Biotecnologie: scelta dell'espianto e terreno di coltura

Per l'espianto devono essere utilizzati tessuti vegetali in struttura primaria; affinché possano riprodursi facilmente è importante che siano tessuti giovani e magari con accenni di tessuto meristematico. In altre parole, è indispensabile che questi tessuti espiantati siano vitali.

Per determinate specie esistono delle preferenze biotecnologiche nella scelta dell'espianto più adatto alla genesi della pianta in vitro; per la coltura biotecnologica della carota viene per esempio adoperato il fittone (radice).

Il tipo di espianto impiegato influenza anche la crescita più o meno stentata del callo; una scelta ragionata della tipologia di espianto consente quindi una coltura biotecnologica più efficace.

Creazione di un sistema chiuso che permetta la crescita condizionata della coltura in vitro.

Le cellule dell'espianto possiedono una determinata caratterizzazione tissutale, quindi devono essere condizionate a perdere questo differenziamento e a dividersi in modo indifferenziato. Da qui l'importanza di adottare un adeguato terreno di coltura. Il terreno di coltura è sostanzialmente un brodo ricco in elementi nutritivi, come saccarosio, sali semplici e complessi. Il terreno di coltura deve convogliare il dispendio energetico delle cellule indifferenziate alla via del metabolismo secondario; per far ciò, in laboratorio il sistema viene posto al buio, evitando che la cellula vegetale consumi le proprie riserve energetiche per compiere la fotosintesi; se avviene la fotosintesi, questa spesso non è comunque sufficiente a sopperire al fabbisogno energetico della coltura in vitro.

Tra i costituenti del terreno ritroviamo l'acido indolacetico, uno degli ormoni vegetali responsabili dello specifico sviluppo morfologico e fisiologico di una cellula; piccole concentrazioni di queste molecole determinano grandi evoluzioni nel metabolismo e nella morfogenesi di una cellula o di un tessuto vegetale. Pertanto, la presenza di ormoni vegetali all'interno del brodo di coltura gioca un ruolo fondamentale nella perdita della caratterizzazione tissutale delle cellule dell'espianto, così da generare cellule totipotenti, che possono essere indirizzate al metabolismo più produttivo. I costituenti del terreno di coltura sono gli strumenti che il tecnologo può variare per ottenere un determinato prodotto biotecnologico.

Un'altra caratteristica del terreno di coltura è il pH acido.

Alla base di questa branca delle biotecnologie c'è la fisiologia vegetale, ovvero lo studio di come funziona una cellula vegetale; se ben conosciuta, la fisiologia vegetale dà al bioteconologo nozioni fondamentali sulle sostanze nutrizionali implicate nel metabolismo cellulare. La scelta delle sostanze nutrizionali del terreno è frutto di tante esperienze e tentativi su base qualitativa. Evidenze sperimentali hanno affermato le reali ed essenziali esigenze delle cellule vegetali in vitro; alla problematica qualitativa si aggiunge, però, anche quella quantitativa: le concentrazioni delle sostanze impiegate sono infatti altrettanto importanti per una corretta crescita.

Per specie diverse possono essere utilizzate le stesse sostanze nutritive, ma a diverse concentrazioni, oppure diversi costituenti. È possibile, inoltre, che colture in vitro di espianti derivanti dalla stessa pianta abbiano caratteristiche funzionali e biotecnologiche diverse; a seconda del tipo di espianto utilizzato cambiano anche i metaboliti che si possono ottenere in relazione alla differente gestione del terreno di coltura. È chiaro però, che per poter gestire una coltura nel miglior modo possibile è necessario conoscere a fondo i percorsi metabolici della cellula vegetale dell'espianto, così da poter accenderli o spegnerli mediante i nutrienti immessi. Una cellula indifferenziata in vitro può esprimersi anche in modo metabolicamente diverso rispetto a come si esprimerebbe in un tessuto cresciuto in natura.

Esistono terreni di coltura pre-confezionati, per facilitare i primi steps di passaggio della coltura in vitro; questi terreni possono essere modificati a seconda del tipo di espianto, della specie e del risultato che vogliamo ottenere. Affinché il callo diventi un elemento produttivo dal punto di vista biotecnologico, bisogna trasferire parte del materiale cellulare in un terreno liquido in agitazione. A questo punto si deve valutare in che modo procedere a seconda dello scopo: miglioramento agronomico, biotrasformazione, biomassa o produzione di princìpi attivi.