Промышленное производство вторичных метаболитов в культуре клеток и органов растений

Клетки растений в суспензии (40-200 μм) в десятки, сотни раз крупнее клеток бактерий и грибов, их размеры меняются в процессе онтогенеза. Чем крупнее становится клетка, тем больше возрастает опасность ее механического повреждения в процессе перемешивания. Особенно подвержены механическим повреждениям культуры стеблей и корней

Клетки растений тяжелее микробных и требуют эффективного перемешивания. Оседание их приводит к появлению «мертвых» зон в сосудах, в которых происходит быстрое накопление и старение клеток.

Культура клеточных суспензий растений в основном состоит из агрегатов разного размера, что значительно увеличивает плотность культуры и затраты на ее перемешивание.

У растительных клеток значительно ниже скорость роста по сравнению с микробными (время удвоения измеряется днями).

Для начала производственного цикла при культивировании растительных клеток плотность инокулята должна быть не менее 5-10 %.

Клетки растений in vitro по сравнению с микроорганизмами имеют более низкую интенсивность дыхания,

Для культуры клеток растений используют значительно более сложные и дорогие питательные среды, чем для культуры микроорганизмов.

Промышленное производство вторичных метаболитов в культуре клеток и органов растений

Различают два вида систем культивирования клеток: закрытую и открытую.

Для закрытой системы характерен периодический (накопительный) режим выращивания. Инокулят клеток помещается в определенный объем среды и в системе биореактора закрыт по всем параметрам, кроме газов, до конца выращивания.

Открытые (проточные) системы культивирования клеток растений характеризуются поступлением свежей питательной среды, при котором отбирается не только старая питательная среда, но и часть урожая клеток. Питательная среда подается периодически, а старая удаляется. Клетки остаются в системе в течение всего цикла выращивания.

• Биореакторы с механическим перемешиванием культур различными импеллерами

• Биореакторы барабанного типа

• Биореакторы с пневматическим перемешиванием (барботированием)

• Биореакторы одноразового использования с гидродинамическим перемешиванием

Промышленное производство вторичных метаболитов в культуре клеток и органов растений

Уже в 1960 г была показана возможность выращивания биомассы табака в чанах из нержавеющей стали. В 1977 году в Японии биомассу табака Nicotiana tabacum выращивали в биореакторах объемом 20 м3, оборудованных системой механического перемешивания. В настоящее время объем биореакторов для выращивания биомассы табака доведен до 75 м3. Ее используют для производства сигарет с пониженным содержанием никотина.

В 1974 г. Табата с сотрудниками (Tabata et al., 1974) впервые показали, что в каллюсной культуре воробейника Lythospermum erythrorhizon могут синтезироваться производные шиконина. В 1983 г. начато коммерческое производства шиконина японской компанией Mitsui Petrochemical Industry. Шиконин – красный нафтохиноновый пигмент, аккумулируемый в коре корней многих растений семейства Boraginaceae. Он обладает антимикробным, противовоспалительным, ранозаживляющим и противоопухолевым действием.