Селекция и сохранение клеточных культур-продуцентов вторичных метаболитов

Выбор вида растений, имеющего наиболее высокое содержание интересующего ВМ.

Отбор лучших по этому показателю растений (генотипов) вида, которые используют в качестве источника эксплантатов для получения каллюсной культуры клеток, которую используют для получения суспензионной культуры.

Отбор наиболее продуктивных и стабильных клеточных клонов (линий) в процессе культивирования суспензии.

Эффективность селекции продуктивных клеточных линий можно повысить с помощью мутагенов, отбора на селективных средах, с помощью генетической инженерии

Подходы к увеличению выхода вм в культуре клеток растений

Подходы к увеличению выхода ВМ в культуре клеток растений путями физиологической регуляции метаболизма клеток растений:

• подбор питательных сред (состава и концентраций регуляторов роста, минеральных веществ, витаминов, сахаров, рН)

• оптимизация режимов освещения, аэрации (соотношения СО2/О2), температуры

• элиситация

• иммобилизация клеток

• подбор типа и размеров биореактора

Элиситация

В контексте производства ВМ с помощью культуры клеток растений элиситоры – вещества или другие факторы, способные индуцировать биосинтез ВМ в культуре клеток растений.

Биотические элиситоры: экстракты бактериальных клеток, дрожжей, растений, хитин, хитозан

Абиотические элиситоры:

• физические элиситоры: УФ-облучение, тепловой или холодовой шок

• химические элиситоры: тяжелые металлы, ионы Ca2+

В результате изучения механизмов иммунитета растений было установлено, что в системе передачи экзогенного сигнала в клетку (англ. signal transduction system), который запускает клеточные процессы защитного ответа, наряду с реактивными формами кислорода, ионами Ca2+, фосфоинозитидами важную роль играет жасмоновая кислота. Выяснилось, что индукция биосинтеза ВМ в культуре клеток растений под действием элиситоров сопровождается быстрой кратковременной аккумуляцией жасмоновой кислоты и ее метилового эфира метил жасмоната [Gundlach et al. 1992]. Это дало основание использовать данные соединения, а не сами элиситоры для индукции биосинтеза ВМ в культивируемых клетках растений.

Иммобилизация клеток

Иммобилизация в инертном субстрате: обволакивание клеток альгинатом, агаром, коллагеном, полиакриламидом.

Адсорбция клеток на инертном субстрате. Клетки прилипают к заряженным шарикам из альгината, полистирола, полиакриламида. Примером этого способа иммобилизации также может служить выращивание клеток внутри нейлонового сита, пенополиуретанового матрикса, полых волокон.

Ковалентное связывание клеток с инертным носителем типа карбоксиметил-целлюлозы.

Промышленное производство вторичных метаболитов в культуре клеток и органов растений

Промышленное производство в отличие от лабораторного предполагает использование биореакторов, которые отличаются от лабораторных:

большими размерами

содержат различные специальные элементы, обеспечивающие

непрерывность технологического цикла, равномерность распределения клеток в реакторе, их аэрацию,

контроль температуры,

состава питательной среды,

ее рН и других факторов, способных оказывать влияние на выход конечного продукта.