АкушерствоАнатомияАнестезиологияВакцинопрофилактикаВалеологияВетеринарияГигиенаЗаболеванияИммунологияКардиологияНеврологияНефрологияОнкологияОториноларингологияОфтальмологияПаразитологияПедиатрияПервая помощьПсихиатрияПульмонологияРеанимацияРевматологияСтоматологияТерапияТоксикологияТравматологияУрологияФармакологияФармацевтикаФизиотерапияФтизиатрияХирургияЭндокринологияЭпидемиология

Одержання хімічних речовин з біомаси рослин

На відміну від мікроорганізмів, культури клітин вищих організмів є порівняно новим об’єктом біотехнології. На їх життєдіяльності базується виробництво білогічно активних сполук, вакцин, моноклональних антитіл.

Вперше вдалося ввести в культури клітини тварин на початку ХХ століття. Перші успіхи по культивуванню рослинних клітин відносять до 30-х років, але розвиток цього напрямку відносять до 60 - 70-х років ХХ ст. У 70-ті роки розроблено спосіб одержання протопластів рослин, а також відкриття гібридизації соматичних клітин.

Культивують рослинні клітини у вигляді:

► каллюсної тканини;

► суспензійних культур;

► поодиноких клітин.

Каллюсна тканина (ранева) у природі характерна для травмованих рослин. Для її одержання шматочок тканини (клітину) поміщують на штучне напіврідке поживне середовище у пробірки, колби, чашки Петрі. Для цього стерилізують як експлантанти (розчинами, які містять СІ, Hg), так і поживні середовища (в автоклаві або ультрафільтруванням). Всі маніпуляції проводять в асептичних боксах.

Клітини з будь-яких тканин рослини в культурі втрачають властиву їм структурну організацію і функції (дедиференціюються), після чого індукуються до поділу, утворюючи первинний калюс.

Основними компонентами поживних середовищ для культивування клітин і тканин рослин є мінеральні солі, джерело вуглецю (сахароза або глюкоза), вітаміни, регулятори росту + органічні добавки (гідролізат дріжджів та ін.).

Калюсну тканину використовують для одержання з неї рослин (соматичних гібридів, безвірусних рослин та ін.), а також для збереження в стані росту колекцій різних штамів, ліній, мутантів, з неї одержують, також, суспензії клітин, які культивують на рідкому поживному середовищі.

Суспензійні культури – це суміш поодиноких, 3-5 і навіть >50 з’єднаних клітин, які вирощують у завислому стані. Їх одержують перемішуючи в колбах на качалалках калюсну рихлу тканину. Можна отримати суспензію і з фрагмента рослини, але це більш трудоємкий процес.

Джерело окремих клітин – ізольовані протопласти або суспензійні культури.

Рослини здавна є постачальниками хімічних сполук для хімічної промисловості. Це не лише така сировина як цукри, але і цілий ряд складних вторинних метаболітів, наприклад каучук, кокаїн, речовини, що використовуються в якості барвників, смакових добавок, прянощів. Одержати такі речовини шляхом хімічного синтезу часто неможливо із-за складності їх будови. Сьогодні вчені, біотехнологи не лише шукають способи покращення виробництва вже освоєної продукції (аймалін, кодеїн) але і працюють над одержанням нових продуктів. У найближчі роки хочуть заставити гени рослин працювати в бактеріальних клітинах.

Працюючи з культурами тканин рослин можна контролювати утворення необхідних речовин (ліків, цінних хімічних речовин) не думаючи про погоду, шкідників та ін.

Культури рослинних тканин можна отримати з будь-якого виду рослин. При цьому використовують різноманітні середовища. Пізнання особливостей фізіології і біохімії дозволило значно підвищити їх врожайність і вихід біомаси з цих культур (20-30г/л). але багато таких культур не можуть вважатися автотрофами, так як для їх росту необхідне зовнішнє джерело вуглецю (у вигляді глюкози чи сахарози), азот, мінеральні речовини і фактор росту. Вихід різних речовин (необхідних людині) може бути у 10 разів більшим, ніж у звичайній рослині. Але для цього необхідні нові стратегії скрінінгу і селекції. Підвищений вихід цих речовин вдається лише за рахунок зниження біомаси і пригнічення росту.

З проблемами біотехнології рослинних клітин можна ознайомитися на прикладі організації добування однієї речовини, одержаної з культури тканин рослини.

Відомо, що корені рослини Lithospermum erytrorhizon містять шиконін і його похідні. В Японії ця рослина здавна використовувалася як лікарська, так як має антибактеріальну і протизапальну дію. Шиконін – яскраво-червона речовина, тому її здавна застосовували і як барвник. Для того, щоб концентрація шиконіну в корені досягла 1-2% вік рослини повинен досягти 5-7 років. Вирощувати цю рослину в промислових масштабах в Японії не можливо, тому її завозили з Кореї та Китаю і вартість чистої речовини становила 4500$ за 1кг. Тому вони налагодили промислове виробництво на основі культури тканин рослини.

Клітини рослин не виділяють вторинні продукти в середовище, а запасають їх у вакуолях і органелах, що ускладнює їх одержання, але відбір найбільш продуктивних ліній полегшився тим, що клітини, які містять шиконін, мають яскраво-червоне забарвлення. Селекцією вдалося виділити лінію, яка накопичує до 15% шиконіну на суху масу. Наступна операція – оптимізація середовища – ще збільшила продуктивність виробництва.

Розроблений 2-х ступеневий процес культивування:

1) створюються оптимальні умови для росту біомаси у ферментері на 200л;

2) створюються умови для утворення вторинних метаболітів в апараті на 750л.

Клітини вирощують у суспензійній культурі. Для цього більш підходять ерліфтні ферментери, так як в них одночасно проходить інтенсивне перемішування і розділення клітин при малій (min) вірогідності пошкодження клітин.

Екстракцію проводять звичайними хімічними методами (кислотою). Вихід продукту за один цикл – 5кг. Шиконін можна виділити й іншим способом – зміною рН або ж додаванням деяких речовин, що впливають на проникаючу здатність клітин, наприклад диметилсульфоксид.

Такий підхід може бути корисним при використанні іммобілізованих клітин: завдяки селективній проникності можна буде постійно видаляти вторинні метаболіти з вакуолів без глибокого порушення первинного обміну речовин. Так, клітини Catharanthus, імобілізовані а альгінат-акриламідній матриці, у великих кількостях виділяють в середовище аймалін і серпентін.

Для одержання ряду алкалоїдів, похідних індолу (вінбластін, вінкрістін, аймалін) дя лікування раку можна використовувати і барвінок Catharanthus roseus, який містить дані речовини. Концентрація їх дуже мала і в суміші з іншими алкалоїдами. Крім того, в культурах тканин вони не утворюються, а утворюються їх асиметричні димери (катарантін, вінділін). Димери потім можна синтезувати хімічним шляхом.

Культивовані тканини рослин застосовують також для проведення біотрансформації. Наприклад, утворення стимулюючого роботу серця дигоксину шляхом 12-β-гідроксилювання дигітоксину проводиться в суспензійних культурах або в імобілізованих клітинах наперстянки Digitalis lanata. На основі цих систем, а також імобілізованих клітин моркви вдалося синтезувати ряд нових карденолідів.

Методи культивування тканин рослин застосовувалися і для покращення сортів с/г культур: підвищення їх стійкості проти хвороб і несприятливих умов середовища, підвищення вмісту сахарози і крохмалю, підвищення урожайності, а також для виведення більш продуктивних порід деревини – джерела лігноцелюлози, рослин - продуцентів еластомерів (гваюла, молочай) або олії (олійна пальма, соя).

Перспективи багатообіцяючі. Це нові ліки, засоби захисту рослин, косметика і парфуми, підсолоджувачі. Можливості розширюються завдяки розробці способів одержання гібридів шляхом злиття протопластів.

5. Наука про біосенсори, знаходиться на межі між різними областями знань, не тільки являє собою новий напрям у біотехнології, але й відображає науково-технічний рівень країни. Створення біосенсорів базується на досягненнях у біології, хімії, фізиці, мікроелектроніці.

Біосенсор – аналітичний пристрій який селективно реагує на концентрацію хімічних сполук у біологічних зразках. Згідно цього визначення, любий датчик який працює в біологічному середовищі, може розглядтися як біосенсор.

Дата добавления: 2015-11-02 | Просмотры: 443 | Нарушение авторских прав