Фармакогнозія з основами біохімії рослин - Ковальов В. М. 2004

Загальна частина
Біотехнологія лікарських рослин

Біотехнологія — це промислове використання біологічних процесів з метою одержання високоефективних мікроорганізмів, культур клітин та тканин з запрограмованими властивостями. Вона відноситься до міждисциплінарних галузей науково-технічного прогресу, що бурхливо розвивається від здавна відомої технології культури тканин і клітин in vitro до генетичної біотехнології — генної інженерії. Біотехнологія досить гетерогенна, бо вирішує комплекс проблем і базується на елементах різних наук: мікробіології, біохімії, цитології, фармацевтичної ботаніки, органічної, неорганічної, фізичної і колоїдної хімії та ін. Контроль за накопиченням біологічно активних речовин здійснюється фітохімічними методами.

Важливим завданням фармакогнозії є пошук нових джерел біологічно активних речовин і субстанцій. Світова тенденція розвитку фармацевтичної промисловості свідчить, що використання біотехнології для одержання рослинної сировини із запрограмованим хімічним складом є перспективним і у деяких випадках економічно вигідним. Культуру клітин і тканин доцільно використовувати для одержання метаболітів ЛРС, що має обмежену сировинну базу. Перевагою методу є проведення технологічного процесу за обмежений відрізок часу, що економить кошти на культивування лікарських рослин і зберігає земельні ресурси. Стандартизовану (однорідну) рослинну субстанцію одержують у стандартних умовах керованого процесу, що обмежує вплив на вихід БАР екологічних та стресогенних факторів. Одержана біомаса екологічно чиста, оскільки не використовуються гербіциди, пестициди і регулюється склад поживного середовища.

Культура рослинних клітин — це стимулювання поділу клітин ізольованих сегментів рослин. Перші відомості про можливість вирощувати шматочки рослинних тканин відноситься до 1893 р. Вперше культуру тканин лікарської рослини катарантуса рожевого одержав Ф. Уайт у 1945 р. Його та Р. Готре вважають засновниками культури рослинних тканин та органів як нової галузі у біологічній науці. Можливість вирощування клітин і тканин рослин у промислових масштабах з’явилася у кінці 50-х рр. після створення спеціальних апаратів — ферментаторів, що дозволяють подавати середовище для вирощування, воду, повітря, зберігати стабільну температуру, регулювати pH. вести необхідне перемішування. На цей же час припадає початок освоєння методу у країнах СНД. З ім’ям Р. Г. Бутенко та О. Г. Волосовича пов'язане створення аймалінових штамів з культури тканин стебла раувольфії зміїної та резерпінових — із тканин коренів. Були досягнуті певні успіхи у культивуванні барвінка рожевого, стефанії гладенької, дурману індійського, женьшеню звичайного та інших рослин.

Культура рослинних тканин грунтується на хаотичному поділі клітин, внаслідок якого з'являється калусна тканина. Калус являє собою недиференційовану біомасу, що виростає з експлантата на штучному поживному середовищі в асептичних умовах. У природі калусоутворення зустрічається як відповідь на пошкодження рослини, коли на місці поранення утворюється наріст (мозоль). Від інфекції їх захищають імунні механізми рослин. При вирощуванні культури тканин усі рослинні клітини стають калусними. Експлантати (відрізки стебел, листків, коренів, проростків, насіння та ін.) вміщують у поживне середовище. Паренхімні клітини дедиференціюються, починають ділитися і утворюють недиференційовану біомасу (калус). Культуру калусної тканини можна довго підтримувати, періодично поділяючи її на трансплантати.

Кожна окрема культура ізольованих тканин має свої цитологічні, генетичні, морфологічні та біосинтетичні особливості, тому фахівці всебічно вивчають кожну калусну культуру — продуцент біологічно активних речовин.

Передумовами для використання культури клітин і тканин вищих рослин у біотехнологічній промисловості для пошуку БАР є:

їхня здатність утворювати метаболіти, які традиційно використовуються для створення ліків;

можливість синтезу принципово нових біохімічних речовин, що перевищують за фармакологічною активністю традиційні;

трансформація клітинами дешевих попередників у кінцевий цінний продукт.

Культуру тканин рослин вирощують в основному двома методами: поверхневим і суспензійним. Для першого методу використовують агаризовані поживні середовища, тонкі шари гелю, рідкі поживні середовища. При суспензійному методі калусна тканина безперервно вирощується у рідкому поживному середовищі.

Важливим фактором створення ефективної біотехнологічної системи є вибір поживного середовища, що забезпечує потреби культури тканин у хімічних компонентах, які необхідні для оптимального біосинтезу цільового продукту. Обов’язковими компонентами поживних середовищ є суміші мінеральних солей (макро- та мікроелементів), фітогормонів, джерел вуглецю.

Метод культури тканин поступово поширюється у фармацевтичному виробництві. У табл. 1 наведені біологічно активні речовини, що одержують цим методом.

Біологічно активні речовини, які одержують методом культури тканин

Таблиця 1

Треба зауважити, що метод культури тканин поряд з позитивними рисами має й певні недоліки: потребує складної й дорогої апаратури керованих біотехнологічних реакторів, дає малий вихід БАР, спостерігається старіння клітин і пов’язана із цим блокада або збій у процесах біосинтезу тощо. Рішення про впровадження у промислове виробництво приймає фірма з урахуванням цих факторів, потреби на субстанцію на світовому фармацевтичному ринку та економічної доцільності.

Таким чином, можливості біотехнологічного методу культури тканин лікарських рослин великі, але виробництво товарної сировини повинно витримувати конкуренцію з альтернативними системами одержання БАР.