Z pełną kulturą
BLIŻEJ NAUKI
– Hodowla roślin in vitro wymaga okresowego tzw. pasażu. Rośliny w kulturach in vitro, wyczerpując składniki pożywki, na której rosną „w szkle”, są przenoszone co pewien czas do nowych naczyń zawierających świeżą pożywkę, bogatą w makro- i mikroelementy oraz cukry – precyzuje dr Józef Klocek, tłumacząc, że teraz, w okresie wakacji, w pracach, jakie wykonuje się z kulturami in vitro, chodzi tylko o podtrzymywanie wzrostu roślin znajdujących się w pokoju hodowlanym. – Studenci dopiero w październiku będą zakładali swoje eksperymenty, żeby zbadać różne zagadnienia związane z hodowlami tego typu, np. wpływ różnych czynników na proces tubaryzacji, czyli wytwarzania bulw przez ziemniaki – wskazuje malutkie roślinki w słoikach na półkach po lewej stronie. Pod okiem naukowca analizowane są również zależności stężenia humusu – dodawanego jako jeden ze składników pożywki – na zawartość substancji barwnych, tj. chlorofili oraz antocyjanów, prozdrowotnych związków wytwarzanych przez roślinę.
Hodowla na szkle
Kultury in vitro to nic innego jak hodowle całych roślin, fragmentów roślin, tkanek roślinnych, pojedynczych komórek czy nawet protoplastów komórkowych, tj. komórek pozbawionych ściany komórkowej na sztucznych pożywkach – w warunkach jałowych. Cały proces takiej hodowli składa się z przygotowania i wysterylizowania pożywki, pobrania z roślin matecznych jej fragmentów i ich wysterylizowania, wyszczepienia wysterylizowanych fragmentów na przygotowaną pożywkę w warunkach sterylnych, w komorze z nadmuchem sterylnego powietrza, i przeniesienia tzw. eksplantatów do pokoju hodowlanego oraz ich dalszej hodowli. W przeciwieństwie do warunków naturalnych in vivo, gdzie podłożem jest gleba, w kulturach in vitro na sztucznym podłożu, jakim jest pożywka, można wyhodować całą roślinę, ale też – modyfikując skład pożywki – np. jej pęd bądź korzeń. – Zakładanie eksperymentów z kulturami in vitro może trwać cały czas, co pozwala zrealizować kilka cyklów wzrostu i rozwoju roślin w ciągu roku. Nie byłoby to możliwe w warunkach in vivo. Tym niemniej zegar biologiczny tyka nawet w warunkach laboratoryjnych; jeżeli więc wprowadzimy rośliny do kultur in vitro w okresie wiosennym, mamy większe prawdopodobieństwo że eksperyment zakończy się sukcesem. Długość okresu wegetacji możemy w warunkach in vitro modyfikować np. składem pożywki czy natężeniem oświetlenia – mówi dr Klocek. Zaletą tej formy hodowli jest także możliwość ciągłej obserwacji wzrostu nawet pojedynczej komórki czy też procesów w niej zachodzących.
Trudne początki
Dr J. Klocek po raz pierwszy z kulturami in vitro zetknął się na początku lat 80, uczestnicząc w konferencjach Polskiego Towarzystwa Botanicznego. Jednym z elementów takiej konferencji był wyjazd do gospodarstw ogrodniczych zajmujących się hodowlą roślin ozdobnych. Miał możliwość wówczas zapoznania się z laboratorium stosującym technikę kultur in vitro w hodowli gerberów, produkujących materiał do warunków szklarniowych. Początkiem jego naukowej przygody z kulturami in vitro roślin był staż naukowy w Uniwersytecie Rolniczym w Wageningen w Holandii, gdzie zajmował się badaniem wzrostu i rozwoju roślin ziemniaka w kulturach in vitro. – Po powrocie zacząłem rozkręcać to nasze małe laboratorium kultur tkankowych. Początki były trudne. Nie mieliśmy podstawowych urządzeń do tego typu prac: ani autoklawu, ani komory do szczepień z nadmuchem sterylnego powietrza – wspomina.
Miniroślinki
W 2004 r. w warunkach kultur in vitro wyhodowano około 800 mln roślin na świecie, z czego 80% to rośliny ozdobne. – Kultury in vitro to sposób wegetatywnego rozmnażania roślin o wiele szybszy niż w warunkach tradycyjnych. Przy tym bardziej korzystny pod względem ekonomicznym, bo można to robić na dużą skalę, co obniża koszt wyhodowania jednej rośliny. Co ważne, rośliny takie można łatwo i w dużych ilościach (np. kilkanaście tysięcy roślinek w paczce o wadze kilku kilogramów) przesłać do różnych części świata – mówi dr J. Klocek, posiłkując się przykładem naszego kraju. Szacuje się, że obecnie w polskich laboratoriach produkowanych jest w warunkach in vitro ok. 60-100 mln egzemplarzy gatunków różnych roślin. Są one następnie eksportowane głównie do Holandii, Belgii, Hiszpanii, Włoch, Niemiec i USA.
Wyprodukowane w kulturze in vitro miniroślinki – a mogą to być przykładowo: ziemniaki, buraki, lucerna, kawa, cytryna, podkładki wiśni i czereśni itd. – przed wysadzeniem do gleby są ukorzeniane. Kolejnym etapem jest adaptacja do warunków szklarniowych czy tunelu foliowego, co ma je m.in. zabezpieczyć przed tym zderzeniem z nowymi, bardziej surowymi warunkami.
Szerokie kręgi
Wiedza o hodowli roślin w kulturach in vitro prowadzonych w siedleckiej uczelni trafia nie tylko do studentów UPH. Także uczniowie szkół średnich, biorący często udział w seminariach Instytutu Biologii oraz warsztatach naukowych, m.in. mają możliwość zapoznania się w skrócie z hodowlą w warunkach in vitro. Licealiści startujący w olimpiadach biologicznych w ramach eksperymentu potrzebnego do zademonstrowania wyników na tym konkursie – pod kierunkiem dr. J. Klocka hodują rośliny w kulturach in vitro.
Zapytany o to, jakie przełożenie mają badania prowadzone na kulturach roślin in vitro w Uniwersytecie Przyrodniczo-Humanistycznym na uprawy np. ziemniaków, dr Klocek odpowiada: – Nasze badania są tzw. badaniami podstawowymi. Efektem pracy jest np. stwierdzenie, że w warunkach in vitro, stosując dodatek różnych stężeń związków humusowych do pożywki przy jednym z nich, np. 0,1% tych związków, dana odmiana pięknie rośnie, wytwarza dużo zielonych łodyg i liści, będzie więc intensywnie fotosyntetyzować i wytwarzać mikrobulwy – podaje przykład. – Ten aspekt poznawczy będzie można wykorzystać w warunkach polowych, in vivo. Ale to już pole do popisu dla hodowców i to od nich zależy, czy zechcą oni wykorzystać w uprawach polowych wyniki, jakie my osiągnęliśmy w warunkach hodowli in vitro – uzupełnia.
In vitro ma różne oblicza
PYTAMY
DR. JÓZEFA KLOCKA z Katedry Fizjologii Roślin i Genetyki Uniwersytetu Przyrodniczo-Humanistycznego w Siedlcach
Czy ma Pan poczucie, że w swojej codziennej pracy dotyka największych tajemnic natury?
Wszystko, co tutaj wykonujemy, to jakieś dotknięcie głębi problemu. Docieramy do niej powolutku. Odkrywamy jedna kartę, okazuje się, że jest następna, kryjąca inne niewiadome… I to jest w nauce fascynujące. Cieszę się, że Pan Bóg pozwolił mi dotknąć tej tajemnicy i w jakimś stopniu ją odkrywać.
Zastosowanie metody in vitro w laboratoriach biologów nigdy nie było obarczone wątpliwościami naukowców?
Kultury in vitro to proces szeroko wykorzystywany w biotechnologii, można tu wymienić chociażby pozyskiwanie różnego rodzaju biofarmaceutyków dla medycyny czy wykorzystanie drobnoustrojów do produkcji piwa bądź jogurtów. Ludzkość robiła to przez tysiąclecia, tylko nie nazywała tego biotechnologią. Zaprzęgnęliśmy więc drobnoustroje do produkcji tego, co jest dla nas korzystne. Zaprzęgnęliśmy fragmenty roślinne do tego, by wytwarzały określone substancje korzystne z punktu widzenia medycznego. Zaprzęgnęliśmy zwierzęta do tego, aby były swoistym bioreaktorem, produkującym to, czego potrzebujemy. Są przecież przymiarki, aby – wykorzystując techniki in vitro w hodowli zwierząt – uzyskać niektóre organy np. od świni domowej, które będą się nadawały do transplantacji u człowieka.
Technika kultur in vitro ma oczywiście różne oblicza. Trwające badania doprowadziły do określeniem genomu ludzkiego, co pozwoli w przyszłości dowiedzieć się, który gen lub jego zmutowany odpowiednik warunkują konkretne schorzenie u człowieka. Możemy się więc pokusić poprzez tzw. terapię genową na leczenie różnych schorzeń. Moim zdaniem to znaczny postęp naukowy, uzyskany dzięki badaniom in vitro. Ale budzi też kontrowersje, że ta wiedza zostanie wykorzystana w innym celu.
Pojawia się jednak pytanie, czy postęp będziemy wykorzystywać zgodnie z tym, co nam dyktuje rozum i rozsądek…
Zadaniem naukowca jest wskazać zarówno korzyści, jak i zagrożenia. Uważam że nie zależy się bać postępu, z tym, że to człowiek musi wybrać elementy korzystne dla siebie i środowiska, a odrzucić to, co szkodliwe. Prowadzone badania pomagają ustalić, czy możemy uzyskane wyniki zastosować, czy jednak powinniśmy z tego zrezygnować.
Kontrowersyjne jest dzisiaj np. uzyskiwanie i wykorzystywanie roślin transgenicznych. Ale właśnie rozwój tej dziedziny badań jest z jednej strony dowodem postępu, z drugiej – jego nieuchronności. Najbardziej zagorzały przeciwnik upraw roślin transgenicznych nie zrezygnuje z zakupu oleju sojowego, chociaż nie ma gwarancji, że nasiona soi wykorzystane do jego produkcji nie pochodzą z upraw transgenicznych, a soja w 60% pochodzi z upraw transgenicznych. Podobnie, ale na mniejszą skalę, jest z olejem rzepakowym.
Niedługo ilość ludzi na Ziemi osiągnie liczbę 10 mld. Brakuje natomiast nowych gruntów ornych nadających się pod uprawy różnych roślin. Nie mamy więc wyjścia, jedyną możliwością zwiększenia ich produkcji jest wykorzystanie postępu naukowego w hodowli. W tym momencie na ile się da trzeba wykorzystywać także rośliny transgeniczne. Wprowadzenie do kukurydzy np. genu odporności na herbicyd oznacza, że możemy zajadać się w kinie popcornem bez obaw, że spożywamy jednocześnie szkodliwy dla organizmu człowieka herbicyd, stosowany na polu do usuwania chwastów.
Dziękuję za rozmowę.
Monika Lipińska