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Was verursacht Gewebe manifestieren die verschiedenen Formen, die sie tun?

Was verursacht Gewebe manifestieren die verschiedenen Formen, die sie tun?


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Ein Herz (oder jedes andere Organ) besteht aus einer Gruppe von Zellen. Nach meinem besten Wissen hängt das Wachstum eines Herzens von der Zellteilung ab. Die Zellteilung allein scheint jedoch nicht zu erklären, warum Herzzellen gemeinsam die Form eines Herzens manifestieren.

Was bewirkt, dass Gewebe die verschiedenen Formen manifestieren, die sie tun?


Dies ist Gegenstand aktiver Forschung. Alle Zellen in der Zygote sind bis zum 8-Zell-Stadium identisch. Bei der nächsten Teilung, die zur Bildung von 16 Zellen führt, heißt es a morula.

Die Zygote hat totipotent Zellen bedeutet, dass jede Zelle die Fähigkeit hat, sich selbst zu einem vollständigen Organismus zu entwickeln, wenn sie sich von der Zygote trennt (so werden eineiige Zwillinge geboren).

Menschliche Zygoten sind bis mindestens zum 4-Zell-Stadium totipotent. In anderen Primaten-Experimenten wurde eine Totipotenz bis zum 16-Zell-Stadium nachgewiesen.

Die totipotenten Zellen unterscheiden in pluripotente Zellen und dann in verschiedene verschiedene Zellen, die zu verschiedenen Systemen gehören. Dieser Prozess ist sehr komplex und viele embryologische Faktoren und Chemikalien spielen eine Rolle.

Die embryonalen Faktoren bewirken eine Migration (sog. Embrytaxie) und eine Differenzierung der embryonalen Zellen. Einige der Faktoren sind Sonic Hedgehog, Wnt, insulinähnliche Wachstumsfaktoren, Hox usw.

Unterschiedliche Faktoren bewirken die Differenzierung in unterschiedliche Zelllinien. Diese Faktoren bewirken auch, dass die Organe eine bestimmte Form und Struktur annehmen, so dass das Herz als Herz und die Leber als Leber geformt wird und so weiter.

Sobald sich die Zellen zu einer bestimmten Linie differenzieren, differenzieren die Stammzellen dieser Region im Allgemeinen aufgrund des parakrinen Einflusses in diesem Locus zu dieser bestimmten Linie, obwohl diese Stammzellen bei entsprechender Stimulation in andere Zelllinien differenzieren können (und somit Pluripotenz zeigen). Darmstammzellen würden sich also in Becherzellen, Oberflächenepithelzellen, enterochromaffine Zellen usw. differenzieren, die in diesem Locus vorhanden sind.


Für mehr siehe hier:

  1. http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S009286740800216X
  2. http://www.embryology.ch/anglais/iperiodembry/controle01.html
  3. https://www.bio.cmu.edu/labs/ettensohn/pdfs/dvg22746-2.pdf

Gangrän-Symptome

Zu den Symptomen der trockenen Gangrän gehören:

  • Verschrumpelte Haut, die von Blau zu Schwarz wechselt und sich schließlich ablöst
  • Kalte, taube Haut

Zu den Symptomen von feuchtem Gangrän gehören:

  • Schwellungen und Schmerzen und Unwohlsein
  • Rote, braune, violette, blaue, grünlich-schwarze oder schwarze Haut oder Wunden mit schlecht riechendem Ausfluss (Eiter)
  • Ein knisterndes Geräusch beim Drücken auf die betroffene Stelle
  • Dünne, glänzende oder haarlose Haut
  • Eine Linie zwischen gesunder und geschädigter Haut

Innere Gangrän verursacht starke Schmerzen im betroffenen Bereich. Wenn Sie zum Beispiel Gangrän in Ihrem Blinddarm oder Dickdarm haben, haben Sie wahrscheinlich Bauchschmerzen. Innere Gangrän kann auch Fieber verursachen.


Die wichtigsten endokrinen Drüsen

Die Hypophyse befindet sich an der Basis des Gehirns und produziert viele Hormone, die andere Organe regulieren. Aus diesem Grund wird die Hypophyse oft als "master" endokrine Drüse bezeichnet, obwohl der Begriff "zentrale" endokrine Drüse korrekter ist, da die Hormonausschüttung durch die Hypophyse hauptsächlich durch eine Gehirnstruktur namens Hypothalamus reguliert wird. die das Nervensystem mit dem endokrinen System verbindet. Der Hypothalamus produziert Hormone, die die Freisetzung von Hypophysenhormonen stimulieren oder hemmen. Der Hypothalamus produziert auch ein antidiuretisches Hormon, das den Wasserhaushalt im Körper reguliert, indem es die Urinbildung durch die

Zu den Hormonen, die von der Hypophyse freigesetzt werden, gehört das Wachstumshormon, das während der Kindheit ansteigt und das Wachstum von Muskeln, Knochen und anderen Geweben stimuliert. Sporadische Ausbrüche der Wachstumshormonausschüttung führen oft zu schnellen Wachstumsschübe im Jugendalter. Eine Hyposekretion von Wachstumshormon kann zu Zwergwuchs führen, während eine Hypersekretion von Wachstumshormon Gigantismus und andere Störungen verursachen kann. Die Hypophyse produziert auch follikelstimulierendes Hormon und luteinisierendes Hormon, die die Gametenproduktion und die Produktion von Sexualsteroiden in männlichen und weiblichen Fortpflanzungsorganen stimulieren, sowie Prolaktin, das die Milchbildung in den Brustdrüsen stimuliert.

Befindet sich neben dem Larynx , produziert die Schilddrüse hauptsächlich Thyroxin und Trijodthyronin, die zusammen als Schilddrüsenhormon bezeichnet werden. Das Schilddrüsenhormon stimuliert das Wachstum von Muskeln und Knochen, den Kohlenhydratstoffwechsel und den Grundumsatz. Seine Produktion erfordert Jod. Der Mangel an Jod in der Nahrung verursacht Kropf, eine Schilddrüse, die übermäßig vergrößert wird, um den Schilddrüsenhormonmangel auszugleichen.

Die Auswirkungen von Schilddrüsenerkrankungen bei Kindern und Erwachsenen können sehr unterschiedlich sein. Zum Beispiel verursacht eine Hyposekretion von Schilddrüsenhormonen bei Säuglingen angeboren Hypothyreose, eine Krankheit, die durch geistige Behinderung und geringes Körperwachstum gekennzeichnet ist Hyposekretion bei Erwachsenen führt zu Myxödemen mit Symptomen wie Lethargie , Gewichtszunahme und trockene Haut. Umgekehrt verursacht eine Hypersekretion von Schilddrüsenhormonen bei Erwachsenen die Basedow-Krankheit, eine Erkrankung, die durch Gewichtsverlust, Nervosität und einen dramatischen Anstieg des Körperstoffwechsels gekennzeichnet ist. Die Schilddrüse produziert auch Calcitonin, ein Hormon, das die Calciumkonzentration im Blut reguliert.

Die Nebennieren sind kleine Organe an der Spitze jeder Niere. Die äußeren Zellschichten in der Nebenniere, die Nebennierenrinde genannt, produzieren mehrere Hormone, die den Mineralstoffhaushalt der Fortpflanzung, den Fett-, Protein- und Kohlenhydrathaushalt sowie die Anpassung an Stress beeinflussen. Der innere Teil, der als Nebennierenmark bezeichnet wird, sondert Adrenalin und Noradrenalin ab, die die sympathisches Nervensystem und stimulieren die "Kampf-oder-Flucht-Reaktion, die dem Körper hilft, mit Stresssituationen wie Angst umzugehen.

Die Bauchspeicheldrüse produziert Insulin und Glucagon, die gegenläufig wirken, um die Blutzuckerkonzentration (Glukose) zu regulieren. Wenn Blut Glucose Spiegel steigt —z.B. nach dem Verzehr einer zuckerreichen Mahlzeit—insulin senkt es durch Stimulierung der Glukosespeicherung in Leber- und Muskelzellen als lange Glukoseketten genannt Glykogen . Umgekehrt sinkt der Blutzuckerspiegel zwischen den Mahlzeiten. Als Reaktion darauf setzt die Bauchspeicheldrüse Glucagon frei, das den Glykogenabbau und die anschließende Freisetzung von Glukose in den Blutkreislauf stimuliert. Eine der am besten charakterisierten endokrinen Erkrankungen ist Diabetes mellitus, der aus einer Hyposekretion von Insulin oder, häufiger, einer Unempfindlichkeit der Zielzellen, resultiert.

Endokrine Funktionen der Gonaden werden in Artikeln über das männliche und weibliche Fortpflanzungssystem behandelt. Das Sexualhormon Testosteron reguliert die Spermienproduktion bei Männern. Östrogen und Progesteron beeinflussen die Eizellreifung und -freisetzung (Ovulation) und steuern den Uteruszyklus (Menstruationszyklus) bei Frauen.

Obwohl die vielen Hormone, die von menschlichen endokrinen Organen produziert werden, eine Vielzahl von Wirkungen haben, besteht der gemeinsame Zweck aller Hormone darin, die für die Körperphysiologie notwendige Kommunikation von Organ zu Organ zu erleichtern.


Gewebestruktur und -komponenten

Die Gewebestruktur variiert je nach Gewebeart. Denken Sie daran, dass Gewebe eine Gruppe von Zellen sind, die zusammenkommen, um eine spezielle Funktion für den Körper zu erfüllen. Es kann verschiedene Arten von Zellen geben, die zusammenkommen können, um eine spezielle Funktion auszuführen. In einigen Geweben können die Zellen ähnlich sein und in einigen können die Zellen unterschiedlich sein.

Wenn Zellen zusammenkommen, tun sie dies in einem begrenzten Raum, der als bezeichnet wird Extrazelluläre Matrix oder der Extrazellulärer Raum. Sie können sich die extrazelluläre Matrix oder den Raum als Gemeinschaft mit vielen Häusern und jedem Haus als Zelle vorstellen (jedes Haus kann ähnlich sein, aber sie erfüllen spezielle Funktionen wie die Nutzung einiger Häuser als Schlafräume, andere Häuser werden als Geschäfte genutzt, während andere werden als Büros genutzt). Der extrazelluläre Raum ist die Gemeinschaft, in der die Häuser auf dem Land gebaut werden. In Geweben hält die extrazelluläre Matrix die verschiedenen Zelltypen und bietet eine Umgebung, in der die Zellen ihre Funktionen erfüllen können.

Der Grund, warum es so heißt extrazellular Raum oder Matrix liegt daran, dass sich der Raum außerhalb der Zellen befindet (außerzellularer Raum). Auch innerhalb des extrazellulären Raums gibt es verschiedene Proteine, die diesen Raum bilden. Dies wird diskutiert, während dieser Raum im Detail beschrieben wird.

Daher kann man sagen, dass ein Gewebe zwei Hauptkomponenten hat, die Zellen und die extrazelluläre Matrix.


Was verursacht das Altern?

Es gibt wenige körperliche Unterschiede zwischen einer Gruppe von Erstklässlern. Aber wenn Sie sich 65 Jahre später dieselbe Gruppe ansehen, überwiegen ihre physischen Unterschiede ihre Ähnlichkeiten. Einige werden der Inbegriff von Gesundheit sein, während andere eine oder mehrere chronische Erkrankungen behandeln. Einige werden energisch sein, während andere lethargisch sein werden.

Wenn wir älter werden, werden wir unseren Altersgenossen körperlich weniger ähnlich. Denn wir sind die Summe unserer Lebenserfahrungen. Im Alter von sechs Jahren ist unserem Körper nicht allzu viel passiert, um uns radikal von unseren Altersgenossen zu unterscheiden. Aber im mittleren und hohen Alter hatten wir Jahrzehnte Zeit, Gewohnheiten zu entwickeln und beizubehalten, die sich sowohl negativ als auch positiv auf unsere Gesundheit auswirken.

Auch die Umwelt beeinflusst unsere Gesundheit, einschließlich unseres Arbeits- und Wohnorts und der Exposition gegenüber Infektionskrankheiten. Altern ist universell, aber jeder von uns erlebt es auf unterschiedliche Weise.

Altern mag unvermeidlich sein, aber die Alterungsrate ist es nicht. Warum und wie unser Körper altert, ist noch weitgehend ein Rätsel, obwohl wir jedes Jahr dazulernen. Wissenschaftler behaupten jedoch, dass das chronologische Alter wenig Einfluss auf das biologische Alter hat. Die Anzahl der Kerzen auf Ihrer Geburtstagstorte dient lediglich als Zeitangabe, sie sagt wenig über Ihre Gesundheit aus.

Aber was beeinflusst uns mehr – unsere Gene oder unser Lebensstil? Finden Sie es auf der nächsten Seite heraus.

Alterungsursachen: Natur oder Pflege?

Die Komplexität des Älterwerdens macht es schwierig zu bestimmen, warum eine Person gut altert, während eine andere älter aussieht und sich verhält als er. Werden gute Gesundheit und Stärke weitergegeben wie blaue Augen und blondes Haar? Oder sind sie ein Produkt der Umwelt, einschließlich der Lebensmittel, die Sie essen, ob Sie schädlichen Chemikalien oder Infektionskrankheiten ausgesetzt waren und wie viel Sie sich bewegen? Beides spielt sicherlich eine Rolle, aber wir wissen noch nicht, was einen stärkeren Einfluss hat.

Gene sind starke Prädiktoren für Gesundheit und Langlebigkeit sowie Krankheit und Tod, aber sie sind nur ein Teil der Geschichte. Wenn Ihre Eltern und Großeltern bis weit in die Neunziger hinein gelebt haben, werden Sie es wahrscheinlich auch tun – aber nicht, wenn Sie Ihren Körper dabei missbrauchen. (Wissenschaftler sagen jedoch, dass alle genetischen Wetten ausgeschlossen sind, wenn Sie 80 Jahre alt sind. Danach hat die Familiengeschichte wenig Einfluss auf die Langlebigkeit.)

Und wenn Ihr Vater früh an einem Herzinfarkt gestorben ist oder Ihre Mutter Brustkrebs hatte, sind Sie möglicherweise genetisch prädisponiert für diese Krankheiten. Wissenschaftler des Human Genome Project entdecken kontinuierlich weitere genetische Determinanten chronischer und tödlicher Krankheiten.

Während Gene teilweise bestimmen, wer chronische Erkrankungen entwickelt, die den Alterungsprozess beschleunigen, wie Krebs und Herzkrankheiten, steht außer Frage, dass ein gesunder Lebensstil Ihre Waffe gegen die Gene ist, die Sie behandelt haben, oder Ihr Ass im Loch, wenn Sie habe gute Gene.

Ein Mann, dessen Vater und seine Brüder in den Vierzigern und Fünfzigern an einer Herzkrankheit starben, kann dem gleichen Schicksal sehr gut entgehen, indem er regelmäßig Sport treibt und seinen Cholesterinspiegel und sein Körpergewicht im Blut hält. Auf der anderen Seite kann ein Mann ohne genetische Veranlagung für Herzerkrankungen durchaus Herzprobleme verursachen, indem er eine fettreiche, arterienverstopfende Ernährung zu sich nimmt und einen vollständig sitzenden Lebensstil führt.

Gesundes Leben verzögert viele der Körperveränderungen, die das Altern mit sich bringt. Und es ist nie zu spät, auf dem Weg zu einer besseren Gesundheit zu beginnen. Eine nahrhafte Ernährung trägt wesentlich zur Gesunderhaltung bei. Zum Beispiel wird die ausreichende Zufuhr von Kalzium und Vitamin D in jedem Alter den Beginn und das Fortschreiten von Osteoporose verzögern, einer Knochenerkrankung, die bei älteren Menschen Schmerzen, Frakturen, Krankenhausaufenthalte und sogar den Tod verursacht.

Wenn Sie Raucher sind und jederzeit aufhören, verringern Sie die Wahrscheinlichkeit, einen Herzinfarkt zu erleiden. Und Bewegung oder körperliche Aktivität verbessert die Lungenfunktion und senkt das Herzinfarktrisiko, egal wie alt Sie sind.

Welche Veränderungen durchlaufen Ihre Zellen, Gewebe und Körpersysteme mit zunehmendem Alter? Auf der nächsten Seite befassen wir uns mit dem biologischen Alterungsprozess.

Alterungsbiologie: Wie altern Zellen?

Zellen, die grundlegendste Körpereinheit, stehen im Mittelpunkt jeder Diskussion über das Altern. Sie haben Billionen von Zellen, und sie sind in verschiedene Gewebe organisiert, aus denen Organe wie Gehirn, Herz und Haut bestehen.

Einige Zellen, wie die, die den Magen-Darm-Trakt auskleiden, reproduzieren sich kontinuierlich, andere, wie die Zellen im Inneren von Arterien, liegen im Ruhezustand, können sich aber als Reaktion auf eine Verletzung replizieren. Wieder andere, darunter Herz-, Nerven- und Muskelzellen, können sich nicht reproduzieren. Einige dieser sich nicht vermehrenden Zellen haben eine kurze Lebensdauer und müssen ständig durch andere Zellen im Körper ersetzt werden. (Rote und weiße Blutkörperchen sind Beispiele.)

Andere, wie Herz- und Nervenzellen, leben Jahre oder sogar Jahrzehnte. Im Laufe der Zeit übertrifft der Zelltod die Zellproduktion und lässt uns mit weniger Zellen zurück. Infolgedessen sind wir weniger in der Lage, Verschleißerscheinungen am Körper zu reparieren, und unser Immunsystem ist geschwächt. Wir werden anfälliger für Infektionen und weniger geübt darin, mutierte Zellen aufzuspüren und zu zerstören, die Krebstumore verursachen könnten. Tatsächlich erliegen viele ältere Erwachsene Bedingungen, denen sie in ihrer Jugend hätten widerstehen können.

Obwohl der Zelltod die Grundlage für das Verständnis des Alterungsprozesses ist, ist er nicht der einzige Faktor. Der Alterungsprozess ist unglaublich kompliziert, und es ist oft schwierig, zwischen Veränderungen zu unterscheiden, die das Ergebnis der fortschreitenden Zeit sind, und solchen, die mit allgemeinen Erkrankungen einhergehen, einschließlich Bluthochdruck und Herzerkrankungen.

Altern ist der unvermeidliche Rückgang der Widerstandsfähigkeit des Körpers, der letztendlich zu einem Schwinden der geistigen und körperlichen Kräfte führt. Einige altersbedingte Veränderungen betreffen uns alle. Beispielsweise gilt eine verminderte Sehkraft, die eine Lesebrille erforderlich macht, als normal, vor allem, weil sie jeden betrifft, der lange genug lebt.

Auf der anderen Seite können Katarakte, also Bildungen auf der Augenlinse, die das Sehvermögen trüben, verhindert werden und werden trotz ihrer Prävalenz bei älteren Menschen nicht als Teil des Alterungsprozesses angesehen. Erschwerend kommt hinzu, dass die Organe unterschiedlich schnell altern. Deshalb kann ein 50-Jähriger genauso gut hören wie jemand, der zwanzig Jahre jünger ist, aber Arthritis oder Bluthochdruck hat.

Es gibt viele Theorien über die zugrunde liegende Ursache des Alterns. Einige behaupten, dass das Altern in unseren Zellen vorprogrammiert ist, während andere behaupten, dass das Altern in erster Linie das Ergebnis von Umweltschäden an unseren Zellen ist. Obwohl keine der Theorien den Prozess vollständig erklären kann, helfen sie uns, besser zu verstehen, wie wir altern. Auf der nächsten Seite werden wir die beliebtesten Alterungstheorien untersuchen.

Alterungstheorien: Gene vs. Lebensstile

Was ist das für ein Geräusch? Nach dieser Theorie ist es Ihre biologische Uhr, die mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit tickt. Diese Theorie sagt das DNA, das genetische Material der Zellen, hält vom ersten Tag an den Schlüssel zu Ihrem geplanten Untergang. Obwohl diese Alterungstheorie an der Oberfläche fatalistisch erscheint, denken Sie daran, dass Biologie kein Schicksal ist. Sie können Ihre Gene nicht ändern, aber Sie können den Lauf der Zeit mit besserer Ernährung und regelmäßiger körperlicher Aktivität verlangsamen.

Ihr Körper produziert Hormone, die helfen, unzählige Funktionen zu regulieren, einschließlich Wachstum und Verhalten, Fortpflanzung und Immunfunktion. In Ihrer Jugend ist die Hormonproduktion hoch, aber mit zunehmendem Alter sinkt der Hormonspiegel, was zu einer Abnahme der Fähigkeit des Körpers führt, sich selbst zu reparieren und in Topform zu bleiben.

Arbeitszellen produzieren Abfall. Im Laufe der Zeit produzieren Zellen mehr Abfall, als sie möglicherweise loswerden können, was ihre Funktionsfähigkeit beeinträchtigen und langsam zu ihrem Tod führen kann. Lipofuscin oder Alterspigment ist eines der Abfallprodukte, die hauptsächlich in einigen Nerven- und Herzmuskelzellen vorkommen. Lipofuscin bindet Fett und Proteine ​​in den Zellen zusammen. Es sammelt sich im Laufe der Zeit an und kann die Zellfunktion beeinträchtigen.

Das Protein Kollagen ist das Herzstück dieser Theorie. Kollagen, ähnlich dem Klebstoff des Körpers, ist eines der häufigsten Proteine, aus denen Haut, Knochen, Bänder und Sehnen bestehen. Wenn wir jung sind, ist Kollagen biegsam. Aber mit zunehmendem Alter wird Kollagen steifer und schrumpft. Deshalb ist Ihre Haut weniger elastisch als zuvor.

Abgesehen von der Ästhetik kann die Vernetzung den Transport von Nährstoffen in die Zellen blockieren sowie die Entfernung von Abfallprodukten behindern. Freie Radikale sind destruktive Plünderer, die Ihren Körper durchstreifen und bereit sind, sich auf gesunde Zellen zu stürzen. Sie werden als Teil der Millionen chemischer Reaktionen produziert, die Ihr Körper durchführt, um das Leben zu erhalten.

Ihr Körper stellt sie auch als Reaktion auf Umweltgifte wie übermäßige Mengen an ungeschütztem Sonnenlicht und Zigarettenrauch her. Freie Radikale oxidieren Ihre Zellen (denken Sie an rostendes Metall). Als unausgeglichene, flüchtige Sauerstoffmoleküle opfern sie gesunde Zellen, um sich selbst stabiler zu machen.

Dabei zerstören oder verändern freie Radikale die DNA, den genetischen Bauplan der Zelle, und stören viele andere Zellfunktionen. Freie Radikale können als Folge ihres Marodierens Zellen abtöten oder mutierte Zellen erzeugen, die zu chronischen Erkrankungen wie Krebs und Herzerkrankungen führen können. Glücklicherweise unterhält der Körper ein ausgeklügeltes Abwehrsystem gegen freie Radikale. Leider lässt unsere Abwehr mit der Zeit nach und es kommt zu Zellschäden.

Diese Theorie könnte man auch nennen Die Use It and Lose It-Theorie. Die Idee ist, dass die Nutzung und Überbeanspruchung Ihrer Organe sie an den Rand der Zerstörung bringt. Es wird angenommen, dass eine falsche Ernährung, zu viel Alkohol und Zigarettenrauchen den natürlichen Verschleiß beschleunigen. Mit zunehmendem Alter ist der Körper weniger in der Lage, sich selbst zu reparieren.

Wie entsteht Verschleiß? Schuld daran können freie Radikale sein, die Zellschäden verursachen. Ähnlich wie bei der Abnutzungsidee besagt diese Theorie, dass Sie mit einer bestimmten Menge an Energie geboren werden. Wenn Sie "fast" leben, sterben Sie jung, weil Sie Ihre Energiereserven früher aufbrauchen. "Entspannte Menschen", die weniger Stress haben und sich das Leben leichter machen, würden länger leben, sollte sich diese Theorie als richtig erweisen.

Ein starkes Immunsystem ist die wichtigste Abwehr Ihres Körpers gegen Keime und Giftstoffe. Weiße Blutkörperchen verschlingen und zerstören potenzielle Schädlinge wie Bakterien und Viren. Und sie stellen Antikörper her, die "Soldaten", die den Blutkreislauf patrouillieren und jede Substanz angreifen und entwaffnen, die sie nicht als körpereigene erkennen.

Das Problem ist, dass das Immunsystem mit der Zeit weniger effizient wird und weniger Antikörper produziert werden, was Ihr Infektionsrisiko erhöht. Darüber hinaus kann sich der Körper selbst zuwenden, indem er Antikörper produziert, die sein eigenes Gewebe zerstören. Wenn das passiert, sind Autoimmunerkrankungen wie Lupus und rheumatoide Arthritis die Folge.

Obwohl wir den Alterungsprozess immer noch nicht vollständig verstehen, wissen wir, wie wir gesehen haben, ziemlich viel darüber. Um mehr über den Alterungsprozess zu erfahren, schauen Sie sich die Links auf der nächsten Seite an.


Pflanzengewebekultur: Nutzen, Struktur, Typen und Techniken

Pflanzengewebekultur bezieht sich allgemein auf die in vitro-Kultivierung von Pflanzen, Samen und verschiedenen Pflanzenteilen (Organe, Embryonen, Gewebe, Einzelzellen, Protoplasten).

Der Kultivierungsprozess wird ausnahmslos in einem Nährkulturmedium unter aseptischen Bedingungen durchgeführt.

Pflanzenzellen haben gegenüber tierischen Zellen in Kultursystemen gewisse Vorteile. Im Gegensatz zu tierischen Zellen behalten hochreife und differenzierte Pflanzenzellen die Fähigkeit zur Totipotenz, d. h. die Fähigkeit, sich in einen meristematischen Zustand zu ändern und zu einer ganzen Pflanze zu differenzieren.

Vorteile der Pflanzengewebekultur:

Die Pflanzengewebekultur ist aufgrund ihres hohen Potenzials zur Entwicklung verbesserter Nutz- und Zierpflanzen einer der am schnellsten wachsenden Bereiche der Biotechnologie. Mit den Fortschritten in der Gewebekulturtechnologie ist es nun möglich, Arten jeder Pflanze im Labor zu regenerieren.

Um das Ziel zu erreichen, eine neue Pflanze oder eine Pflanze mit gewünschten Eigenschaften zu schaffen, wird die Gewebekultur oft mit rekombinanter DNA-Technologie gekoppelt. Die Techniken der Pflanzengewebekultur haben bei der grünen Revolution maßgeblich geholfen, indem sie den Ernteertrag und die Qualität verbessert haben.

Das aus Pflanzengewebekulturen gewonnene Wissen hat zu unserem Verständnis von Stoffwechsel, Wachstum, Differenzierung und Morphogenese von Pflanzenzellen beigetragen. Darüber hinaus haben Entwicklungen in der Gewebekultur dazu beigetragen, neben der Synthese vieler biologisch wichtiger Verbindungen, einschließlich Pharmazeutika, mehrere pathogenfreie Pflanzen zu produzieren. Aufgrund des breiten Anwendungsspektrums zieht die Pflanzengewebekultur die Aufmerksamkeit von Molekularbiologen, Pflanzenzüchtern und Industriellen auf sich.

Grundstruktur und Wachstum einer Pflanze:

Eine ausgewachsene Pflanze besteht im Wesentlichen aus einem Stängel und einer Wurzel mit jeweils vielen Ästen (Abb. 42.1). Sowohl der Stamm als auch die Wurzel sind durch das Vorhandensein von apikalen Wachstumsregionen gekennzeichnet, die aus meristematischen Zellen bestehen. Diese Zellen sind die primäre Quelle für alle Zelltypen einer Pflanze.

Das Pflanzenwachstum und die Entwicklung erfolgen auf zwei verschiedene Arten:

Dies ist durch einen Wachstumsstillstand gekennzeichnet, wenn die Pflanzenteile eine bestimmte Größe und Form annehmen, z. B. Blätter, Blüten, Früchte.

2. Unbestimmtes Wachstum:

Darunter versteht man das kontinuierliche Wachstum von Wurzeln und Stängeln unter geeigneten Bedingungen. Dies ist aufgrund des Vorhandenseins von Meristemen (in Stängeln und Wurzeln) möglich, die sich kontinuierlich vermehren können. Wenn der Samen keimt und der Sämling auftaucht, vermehren sich die meristematischen Zellen der Wurzelspitze. Oberhalb der Wurzelspitze wachsen die Zellen ohne Vermehrung in die Länge.

Einige der länglichen Zellen der äußeren Schicht entwickeln sich zu Wurzelhaaren, um Wasser und Nährstoffe aus dem Boden aufzunehmen. Während die Pflanze wächst, differenzieren sich Wurzelzellen in Phloem und Xylem. Phloem ist für die Aufnahme von Nährstoffen verantwortlich, während Xylem Wasser aufnimmt.

Die meristematischen Zellen der Sprossspitze teilen sich, was zum Wachstum des Stammes führt. Einige der Stammzellen differenzieren und entwickeln sich zu Blattprimordien und dann zu Blättern. Achselknospen, die zwischen den Blattprimordien und dem verlängerten Stiel vorhanden sind, besitzen ebenfalls Meristeme, die sich vermehren und Zweige und Blüten hervorbringen können.

Eine schematische Ansicht einer Pflanze und einer Blüte sind in Abb. 42.1 bzw. Abb. 42.2 dargestellt.

Konventionelle Pflanzenzüchtung und Pflanzengewebekultur:

Seit jeher beschäftigt sich der Mensch intensiv mit der Verbesserung der Pflanzen, um seine Grundbedürfnisse zu decken. Die konventionellen Methoden zur Pflanzenverbesserung sind sehr langwierige und langwierige Prozesse (manchmal Jahrzehnte). Außerdem ist es bei den herkömmlichen Züchtungsverfahren nicht möglich, gewünschte Gene einzuführen, um neue Charaktere oder Produkte zu erzeugen.

Mit den Entwicklungen in der Pflanzengewebekultur ist es nun möglich, die Zeit für die Erzeugung neuer Pflanzen mit gewünschten Eigenschaften, den Transfer neuer Gene in Pflanzenzellen und die großtechnische Produktion kommerziell wichtiger Produkte zu verkürzen.

In der Gewebekultur verwendete Begriffe:

Eine ausgewählte Liste der am häufigsten verwendeten Begriffe in der Gewebekultur werden kurz erklärt

Als Explantat gilt ein herausgeschnittenes Stück differenzierten Gewebes oder Organs. Das Explantat kann aus einem beliebigen Teil des Pflanzenkörpers entnommen werden, z. B. Blatt, Stängel, Wurzel.

Die unorganisierte und undifferenzierte Masse von Pflanzenzellen wird als Kallus bezeichnet. Wenn Pflanzenzellen in einem geeigneten Medium kultiviert werden, teilen sie sich im Allgemeinen unter Bildung von Kallus, d. h. einer Masse parenchymatöser Zellen.

Das Phänomen, dass reife Zellen in einen meristematischen Zustand zurückkehren, um Kallus zu produzieren, ist Dedifferenzierung. Eine Dedifferenzierung ist möglich, da die sich nicht teilenden ruhenden Zellen des Explantats, wenn sie in einem geeigneten Kulturmedium gezüchtet werden, in den meristematischen Zustand zurückkehren.

Als Redifferenzierung wird die Fähigkeit der Kalluszellen angesehen, sich zu einem Pflanzenorgan oder einer ganzen Pflanze zu differenzieren.

Die Fähigkeit einer einzelnen Zelle, sich zu einer ganzen Pflanze zu entwickeln, wird als zelluläre Totipotenz bezeichnet. Die inhärenten charakteristischen Merkmale von Pflanzenzellen, nämlich Dedifferenzierung und Redifferenzierung, sind für das Phänomen der Totipotenz verantwortlich. Die anderen in der Pflanzengewebekultur verwendeten Begriffe werden an entsprechenden Stellen erläutert.

Kurze Geschichte der Pflanzengewebekultur:

Vor etwa 250 Jahren (1756) demonstrierte Henri-Louis Duhamel du Monceau die Kallusbildung an den entkernten Regionen von Ulmenpflanzen. Viele Botaniker betrachten diese Arbeit als den Weg zur Entdeckung der Pflanzengewebekultur. Im Jahr 1853 veröffentlichte Trecul Bilder der Kallusbildung bei Pflanzen.

Der deutsche Botaniker Gottlieb Haberlandt (1902), der als Vater der Pflanzengewebekultur gilt, entwickelte als erster das Konzept der In-vitro-Zellkultur. Er war der erste, der isolierte und vollständig differenzierte Pflanzenzellen in einem Nährmedium kultivierte. In den Jahren 1934-1940 trugen drei Wissenschaftler, nämlich Gautheret, White und Nobecourt, maßgeblich zu den Entwicklungen in der Pflanzengewebekultur bei.

Gute Fortschritte und schnelle Entwicklungen traten nach 1940 bei den Techniken der Pflanzengewebekultur auf. Steward und Reinert (1959) entdeckten erstmals die somatische Embryonenproduktion in vitro. Maheswari und Guha (1964) aus Indien entwickelten als erste Antherenkulturen und Pollerkulturen für die Produktion haploider Pflanzen.

Arten von Kultur:

Es gibt verschiedene Arten von Pflanzengewebekulturtechniken, die hauptsächlich auf dem verwendeten Explantat basieren (Abb. 42.3).

Dies beinhaltet die Kultivierung von differenziertem Gewebe aus Explantaten, das in vitro dedifferenziert, um Kallus zu bilden.

Die Kultur isolierter Pflanzenorgane wird als Organkultur bezeichnet. Das verwendete Organ kann Embryo, Samen, Wurzel, Endosperm, Staubbeutel, Eierstock, Eizelle, Meristem (Sprossspitze) oder Nucellus sein. Die Organkultur kann organisiert oder unorganisiert sein.

Organisierte Organkultur:

Wenn eine gut organisierte Struktur einer Pflanze (Samen, Embryo) in der Kultur verwendet wird, wird dies als organisierte Kultur bezeichnet. Bei dieser Art der Kultur bleibt die charakteristische individuelle Organstruktur erhalten und die gebildeten Nachkommen sind ähnlich aufgebaut wie das ursprüngliche Organ.

Unorganisierte Organkultur:

Dabei werden Zellen oder Gewebe eines Teils des Organs isoliert und in vitro kultiviert. Unorganisierte Kultur führt zur Bildung von Kallus. Der Kallus kann in Aggregate von Zellen und/oder Einzelzellen dispergiert werden, um eine Suspensionskultur zu ergeben.

Als Zellkultur wird die Kultur von isolierten Einzelzellen angesehen, die aus einem Explantatgewebe oder Kallus gewonnen werden. Diese Kulturen werden in Dispensionsmedium durchgeführt und als Zellsuspensionskulturen bezeichnet.

Protoplastenkultur:

Auch pflanzliche Protoplasten (d. h. Zellen ohne Zellwände) werden im Labor zur Kultur verwendet.

Grundlegende Technik der Pflanzengewebekultur:

Das allgemeine Verfahren zur Isolierung und Kultivierung von Pflanzengeweben ist in Abb. 42.4 dargestellt

Die erforderlichen Explantate (Knospen, Stängel, Samen) werden beschnitten und anschließend in einer Detergenslösung sterilisiert. Nach dem Waschen in sterilem destilliertem Wasser werden die Explantate in ein geeignetes Kulturmedium (flüssig oder halbfest) gegeben und inkubiert. Dies führt zur Etablierung von Kultur. Die Mutterkulturen können beliebig oft in Tochterkulturen unterteilt werden.

Der wichtigste Aspekt der In-vitro-Kulturtechnik besteht darin, alle Operationen unter aseptischen Bedingungen durchzuführen. Bakterien und Pilze sind die häufigsten Kontaminanten in der Pflanzengewebekultur. Sie wachsen in Kultur viel schneller und töten oft das Pflanzengewebe ab.

Außerdem produzieren die Verunreinigungen auch bestimmte Verbindungen, die für das Pflanzengewebe toxisch sind. Daher ist es absolut wichtig, dass während der gesamten Gewebekulturoperationen aseptische Bedingungen eingehalten werden. Einige der Kulturtechniken werden hier beschrieben, während einige andere an geeigneten Stellen diskutiert werden.

Anwendungen von Pflanzengewebekulturen:

Pflanzengewebekulturen sind mit einem breiten Anwendungsspektrum verbunden – die wichtigste ist die Herstellung von pharmazeutischen, medizinischen und anderen industriell wichtigen Verbindungen.

Darüber hinaus sind Gewebekulturen für mehrere andere unten aufgeführte Zwecke nützlich:

1. Um die Atmung und den Stoffwechsel von Pflanzen zu studieren.

2. Zur Beurteilung von Organfunktionen in Pflanzen.

3. Die verschiedenen Pflanzenkrankheiten zu studieren und Methoden zu ihrer Beseitigung auszuarbeiten.

4. Einzelzellklone sind nützlich für genetische, morphologische und pathologische Studien.

5. Embryonale Zellsuspensionen können für die klonale Vermehrung im großen Maßstab verwendet werden.

6. Somatische Embryonen aus Zellsuspensionen können langfristig in Keimplasmabanken gelagert werden.

7. Bei der Herstellung von Variantenklonen mit neuen Eigenschaften ein Phänomen, das als somaklonale Variationen bezeichnet wird.

8. Produktion von Haploiden (mit einem einzigen Chromosomensatz) zur Verbesserung von Nutzpflanzen.

9. Mutierte Zellen können aus Kulturen selektiert und zur Pflanzenverbesserung verwendet werden.

10. Unreife Embryonen können in vitro kultiviert werden, um Hybride herzustellen, ein Verfahren, das als Embryorettung bezeichnet wird.

Hornhautkultur:

Callus ist die undifferenzierte und unorganisierte Masse von Pflanzenzellen. Es ist im Grunde ein Tumorgewebe, das sich normalerweise auf Wunden aus differenzierten Geweben oder Organen bildet. Kalluszellen sind von Natur aus parenchymatös, jedoch nicht wirklich homogen. Bei sorgfältiger Untersuchung wird festgestellt, dass der Kallus neben dem Großteil des nicht differenzierten Gewebes eine gewisse Menge an differenziertem Gewebe enthält.

Kallusbildung in vivo wird häufig als Folge von Wunden an den Schnittkanten von Stängeln oder Wurzeln beobachtet. Die Invasion von Mikroorganismen oder Schäden durch Insektenfraß erfolgt normalerweise durch Kallus. Ein Überblick über die für die Kalluskultur verwendete Technik und die Einleitung der Suspensionskultur ist in Abb. 42.5 dargestellt.

Explantate für Kalluskultur:

Das Ausgangsmaterial (Explates) für die Kalluskultur kann das differenzierte Gewebe von jedem Teil der Pflanze (Wurzel, Stängel, Blatt, Staubbeutel, Blüte etc.) sein. Die ausgewählten Explantatgewebe können sich in unterschiedlichen Stadien der Zellteilung, Zellproliferation und Organisation in unterschiedliche spezialisierte Strukturen befinden. Besitzt das verwendete Explantat meristematische Zellen, so erfolgt die Zellteilung und Vermehrung schnell.

Faktoren, die die Kalluskultur beeinflussen:

Es ist bekannt, dass viele Faktoren die Kallusbildung in vitro-Kultur beeinflussen. Dazu gehören die Quelle des Explantats und sein Genotyp, die Zusammensetzung des Mediums (am häufigsten verwendetes MS-Medium), physikalische Faktoren (Temperatur, Licht usw.) und Wachstumsfaktoren. Andere wichtige Faktoren, die die Kalluskultur beeinflussen, sind — Alter der Pflanze, Standort des Explantats, Physiologie und Wachstumsbedingungen der Pflanze.

Für eine ausreichende Kallusbildung ist eine Temperatur im Bereich von 22-28°C geeignet. Was die Wirkung von Licht auf Kallus betrifft, hängt sie stark von der Pflanzenart ab – Licht kann für einige Pflanzen essentiell sein, während für andere Dunkelheit erforderlich ist.

Die Wachstumsregulatoren des Mediums beeinflussen die Kallusbildung stark. Based on the nature of the explant and its genotype, and the endogenous content of the hormone, the requirements of growth regulators may be categorized into 3 groups

3. Both auxin and cytokinin.

Suspension culture from callus:

Suspension cultures can be initiated by transferring friable callus to liquid nutrient medium (Fig. 42.5). As the medium is liquid in nature, the pieces of callus remain submerged. This creates anaerobic condition and ultimately the cells may die. For this reason, suspension cultures have to be agitated by a rotary shaker. Due to agitation, the cells gets dispersed, besides their exposure to aeration.

Applications of Callus Cultures:

Callus cultures are slow-growth plant culture systems in static medium. This enables to conduct several studies related to many aspects of plants (growth, differentiation and metabolism) as listed below.

ich. Nutritional requirements of plants.

ii. Cell and organ differentiation.

iii. Development of suspension and protoplast cultures.

v. Genetic transformations.

vi. Production of secondary metabolites and their regulation.

Zellkultur:

The first attempt to culture single cells (obtained from leaves of flowering plants) was made in as early as 1902 by Haberlandt. Although he was unsuccessful to achieve cell division in vitro, his work gave a stimulus to several researchers. In later years, good success was achieved not only for cell division but also to raise complete plants from single cell cultures.

Applications of Cell Cultures:

Cultured cells have a wide range of applications in biology.

1. Elucidation of the pathways of cellular metabolism.

2. Serve as good targets for mutation and selection of desirable mutants.

3. Production of secondary metabolites of commercial interest.

4. Good potential for crop improvement.

Cell Culture Technique:

The in vitro cell culture technique broadly involves the following aspects:

1. Isolation of single cells.

2. Suspension cultures growth and sub-culturing.

3. Types of suspension cultures.

4. Synchronization of suspension cultures.

5. Measurement of growth of cultures.

6. Measurement of viability of cultured cells.

The salient features of the above steps are briefly described.

1. Isolation of Single Cells:

The cells employed for in vitro culture may be obtained from plant organs, and from cultured tissues.

Plant leaves with homogenous population of cells are the ideal sources for cell culture. Single cells can be isolated from leaves by mechanical or enzymatic methods.

Surface sterilized leaves are cut into small pieces (< 1 cm 2 ), suspended in a medium and subjected to grinding in a glass homogenizer tube. The homogenate is filtered through filters and then centrifuged at a low speed to remove the cellular debris. The supernatant is removed and diluted to achieve the required cell density.

The enzyme macerozyme (under suitable osmotic pressure) can release the individual cells from the leaf tissues. Macerozyme degrades middle lamella and cell walls of parenchymatous tissues.

From cultured tissues:

Single cells can be isolated from callus cultures (grown from cut pieces of surface sterilized plant parts). Repeated sub-culturing of callus on agar medium improves the friability of callus so that fine cell suspensions are obtained.

2. Suspension Cultures — Growth and Subculture:

The isolated cells are grown in suspension cultures. Cell suspensions are maintained by routine sub-culturing in a fresh medium. For this purpose, the cells are picked up in the early stationary phase and transferred. As the cells are incubated in suspension cultures, the cells divide and enlarge.

The incubation period is dependent on:

Among these, cell density is very crucial. The initial cell density used in the subcultures is very critical, and largely depends on the type of suspension culture being maintained. With low initial cell densities, the lag phase and log phases of growth get prolonged.

Whenever a new suspension culture is started, it is necessary to determine the optical cell density in relation the volume of culture medium, so that maximum cell growth can be achieved. With low cell densities, the culture will not grow well, and requires additional supplementation of metabolites to the medium. The normal incubation time for the suspension cultures is in the range of 21-28 days.

3. Types of Suspension Cultures:

There are mainly two types of suspension cultures — batch cultures and continuous cultures.

A batch culture is a cell suspension culture grown in a fixed volume of nutrient culture medium. In batch culture, cell division and cell growth coupled with increase in biomass occur until one of the factors in the culture environment (nutrient, O2 supply) becomes limiting. The cells exhibit the following five phases of growth when the cell number in suspension cultures is plotted against the time of incubation (Fig. 42.6).

1. Lag phase characterized by preparation of cells to divide.

2. Log phase (exponential phase) where the rate of cell multiplication is highest.

3. Linear phase represented by slowness in cell division and increase in cell size expansion.

4. Deceleration phase characterized by decrease in cell division and cell expansion.

5. Stationary phase represented by a constant number of cells and their size.

The batch cultures can be maintained continuously by transferring small amounts of the suspension medium (with inoculum) to fresh medium at regular intervals (2-3 days). Batch cultures are characterized by a constant change in the pattern of cell growth and metabolism. For this reason, these cultures are not ideally suited for the studies related to cellular behaviour.

Continuous cultures:

In continuous cultures, there is a regular addition of fresh nutrient medium and draining out the used medium so that the culture volume is normally constant. These cultures are carried out in specially designed culture vessels (bioreactors).

Continuous cultures are carried out under defined and controlled conditions—cell density, nutrients, O2, pH etc. The cells in these cultures are mostly at an exponential phase (log phase) of growth.

Continuous cultures are of two types—open and closed.

Open continuous cultures:

In these cultures, the inflow of fresh medium is balanced with the outflow of the volume of spent medium along with the cells. The addition of fresh medium and culture harvest are so adjusted that the cultures are maintained indefinitely at a constant growth rate. At a steady state, the rate of cells removed from the cultures equals to the rate of formation of new cells.

Open continuous culture system is regarded as chemostat if the cellular growth rate and density are kept constant by limiting a nutrient in the medium (glucose, nitrogen, phosphorus). In chemostat cultures, except the limiting nutrient, all other nutrients are kept at higher concentrations. As a result, any increase or decrease in the limiting nutrient will correspondingly increase or decrease the growth rate of cells.

In turbidostat open continuous cultures, addition of fresh medium is done whenever there is an increase in turbidity so that the suspension culture system is maintained at a fixed optical density. Thus, in these culture systems, turbidity is preselected on the basis of biomass density in cultures, and they are maintained by intermittent addition of medium and washout of cells.

Closed continuous cultures:

In these cultures, the cells are retained while the inflow of fresh medium is balanced with the outflow of corresponding spent medium. The cells present in the outflowing medium are separated (mechanically) and added back to the culture system. As a result, there is a continuous increase in the biomass in closed continuous cultures. These cultures are useful for studies related to cytodifferentiation, and for the production of certain secondary metabolites e.g., polysaccharides, coumarins.

4. Synchronization of Suspension Cultures:

In the normal circumstances, the cultured plant cells vary greatly in size, shape, cell cycle etc., and are said to be asynchronous. Due to variations in the cells, they are not suitable for genetic, biochemical and physiological studies. For these reasons, synchronization of cells assumes significance.

Synchronization of cultured cells broadly refers to the organized existence of majority of cells in the same cell cycle phase simultaneously.

A synchronous culture may be regarded as a culture in which the cell cycles or specific phase of cycles for majority of cultured cells occurs simultaneously.

Several methods are in use to bring out synchronization of suspension cultures. They may be broadly divided into physical and chemical methods.

Physical methods:

The environmental culture growth influencing physical parameters (light, temperature) and the physical properties of the cell (size) can be carefully monitored to achieve reasonably good degree of synchronization. A couple of them are described

When the suspension cultures are subjected to low temperature (around 4°C) shock synchronization occurs. Cold treatment in combination with nutrient starvation gives better results.

The cells in suspension culture can be selected based on the size of the aggregates, and by this approach, cell synchro­nization can be achieved.

Chemical methods:

The chemical methods for synchronization of suspension cultures include the use of chemical inhibitors, and deprivation of an essential growth factor (nutrient starvation). By this approach, the cell cycle can be arrested at a particular stage, and then allowed to occur simultaneously so that synchronization is achieved.

Inhibitors of DNA synthesis (5-amino uracil, hydroxyurea, 5-fluorodeoxypurine), when added to the cultures results in the accumulation of cells at G1 phase. And on removal of the inhibitor, synchronization of cell division occurs.

Colchicine is a strong inhibitor to arrest the growth of cells at metaphase. It inhibits spindle formation during the metaphase stage of cell division. Exposure to colchicine must be done for a short period (during the exponential growth phase), as long duration exposure may lead to mitoses.

When an essential nutrient or growth promoting compound is deprived in suspension cultures, this results in stationary growth phase. On supplementation of the missing nutrient compound, cell growth resumption occurs synchronously. Some workers have reported that deprivation and subsequent addition of growth hormone also induces synchronization of cell cultures.

5. Measurement of Growth of Cultures:

It is necessary to assess the growth of cells in cultures. The parameters selected for the measuring growth of suspension cultures include cell counting, packed cell volume and weight increase.

Although cell counting to assess culture growth is reasonably accurate, it is tedious and time consuming. This is because cells in suspension culture mostly exist as colonies in varying sizes. These cells have to be first disrupted (by treating with pectinase or chromic acid), separated, and then counted using a haemocytometer.

Packed cell volume:

Packed cell volume (PCV) is expressed as ml of pellet per ml of culture. To determine PCV, a measured volume of suspension culture is centrifuged (usually at 2000 x g for 5 minutes) and the volume of the pellet or packed cell volume is recorded. After centrifugation the supernatant can be discarded, the pellet washed, dried overnight and weighed. This gives cell dry weight.

Cell fresh weight:

The wet cells are collected on a pre-weighed nylon fabric filter (supported in funnel). They are washed to remove the medium, drained under vacuum and weighed. This gives the fresh weight of cells. However, large samples have to be used for accurate weights.

6. Measurement of Viability of Cultured Cells:

The viability of cells is the most important factor for the growth of cells. Viability of cultured cells can be measured by microscopic examination of cells directly or after staining them.

Phasenkontrastmikroskopie:

The viable cells can be detected by the presence of healthy nuclei. Phase contrast microscope is used for this purpose.

Evan’s blue staining:

A dilute solution of Evan’s blue (0.025% w/v) dye stains the dead or damaged cells while the living (viable) cells remain unstained.

Fluorescein diacetate method:

When the cell suspension is incubated with fluorescein diacetate (FDA) at a final concentration of 0.01%, it is cleaved by esterase enzyme of living cells. As a result, the polar portion of fluorescein which emits green fluorescence under ultraviolet (UV) light is released. The viable cells can be detected by their fluorescence, since fluorescein accumulates in the living cells only.

Culture of Isolated Single Cells (Single Cell Clones):

A clone is a mass of cells, all of them derived through mitosis from a single cell. The cells of the clone are expected to be identical with regard to genotype and karyotype. However, changes in these cells may occur after cloning. Single cells separated from plant tissues under suitable conditions can form clones.

Single cells can be cultured by the following methods:

1. Filter paper raft-nurse tissue technique

4. Bergman’s plating technique.

Filter paper raft-nurse tissue technique:

Small pieces of sterile filter papers are placed on established callus cultures several days before the start of single cell culture. Single cell is now placed on the filter paper (Fig. 42.7A). This filter paper, wetted by the exudates from callus tissue (by diffusion) supplies the nutrients to the single cell. The cell divides and forms clones on the filter paper. These colonies can be isolated and cultured.

Micro-chamber technique:

A microscopic slide or a coverslip can be used to create a micro-chamber. Sometimes, a cavity slide can be directly used. A drop of the medium containing a single cell is placed in the micro-chamber. A drop of mineral oil is placed on either side of the culture drop which is covered with a coverslip (Fig. 42.7B). On incubation, single cell colonies are formed.

Micro-drop method:

For the culture of single cells by micro-drop method, a specially designed dish (cuprak dish) is used. It has a small outer chamber (to be filled with sterile distilled water) and a large inner chamber with a number of micro-wells (Fig. 42.7C). The cell density of the medium is adjusted in such a way that it contains one cell per droplet.

Bergmann’s plating technique:

Bergmann (1960) developed a technique for cloning of single cells. Now a days, Bergmann’s plating technique is the most widely used method for culture of isolated single cells. This method is depicted in Fig. 42.8 and briefly described hereunder.

The cell suspension is filtered through a sieve to obtain single cells in the filtrate. The free cells are suspended in a liquid medium, at a density twice than the required density for cell plating. Now, equal volumes of melted agar (30-35°C) and medium containing cells are mixed.

The agar medium with single cells is poured and spread out in a petridish so that the cells are evenly distributed on a thin layer (of agar after it solidifies). The petridishes (culture dishes) are sealed with a parafilm and incubated at 25°C in dark or diffused light. The single cells divide and develop into clones. The viability of cells in single clones can be measured by the same techniques that have been described for suspension cultures.


Kingdom Alveolata: Dinoflagellates

Dinoflagellates typically possess distinct shapes due to "frames" of cellulose within their cell walls. Their cell surface is generally ridged with perpendicular grooves that house a pair of flagella (shown left). These flagella, the defining characteristic of this group, beat within their grooves and cause dinoflagellates to rotate as they move forward. The word dinoflagellate is derived from the Greek word dinos, which means "rotation" or "whirling," and the Latin flagellum, which means "whip." Many dinoflagellates are photosynthetic accordingly, they comprise a significant proportion of the Phytoplankton that floats near the surface of the ocean, making them a critical component of the food web. Phytoplankton are an essential food resource for many other organisms, ranging from heterotrophic protists to baleen whales and many other organisms in between (most of whom serve as food themselves for creatures at higher trophic levels).


Figure 16. A dinoflagellate. (Click to enlarge) Ceratium tripos.

Not all dinoflagellates are photosynthetic many are heterotrophic. Some of these heterotrophs exploit chloroplasts from photosynthetic protists, becoming autotrophic themselves for a time. Some dinoflagellates live in symbiosis with different species, as parasites in some cases and as mutualists in others.

Some dinoflagellates, such as those in the genus Noctiluca, have the ability to bioluminesce (make their own light). This is accomplished with the compound luciferin, which is the same chemical that makes fireflies glow. Noctiluca floats just under the surface of the ocean, and when individuals number in the millions they can produce spectacular glowing tides (pictured below). The red border at the advancing wave front (tide line) as it washes onto the beach is a real visible glow that is triggered by the tumbling dinoflagellates as they hit the sand. If you walk along the tide line of such a beach, your footprints actually glow with each step when your foot disturbs these bioluminescent protists. How bioluminescence evolved is not completely understood. The Burglar Alarm theory posits that the bioluminescent glow attracts predators of dinoflagellate predators and this allows the glowing protist to escape predation.


Figure 17. A dinoflagellate. (Click to enlarge) Noctiluca scintillans is one dinoflagellate responsible for red tides.


Figure 18. A bioluminescent algal bloom. (Click to enlarge)

This image shows a bloom of bioluminescent Noctiluca scintillans.


ELI5: What are "eye-floaters" and how do they manifest/disappear?

Floaters are deposits . within the eye’s vitreous humour, which is normally transparent. At a young age, the vitreous is transparent, but as one ages, imperfections gradually develop. The common type of floater, which is present in most people’s eyes, is due to degenerative changes of the vitreous humour.

Eye floaters are suspended in the vitreous humour, the thick fluid or gel that fills the eye. . Thus, floaters follow the rapid motions of the eye, while drifting slowly within the fluid. When they are first noticed, the natural reaction is to attempt to look directly at them. . Floaters are, in fact, visible only because they do not remain perfectly fixed within the eye. Although the blood vessels of the eye also obstruct light, they are invisible under normal circumstances because they are fixed in location relative to the retina, and the brain "tunes out" stabilized images due to neural adaptation.

Basically: they are tiny pieces of tissue floating in our eyeballs. They are normal, especially as we get older.

Our brain tunes floaters out when they're still, which is why they ɽisappear'. And, they're easier to see against light backgrounds like the sky.

Like /u/shriekingapples said it is caused by debris in the eye. The retina is the layer of the eye that has photo receptors (rods and cone), which captures light and causes a chemical and electrical reaction to the nerve. Light that "excites" the rods causes us to see monochromatic color or how black and white something is, while "excited" cones gives us high-resolution color. As we age the jelly of the eye, the vitreous gel, can shrink and pull away from the retina. This results in debris from the eye to go into the vitreous gel and appear as floaters in our vision. So it is normal that we may see floaters as we age. However, be careful of sudden appearances of floaters. Retinal tears and retinal holes can also cause floaters and/or flashers to appear as well. If not treated the retinal tears and holes can cause a retinal detachment, which may cause even more floaters to appear. If a retinal tear or hole is found early, a small office procedures like laser retinopexy or retinal cryopexy can be performed. Left untreated your vision and the flasher/floaters can become worse. Ultimately leading to surgery as the only option to fixing a retinal detachment.

Source: I work at an ophthalmologists office who specializes in vitrealretinal surgery.


What causes tissues manifest the various forms that they do? - Biologie

Connective tissue is a term used to describe the tissue of mesodermal origin that that forms a matrix beneath the epithelial layer and is a connecting or supporting framework for most of the organs of the body. This lab will focus on the so-called connective tissue proper and cartilage the next lab will focus on bone.

Overview of Connective Tissue

In contrast to epithelia, connective tissue is sparsely populated by cells and contains an extensive extracellular matrix consisting of protein fibers, glycoproteins, and proteoglycans. The function of this type of tissue is to provide structural and mechanical support for other tissues, and to mediate the exchange of nutrients and waste between the circulation and other tissues. These tissues have two principal components, an extracellular matrix and a variety of support cells. These two components will be the focus of this lab.

Most frequently, the different types of connective tissues are specified by their content of three distinguishing types of extracellular fibers: collagenous fibers, elastic fibers, and reticular fibers.

Ground Substance

The ground substance is an aqueous gel of glycoproteins and proteoglycans that occupies the space between cellular and fibrillar elements of the connective tissue. It is characterized by a gel-like viscous consistency and is polyanionic. The characteristics of the ground substance determine the permeability of the connective tissue layer to solutes and proteins.

Collagenous Fibers

Collagenous fibers consist of types I, II, or III collagen and are present in all types of connective tissue. Collagenous connective tissue is divided into two types, based upon the ratio of collagen fibers to ground substance:

  • Loose (areolar connective tissue) is the most abundant form of collagenous connective tissue. It occurs in small, elongated bundles separated by regions that contain ground substance.
  • Dense connective tissue is enriched in collagen fibers with little ground substance. If the closely packed bundles of fibers are located in one direction, it is called regular if oriented in multiple directions, it is referred to as irregular. An example of regular dense connective tissue is that of tendons an example of irregular dense connective tissue is that of the dermis.

Reticular Fibers

Reticular fibers are composed of type III collagen. Unlike the thick and coarse collagenous fibers, reticular fibers form a thin reticular network. Such networks are widespread among different tissues and form supporting frameworks in the liver, lymphoid organs, capillary endothelia, and muscle fibers.

Elastic Fibers

Elastic fibers contain the protein elastin, which co-polymerizes with the protein fibrillin. These fibers are often organized into lamellar sheets, as in the walls of arteries. Dense, regular, elastic tissue characterizes ligaments. Elastic fibers are stretchable because they are normally disorganized – stretching these fibers makes them take on an organized structure.

Cells of the Connective Tissue Proper

Although the connective tissue has a lower density of cells than the other tissues you will study this year, the cells of these tissues are extremely important.

Fibroblasts are by far the most common native cell type of connective tissue. The fibroblast synthesizes the collagen and ground substance of the extracellular matrix. These cells make a large amount of protein that they secrete to build the connective tissue layer. Some fibroblasts have a contractile function these are called myofibroblasts.

Chondrocytes and osteocytes form the extracellular matrix of cartilage and bone. More details and chondrocytes can be found later in this laboratory osteocytes will be covered in the Laboratory on Bone.

The macrophage is the connective tissue representative of the reticuloendothelial, or mononuclear phagocyte, system. This system consists of a number of tissue-specific, mobile, phagocytic cells that descend from monocytes - these include the Kupffer cells of the liver, the alveolar macrophages of the lung, the microglia of the central nervous system, and the reticular cells of the spleen. You will encounter each of these later in the course for now, make sure you recognize that they all descend from monocytes, and that the macrophage is the connective tissue version. Macrophages are indistinguishable from fibroblasts, but can be recognized when they internalize large amounts of visible tracer substances like dyes or carbon particles. Macrophages phagocytose foreign material in the connective tissue layer and also play an important role as antigen presenting cells, a function that you will learn more about in Immunobiology.

Mast cells are granulated cells typically found in connective tissue. These cells mediate immune responses to foreign particles. In particular, they release large amounts of histamine and enzymes in response to antigen recognition. This degranulation process is protective when foreign organisms invade the body, but is also the cause of many allergic reactions.

White fat cells are specialized for the storage of triglyceride, and occur singly or in small groups scattered throughout the loose connective tissue. They are especially common along smaller blood vessels. When fat cells have accumulated in such abundance that they crowd out or replace cellular and fibrous elements, the accumulation is termed adipose tissue. These cells can grow up to 100 microns and usually contain once centrally located vacuole of lipid - the cytoplasm forms a circular ring around this vacuole, and the nucleus is compressed and displaced to the side. The function of white fat is to serve as an energy source and thermal insulator.

Brown fat cells are highly specialized for temperature regulation. These cells are abundant in newborns and hibernating mammals, but are rare in adults. They have numerous, smaller lipid droplets and a large number of mitochondria, whose cytochromes impart the brown color of the tissue. The electron transport chain of these mitochondria is disrupted by an uncoupling protein, which causes the dissipation of the mitochondrial hydrogen ion gradient without ATP production. This generates heat.

Cartilage

Cartilage is a specialized form of connective tissue produced by differentiated fibroblast-like cells called chondrocytes. It is characterized by a prominent extracellular matrix consisting of various proportions of connective tissue fibers embedded in a gel-like matrix. Chondrocytes are located within lacunae in the matrix that they have built around themselves. Individual lacunae may contain multiple cells deriving from a common progenitor. Lacunae are separated from one another as a result of the secretory activity of the chondrocytes.

A highly fibrous, organized, dense connective tissue capsule known as the perichondrium surrounds cartilage. The fibroblast-like cells of this layer have chondrogenic potentiality, and are responsible for the enlargement of cartilage plates by appositional growth. Appositional growth involves cell division, differentiation, and secretion of new extracellular matrix, thereby contributing mass and new cells at the cartilage surface. It is in contrast to interstitial growth, in which new matrix is deposited within mature cartilage.

Three kinds of cartilage are classified according to the abundance of certain fibers and the characteristics of their matrix:


Schau das Video: Tkáně (Dezember 2022).