Protoplastas

Protoplastas (sen. gr. πρωτόπλαστος = prōtóplastos, „pirminio pavidalo, pirmalytis“) – biologinė sąvoka, kurią 1800 m. Hanšteinas pasiūlė naudoti kaip apibūdinimą visai ląstelei, išskyrus ląstelės sienelę, tačiau šiuo metu ji turi keletą apibrėžimų:

Ląstelių protoplastai petunijos lape

• augalinė, bakterinė ar grybelinė ląstelė, kurios sienelė buvo visiškai arba iš dalies pašalinta mechaniškai arba naudojant fermentus. Galima papildomai atskirti ir bakterijas:
• protoplastai: jų ląstelių sienelės visiškai pašalintos ir yra gautos iš gram + (gram-teigiamas)
• sferoplastai: jų ląstelių sienelė yra tik iš dalies pašalinta ir yra gram – (gram-neigiamas)

apskritai, biologinis vienetas, kurį sudaro ląstelės branduolys ir aplinkinės protoplazminės medžiagos.

Fermentai, naudojami protoplastų paruošimui

Samanos Physcomitrella patens protoplastai

Ląstelės sienelė pagaminta iš įvairių polisacharidų. Protoplastai gali būti pagaminti naikinant ląstelių sieneles atitinkamais polisacharidą skaldančiais fermentais:

Ląstelės tipas	Fermentas
Augalinė ląstelė	Celiuliazė, pektinazė, ksilanazė
Gram-teigiama bakterija	Lizocimas (+EDTA)
Grybelinė ląstelė	Chitinazė

Per ląstelės sienelės virškinimą ir po jo protoplastas tampa labai jautrus osmosiniam stresui. Tai reiškia, kad ląstelių sienelių virškinimas ir protoplastų laikymas turi būti atliekamas izotoniniame tirpale, kad būtų išvengta plazminės membranos plyšimo.

Protoplastų panaudojimas

Protoplastai gali būti naudojami membranų biologijos tyrimams, įskaitant makromolekulių ir virusų įsisavinimą. Jie taip pat naudojami somaklonalinėse variacijose.

Susijungę protoplastai (kairėje), turintys abejus chloroplastus (iš lapo ląstelės) ir nudažyta vakuolė (iš žiedlapio).

Protoplastai plačiai naudojami DNR transformavimui (genetiškai modifikuotų organizmų gamybai), nes kitaip ląstelių sienelė blokuoja DNR patekimą į ląstelę. Augalinių ląstelių atveju protoplastai gali būti regeneruojami į visą augalą, auginant juos kaip augalų ląstelių grupes, kurios išsivysto į sukietėjusias ataugas ir tada regeneruojamos į ūglius (kalogenezė) iš sukietėjusių ataugų naudojant augalinių audinių kultūros metodą. Protoplastų augimas į ataugas ir ūglių regeneravimas reikalauja tinkamos augalų augimo pusiausvyros augalinių audinių kultūros terpėje, kuri turi būti pritaikyta kiekvienai augalų rūšiai. Skirtingai nuo induočių augalų rūšies protoplastų, samanų protoplastams, tokiems kaip Physcomitrella patens, regeneracijai nereikia fitohormonų, nes regeneracijos metu jie nesudaro sukietėjusių ataugų. Vietoje to jie atsinaujina tiesiai į siūlinį protoną, imituojant dygstančią samanų sporą.

Protoplastai taip pat gali būti naudojami augalų veisimui, naudojant metodą, vadinamą protoplastine sinteze. Skirtingų rūšių protoplastai yra priverčiami susijungti, naudojant elektrinį lauką arba polietilenglikolio tirpalą. Ši technika gali būti naudojama somatinių hibridų gamybai audinių kultūroje.

Be to, tam tikrose ląstelėse gali būti naudojami fluorescuojančių baltymų ekspresuojančių augalų protoplastai fluorescencijos aktyvuotų ląstelių rūšiavimui (FACS), kur išlieka tiktai pasirinkto bangos ilgio fluorescencijos ląstelės. Be kitų dalykų, šis metodas naudojamas izoliuoti konkrečius ląstelių tipus (pvz., varstomosios ląstelės iš lapų, periciklo ląsteles iš šaknų) tolimesniems tyrimams, pavyzdžiui, transkripcijai.

Literatūra

1. Hanstein, J. 1880. Das Protoplasma. Heidelberg.
2. Sharp, L. W. (1921). Introduction To Cytology. New York: McGraw Hill, p. 24.
3. Davey MR, Anthony P, Power JB, Lowe KC (March 2005). "Plant protoplasts: status and biotechnological perspectives". Biotechnol. Adv. 23 (2): 131–71. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0734975004000965?via%3Dihub doi:10.1016/j.biotechadv.2004.09.008. PMID 15694124.
4. Thorpe TA (October 2007). "History of plant tissue culture". Mol. Biotechnol. 37 (2): 169–80. https://link.springer.com/article/10.1007%2Fs12033-007-0031-3 doi:10.1007/s12033-007-0031-3. PMID 17914178.
5. S.C. Bhatla, Justine Kiessling, Ralf Reski (2002): f polarity induction by cytochemical localization of phenylalkylamine-binding receptors in regenerating protoplasts of the moss Physcomitrella patens. Protoplasma 219, 99–105.
6. R. Hain and A.P. Czernilofsky et al. (1985). "Uptake, integration, expression and genetic transmission of a selectable chimaeric gene by plant protoplasts". Mol Gen Genet 199:161–168.