Иммобилизованные растительные клетки

Иммобилизованные
растительные
клетки
Лекция 7
План лекции:
1. Применение культур растительных клеток для получения
БАВ, их преимущества и недостатки.
2. Преимущества иммобилизованных растительных клеток.
3. Процессы биотрансформации с участием
иммобилизованных растительных клеток.
4. Биосинтетические процессы с участием
иммобилизованных растительных клеток.
5. Экскреция целевых продуктов иммобилизованными
растительными клетками.
6. Методы определения жизнеспособности и
метаболической активности иммобилизованных
растительных клеток.
7. Системы культивирования иммобилизованных
растительных клеток.
Культуры растительных
клеток продуцируют
вторичные метаболиты,
которые могут
использоваться:
- для производства
лекарственных
препаратов;
- получения пищевых
добавок, красителей;
- производства
косметических средств
и др.
Как альтернативные источники БАВ
культуры растительных клеток и тканей
обладают следующими преимуществами:
● получение экологически чистых продуктов
независимо от климата, сезона, погоды;
● создание клеточных линий-сверхпродуцентов;
● сохранение пула генов редких и исчезающих
растений-продуцентов;
● экономия площадей;
● возможность оптимизировать и стандартизировать
условия выращивания;
● возможность автоматизации процессов.
Проблемы крупномасштабного культивирования
растительных клеток
для получения вторичных метаболитов
• низкая механическая устойчивость;
• медленный рост;
•способность к агрегации;
• зачастую низкий выход целевого продукта
Преимущества иммобилизованных
растительных клеток
1. Иммобилизация вызывает повышение продукции
вторичных метаболитов.
2. Иммобилизованные растительные клетки имеют
более длительную стационарную фазу, за счет чего
можно решить проблемы, связанные с замедлением
роста клеток (наработкой биомассы).
3. Решается проблема низкой механической
устойчивости растительных клеток путем их
включения в защитную полимерную матрицу.
4. Иммобилизация клеток обеспечивает гораздо более
легкое управление химическим составом
питательной среды.
5. Иммобилизация клеток позволяет осуществлять
эффективную биотрансформацию веществ.
Пути использования иммобилизованных
растительных клеток для продукции
вторичных метаболитов
1. Реакции биотрансформации
2. Биосинтез
2.1. Синтез из предшественников
2.2. Синтез de novo
Экскреция целевых продуктов
иммобилизованными растительными клетками
Основное ограничение в применении метода –
необходимость использования клеток, которые
способны секретировать целевые метаболиты в
окружающую среду или могут быть
индуцированы к такой секреции какими-либо
приемами
Экскреция целевых продуктов
иммобилизованными растительными клетками
Внеклеточные продукты
Экскреция целевых продуктов
иммобилизованными растительными клетками
Пермеабилизация – обработка клеток химическими
агентами, повышающими проницаемость клеточных
мембран, не вызывающая снижения их
жизнеспособности и метаболической активности
Примеры пермеабилизирующих агентов:
- ДМСО (диметилсульфоксид);
- фенилэтиловый спирт;
- хлороформ;
- тритон Х-100
Схема получения соединений, синтезируемых растительными
клетками, с индуцируемой экскрецией продукта
наработка биомассы
иммобилизация
рост клеток
наработка продукта
пермеабилизация
экскреция продукта
рост клеток
наработка продукта
рост клеток
пермеабилизация
экскреция продукта
наработка продукта
пермеабилизация
экскреция продукта
(стадия роста не обязательна)
Методы определения жизнеспособности и
метаболической активности
иммобилизованных растительных клеток
1. Окрашивание прижизненными красителями.
2. Определение активности ферментов
(дегидрогеназ, эстераз).
3. Определение потребления кислорода и интенсивности
дыхания.
4. Определения скорости потребления ортофосфата,
нитратов, аммония и сахарозы.
5. Определение сырого и сухого веса клеток после снятия
носителя.
Системы культивирования иммобилизованных
растительных клеток
Существует 2 типа систем культивирования
иммобилизованных клеток:
1. Система культуры с плоской основой, клетки
выращиваются в горизонтально расположенном сосуде.
2. Система колоночной культуры, где клетки
выращиваются в вертикальном сосуде.
В обеих системах жидкая среда циркулирует вокруг
физически неподвижных клеток