Ti diciamo cos'è la coltura di tessuti vegetali, i tipi di tecniche esistenti, i suoi principali vantaggi e come automatizzarla
La coltura di tessuti vegetali comprende una serie di tecniche con molteplici applicazioni e che è attualmente in pieno svolgimento. Questa attività viene svolta in laboratori specializzati, i cui professionisti si dedicano alla coltivazione degli espianti. in vitro, vale a dire una parte separata di una pianta come protoplasti, cellule, tessuti o organi, in condizioni ambientali rigorosamente controllate con lo scopo di poter produrre un gran numero di piante con genetica identica.
La coltura di tessuti vegetali è definita come la coltivazione di espianti in vitro in condizioni ambientali strettamente controllate con l'obiettivo di ottenere un gran numero di piante identiche.
Biologicamente, la coltura di tessuti vegetali è possibile grazie alla totipotenza cellulare dei tessuti merismatici vegetali presenti in diversi organi vegetali. Questa capacità consente a queste cellule vegetali di riprodursi asessualmente e invertire la loro differenziazione cellulare per poi differenziarsi nuovamente e formare una nuova pianta.
Nella coltura dei tessuti vegetali viene applicata la conoscenza della biotecnologia vegetale, che comprende diverse aree delle scienze della vita così diverse come la biochimica, la biologia molecolare, l’immunologia, la virologia, l’industria alimentare, l’industria farmaceutica, la genetica e l’agricoltura.
Le principali applicazioni della coltura di tessuti vegetali
La coltura dei tessuti vegetali consente lo studio e la modificazione genetica delle piante per modificare la loro resistenza contro virus e insetti, il loro valore nutrizionale, il loro aspetto fisico o il loro metabolismo. Allo stesso modo, offre anche una maggiore comprensione dei processi genetici e fisiologici delle piante, poiché le condizioni ambientali della coltivazione in vitro possono essere controllate e analizzate in profondità. È l’approccio principale utilizzato per sfruttare il potenziale di totipotenza delle piante e indurre la manipolazione genotipica e fenotipica nelle cellule vegetali.
La coltura di tessuti vegetali è attualmente uno strumento importante sia nella ricerca di base che nelle applicazioni commerciali. Ad esempio, l’industria biotecnologica continua a innovare per avere semi migliori che producano più frutti per pianta. In cosmesi si producono estratti proteici di collagene o fattori di crescita prodotti da cellule staminali vegetali, evitando l’uso di carne animale. In medicina, più farmaci e vaccini sono prodotti da piante geneticamente modificate. Anche se senza dubbio il campo che sta vivendo il maggiore impatto è quello dell’orticoltura, dove molte aziende producono verticalmente ortaggi e frutta in serra prodotti dalla coltura di tessuti vegetali, poiché consente di ottenere ortaggi con un genotipo identico, una maggiore produttività per superficie e piante più resistenti ai parassiti.
Tipi di coltura dei tessuti vegetali
Come abbiamo detto all’inizio di questa pubblicazione, la coltura dei tessuti vegetali comprende molteplici tecniche, che in base al loro scopo possiamo differenziare tra diversi tipi:
Coltura di meristemi
In questo metodo, i tessuti meristematici delle piante vengono coltivati in condizioni artificiali. È preferibile per i casi di prevenzione della comparsa di malattie causate da virus poiché questi tessuti non sono solitamente colpiti da patogeni delle piante.
Coltura d'organi
Tecnica che utilizza inizialmente un organo vegetale come una foglia, radici o fusto. Questo metodo viene utilizzato per preservare la struttura e le funzioni della pianta desiderata.
Coltura del callo
Il callo è una massa indifferenziata di cellule. Questa tecnica utilizza le cellule del callo da qualsiasi parte della pianta per differenziarle successivamente.
Coltura di semi
Vengono utilizzati i semi e viene utilizzato per la rigenerazione della pianta in un mezzo artificiale.
Coltura di protoplasti
In questo metodo, le cellule vengono raccolte dalla pianta, i protoplasti vengono ottenuti e quindi coltivati per lo sviluppo della parete cellulare e la successiva differenziazione dei tessuti e la crescita di una pianta adulta.
Coltura di embrioni
Consiste nell'isolamento sterile e nella crescita in vitro di un embrione immaturo o maturo al fine di ottenere una pianta vitale.
Vantaggi e svantaggi della coltura di tessuti vegetali rispetto alla coltura tradizionale
La coltura del tessuto vegetale presenta numerosi vantaggi rispetto alla coltivazione tradizionale. Nella tabella seguente riassumiamo i principali vantaggi di questo insieme di tecniche a confronto.
Vantaggi
- Compiti come il diserbo e l'irrorazione non sono necessari.
- Il processo offre una biomassa uniforme in genotipo e fenotipo sempre disponibile indipendentemente dalle condizioni del suolo e dai cambiamenti delle condizioni climatiche.
- La produzione è atemporale e può essere effettuata durante tutto l'anno, evitando la stagionalità. Inoltre, la resa in biomassa è molto più elevata e può essere ottimizzata nel tempo.
- Permette di studiare gli effetti di diversi mutageni e di provare immobilizzazioni di cellule, per biotrasformazione o reazioni biochimiche.
- Può fornire una fonte continua e affidabile di fitofarmaci. Permette anche la sintesi di composti la cui sintesi chimica è difficile o impossibile. Potrebbe anche essere utilizzato per la coltivazione su larga scala di cellule vegetali.
- Può essere facilmente utilizzato per produrre piante ibride da processi di ibridazione interspecifici e intergenerici.
- Permette la coltura di specie che con la coltivazione tradizionale difficilmente potrebbero essere coltivate.
Svantaggi
- Per la coltura dei tessuti vegetali è richiesto personale specializzato, con una buona formazione e attrezzature all'avanguardia, sia a livello di laboratorio che di serra, il che implica un investimento economico iniziale più elevato.
- Le piante prodotte dipendono da specifiche fonti di nutrimento.
- Richiede un ambiente asettico poiché la contaminazione può compromettere un intero raccolto.
- Le piantine sono più suscettibili alla contaminazione e alla perdita d'acqua nell'ambiente esterno, poiché vengono coltivate a un'umidità relativamente elevata.
- Le piante non funzionano in modo autotrofico in coltura e devono attraversare una fase di transizione prima della crescita indipendente.
- Richiede un monitoraggio e un'ispezione più intensi delle diverse fasi di sviluppo rispetto alla coltivazione tradizionale.
Procedura comune di coltura dei tessuti vegetali
Non ci dilungheremo molto sui diversi passaggi che compongono questa tecnica perché come laboratorio dedicato a questo compito sai molto bene in cosa consiste. Inoltre, esistono molteplici varietà di colture di tessuti vegetali con caratteristiche diverse. Riteniamo tuttavia opportuno accennare alle fasi principali per poi sottolinearne alcune. In generale, la coltura di tessuti vegetali in vitro consiste in 5 fasi:
Selezione della specie
Preparazione del terreno di coltura
Sviluppo di tessuti o espianti
Radicamento
Condizionamento e acclimatazione
La maggior parte di queste fasi viene eseguita manualmente da personale qualificato e la loro durata varia notevolmente a seconda del tipo di applicazione utilizzata. Anche se un denominatore comune in tutti i casi è il modo in cui viene preparato il terreno di coltura, che può diventare particolarmente noioso e manuale. Esistono tre modi per affrontare questa procedura: fornitura del prodotto finito acquistando da un fornitore esterno, preparazione manuale utilizzando un’autoclave o preparazione automatica da parte di un preparatore di terreni di coltura.
Preparazione del terreno di coltura utilizzato nella coltura dei tessuti vegetali
I terreni di coltura utilizzati nella coltura dei tessuti vegetali contengono solitamente sali inorganici, regolatori della crescita, vitamine, amminoacidi, carboidrati e talvolta, ma non richiesto, un agente gelificante. Inoltre, possono essere aggiunti altri composti, come antiossidanti, ritardanti della crescita o complessi organici naturali.
Anche il pH del terreno di coltura deve essere preso in considerazione perché influenza sia la crescita delle piante che l’attività dei regolatori di crescita. In generale, questo dovrebbe essere regolato su valori vicini a 5,5. Inoltre, il terreno di coltura deve essere sterilizzato per evitare la contaminazione con altri microrganismi e la tecnica più popolare è il calore umido utilizzando un’autoclave da laboratorio.
Come già sai, la corretta preparazione del terreno di coltura richiede precisione e controllo. Devi aggiungere diversi ingredienti, essere preciso nelle quantità, seguire un registro esaustivo delle quantità emesse per ogni nutriente. Per poi sterilizzare tutto il preparato alla temperatura e al tempo di sterilizzazione desiderati, assicurandosi che la miscela sia omogenea e pronta per essere dispensata nei relativi contenitori in vetro o polipropileno sotto una cappa a flusso laminare. Da tutto questo dipende il successo del nostro lavoro. Precisione e controllo che possono essere difficili da raggiungere considerando che si tratta di un compito che viene svolto manualmente. Inoltre, è necessario prestare attenzione al rischio di contaminazione in ogni fase.
Non abbiamo dubbi sulla grande professionalità del personale del tuo laboratorio di coltura di tessuti vegetali. Sappiamo della loro dedizione e professionalità. Tuttavia, non possiamo ignorare una realtà, il possibile errore umano. Questo rischio esiste e può avere gravi conseguenze, soprattutto per quanto riguarda la salute e l’integrità dei nostri operatori. Oltre che, nella qualità del prodotto preparato e anche un notevole dispendio di tempo e denaro.
Il mestiere della coltura di tessuti vegetali comporta alcuni pericoli, sia per il risultato del processo come che per il personale cui maneggia i fluidi. Successivamente, ti diciamo perché.
I possibili rischi della preparazione manuale del terreno di coltura utilizzato nella coltura dei tessuti vegetali
Come ti abbiamo detto, nella coltura dei tessuti vegetali ci sono due aspetti che dovresti cercare di prevenire:
- L'errore umano
- Rischi professionali degli operatori
- Rischio di contaminazione del preparato
Tutti e tre possono rappresentare un serio problema, sia per i tuoi preparati che per il tuo laboratorio e i tuoi dipendenti. Per questo, la soluzione sta nell’automazione della coltura dei tessuti vegetali. Automatizzare il processo il più possibile per evitare errori e possibili incidenti, oltre a tempo e denaro.
Esamineremo le diverse difficoltà che possono verificarsi durante la procedura eseguita manualmente e che con l’utilizzo di apparecchiature automatiche adatte a questo potrebbero essere risolte.
Nella sterilizzazione del terreno di coltura, uno dei maggiori ostacoli che si verifica risiede nell’esposizione al calore, che può variare tra i campioni, poiché la temperatura di sterilizzazione, in genere, è controllata solo in un contenitore di riferimento. Inoltre, durante questo processo, le bottiglie con il terreno agarizzato non possono essere completamente rimosse, impedendo al liquido di mescolarsi uniformemente.
Una volta terminata la sterilizzazione, il terreno deve essere lasciato raffreddare fino alla temperatura di dispensazione, questo richiede un lungo tempo di attesa per evitare ustioni all’operatore. Inoltre, se l’agar si raffredda troppo, gelifica, quindi se lo abbiamo preparato per dispensarlo di nuovo in seguito, questo causerà un grosso problema.
L’imprecisione è un’altra caratteristica insita nella preparazione manuale del terreno di coltura, specialmente nella sua preparazione e dispensazione. Possono verificarsi problemi di omogeneità, composizione, lotti fuori specifica e scostamenti nel volume erogato. Per risolvere questo problema, ogni laboratorio che si rispetti deve dotarsi di un sistema di garanzia della qualità per il controllo della propria produzione. Sistema spesso manuale e laborioso da rendicontare quotidianamente poiché implica la registrazione di molti dati derivanti da controlli periodici.
Un altro grosso problema nella coltura dei tessuti vegetali sono i possibili incidenti e, di conseguenza, le assenze per malattia. Sicuramente hai potuto osservare che, per le caratteristiche del lavoro, il tuo personale svolge mansioni ripetitive ed è costretto ad assumere posizioni scomode che, nel tempo, possono sfociare in assenze per malattia a causa di lombalgia cronica, dolori articolari o altre patologie. Allo stesso modo, la manipolazione di oggetti ad alte temperature può portare, nonostante la formazione tecnica dei tuoi operatori, i protocolli stabiliti e l’abbigliamento e le attrezzature necessarie, ustioni e/o irritazioni gravi e pericolose.
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Infine, vale la pena notare il design ergonomico dello sterilizzatore di terreni di coltura di RAYPA AE-MP e i suoi diversi dispositivi di sicurezza, grazie ai quali si evitano posture scomode per lunghe ore, irritazioni e lesioni, quindi si evitano incidenti e assenze per malattia. In RAYPA diamo priorità, soprattutto, alla prevenzione e alla sicurezza e, quindi, le nostre apparecchiature hanno:
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Automatizzare i processi significa gestire e controllare meglio l’intero ciclo registrando gli indicatori di performance per ottenere un controllo e un’analisi più affidabili. Ciò garantisce quindi campioni omogenei e di qualità superiore, con un minor rischio di contaminazione dell’ambiente e un aumento della produttività con una notevole riduzione dei costi.
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