Высшее образование
Внутриклеточная локализация синтеза и накопления вторичных метаболитов
жүктеу/скачать 5 Mb.
|
- Бұл бет үшін навигация:
- 6.8.2. Биотехнологии в сельском хозяйстве
усиливать сам процесс синтеза. На рост, т.е. на увеличение биомассы, существенно влияет природа и количество углеводов, соединений азота и фосфора, на синтез метаболитов — природа и концентрация фитогормонов. Так, при замене одного ауксина на другой, например нафтилуксусной кислоты на 2,4-D, трехкратно увеличился синтез антрахинона суспензионной культурой Morinda citrifolia. Очень большое влияние на рост суспензионной среды оказывает ее непрерывное перемешивание, которое обеспечивает хорошую аэрацию и предотвращает осаждение клеток. В лабораторных условиях перемешивание достигается благодаря использованию качалок или роллерных установок. При промышленном выращивании суспензионных культур применяют специальные системы, в которых идут увеличение биомассы и синтез вторичных соединений, — биореакторы. Эти системы обладают важными преимуществами: возможностью управлять процессом культивирования на основе показаний датчиков; кроме того, большой объем культивируемого материала позволяет забирать значительные пробы, при этом стрессовые реакции у культуры клеток не возникают. В зависимости от способа перемешивания культуральной жидкости биореакторы делят на две группы. Первая группа включает биореакторы, в которых суспензионная культура перемешивается только за счет подачи воздуха; во второй группе биореакторов культура перемешивается механическим способом (рис. 6.6). Выращивание культур растительных клеток в биореакторах проводят в двух режимах. Первый режим — периодическое культивиро- Воздух Воздух Воздух Воздух 1 2 3 4 \ }
1 — биореактор с механическим перемешивающим устройством; 2 — барботаж-1 ный биореактор; 3 — аэролифтный биореактор; 4 — биореактор с вынесенной циркуляционной петлей \ 182 j вание — заключается в том, что по окончании процесса откачивают и используют всю суспензию клеток. При втором режиме — проточное культивирование — в биореактор постоянно добавляют свежую питательную среду и одновременно отбирают тот же объём либо суспензии (открытое проточное культивирование), либо одной отработанной питательной среды, оставляя клетки в реакторе (закрытое проточное культивирование). Существуют две разновидности открытого культивирования. Первая — турбидостат — подразумевает измерение и автоматическое поддержание концентрации клеточной биомассы в реакторе на одном уровне путем изменения скорости протока. Вторая разновидность — хемостат — заключается в подаче в биореактор с постоянной скоростью питательного раствора при одновременном откачивании с той же скоростью клеточной суспензии. Существует еще одна современная технология получения вторичных метаболитов с помощью иммобилизованных клеток культуры, т. е. помещение их в определенный носитель или адсорбция в нем. Носитель с клетками помещают в питательную среду. Клетки остаются живыми. Они прекращают рост, но продолжают синтез метаболитов, выделяя их в среду. Довольно часто синтез вторичных метаболитов в суспензионной культуре останавливается на промежуточных этапах, не доходя до необходимого продукта. Получение продукта возможно благодаря процессу биотрансформации. Сущность его состоит в изменении промежуточных метаболитов с помощью культур других растений или клеток бактерий. Биотрансформация очень эффективна в бактериальных клетках, поэтому растительные клетки используют, когда процесс не осуществляется в клетках микроорганизмов. Вводимые в эти культуры вещества могут подвергаться гидроксилированию, эпоксидированию, глюкозилированию, этерификации, а также присоединяться к аминокислотам. Например, культура клеток женьшеня корневого происхождения способна трансформировать (гликозилировать) фенольные соединения — продукты деятельности суспензионной культуры клеток корня Panax ginseng. Культуры клеток лебеды и картофеля могут биотрансформировать индолил-3-уксусную кислоту в индолил-3- ацетил-Ь-аспарагиновую кислоту (Н. И. Рекославская и др., 1991). Еще один пример — биотрансформация карденолидов, гликози- ды которых используют в медицине для лечения болезней сердца. Растения наперстянки (Digitalis lanata) в большом количестве синтезируют дигитоксин 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 р-метил- дигоксин (А. В.Альферманн и др., 1987). Таким образом, использование суспензионных культур для синтеза вторичных метаболитов в промышленных масштабах имеет большие перспективы, и не только с точки зрения экономической выгоды получения более дешевой продукции в запланированных количествах. Важно, что использование культуры клеток спасет от уничтожения тысячи дикорастущих растений, ставших уже редкими, которые синтезируют необходимые человеку вещества. Увеличение выхода продукта может быть достигнуто благодаря дальнейшей исследовательской работе по селекции специализированных популяций клеток и оптимизации условий культивирования. Большой интерес представляет также дальнейшее развитие методов биотрансформации метаболитов и иммобилизации культивируемых клеток. 6.8.2. Биотехнологии в сельском хозяйстве Ускорение и облегчение селекционного процесса, а также создание растений с новыми качествами — это направления, которые достаточно успешно развиваются с помощью технологий клеточной инженерии, культуры клеток и тканей. Две группы методов, благодаря которым развиваются данные направления, представлены в табл. 6.4. Некоторые из указанных технологий стали традиционными, другие находятся на начальных этапах разработки. Наконец, есть такие методы, которые явно вышли из ранга вспомогательных, ускоряющих селекцию технологий. К ним можно отнести крио- сохранение генофонда — технологию, в настоящий момент приобретшую экологическую направленность; или клональное микроразмножение растений, тесно связанное с проблемой их оздоровления от вирусных и других инфекций. Поэтому обзор этих технологий вынесен за рамки данного раздела. жүктеу/скачать 5 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|