ביוטכנולוגיה/תחומי השימוש העיקריים בתרביות צמחיות

6.7.1 ייצור ביוכימיקלים

יצור כימקלים שונים, כגון תרופות, תבלינים, בשמים ועוד, נעשה ע"י תרביות צמחים.

• כימית - בשל המבנה הכימי המורכב קשה ליצור מולקולות אלו.
• ה"ג – כיוון שמחייב פעולות של מספר גנים שימוש במיקרואורגניזמים מהונדסים אינו יעיל.

הערה : רוב התרכובות הם מטבוליטים שניונים.

יתרונות וחסרונות בהשוואה להפקה מצמח שלם

ביוכימיקאלים ניתנים ליצור ב-2 דרכים :

יצור מצמח שלם (חסרונות של יצור מתרבית קאלוס)	יצור בתרביות קאלוס (חסרונות יצור מצמח שלם)
כמות גדולה	תנאים קבועים
מהיר	אפשרות שליטה ליצירת תרכובות חדשה או יצור יתר.
לא נפגעים בקלות – יצור בתרבית גורם לכך שהתאים בעלי דופן דק, ולכן הם עדינים ונפגעים בקלות.	תהליך רציף עבור תוצרים חוץ תאיים.
מגבלת מסה מעבר – קושי במעבר חומרים לא קיימת
יציבות גנטית
התמיינות יעילה

דרכים להגברת הייצור המסחרי – הכנת תאים יצרני יתר בתרבית

יצור יתר באמצעות תרבית יכול להתבצע בשתי שיטות היכולות גם לפעול יחד:

1. הוספת חומרים ויצרת תנאים ליצור מוגבר.
2. באמצעות תרבית צמחים – תרבית קאלוס מאופיינת בוריאציה הסומאקלונלית. כאשר מדובר בתרבית קאלוס (תאים גדלים על משטח) – חותכים את התאים, מגדלים אותם ומחפשים את התרבית הרצויה בדרכים שונות. כאשר מדובר בתרבית תאים הופכים אותה לתרבית קאלוס (הפיכת התאים לפרוטופלסטים). חיתוך תאי הקאלוס וחיפוש הזן הרצוי.

דוגמא לתהליך יצור תעשייתי בקינה מידה

שיקונין הוא פגמנט אדום המופק מצמחי גלענית אדומת שורש. שימושיו:

1. קוסמטיקה.
2. פועל כחומר אנטי דלקתי ובקטריאלי.

השיקונין הוא תוצר שניוני המיוצר בתאים יצרני יתר ב-2 שלבים בפרמנטור. יצור בתהליך דו שלבי מאפשר לגדל את התאים (שלב גידול מואץ) בתנאים המתאימים והשלב השני מאפשר תנאים ליצירת התוצר השניוני (גדל בשלב העמידה). התהליכים נעשים בשני פרמטורים שונים וכך אנו חוסכים עליות ניקוי. בשלבים :

• שלב א – גידול בתנאים אופטימאליים להגדלת כמות התאים.
• שלב ב' – ייצור השינקונין בתנאים המחקים מצב עקה.

6.7.2 שימושים חקלאיים

מבוא

תרבית מריסטמית – רקמה צמחית עוברית הנמצאת בקודקודי הצמח ובחיק העלים. היא עשויה מתאים שאינם ממוינים ותפקידה להצמיח תאים חדשים.

חסרון תרבית קאלוס: תרבית קאלוס היא בעלת הוריאציה הסומקלונלית (אי-יציבות גנטית), לעומת זאת, בתרבית מריסטמית יש שמירה על החומר הגנטי של התא.

שחזור צמח שלם - דרכים לגידול צמח שלם :

1. תרבית קאלוס – לקיחת תא סומאטי והוספת מווסתי צמיחה. חיתוך התאים וחיפש הזן הרצוי.
2. פרוטופלסט - תא עוברי יחיד שעובר פירוק דופן (צלילאז ופקטינאז) – נוצרת תרבית קאלוס. חיתוך התאים וחיפוש הזן הרצוי.
3. מריסטמה על מצע גידול.

א. ריבוי וגטטיבי / מיקרו רביה (רביה א-מינית)

מיושם בעיקר ליצירת צמחים (מתרבית מריסטמית) בעלי תכונות מעודפות.
יתרונות : זול, פשוט, גידול למשך כל השנה.

ב. ריבוי משוחרר מווירוסים - צמחים נקים ממחלות ויראליות

חסרונות של צמחים החולים במחלות ויראליות :

• הצמח גדל לאט.
• פחות פרי.

ריבוי נקי מחיידקים מבוסס על שתי תגליות:

• חום מקטין את כמות הוירוסים בצמח.
• וירוסים פוגעים רק בחלקים הוגטטיביים של הצמח ולא בתאי עובר וזרעים ולכן מריסטמות נקיות מוירוסים ובנוסף, תאים חד שנתיים אינם נפגעים ממחלות ויראליות
  

יצירת צמחים נקיים מוירוסים:

• גידול הצמח בכ-37 מעלות צלזיוס למשך מספר שבועות.
• חתיכת המריסטמה וזריעה על מצע מוצק.
• גידול צמח במבחנה ככך שנוצר שתיל חופשי מוירוסים הזהה גנטית לצמח המקור. .

שימושים :

• מחקר וירוסים.
• צמחי מוצא לחקלאות.
• חומרי מוצא לתרביות רקמה.

ג. השבחת צמחים

מטרה: יצירת צמח בעל תכונה מועדפת בדרך קלה ופשוטה ע"י שינוי גנטי (לעומת השבחה מינית ארוכה ומסורבלת):

• וריאציה סומאקלונלית - שינויים ספונטניים בצמח המתרחשים במהלך גידול בתרבית קאלוס.

החסרון: התהליך אקראי ואינו ניתן להכוונה, לא כל השינויים לטובה ולא כולם יציבים.

• בידוד מוטנטים - השראת מוטציות בגן הצמח וברירה (כלומר, הוספת החומר עליו רוצים לפתח תנגודת למצע של הצמח המוטנטי הנסיוני) של המוטציות הרצויות.

החסרון: לשיטה זו נצרך הידע על ההרכב הביוכימי של המוטציה הרצויה - מה שאינו בנמצא באופן גורף לכל התכונות.

• איחוי פרוטופלסטים (הכלאה סומטית) - פירוק הדופן של תאי הצמח ואיחוי התאים מוקפי הקרום בלבד שנשארים (פרוטופלסטים) ע"י פוליאתילן גליקול, שדה חשמלי וכו'. כתוצאה מפעולה זו נוצר תא חדש בעל מטען גנטי משולב של שני תאי האם וממנו ניתן לגדל צמח בדרך שתוארה במבוא.

היתרון: ניתן לשלב גנים של זנים שונים שלא יכולים להתרבות ברבייה מינית רגילה ובנוסף, אין צורך בידיעת ההרכב של הגן המאוחה. הערה: ניתן בדרך זו לאחות גם תאי חיידק עם תאי צמח.