Катлинский, Сазыкин. Курс лекций по биотехнологии

 
129
•   цитокинины -6-бензиламинопурин (БАП), N-изоптен и  
6-фурфуриламинопурин (кинетин) 
 
     Что  касается  цитокининов,  то  они  по  разному  влияют  на  накопление 
вторичных  метаболитов-  одни  не  реагируют  на  внесение  в  среду  кинетика,  а 
другие культуры клеток при этом начинают образовывать например, алкалоиды 
(на примере культуры клеток в первом случае Datura tatula  и во втором случае, 
Scopolia maxima) Таким  образом,  существование  цитокининзависимых  и 
цитокининнезависимых клеток, если связывать это с природой самого растения, 
зависит  от  изменений  в  фенотипе  (внешних),  а  не  в  генотипе  (внутренних) 
культуры клеток. 
       Второй фактор.  
Для синтеза вторичных метаболитов весьма существенным является внесение в 
питательную 
среду 
известных 
предшественников, 
стимулирующих 
определенные  ферментативные  пути  метаболизма.  Например,  внесение  всем 
известного  фенилаланина  в  среду  для  культивирования  клеток  увеличивает 
выход диосгенина на 100% 
   Третий фактор. 
Накопление  вторичных  метаболитов  также  зависит  от  температуры,  рН,  а  при 
суспензионном  культивировании  от  аэрации,  перемешивания,  скорости 
вращения сосудов, от газового состава и т.д.  
  Таким образом, если мы хотим иметь гарантию возможности получения любого 
продукта с фармакологической активностью, мы должны иметь в виду наиболее 
благоприятные условия на стадии роста и синтеза вторичных метаболитов  для 
каждой  культуры клеток  растений  (т.е.  знать  ее  характер,  капризы,  требования, 
наконец саму природу на уровне фенотипа и генотипа). 
   Итак  мы  уверены,  что  промышленное  производство  может  эффективно 
работать,  реализуя  возможность  накопления  промышленного  сырья  путем 
выращивания клеток и тканей растений, используя каллусные и суспензионные 
культуры (помня, что суспензионные культуры получают из каллусных). 
   Теперь перечислим преимущества каллусных культур в технологии получения 
растительного сырья. Прежде всего - это: 
•  - надежность и стабильность по выходу биомассы и продуктов вторичного 
метаболизма 
•  -   возможность использования каллусной системы для иммобилизации и 
последующей биотрансформации 

 
130
Недостаток: в необходимости применения ручного труда 
   В  литературе  приводятся  интересные  данные  по  технологии  получения 
субстанции женьшеня, радиолы розовой и унгерии на основе каллусных культур. 
Кстати,  известно,  что  препараты  женьшеня  широко  применяются  в 
косметической, пищевой, медицинской промышленности. 
  Если  сравнивать  преимущества  каллусных  культур  и  суспензионных  между 
собой,  то  оказывается,  что  выход  продуктов  вторичного  метаболизма  выше 
именно в каллусных культурах, но управление процессом культивирования легче 
осуществлять при работе в суспензионных культурах. 
  При  производстве  настоек  женьшеня,  плантационное  выращивание  этой 
культуры  в  количественном  отношении  по  выходу  панаксозидов  имеет 
преимущество  перед  каллусным  сырьем,  но  по  токсичности,  препараты, 
получаемые из каллусного сырья менее опасны.  
  Четвертый фактор. 
  Рентабельность  производства  на  примере  женьшеня  стала  преобладать  в 
технологии получения «бородатых корней», где по условиям роста и скопления 
клеток возникают субпопуляции с повышенной дифференцировкой – это самые 
продуктивные клетки по биоактивным веществам. 
  Перспективность  новых  технологий  получения    биомасс  лекарственных 
растений,  содержащих  то  или  иное  активное  начало  в  виде  каллусных  и 
суспензионных культур заложена в их неоспоримых преимуществах, таких как: 
1.  стандартность накапливаемого сырья 
2.  хороший выход активного начала (см.табл.5) 
3.  сокращение  сроков  культивирования  для  накопления  растительной 
биомассы  (вместо  месяцев  и  недель  счет  идет  на  дни  и  часы)  Краткий 
комментарий  с  учетом  кривой  роста  микроорганизмов  в  периодическом 
режиме, 
представленной 
в 
предыдущих 
лекциях. 
В 
начале 
логарифмической  фазы  (лог.фазы)  клетки  малы  и  обладают  плотной 
цитоплазмой,  но  в  стационарной  фазе  вакуолизируются  и  сильно 
увеличиваются  в  размерах.  Деление  клеток  идет  путем  митоза,  время 
удвоения их биомассы варьирует от 25 до 100 часов. Очень важно, что из-
за  низкой  интенсивности  дыхания  клеток  потребность  их  в  кислороде 
снижена  и  нет  проблем  в  обеспечении  культуры  системами  интенсивной 
аэрации. 
4.  возможность  промышленного  производства  биомасс  экзотических 
растений,  малодоступных  для  нашей  страны,  например,  таких  как 
раувольфия, диоскорея, унгерия и др. 

 
131
5.  использование  разных    технологических  режимов,  но  предпочтительнее   
растительные  клетки  выращивать  в  периодическом  режиме,  хотя  можно 
использовать  и  полунепрерывное  и  непрерывное  культивирование,  если 
нарастание биомассы коррелирует с синтезом вторичных метаболитов. 
6.  использование  методов  иммобилизации  и  биотрансформации  для 
повышения  выхода  продуктов  вторичного  метаболизма  применительно  к 
растительным 
клеткам. 
Здесь 
логично 
представить 
некоторый 
комментарий по влиянию  на синтез и накопление вторичных метаболитов 
и  уровнем  их  агрегатного  состояния,  т.е.  чем    ближе  клетки  к  целому 
растению тем выше у них должны быть метаболические потенциалы.  
Однако  здесь  необходимо  различать  механизмы  накопления  вторичных 
метаболитов. Они разные. 
     Если  имеется  прямая  связь – один  механизм  накопления,  когда 
определяющим  в  росте  клетки  является  действительно  уровень  агрегации, 
когда  достаточная  ее  степень  может  быть  достигнута  в  медленно  растущих 
культурах.  
     В  случае  обратной  связи  включается  другой  механизм  накопления 
вторичных  метаболитов  и  в  этом  случае  уже  определяющим  фактором 
является    не    агрегация,  а  кинетика  скорости  роста,  когда  первичные  и 
вторичные  пути  метаболизма  по  разному  конкурируют  за  предшественник  в 
быстро и медленно растущих организмах. 
  Вывод.  Иммобилизованные  клетки  с  низкой  скоростью  роста,  способны  к 
интенсивной выработке метаболитов. 
  Одним из основных условий иммобилизации является: 
- выделение метаболита в питательную среду 
- свободное извлечение метаболита из питательной среды. (например, к таким 
клеткам относятся клетки, продуцирующие алкалоиды) 
Способы иммобилизации 
- клетки встраивают в альгинат кальция 
- клетки встраивают в агарозные шарики 
-  клетки  встраивают  в  трехмерные  сетчатые  структуры  из  нейлона, 
порошкового металла, полиуретана. (в частности такие системы используются  
для Digitalis lanata и др. стр.110. 
Каковы  преимущества  иммобилизованных  клеток  по  сравнению  с 
суспензионными культурами? Это: 
•  многократное использование 
•  четкое отделение биомассы от продуктов метаболизма 

 
132
•  увеличение 
продолжительности 
культивирования 
на 
стадии 
продуцирования 
•  получение большого количества вторичных метаболитов. 

жүктеу/скачать 2.51 Mb.

Достарыңызбен бөлісу: