Специфика биотехнологии растений

1. Биотехнология растений является самостоятельной дисциплиной, хотя по своим теоретическим и методологическим принципам может рассматриваться как часть общей биотехнологии. Специфика биотехнологии растений предопределена биологическими особенностями растений как особого царства живого мира.

В историческом аспекте человечество всегда использовало растения для получения жизненно важных продуктов. В этом смысле к биотехнологии можно отнести и традиционное растениеводство, и другие агротехнологии. Однако существуют принципиальные различия между биотехнологией и агротехнологией. Как известно, агротехнология имеет дело с целыми растениями и их популяциями, тогда как биотехнология основана на использовании культуры клеток и их популяций.

Следовательно, основным объектом биотехнологии растений являются отдельные клетки, органы, изолированные из целого растения и выращиваемые вне организма на искусственной питательной среде в асептических условиях.

2 Практические задачи биотехнологии:

1. Получение препаратов микробиологическим синтезом.

2. Получение моноклональных антител.

3. Биотехнологическая трансформация биологически активных веществ.

4. Культура клеток и тканей растений для медицины.

Остановимся на каждой из задач. Традиционным для медицинской биотехнологии были и остаются производство вакцин, сывороток, диагностикумов, гормонов, витаминов, антибиотиков, аминокислот, ферментов, пробиотиков, статинов и др. Для лечения кишечных дисбактериозов биотехнологической промышленностью в н.в. выпускается ряд препаратов: бифидумбактерин – препарат, содержащий живые Bifidobacterium bifidum в высушенном виде; колибактерин, содержащий живые кишечные палочки штамма М-17; лактобактерин, являющийся живой лиофилизированной культурой молочнокислых бактерий (штаммов Lactobacillus fermenti и Lactobac.plantarum). Биотехнологические методы дают возможность получать амино- и органические кислоты с использованием иммобилизованных в полиакриламидный (ПААГ) или каррагениновый гели микроорганизмов. На основе ферментов получены ряд препаратов для лечения ран и ожогов.

Принципиально новыми являются разработки в области создания противоопухолевых вакцин, получения иммунотоксинов, цитокининов и моноклональных антител к бластомным тканям. Схемы создания противоопухолевых дендритных вакцин выглядят следующим образом: у больного берут кровь, выделя-ют моноциты, которые в последующем культивируют.Получают большое количество зрелых дендритных клеток. Одновременно выделяют у больного опухолевую ткань, ее кратковременно культивируют и далее получают пептиды. Затем дендритные клетки инкубируют с опухолевыми пептидами и далее клеточную взвесь вводят больному. На экспериментальных моделях было показано, что противоопухолевые дендритные вакцины индуцируют протекативный и терапевитический противоопухолевый иммунитет. В пилотных клинических исследованиях выявлена индукция противоопухолевого иммунного ответа и регрессия опухоли у больных с лимфомами и меланомами. На основе иммуннотоксинов созданы противоопухолевые препараты.

Развитие иммунной биотехнологии было вызвано практической необходимостью получения большого количества иммунопрепаратов для профилактики, диагностики и лечения как инфекционных, так и неинфекционных заболеваний. Наиболее часто применяемыми иммунными препаратами являются вакцины, диагностикумы.

В отличие от микробиологического производства, получение биологически активных веществ методом культуры клеток растений в н.в. не имеет широкого применения. Однако, успехи в этой области и уникальность большинства веществ растительного происхождения доказывают перспективность данного направления.

В н.в. получены клеточные культуры большого количества видов растений, способных синтезировать различные вещества вторичного метаболизма: алкалоиды, терпеноиды, гликозиды, полифенолы, эфирные масла и т. п.

Изменяя условия культивирования, используя индуцированный мутагенез и различные методы отбора, а также комбинируя различные подходы можно добиться ощутимых успехов в этом направлении. Данные технологии используются в тех случаях, когда нет достаточной сырьевой базы, а химический синтез является нерентабельным. Преимуществами таких технологий, альтернативных по отношению к классическим растениеводческим, являются:

- возможность получения любых клеточных культур от любых видов растений – редких исчезающих, эндемиков и т.д.;

- получение культур, превышающих по уровню накопления вторичных метаболитов и скорости роста природные растения в десятки и сотни раз;

- получение экологически чистой биомассы с заданными параметрами в необходимых объемах независимо от климатических, погодных и других условий;

- возможность автоматизации и механизации получения растительной биомассы по принципам микробиологической промышленности. Удачны в этом отношении примеры японских фирм, получивших ткань воробейника, продуцирующую шиконин в 8 раз больше интактного растения, а также производящих убихинон- 10 из ткани табака в количествах в 12 раз превышающих синтез в растении. Получены каллусные и суспензионные штаммы раувольфии змеиной, накапливающие до 2 % от сухой массы противоаритмического алкалоида аймалина, мака прицветникового, накапливающие кодеин, сангвинарин, а также штаммы известных растений адаптогенов – женьшень, родиолы и др. Одним из наиболее перспективных направлений в изучении биосинтеза биологически активных веществ растительного происхождения является получение генетически модифицированных организмов. В н.в. достигнуты определенные успехи в увеличении биосинтетических способностей культивируемых объектов путем введения в геном растительных клеток чужеродных генов. Клеточная инженерия (клеточная и тканевая биотехнология) основана на использовании принципиально нового метода – метода изолированной культуры клеток эукариотических организмов (растений, животных). Выращивание изолированных клеток и тканей на искусственных питательных средах (in vitro) в стерильных условиях получило название метода культуры изолированных тканей.

Таким образом, состояние дел в области направленного биосинтеза биологических веществ растительного происхождения позволяет говорить о том, что уже в настоящее время есть возможность для практического применения достижений биохимии, генетики и физиологии растений в фармакологической промышленности. Для этого необходимо дальнейшее детальное изучение биосинтетических путей биологически активных веществ.