| Start | Informacje | Spis treści | Słownik | Przydatne adresy |

2.3 Krioprezerwacja i inne metody długotrwałego przechowywania materiału biologicznego

2.3.1 Cele i główne formy banków genów (biobanków)

Kultury in vitro umożliwiają regenerację dużej liczby osobników potomnych w krótkim czasie z niewielkiej ilości materiału biologicznego. Ponadto, jak zaznaczono w poprzednim rozdziale, w wielu wypadkach (choć nie zawsze, ze względu na zmienność somaklonalną) mikrorozmnażanie dostarcza osobników będących pod względem genetycznym wiernymi kopiami osobnika matecznego. Wszystko to sprawia, że kultury in vitro znajdują zastosowanie m.in. do tworzenia banków genów – rezerw interesujących, cennych form organizmów (nie mylić z bibliotekami genomowymi omawianymi na inżynierii genetycznej i z komputerową bazą danych o sekwencjach różnych genów, zwaną po angielsku GenBank [dżenbank] w odróżnieniu od Gene Bank [dżinbank], lub Biobank [bajobank] jako banku genów w omawianym tu znaczeniu). Różnego rodzaju banki genów tworzy się, żeby z jednej strony udokumentować i zachować dla przyszłych pokoleń bioróżnorodność współczesnych nam organizmów (tworzy się więc swego rodzaju nowoczesne arki Noego), z drugiej strony chodzi o to by hodowcom dostarczyć materiału biologicznego do prac nad otrzymywaniem nowych odmian (w takim przypadku bank genów ma postać kolekcji wielu odmian czy genotypów w obrębie niezbyt wielkiej liczby wybranych gatunków). Banki genów stanowią jedno z ogniw w systemie ochrony przyrody – ze zdeponowanych w nich tkanek można odtwarzać w laboratorium rośliny i przywracać je naturalnym zbiorowiskom w których kiedyś występowały, lecz zostały utracone. Można je także stamtąd udostępniać do badań naukowych. Podejście to nazywa się ochroną ex situ (w odróżnieniu od ochrony całego stanowiska, na którym występuje zagrożony gatunek, czyli ochrony in situ). W tych wszystkich pracach hodowle in vitro nie są jedynym, ani nawet głównym podejściem – rezerwę materiału biologicznego często stanowi po prostu kolekcja nasion (szczególnie słynną tego typu instytucją jest Svalbard Global Seed Vault, położony w Norwegii, na wyspie Spitsbergen, za kołem podbiegunowym; polską instytucją gromadzącą głównie nasiona, ale stosującą także kultury in vitro jest Leśny Bank Genów Kostrzyca w Miłkowie koło Karpacza http://www.lbg.jgora.pl/ ). Czasami funkcje banku genów wypełniane są przez kolekcje roślin uprawianych na poletkach (polowe banki genów = kolekcje in situ). W niektórych jednak przypadkach warto wykorzystać właśnie hodowle in vitro, na przykład dlatego, że roślina późno wchodzi w fazę generatywną i zaczyna tworzyć nasiona dopiero w wieku kilku czy kilkunastu lat (jak to jest u wielu drzew), albo tworzy nasiona szybko tracące żywotność, nie nadające się do długotrwałego przechowywania. Kolekcje in situ mogą zostać utracone w wyniku chorób, szkodników, katastrof pogodowych, zajmują dużo miejsca i wymagają ciągłej pielęgnacji. Hodowle in vitro zajmują niewiele miejsca i są w zasadzie wolne od drobnoustrojów i szkodników (choć trzeba to jednak sprawdzać). Francuski badacz Morel oszacował, że na półce o powierzchni 2 m² można przechowywać 800 genotypów winorośli (każdy w 6 replikacjach), podczas gdy tego typu kolekcja polowa musiałaby zająć powierzchnię około hektara.

Warto więc najcenniejsze materiały przechowywać w kilku różnych postaciach. Jedną z nich mogą być hodowle merystemów, zarodków zygotycznych lub somatycznych, kalusa lub zawiesin komórkowych (o sprawdzonym wysokim potencjale regeneracyjnym). Jako najsłynniejszy chyba przykład niezwykle cennej linii komórkowej, wykorzystywanej powszechnie w laboratoriach całego świata, wypadałoby może wspomnieć linię HeLa komórek ludzkich, wyodrębnioną w 1951 roku z ciała chorej na niezwykle agresywnego raka pacjentki jednego z amerykańskich szpitali (Henrietty Lachs | mian.: Henrietta Lachs). Komórki HeLa, ze względu na zdolność intensywnych, nieograniczonych podziałów, stały się cennym materiałem badawczym, wykorzystywanym jeszcze i dziś, w wiele lat po śmierci pacjentki z której ciała je wyodrębniono. W biotechnologii roślin odpowiednikiem linii HeLa nazywa się czasem linię komórek tytoniu BY-2 (od angielskiego „jasnozielony” – bright yellow), również charakteryzującą się bardzo częstymi podziałami (wyodrębnioną przez badaczy japońskich – Nagatę (w mian.: Nagata) i in.).

Jeśli celem hodowli in vitro jest tylko zachowanie organizmu lub tkanki na bliżej nieokreśloną przyszłość, to hodowla powinna być prowadzona tak, by uzyskać raczej wysoką stabilność genetyczną niż wysoki współczynnik rozmnożenia (należy więc unikać wysokich stężeń silnych, egzogennych fitohormonów). Nie warto też stwarzać warunków maksymalizujących szybkość wzrostu kultury, bo powodowałoby to konieczność częstego pasażowania, a więc podnosiło koszty i pracochłonność utrzymania banku genów oraz ryzyko utraty materiału w wyniku zakażeń (najczęściej dochodzi do nich podczas pasażowania kultury). Prowadząc hodowle in vitro w temperaturze około 1° - 10°C (zamiast typowej około 20°C), przy niewielkim natężeniu światła lub w całkowitej ciemności, można u wielu roślin zmniejszyć częstość pasażowania – np. zamiast mniej więcej raz na miesiąc czy dwa miesiące (w przypadku hodowli na pożywkach agarowych), można przeszczepiać raz na pół roku czy raz na rok. Rekordowo chyba opisano przechowywanie z dobrym skutkiem kultur truskawek przez okres 6 lat bez pasażowania, jakkolwiek z dodawaniem paru kropli płynnej pożywki co 3 miesiące.

Znacznie dłużej można przechowywać komórki i tkanki w stanie głębokiego zamrożenia (w temperaturze znacznie poniżej zera). Ostrożne, nieniszczące zamrożenie materiału biologicznego i przechowywanie go w bardzo niskich temperaturach (zwłaszcza w temperaturze wrzenia azotu) nazywamy krioprezerwacją (czasami w tym samym znaczeniu stosowane jest określenie krioprotekcja lub kriokonserwacja). W praktyce stosuje się przechowywanie materiałów w naczyniach Dewara [czyt. djułara] (termos do bardzo niskich temperatur) - bezpośrednio w ciekłym azocie (-196°C) albo w parach nad powierzchnią ciekłego azotu (około -150°C). W tak ujemnych temperaturach ustają wszelkie procesy metaboliczne i w związku z tym materiał biologiczny może być przechowywany w niezmienionym stanie przez niemal dowolnie długi czas (czego teoretycznie nie gwarantują temperatury wyższe niż -130°C).