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プロトプラスト（古代ギリシャ語のπρωτόπλαστος（prōtóplastos）「最初に形成された」に由来）は、細胞壁を除いた細胞全体を指すために、1880年にハンシュタインによって造語された生物学的用語である。 [ 1 ] [ 2 ]プロトプラストは、植物[ 3 ]、細菌[ 4 ] [ 5 ]、または真菌細胞[ 5 ] [ 6 ]から機械的、化学的、または酵素的手段によって細胞壁を 剥ぎ取ることによって生成することができる。
プロトプラストは、細胞壁が完全に除去されている点でスフェロプラストとは異なります。 [ 4 ] [ 5 ]スフェロプラストは細胞壁の一部を保持しています。[ 7 ]例えば、グラム陰性細菌のスフェロプラストの場合、細胞壁のペプチドグリカン成分は除去されていますが、外膜成分は除去されていません。[ 4 ] [ 5 ]
細胞壁は様々な多糖類から構成されている。プロトプラストは、適切な多糖類分解酵素の混合物を用いて細胞壁を分解することによって作製できる。
細胞壁の消化中および消化後、プロトプラストは浸透圧ストレスに対して非常に敏感になる。そのため、細胞壁の消化およびプロトプラストの保存は、細胞膜の破裂を防ぐために等張溶液中で行う必要がある。
プロトプラストは、高分子や ウイルスの取り込みを含む膜生物学の研究に利用できる。また、体細胞変異の研究にも用いられる。
プロトプラストは、細胞壁がDNAの細胞内への通過を妨げてしまうため、DNA変換（遺伝子組み換え生物の作製）に広く用いられています。 [ 3 ]植物細胞の場合、プロトプラストは、まずカルスに発達する植物細胞の集団に成長し、次に植物組織培養法を用いてカルスからシュート（茎形成）を再生することによって、完全な植物に再生することができます。[ 8 ]プロトプラストがカルスに成長し、シュートを再生するには、植物種ごとに調整する必要のある組織培養培地中の植物成長調節物質の適切なバランスが必要です。[ 9 ] [ 10 ]維管束植物のプロトプラストとは異なり、Physcomitrella patensなどのコケ植物のプロトプラストは、再生に植物ホルモンを必要とせず、再生中にカルスも形成しません。その代わりに、それらは直接糸状の原糸体へと再生し、発芽するコケの胞子を模倣する。[ 11 ]
プロトプラストは、プロトプラスト融合と呼ばれる技術を用いて植物育種にも使用できます。異なる種のプロトプラストは、電場またはポリエチレングリコール溶液を使用して融合するように誘導されます。[ 12 ]この技術は、組織培養で体細胞雑種を生成するために使用できます。
さらに、特定の細胞で蛍光タンパク質を発現する植物のプロトプラストは、蛍光活性化セルソーティング（FACS）に利用でき、特定の波長で蛍光を発する細胞のみを選別することができます。この技術は、特に特定の細胞型（例えば、葉の孔辺細胞、根の周鞘細胞など）を分離し、トランスクリプトミクスなどの詳細な研究に用いるために利用されます。