómo funciona?
El cultivo de tejidos vegetales engloba un conjunto de técnicas con múltiples aplicaciones, y actualmente está en pleno auge.
Esta actividad se lleva a cabo en laboratorios especializados, donde profesionales se dedican a cultivar explantes in vitro, es decir, partes separadas de una planta, como protoplastos, células, tejidos u órganos, en condiciones ambientales estrictamente controladas con el propósito de producir grandes cantidades de plantas genéticamente iguales.
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 plantas idénticas entre sí.
Biológicamente, el cultivo de tejidos vegetales es posible gracias a la totipotencialidad celular de los tejidos meristemáticos de los vegetales, los cuales están presentes en distintos órganos de las plantas.
Esta facultad permite a las células vegetales reproducirse asexualmente y revertir su diferenciación celular para luego volver a diferenciarse y formar una nueva planta.
La totipotencialidad es la capacidad que tienen ciertas células para regenerar un organismo completo, dando origen a todos sus tipos celulares. Los tejidos meristemáticos están formados por células no especializadas con alta capacidad de división, responsables del crecimiento y regeneración de las plantas.
El cultivo de tejidos vegetales se basa en los conocimientos de la biotecnología vegetal, una disciplina que integra diversas áreas de las ciencias de la vida, como la bioquímica, la biología molecular, la inmunología, la virología, la genética, así como aplicaciones en la industria alimentaria, la industria farmacéutica y la agricultura.
Aplicaciones del cultivo de tejidos vegetales in vitro en biotecnología y agricultura
El cultivo de tejidos vegetales permite el estudio y la modificación genética de las plantas para mejorar 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.
Este enfoque es clave 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 clave tanto en investigación básica como en aplicaciones comerciales. Sus usos abarcan distintos sectores como:
- Biotecnología agrícola: Innovación en el desarrollo de semillas que aumentan la producción de frutos por planta.
- Cosmética: Producción de extractos proteicos de colágeno y factores de crecimiento a partir de células madre vegetales, evitando el uso de derivados animales.
- Medicina: Producción de múltiples fármacos y vacunas mediante plantas modificadas genéticamente.
- Horticultura: Sector que está experimentando el mayor impacto. Muchas empresas cultivan frutas y verduras en sistemas verticales e invernaderos mediante el cultivo de tejidos vegetales.
Tipos de cultivo de tejidos vegetales
Como decíamos al principio de esta publicación, el cultivo de tejidos vegetales in vitro engloba múltiples técnicas, clasificadas según su finalidad:
Cultivo de meristemas
En este método, los tejidos meristemáticos de las plantas se cultivan en condiciones artificiales. Es ideal para prevenir enfermedades provocadas por virus, ya que estos tejidos suelen estar libres de patógenos.
Cultivo de órganos
Técnica que emplea un órgano vegetal, como hoja, raíz o tallo, 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 extraen células, se obtienen protoplastos y se cultivan para desarrollar la pared celular, diferenciar tejidos y formar 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 in vitro de tejidos vegetales con respecto al cultivo tradicional
El cultivo de tejidos vegetales ofrece numerosas ventajas sobre el cultivo tradicional. A continuación, presentamos una tabla comparativa con sus principales beneficios.
Ventajas
- No requiere tareas como el deshierbe ni la fumigación.
- Produce biomasa uniforme en genotipo y fenotipo, disponible todo el año sin depender del suelo ni de las condiciones climáticas.
- Permite una producción continua, evitando la estacionalidad, con un mayor rendimiento de biomasa que puede optimizarse con el tiempo.
- Facilita el estudio de los efectos de mutágenos y la inmovilización de células para biotransformaciones o reacciones bioquímicas.
- Proporciona una fuente continua y confiable de fitofármacos (compuestos bioactivos derivados de plantas utilizados en medicina), permitiendo la síntesis de compuestos difíciles o imposibles de obtener químicamente, además de posibilitar el cultivo masivo de células vegetales.
- Permite la producción de plantas híbridas mediante hibridación interespecífica (cruce entre especies del mismo género) e intergenérica (cruce entre especies de géneros distintos).
- Posibilita el cultivo de especies que, mediante métodos tradicionales, serían difíciles de cultivar.
Desventajas
- Requiere personal especializado, instalaciones avanzadas y una inversión inicial elevada en laboratorio e invernadero.
- Las plantas producidas dependen de fuentes de nutrición específicas.
- Necesita un ambiente aséptico, ya que la contaminación puede arruinar una cosecha entera.
- Las plántulas son más susceptibles a la contaminación y pérdida de agua en el ambiente externo, ya que se cultivan en condiciones de alta humedad.
- Las plantas no son autotróficas en cultivo y deben pasar por una fase de transición antes de crecer de manera independiente.
- Requiere un seguimiento e inspección más intensivos en cada estadio de desarrollo en comparación con el cultivo tradicional.
Fases del cultivo de tejidos vegetales in vitro y métodos de preparación del medio
Existen múltiples variedades de cultivo de tejidos vegetales con distintas particularidades. No obstante, consideramos oportuno mencionar las principales fases antes de centrarnos 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 varía según la aplicación usada.
Sin embargo, un denominador común en todos los casos es la preparación del medio de cultivo, un proceso que puede resultar especialmente laborioso y manual.
Este procedimiento puede abordarse de tres maneras: adquiriendo el producto terminado a un proveedor externo, preparándolo manualmente con el uso de una autoclave o utilizando un preparador de medios automático.
Preparación y esterilización del medio en el cultivo de tejidos vegetales in vitro
Los medios usados en el cultivo de tejidos vegetales suelen contener sales inorgánicas, reguladores de crecimiento, vitaminas, aminoácidos, carbohidratos y, en algunos casos, un agente gelificante, aunque no es obligatorio. También pueden añadirse otros compuestos, como antioxidantes, retardantes del crecimiento o complejos orgánicos naturales.
Es fundamental controlar el pH del medio, ya que influye tanto en el crecimiento de las plantas como en la actividad de los reguladores del crecimiento. Generalmente, debe ajustarse a valores cercanos a 5,5. Además, para evitar la contaminación con microorganismos, el medio de cultivo debe ser esterilizado, siendo el calor húmedo mediante autoclave la técnica más utilizada en laboratorio.
La preparación del medio de cultivo exige precisión y control. Es necesario medir y añadir correctamente los componentes, registrar las cantidades exactas de cada nutriente y, posteriormente, esterilizar la mezcla a la temperatura y tiempo adecuados. Todo esto garantiza que el medio quede homogéneo y listo para su distribución en recipientes de vidrio o polipropileno, bajo una campana de flujo laminar. El éxito del proceso depende de estos factores, pero alcanzar la precisión requerida puede ser un desafío, especialmente porque se realiza de manera manual y con riesgo de contaminación en cada etapa.
No cuestionamos en absoluto la profesionalidad del equipo de tu laboratorio de cultivo de tejidos vegetales, cuya dedicación y experiencia son indiscutibles. Sin embargo, es innegable la posibilidad de errores humanos, lo que puede derivar en consecuencias graves, afectando tanto la seguridad del personal como la calidad del producto. Además, cualquier fallo representa una pérdida significativa de tiempo y dinero.
El trabajo manual en el cultivo de tejidos vegetales conlleva ciertos riesgos, tanto para el resultado del proceso como para el personal que manipula los fluidos. A continuación, te explicamos por qué.
Riesgos de la preparación manual del medio en el cultivo de tejidos vegetales in vitro
Como mencionamos anteriormente, en el cultivo de tejidos vegetales es fundamental prevenir ciertos riesgos que pueden comprometer la seguridad del laboratorio y la calidad del preparado. Los principales son:
- El error humano
- Los riesgos laborales para los operarios
- Riesgo de contaminación del preparado
Estos factores pueden representar un problema grave. La automatización del proceso es la mejor solución para minimizar errores, mejorar la seguridad y optimizar el tiempo y los costos.
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En RAYPA, comprendemos las exigencias de los laboratorios de cultivo de tejidos vegetales in vitro, por lo que hemos desarrollado dos soluciones especializadas:
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- Serie TLV-MP – La opción experta, con mayor capacidad, tecnología avanzada y funcionalidades adicionales para cumplir con los estándares más exigentes (FDA, GMP y GLP).
Ambos equipos eliminan los desafíos del proceso manual, permitiendo reducir errores humanos, aumentar la productividad y mejorar la seguridad en el laboratorio.
Ventajas de nuestros preparadores de medios frente a una autoclave
| Autoclave | Preparador de medios RAYPA | |
|---|---|---|
| Preparación | Muchas operaciones manuales repetitivas: pesaje, llenado de agua y agitación de cada envase. Problemas de solubilidad y de homogeneidad en concentración y en volumen. | Una sola acción de pesar y añadir agua, unida a una agitación continua y una dispensación automática, asegura una solubilidad completa, una concentración homogénea y un volumen idéntico en cada contenedor. |
| Esterilización | Equipos de baja potencia que calientan el medio lentamente. La falta de agitación resulta en temperaturas desiguales entre recipientes, aumentando el riesgo de sobrecalentamiento o de esterilización ineficaz. La ausencia de control de la temperatura interna de los recipientes impide cuantificar la eficacia del proceso. | Equipos sobrepotenciados que calientan rápidamente el medio. El nivel de esterilidad obtenido es el mismo en todos los puntos de la preparación. El control de temperatura directo mediante sonda flexible PT-100 permite cuantificar la letalidad y obtener una trazabilidad completa de cada ciclo. |
| Enfriamiento | Fase de enfriamiento muy larga. Tras abrir la puerta se desconoce la temperatura exacta de los envases, con el consiguiente riesgo de quemaduras. No se pueden inyectar nutrientes o antibióticos termolábiles. La sobreexposición al calor impacta en la fertilidad del medio de cultivo. | Sistema de enfriado rápido mediante serpentín de agua que reduce en hasta un 90% el tiempo de enfriamiento. Pueden inyectarse nutrientes o antibióticos termolábiles en cualquier momento e incluso programar rampas de calentamiento adicionales. |
| Dispensación | Dispensación manual y de forma individualizada en cada envase. Temperatura de dispensación no controlable. Velocidad muy lenta. Falta de homogeneidad en volumen entre envases. No se puede escalar la productividad fácilmente para satisfacer una mayor demanda. | Dispensación con velocidad y temperatura ajustables. Excelente homogeneidad en volumen entre envases. Múltiples formas de dispensación y capacidad para acoplar dispensadores externos para escalar la productividad a demanda. |
| Seguridad | Riesgo de quemaduras por frascos calientes, rotura de envases dentro de la autoclave y solidificación de la preparación durante la dispensación. | Diseño ergonómico, seguridad total para el operador, múltiples funciones automáticas y riesgo de contaminación cruzada mínimo. |
| Limpieza | Difícil y laboriosa. Limpieza manual de cada recipiente y del sistema de dispensación usado. | Gran ahorro de tiempo. Autolimpieza de cámara y múltiples funciones de limpieza de las líneas. Cubeta interior con asas para una extracción cómoda. |
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