Синтез вторинних метаболітов
Нині виробництво БАР із культури тканин здійснюють двома способами ферментації: культивуванням на поверхні твердого середовища (твердофазна ферментація) і зануреним глибинним культивуванням (суспензійне культивування) .
Розвиток організму - продуцента БАР у ферментаторах.
Процес розвитку організму-продуцента БАР у ферментаторах проходить за умови суворого контролю всіх стадій, дуже точного виконання розробленого регламенту умов нагромадження БАР. Велика увага приділяється підтримці заданої температури культивування, активної кислотності середовища рН, ступеня аерації і швидкості роботи мішалки. З огляду на споживання організмом основних поживних компонентів субстрату (джерела вуглеводу, азоту, калію, магнію, фосфору, амінокислот, вітамінів) контролюється утворення БАР.
Біореактори
Тип біореакторів має особливе значення у разі виробництва біологічно активних речовин. Доведено, що біореактори, розроблені для мікроорганізмів, не придатні для клітин рослин, тому що механічне перемішування спричинює швидке руйнування клітин і порушує стерильність клітинної культури. Це призвело до потреби конструювання аероліфтних ферментерів з контрольованою подачею повітря. Клітини в них не руйнуються й інфікуються значно менше. Крім того, витрачається менше енергії внаслідок відсутності механічного перемішування клітин. Цей тип реакторів вдосконалюється і знаходиться в прямій залежності від розробок нових технологій, якими є іммобілізовані системи.
Особливу увагу під час розвитку продуцента у ферментаторах звертають на процес піногасіння. При продуванні повітря через організм - продуцент БАР часто відбувається густе ціноутворення, що суттєво порушує проходження всього процесу розвитку штаму - продуцента БАР у ферментаторі. Основна причина появи великої кількості піни - висока в'язкість живильного середовища, обумовлена сильним нагромадженням біомаси.
Для боротьби з піною у ферментаторах при одержанні біомаси використовують різні поверхнево-активні речовини: рослинні олії (соєву, соняшникову), мінеральні масла (вазелінове, парафінове), спирти і жирні кислоти. Нерідко як піногасники використовують спеціальні синтезовані речовини (силікони, діазобуталкарбоміл та інші сполуки).
Вирощування тканини проводять протягом 70 діб. У цей період здійснюють мікробіологічний, біохімічний і візуальний контроль. Візуальний контроль проводять не рідше одного разу в 10 днів - відбраковують інфіковані тканини.
Дуже великий вплив на ріс суспензійного середовища має його безперервне перемішування, яке забезпечує хорошу аерацію і запобігає осадженню клітин. У лабораторних умовах перемішування досягається завдяки використанню гойдалок або ролерних установок. При промисловому вирощуванні суспензійних культур застосовують спеціальні системи, в яких йдуть збільшення біомаси і синтез вторинних з'єднань, - біореактори. Ці системи володіють важливими перевагами: можливістю управляти процесом культивування на основі показників датчиків; крім того, великий об'єм культивованого матеріалу дозволяє забирати значні проби, при цьому стресові реакції у культури клітин не виникають. Залежно від способу перемішування культуральної рідини біореактори ділять на дві групи.
Перша група включає біореактори, в яких суспензійна культура перемішується тільки за рахунок подачі повітря; у другій групі біореакторів культура перемішується механічним способом (мал. 6.6).
Вирощування культур рослинних клітин в біореакторах проводять в двох режимах. Перший режим - періодичне культивування- полягає в тому, що після закінчення процесу відкачують і використовують всю суспензію клітин. При другому режимі - проточне культивування - в біореактор постійно додають свіже живильне середовище і одночасно відбирають той же об'єм або суспензії (відкрите проточне культивування), або одного відпрацьованого поживного середовища, залишаючи клітини в реакторі (закрите проточне культивування).
Мал. 6.6. Схема роботи основних типів біореакторів:
1 - біореактор з механічним перемішуючим пристроєм; 2 - барботажний біореактор; 3 - аероліфтний біореактор; 4 - біореактор з винесеною циркуляційною петлею
Існують два різновиди відкритого культивування. Перша - турбідостат - має на увазі вимірювання і автоматичну підтримку концентрації клітинної біомаси в реакторі на одному рівні шляхом зміни швидкості потоку. Другий різновид - хемостат - полягає в подачі в біореактор з постійною швидкістю поживного розчину при одночасному відкачуванні з тією ж швидкістю клітинної суспензії.
Існує ще одна сучасна технологія отримання вторинних метаболітів за допомогою імобілізованих клітин культури, тобто розміщення їх на певному носію або адсорбція в ньому. Носій з клітинами поміщають в живильне середовище. Клітини залишаються живими. Вони припиняють ріст, але продовжують синтез метаболітов, виділяючи їх в середовище.