Процессы метаболизма в клетках растительного и животного происхождения

Особенности вторичного метаболизма иммобилизованных растительных клеток

Содержание вторичных метаболитов в клетках растений обусловлено генетически, находится под контролем роста и развития организма и определяется активностью их синтеза и деградации на клеточном уровне, а также эффективностью экскреции. Процессы вторичного метаболизма характерны для дифференцированных клеток и тканей и реализуются с максимальной эффективностью при оптимальных внешних условиях в соответствии с таксономической специфичностью [12]. Возможность использования культур растительных клеток для получения биопрепаратов уже давно является общепризнанной. Культивируемые клетки тотипотентны, поэтому любое вещество, синтезируемое в интактном растении, в принципе, можно получить и в культуре клеток. Однако в быстро растущих недифференцированных клеточных культурах синтез продуктов вторичного метаболизма, обладающих фармакологической активностью, чаще всего не происходит на характерном для интактных растений уровне. Отчасти, эту проблему можно решить, используя специализированные клетки и ткани растительного организма в качестве эксплантов для получения культуры и ее последующей иммобилизации.

Уже в первых работах по изучению иммобилизованных клеток были замечены их отличия от свободных клеток суспензионных культур. Главным образом, отмечалось повышение наработки вторичных метаболитов, уменьшение скорости роста культуры и увеличение длительности функционирования в биореакторе.

Существуют также технологии получения вторичных метаболитов с помощью иммобилизованных клеток каллусной культуры. Их помещают (встраивают) в определенные носители: альгинат кальция; агарозные шарики; трехмерные сетчатые структуры из нейлона, порошкового металла, полиуретана (в частности, такие системы используются для иммобилизации каллусной культуры клеток Digitalis lanata) или адсорбируют в них.

Носитель с клетка¬ми помещают в питательную среду, клетки при этом остаются живыми. Они прекращают рост, но продолжают синтез метаболи¬тов, выделяя их в среду.

Основные условия иммобилизации — выделение метаболитов в питательную среду и свободное извлечение метаболитов, например алкалоидов из питательной среды.

Иммобилизованные клетки по сравнению с суспензионными культурами имеют следующие преимущества:

— четкое отделение биомассы от продуктов метаболизма;

— увеличение продолжительности культивирования на стадии активного биосинтеза;

— получение большего количества вторичных метаболитов;

— сокращение времени ферментации;

— увеличение срока работы клеток (иммобилизованные клетки с низкой скоростью роста способны к интенсивной выработке метаболитов).

Довольно часто синтез метаболитов в суспензионной культуре останавливается на промежуточных этапах, не доходя до получения необходимого целевого продукта. В этом случае получение конечного продукта возможно, благодаря процессу биотрансформации, суть которого в изменении промежуточных метаболитов с помощью культур других растений или клеток бактерий с целью повышения биологической активности конкретной химической структуры. Несмотря на то, что биотрансформация очень эффективна в случае применения бактериальных клеток, однако растительные клетки также используют, когда процесс по каким-либо причинам не может осуществляться в клетках микроорганизмов.

В качестве примера можно привести превращение дигитоксина в дигоксин клетками Digitalis lanata. Недифференцированные куль¬туры клеток Digitalis lanata сами по себе не образуют сердечных гликозидов, но могут осуществлять реакции биотрансформации субстратов, добавленных в питательную среду. Растения наперстянки (Digitalis lanata) в большом количестве синтезируют диги-токсин вместо необходимого дигоксина. Для соответствующей биотрансформации с успехом используют недифференцированную суспензионную культуру наперстянки. Иммобилизованные клетки этой культуры способны долгое время с постоянной скоростью трансформировать р-метилдигитоксин в й-метилдигоксин (за счет реакции 12-гидроксилирования, катализируемой ферментом, находящимся в клетках Digitalis lanata).

Другой пример: культура клеток женьшеня корневого происхождения способна биотрансформировать (гликозилировать) фенольные соединения (продукты жизнедеятельности суспензионной культуры клеток корня Panax ginseng).

Еще один пример — биотрансформация карденолндов, в которых содержатся гликозиды, используемые в медицине для лече¬ния болезней сердца.

Для успешного осуществления процессов биотрансформации необходимо постоянно проводить селекцию специализированных линий клеток и оптимизировать условия культивирования.

В заключение приведем в качестве примеров используемые в клинической практике лекарственные средства, полученные на основе каллусных и суспензионных культур клеток растений: ши-конин (кожные заболевания), дигоксин (сердечно-сосудистые заболевания), берберин (кишечные растройства — в качестве бактерицидного средства), диосгенин (противозачаточное средство), панаксозиды (адаптогены, укрепляющие иммунитет). При производстве настоек женьшеня плантационное выращивание этой культуры по выходу панаксозидов имеет преимущество перед каллусным сырьем, однако препараты, получаемые из каллусного сырья, менее токсичны.

cozyhomestead.ru

Ссылки по теме:

Увеличивает выработку собственного тестостерона .   Влияние инсулина на рост мышечной массы .   Бодибилдинг сплит набор массы .   Трапециевидная мышца бодибилдинг .