Основы биохимической инженерии Часть 1 - Бейли Дж., Оллис Д. 1989

Введение в микробиологию
Важнейшие типы клеток
Растительные и животные клетки

Многие вакцины и другие биохимикаты продуцируются в ходе роста животных клеток в реакторах, т. е. при выращивании клеток вне организма животного. Совершенствование методов культивирования тканевых клеток и разрабатываемые в последние годы методы генетической трансформации животных и растительных клеток открывают новые многообещающие пути для их значительно более широкого промышленного использования. Тканевые клетки можно выращивать почти в таких же реакторах, какие используются для культивирования микроорганизмов; по этой причине кинетика роста как тканевых, так и микробных клеток и применяющиеся для этой цели биохимические реакторы будут рассмотрены в одних главах (гл. 7 и 9 соответственно). Ниже мы вкратце обсудим важнейшие типы клеток высших организмов, культуры которых могут быть выращены в технологической аппаратуре независимо от организма животного или растения, от которого эти клетки были отобраны.

Если часть ткани животного (обычно полученную путем разрушения межклеточных связей) поместить в соответствующую питательную среду, то большинство типов клеток, в частности клетки крови, погибнут в течение нескольких дней, недель или месяцев. Другие клетки в этих условиях размножаются и дают так называемую первичную линию клеток. Часто эти клетки удается пассировать, т. е. перенести в свежую питательную среду, где снова происходит размножение клеток, приводящее ко вторичной линии клеток. Некоторые вторичные клетки, выдерживающие, по всей вероятности, неограниченное число пассажей, называют стабильной, перманентной или установившейся линией клеток.

Многие линии клеток получены из эпителиальных тканей (кожного покрова и тканей, окружающих органы и ограничивающих полости организма), соединительных тканей, крови и лимфы ряда животных, в том числе человека, хомяка, обезьяны и мыши. На рис. 1.11 приведена электронная микрофотография клетки LA-9, выделенной из фибробластов мыши и растущей на твердом носителе. Примеры линий клеток, их источники и обозначения приведены в табл. 1.3. Как отмечено в таблице, источником некоторых линий клеток являются злокачественные опухоли (карциномы) различных тканей. Злокачественный рост клеток крови и лимфы обычно называют лейкемией.

РИС. 1.11. Полученная с помощью сканирующего электронного микроскопа микрофотография культуры клеток LA-9, выращенных на твердом носителе. Обычно эти клетки из фибробластов мыши имеют ширину около 15 мкм и длину 75—90 мкм. (Фотография любезно предоставлена Ж. П. Ревелем.)

Культуры некоторых тканевых клеток можно выращивать в виде суспензии в жидкой среде, но для роста большинства линий клеток необходимо их закрепление на твердой поверхности, что налагает серьезные ограничения на масштабы промышленного производства вакцин и других биологических продуктов на основе культур животных клеток. Метод культивирования на микроносителях, который мы подробнее рассмотрим в гл. 9, позволил значительно повысить производительность реакторов (в расчете на единицу объема), предназначенных для выращивания культур клеток, растущих только на носителях.

Культуры некоторых клеток растительного происхождения можно выращивать также в виде каллюса (нароста недифференцированной ткани растения на твердой питательной среде) или в виде суспензии агрегированных клеток. Поскольку растения продуцируют множество практически важных соединений, в том числе душистые вещества, красители, лекарственные средства и опиаты, использование культур растительных клеток в будущем может оказаться весьма перспективным. Культуры растительных клеток могут также служить весьма специфичными катализаторами ряда ценных реакций. Культуры растительных клеток могут оказаться полезными и в сельском хозяйстве, например для регенерации целого растения. В то же время будущему широкомасштабному применению культур растительных клеток должно предшествовать более тщательное изучение общей биологии растений, а также особенностей и ограничений процессов культивирования растительных клеток. Следует отметить, что можно культивировать также тканевые клетки насекомых и других беспозвоночных, однако в последующих главах при обсуждении культур тканевых эукариот мы ограничимся клетками животного и растительного происхождения.

Таблица 1.3. Примеры стандартных линий клеток животных и их происхождение

^а Обозначение CCL применяется Банком культур клеток Американской коллекции типов культур (Cell Culture Repository, American Type Culture Collection, 12301 Park- lawn Drive, Rockville, Maryland 20852 USA); эта организация является хранителем и поставщиком линий клеток.