Crypopreservation of biological materials where controlling states of matter helps. Address a global challenge
Answer (1)
Jawaban:Kriopreservasi, yaitu pengawetan bahan-bahan biologis dengan mendinginkannya hingga suhu sangat rendah, sangat bergantung pada pengendalian wujud zat untuk memastikan keberlangsungan hidupnya. Teknik ini menawarkan solusi untuk berbagai tantangan global. Berikut adalah bagaimana pengendalian wujud zat dalam kriopreservasi membantu mengatasi tantangan global yang signifikan: Tantangan Global: Ketahanan Pangan dan Keanekaragaman Hayati Salah satu tantangan global yang penting adalah memastikan ketahanan pangan sambil melestarikan keanekaragaman hayati tanaman pertanian dan ternak. Perubahan iklim, penyakit, dan hilangnya habitat mengancam banyak spesies tanaman dan hewan yang penting bagi pasokan makanan kita. Kriopreservasi memainkan peran penting dalam mengatasi hal ini dengan memungkinkan penyimpanan jangka panjang sumber daya genetik.Bagaimana Kriopreservasi Membantu:- Bank Gen untuk Tanaman:- Pelestarian: Kriopreservasi digunakan untuk melestarikan biji, serbuk sari, dan jaringan tanaman lainnya dari berbagai spesies tanaman pertanian.- Metode: Bahan-bahan ini didinginkan dengan cepat hingga suhu nitrogen cair (-196°C) untuk menghentikan aktivitas biologis dan mencegah kerusakan.- Pengendalian Wujud Zat:- Vitrifikasi: Mencapai keadaan seperti kaca (vitrifikasi) sangat penting untuk menghindari pembentukan kristal es, yang dapat merusak struktur sel. Agen krioprotektif (CPA) seperti gliserol atau DMSO digunakan untuk meningkatkan viskositas dan mendorong vitrifikasi.- Laju Pendinginan: Laju pendinginan yang terkontrol sangat penting. Terlalu lambat, kristal es akan terbentuk; terlalu cepat, tekanan termal dapat terjadi. Laju pendinginan optimal ditentukan secara eksperimen untuk setiap jenis jaringan.- Dampak: Melestarikan keanekaragaman genetik, memastikan bahwa sifat-sifat seperti ketahanan terhadap penyakit, toleransi kekeringan, dan hasil panen yang lebih tinggi tidak hilang. Bank gen ini bertindak sebagai pengaman terhadap gagal panen dan menyediakan sumber daya untuk program pemuliaan di masa depan.- Konservasi Ternak:- Pelestarian: Kriopreservasi sperma, sel telur, dan embrio dari ras ternak sangat penting untuk menjaga keanekaragaman genetik.- Metode: Mirip dengan bahan tanaman, sel-sel ini dikriopreservasi menggunakan nitrogen cair.- Pengendalian Wujud Zat:- Vitrifikasi: Vitrifikasi juga penting dalam kriopreservasi sel hewan untuk mencegah kerusakan akibat kristal es.- Krioprotektan: CPA digunakan untuk melindungi sel dari tekanan osmotik selama pembekuan dan pencairan.- Laju Pencairan: Laju pencairan yang terkontrol sama pentingnya dengan laju pendinginan. Pencairan cepat dapat meminimalkan rekristalisasi kristal es dan meningkatkan kelangsungan hidup sel.- Dampak: Mencegah kepunahan ras langka dan warisan, memelihara keragaman gen untuk pemuliaan di masa depan, dan mendukung pertanian berkelanjutan. Langkah-Langkah yang Terlibat dalam Kriopreservasi 1. Pemilihan Bahan:- Pilih bahan biologis yang sehat dan layak (biji, sel, jaringan).2. Pra-perlakuan:- Siapkan bahan dengan membersihkan dan, jika perlu, membedahnya menjadi potongan-potongan yang lebih kecil.3. Penambahan Agen Krioprotektif (CPA):- Impregnasi bahan dengan CPA untuk meminimalkan pembentukan kristal es.4. Pendinginan Terkontrol:- Dinginkan bahan pada laju yang terkontrol ke suhu kriogenik yang diinginkan, seringkali menggunakan pembeku yang dapat diprogram.5. Penyimpanan:- Simpan bahan dalam pembeku nitrogen cair pada -196°C untuk pelestarian jangka panjang.6. Pencairan:- Cairkan bahan dengan cepat untuk meminimalkan rekristalisasi kristal es.7. Penghapusan CPA:- Secara bertahap hilangkan CPA untuk mencegah kejutan osmotik.8. Pemulihan dan Penilaian:- Pulihkan bahan dan nilai kelayakan dan fungsinya.Tantangan dan Arah Masa Depan:- Optimalisasi: Mengoptimalkan protokol kriopreservasi untuk berbagai spesies dan jaringan tetap menjadi tantangan.- Biaya: Biaya kriopreservasi dapat menjadi penghalang, terutama untuk bank gen dan program konservasi yang lebih kecil.- Skalabilitas: Peningkatan upaya kriopreservasi diperlukan untuk mengatasi ancaman yang semakin besar terhadap keanekaragaman hayati.- Penelitian: Penelitian lebih lanjut tentang CPA baru dan teknik vitrifikasi sangat penting untuk meningkatkan tingkat keberhasilan kriopreservasi.Kesimpulan:Kriopreservasi, dengan kontrol yang tepat atas wujud zat, adalah alat yang ampuh untuk melestarikan bahan-bahan biologis dan mengatasi tantangan global seperti ketahanan pangan dan hilangnya keanekaragaman hayati. Dengan memelihara bank gen tanaman dan ternak, ia memastikan ketersediaan sumber daya genetik untuk generasi mendatang, membantu membangun dunia yang lebih berkelanjutan dan tangguh.
