13. Использование клеточных культур в биотехнологических процессах.

Ответ. Культивирование растительных клеток и тканей на искусственной питательной среде в биореакторах кроме решения ряда экономических, экологических и технологических задач позволяет преодолеть ряд проблем: свести к минимуму влияние климатических, сезонных и географических условий; сократить посевные площади в хозяйственном обороте страны; получать уже известные, присущие интактному растению вещества (никотин, кодеин, хинин, диосгенин) и синтезировать новые БАВ; использовать культуры растительных клеток для биотрансформации конечных продуктов. Использование новых технологий получения лекapственных растений в виде каллусных (лат. callus – толстая кожа, мозоль) и суспензионных культур имеет ряд преимуществ: стандартность накапливаемого сырья; высокий выход активного начала (культивирование женьшеня); сокращение сроков культивирования для накопления растительной биомассы; возможность промышленного производства биомассы экзотических растений, малодоступных для нашей страны (раувольфия, диоскорея, унгерия); использование разных технологических режимов; использование методов иммобилизации и биотрансформации для повышения выхода продуктов вторичного метаболизма применительно к растительным клеткам. Растительные клетки и ткани по сравнению с клетками микроорганизмов имеют свои особенности: размеры клеток растений (15–1000 мкм) в 50–100 раз больше, чем клеток бактерий; в результате роста клеток растений у них появляется большая вакуоль, при этом все физические и химические константы клеток изменяются; суспензионные культуры состоят из клеток-агрегатов разного размера; культуры клеток растений имеют целлюлозную стенку, что весьма осложняет работу биотехнолога с такими культурами. Культуры клеток высших растений имеют две сферы применения. Первая изучение биологии клетки, существующей вне организма, что обуславливает ведущую роль клеточных культур в фундаментальных исследованиях по генетике, физиологии, молекулярной биологии и цитологии растений. Популяциям растительных клеток присущи специфические особенности: генетические, эпигенетические (зависящие от дифференцированной активности генов) и физиологические. При длительном культивировании гетерогенной по этим признакам популяции идет размножение клеток, фенотип и генотип которых соответствуют данным условиям выращивания, популяция эволюционирует. Культуры клеток и тканей являются новой экспериментально созданной биологической системой, которая может служить моделью при изучении метаболизма и его регуляции в клетках и тканях целого растения. Вторая сфера применения – культивируемые клетки высших растений могут рассматриваться как типичные микрообъекты, достаточно простые в культуре, что позволяет применять к ним аппаратуру, технологию, и методики, используемые в микробиологии. Вместе с тем, культивируемые клетки способны перейти к программе развития, при которой из культивируемой соматической клетки возникает целое растение, способное к росту и размножению. Чтобы показать способность клеток животных расти и делиться в культуре, потребовалось овладеть рядом подходов и методик. Методики получения клеток, свободных от экзогенных прокариотов и грибов. Методики разработки среды, в которых рост «вырезанных из ткани» или изолированных клеток не подавляется. Методики наблюдения за клетками в динамике их развития. Методики непрерывного культивирования культур клеток животных in vitro и поддержания их свободными от других биологических агентов. Клетки животных способны расти либо в виде суспензий, либо прикрепленными к плотному субстрату (твердой поверхности). Такие клетки как, HeLa (клетки, происходящие из опухоли человека) могут расти в любом из этих состояний; лимфобластомные клетки растут в суспендированных культурах; а нормальные диплоидные клетки способны расти только будучи прикрепленными к твердой поверхности. Монослойное культивирование животных клеток во многом определяется доступностью поверхности для их прикрепления, вследствие чего многие конструкторские разработки направлены на создание методов увеличении возможной площади прикрепления. Ранние технологии основывались преимущественно на использовании вращающихся пробирок или флаконов с целью лучшего обеспечения растущих клеток питательными веществами и воздухом. Создаваемые в последнее время системы предназначаются для поддержания роста клеток на свернутых в виде "бухт" проницаемых для газов тефлоновых трубочках, каждая из которых имеет поверхность около 10 000 см (а общее их число в реакторе более 20). В таких условиях многие типы клеток культивируются довольно хорошо. Еще одним перспективным способом культивирования клеток животных является способ, основанный на использовании небольших бусин (шариков, микроносителей), к которым прикрепляются клетки. Шарики могут изготавливаться из сефадекса и обладать поверхностью в 7 см на 1 мг. Шарики способны плавать в суспендированном состоянии и на них могут расти клетки различных типов. Таким путем уже получают человеческий интерферон.