Необхідність іммобілізації рослинних клітин, методи

Культури клітин і тканин рослин вважають потенційним джерелом специфічних вторинних метаболітів, до яких належать такі сполуки, як алкалоїди, стероїди, масла і пігменти. Багато з цих речовин все ще отримують шляхом екстракції з рослин. Не до всіх видів рослин в даний час застосовні методи мікробіологічної промисловості. За винятком деяких видів рослин, суспензійні і каллусна культури клітин синтезують вторинні метаболіти в менших кількостях, ніж цілі рослини. При цьому ріст біомаси в ферментереі може бути значним.

Новим підходом, спрямованим на збільшення виходу вторинних метаболітів, є іммобілізація клітин і тканин рослин. Перша вдала спроба зафіксувати цілі клітини була здійснена в 1966 р. Мосбахом. Він зафіксував клітини лишайника Umbilicaria pustulata в поліакриламідному гелі. На наступний рік ван Вецель вирощував клітини ембріонів тварин, іммобілізованих на мікрокульках ДЕАЕ (діетиламіноетил сефадекса, на основі декстрану). Після цього клітини були іммобілізовані на різних субстратах. В основному це були клітини мікроорганізмів.

Методи іммобілізації клітин ділять на 4 категорії:

1. Іммобілізація клітин або субклітинних органел в інертному субстраті. Наприклад, клітини Catharanthus roseus, Digitalis lanata в альгінатних, агарозних кульках, в желатині і т.д. Метод передбачає обкачування клітин одним з різних цементуючих середовищ – альгінат, агар, колаген, поліакриламід.

2. Адсорбція клітин на інертному субстраті. Клітини прилипають до заряджених кульок з альгінату, полістиролу, поліакриламіду. Метод застосовувався в експериментах з тваринними клітинами, а також клітинами Saccharomyces uvarum, S. cerevisiae, Candida tropicalis, E. coli.

3. Адсорбція клітин на інертному субстраті з допомогою біологічних макромолекул (таких, як лектин). Застосовується рідко, є відомості про експерименти з різними лініями клітин людини, еритроцитами крові барана, адсорбованими на вкритій білком агарози.

4. Ковалентне зв'язування з іншим інертним носієм типу КМЦ. Дуже рідко застосовується, відома вдала іммобілізація для Micrococcus luteus. В основному проводилися експерименти по іммобілізації клітин тварин і мікроорганізмів.

Останнім часом інтерес до іммобілізації клітин рослин значно зріс, це пов'язано з тим, що іммобілізовані клітини мають певні переваги перед каллусними і суспензійним культурами при використанні їх для отримання вторинних метаболітів.

Фізіологічні основи переваги іммобілізованих рослинних клітин перед традиційними способами культивування

У літературі є численні дані про те, що існує позитивна кореляція між накопиченням вторинних метаболітів і ступенем диференціювання в культурі клітин. Крім того, лігнін, наприклад, відкладається в трахеїдів і судинних елементах ксилеми тільки після завершення процесів диференціювання, що було показано в експериментах як in vivo, так і in vitro. Отримані дані свідчать про те, що диференціація і накопичення вторинних продуктів обміну речовин відбувається в кінці клітинного циклу. При зниженні росту процеси диференціації прискорюються.

Вивчення вмісту алкалоїдів, накопичуваних багатьма рослинами in vitro, показало, що компактні, повільно зростаючі культури клітин містять алкалоїди у великих кількостях, ніж пухкі, швидко ростучі культури. Організація клітин необхідна для їх нормального метаболізму. Наявність організованості в тканині і її наступна дія на різні фізичні та хімічні градієнти – чіткі показники, за якими розрізняються високо- і низькопродуктивні культури. Очевидно, що іммобілізація клітин забезпечує умови, що призводять до диференціації, впорядковує організацію клітин і сприяє тим самим високому виходу вторинних метаболітів.

Іммобілізовані клітини мають ряд переваг: