Ткани и клетки - продуценты экономически важных веществ

 

Ткани, растущие в изолированной культуре, могут быть источником для получения многих веществ растительного происхождения, ради которых человек собирает дикорастущие и выращивает культурные растения.

Культивируемые вне организма растительные клетки сохраняют присущую исходному виду растения способность синтезировать широкий спектр веществ, используемых в медицине (алкалоиды, гликозиды, стероидные соединения); в пищевой и парфюмерной промышленности (эфирные масла, смолы), применяемые в сельском хозяйстве (вещества, ингибирующие рост вирусов и бактерий, инсектициды и т.д.).

Метод культуры тканей имеет ряд преимуществ перед использованием самих растений:

а) Сбор биомассы можно проводить через короткие интервалы времени. В природных условиях растения вегетируют один раз в течение года, то есть заготовку сырья проводят однократно. В том случае, если растение медленно растет, то сбор сырья проводят лишь на 3-4 год жизни растения (корень беладонны).

б) Доступность растений. Выращивание растительных тканей в культуре ткани возможно в любых климатических условиях.

в) Рентабельность производства. Н.А. Картель (1989) указывает, что из 0,1 г экспланта женьшеня за 1,5 месяца получают до 5 г массы ткани, что в пересчете на 1 литр среды за год составляет более 13 кг. В то время как средний прирост корня женьшеня в оптимальных условиях на плантациях за год достигает лишь 8 г. Одновременно с этим стоимость культур ткани может быть снижена при культивировании клеток растений на сравнительно недорогой питательной среде.

Условия, при которых целесообразно использовать культуру тканей растений для получения ценных веществ:

1. Способность ткани к биосинтезу данного вещества;

2. Невозможность или нерентабельность выращивания целого растения или трудность его сбора в природе;

3. Высокая активность продукта или его высокая цена на мировом рынке;

4. Хороший рост ткани на сравнительно простых по составу питательных средах;

5. Способность ткани к росту в суспендиальной культуре;

6. Способность ткани выделять интересующий нас продукт биосинтеза в питательную среду;

7. Прямая связь между ростом культуры и способностью к биосинтезу продукта;

8. Генетическая стабильность клона;

9. Возможность получения высокопродуктивных мутантов при действии на ткань мутагенами;

10. Способность ткани образовывать одноклеточные клоны, что важно для отбора мутантов;

В большинстве случаев содержание интересующих нас веществ в культуре ткани ниже в 5-10 раз, чем в целом растении, однако для ряда тканей оно, наоборот, выше (Березнеговская и др., 1975). Так, в культуре ткани дурмана содержится в 3-5 раз больше тропановых алкалоидов, чем в целом растении. Урожайность ткани, как правило, увеличивается при выращивании культуры в жидкой питательной среде в установках с продуванием воздуха. На увеличение содержания интересующих нас веществ может влиять изменение состава питательной среды. Например, при внесении в питательную среду аминокислот фенилаланина и орнитина выход алкалоидов ткани дурмана увеличивается в 4-5 раз.

Важную роль в продуцировании тканью важных веществ играет происхождение культуры от того или иного органа растения. Происхождение ткани влияет как на качественный состав вырабатываемых ею веществ, так и на их количество. Одни авторы (Золотницкая, Romeike, Jeske и др.) считают, что главным местом синтеза алкалоидов является корень. По мнению других (Благовещенский, Соколов, Gizella и др.) тропановые алкалоиды образуются не только в корнях, но и в листьях и молодых побегах (приведено по Березнеговской и др., 1975).

Большое внимание уделяется выделению продуктов биосинтеза в питательную среду, что представляет значительный интерес при разработке промышленного метода культуры тканей с целью получения биологически активных веществ.

 

 

Контрольные вопросы:

1. Какие группы веществ, используемые в медицине, парфюмерной промышленности могут синтезировать растения?

2. Условия, при которых целесообразно использовать культуру тканей растений для получения ценных веществ.

3. Преимущества культуры тканей перед использованием самих растений.