Протопласт (от древнегреческого πρωτόπλαστος ( prōtóplastos ) «первый образовавшийся») — биологический термин, придуманный Ханстейном в 1880 году для обозначения всей клетки, за исключением клеточной стенки. [1] [2] Протопласты могут быть получены путем снятия клеточной стенки с растительных , [3] бактериальных , [4] [5] или грибковых клеток [5] [6] механическими, химическими или ферментативными средствами.
Протопласты отличаются от сферопластов тем, что у них полностью удалена клеточная стенка. [4] [5] Сферопласты сохраняют часть своей клеточной стенки. [7] Например, в случае грамотрицательных бактериальных сферопластов пептидогликановый компонент клеточной стенки был удален, а компонент внешней мембраны — нет. [4] [5]
Клеточные стенки состоят из различных полисахаридов . Протопласты можно получить путем разрушения клеточных стенок смесью соответствующих ферментов , расщепляющих полисахариды :
Во время и после переваривания клеточной стенки протопласт становится очень чувствительным к осмотическому стрессу. Это означает, что расщепление клеточной стенки и хранение протопластов должны осуществляться в изотоническом растворе , чтобы предотвратить разрыв плазматической мембраны . [ нужна цитата ]
Протопласты можно использовать для изучения биологии мембран , включая поглощение макромолекул и вирусов . Они также используются в сомаклональных вариациях .
Протопласты широко используются для трансформации ДНК (для создания генетически модифицированных организмов ), поскольку в противном случае клеточная стенка блокировала бы прохождение ДНК в клетку. [3] В случае растительных клеток протопласты могут быть регенерированы в целые растения сначала путем выращивания в группу растительных клеток, которая развивается в каллус, а затем путем регенерации побегов (каулогенеза) из каллуса с использованием методов культуры растительных тканей . [8] Рост протопластов в каллус и регенерация побегов требует надлежащего баланса регуляторов роста растений в среде для культуры тканей, которая должна быть адаптирована для каждого вида растений. В отличие от протопластов сосудистых растений , протопласты мхов , таких как Physcomitrella patens , не нуждаются в фитогормонах для регенерации и не образуют каллуса во время регенерации . Вместо этого они регенерируют непосредственно в нитевидную протонему , имитируя прорастающую спору мха. [9]
Протопласты также можно использовать для селекции растений , используя метод, называемый слиянием протопластов . Протопласты разных видов заставляют сливаться с помощью электрического поля или раствора полиэтиленгликоля . [10] Этот метод может быть использован для создания соматических гибридов в культуре тканей. [ нужна цитата ]
Кроме того, протопласты растений, экспрессирующих флуоресцентные белки в определенных клетках, можно использовать для сортировки клеток, активируемой флуоресценцией (FACS), при которой сохраняются только клетки, флуоресцирующие выбранную длину волны. Помимо прочего, этот метод используется для выделения определенных типов клеток (например, замыкающих клеток из листьев, клеток перицикла из корней) для дальнейших исследований, таких как транскриптомика. [ нужна цитата ]