Культура растительных клеток как источник лекарственных веществ
Природные запасы лекарственных растений уменьшаются, а синтез БАВ либо не осуществлен, либо нерентабелен. Поэтому технология получения биомассы на основе культуры клеток приобретает большое значение для производства лекарственных средств.
Преимущества использования клеточных культур заключаются в следующем:
решается проблема дефицита исходного сырья, особенно ценных исчезающих видов, не поддающихся плантационному культивированию;
возможно получение фитомассы, полностью свободной от гербицидов, пестицидов, тяжелых металлов и др.; имеется возможность получения новых веществ, не синтезируемых соответствующим целевым растением; возможно управление биосинтезом целевых продуктов за счет условий культивирования, состава питательной среды и другими способами;
имеется возможность индустриализации и удешевления производства некоторых БАВ, синтез которых пока не разработан или очень дорог.
Вместе с тем, развитие производства БАВ из изолированных клеточных культур в промышленных масштабах сдерживается рядом причин. Некоторые культуры изолированных клеток и тканей либо не синтезируют БАВ, характерные для соответствующего целого растения, либо вырабатывают их значительно меньше. В сравнении с микроорганизмами растительные клетки растут значительно медленнее, время их удвоения в среднем в 20 раз больше, чем клеток микроорганизмов. Вследствие длительности производства высок риск инфекций и гибели культур. Кроме того, большие объемы суспензионных культур растительных клеток состоят как из единичных клеток, так и агрегатов различного размера, которые не идентичны, что усложняет процесс производства БАВ. Вторичные метаболиты многих растительных культур не выделяются в питательную среду, что создает трудности их экстрагирования. Из-за больших размеров растительные клетки очень чувствительны к перемешиванию и снабжению кислородом. Себестоимость производства лекарственных средств на основе культуры изолированных растительных клеток достаточно высока. Промышленный выпуск такой продукции рентабелен лишь для особо ценных БАВ, стоимость которых на мировом рынке очень высока, сырье мало доступно, синтез пока не осуществлен и продуктивность культур достаточно высока.
В настоящее время получено более 30 видов различных изолированных клеточных культур лекарственных растений, продуцирующих БАВ либо на уровне соответствующего интактного растения, либо в большем количестве.
Первый отечественный биопродукт из культуры изолированных клеток — настойка «Биоженьшень» — разработан в лаборатории культуры тканей Института физиологии растений РАН, под руководством Р.Г. Бутенко. Препарат получен на основе высокопродуктивного клеточного штамма культуры клеток женьшеня и используется для изготовления лосьонов, кремов, а также тонизирующих напитков. Комплекс гинзенозидов (сапонинов женьшеня), выделяемый из культуры тканей, предлагается в качестве противоэпилептического средства.
Культивируемые in vitro клетки раувольфии змеиной являются перспективным источником гипотензивных и противоаритмических ин-дольных алкалоидов. Методами клеточной селекции с использованием химических мутагенов и оптимизации условий выращивания получен высокопродуктивный штамм, накапливающий противоаритмический алкалоид аймалин, содержание которого составляет около 50% от суммы алкалоидов, синтезируемых культурой.
Получены изолированные клеточные культуры из различных видов барбариса, а также василисника малого. Суспензионная клеточная культура василисника малого продуцирует берберин - растительный антибиотик и противоопухолевое средство, при этом более 80% синтезируемых тканями алкалоидов секретируются в культуральную жидкость. В Японии налажено биотехнологическое производство противоопухолевого алкалоида берберина из культуры клеток коптиса японского, а также производство нафтохинонового пигмента шиконина - природного антибиотика широкого спектра действия из культуры клеток Воробейника. На основе шиконина российские ученые разработали мазь «Эритромин», которая обладает антимикробной активностью в отношении антибиотико-резистентных микроорганизмов, многих патогенных бактерий, а также грибов.
Перспектива использования культуры тканей тиса обыкновенного связана с возможностью получения таксола — вещества, обладающего противоопухолевой активностью. Для лечения одного больного в течение года требуется 120—130 г сухой коры нативного растения, сырьевые запасы которого истощаются. Национальный институт рака США выделил около 1 млн долларов для разработки экономически целесообразного способа получения таксола из культуры клеток.
Активно продолжаются работы с культурой клеток барвинка розового, продуцирующего противораковые алкалоиды. Стоимость субстанции Винкристина на мировом рынке достигает 30 тыс. долларов за 1 кг, Винбластина - около 20 тыс. за кг.
В Германии разработали способ получения кислоты розмариновой из культуры клеток каллуса. Кислота розмариновая - вещество, обладающее противоопухолевой активностью, и природный антибиотик широкого спектра действия. Из культуры клеток табака получен убихи-нон 10. На основе убихинона получают препарат для лечения инсультов и купирования спаечных процессов.
Тест-контроль к главе 10 Выберите правильные ответы:
1.Культуры клеток и тканей лекарственных растений впервые получены:
А-в начале XX в.;
Б - в середине XX в.;
В - в конце XX в.
2. Оптимальные условия культивирования изолированных тканей иклеток растений:
А - t = 10-15 °С, относительная влажность воздуха 30-40%;
Б - t = 25-27 °С, влажность 60-70%;
В - t = 35-40 °С, влажность 80-90%.
3. Практическое значение культур изолированных тканей и клеток растений:
А - объект для цитологии генетики;
Б - «оздоровление» сортов ценных культурных растений;
В - создание «банков» видов растений;
Г - быстрое клональное размножение растений;
Д - получение ценных БАВ;
Е - все вышеперечисленное.
4.Дополните: Способность изолированной растительной клетки перейти к выполнению программы развития, в результате которого из культивируемой соматической клетки возникает целое растение, называют...
5.Питательные среды для выращивания изолированных тканей и клеток стерилизуют:
А - бактерицидными облучателями;
Б - использованием консервантов;
В - паром под давлением;
Г - фильтрованием через мембранные фильтры;
Д - всеми вышеперечисленными методами.
6. В качестве «твердых» носителей для каллусных культур используют:
А - гели коллагена;
Б - гели желатина;
В - гели агар-агара;
Г - все вышеперечисленное.
7. Методы селекции, используемые в культуре тканей и клеток растений:
А - протопластирование;
Б - физические и химические методы;
В - спонтанные мутации;
Г — все вышеперечисленное.
8. Стерилизация растительных объектов, впервые вводимых в культуру in vitro, производятся:
А - текучим паром при t = 100 °С;
Б - паром под давлением t= 120 °С;
В — бактерицидными облучателями;
Г - обработкой дезинфицирующими средствами;
Д - всеми вышеперечисленными методами.
9. Технологический воздух для аэрации изолированных растительных клеток стерилизуют:
А — бактерицидными облучателями;
Б — нагреванием;
В — фильтрованием;
Г - используют антисептики.
10. Преимущество растительного сырья, получаемого при выращивании культур клеток, перед сырьем из плантационных или дикорастущих растений:
А - меньшая стоимость;
Б - большая концентрация целевого продукта;
В - стандартность;
Г - более простое извлечение целевого продукта.
11. Ауксины - термин, под которым объединяются специфические гормоны (стимуляторы роста):
А - растительных тканей;
Б — животных тканей;
В - эубактерий;
Г — актиномицетов.
12. «Голые» протопласты - это:
А — каллусная культура;
Б - клеточная суспензия в жидкой питательной среде;
В - клетки, лишенные оболочек;
Г - зародыши.
13.Гибриды, образованные при слиянии протопластов разных материнских клеток, называются:
А — гомокарионы;
Б — гетерокарионы;
В - зиготы;
Г - мутанты.
14. Наиболее щадящий способ получения изолированных протопластов:
А — воздействие электрического тока;
Б - магнитное облучение;
В — механическое воздействие;
Г - испрльзование смеси ферментов.
15. Для получения изолированных протопластов из растительных клеток используют ферменты:
А - лизоцим;
Б - трипсин;
В - пектиназу;
Г - целлюлазу.
16.Полиэтиленгликоль, вносимый в суспензию протопластов:
А - предотвращает их слияние;
Б - способствует их слиянию;
В - предотвращает микробную контаминацию;
Г - исполняет роль консерванта.
17. Дополните: дифференциация клеток и органогенез при регенерации целых растений из изолированных растительных клеток регулируется.
Дата добавления: 2016-02-24; просмотров: 2683;